WO2006098397A1 - 超微粒子用静電濃縮捕集装置及びそれに用いるサブミクロン粒子除去器 - Google Patents
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Definitions
- Electrostatic concentration collection device for ultrafine particles and submicron particle removal technology
- the present invention relates to an ultra-fine particle electrostatic concentration collection device and a sub-micron particle remover, and more particularly, to an ultra-fine particle electrostatic particle collecting and collecting nano-class ultra fine particles (UFP) in an atmospheric environment.
- the present invention relates to a concentration collector and a submicron particle remover used therefor.
- Nano-class ultrafine particles in the air environment are abundant in diesel exhaust gas, etc., and contain a lot of highly toxic substances such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH). Is done. However, as shown in Fig. 23, the ultrafine particles have a very low mass ratio in the total atmospheric dust, so even if the entire particles are collected and analyzed, the toxicity of the ultrafine particles themselves can be evaluated. Therefore, the development of a technology to classify ultrafine particles with coarse particle size of submicron or more is desired.
- PAH polycyclic aromatic hydrocarbons
- the solid line represents the particle number distribution
- the broken line represents the surface area distribution
- the dotted line represents the mass distribution
- a reduced pressure impactor (LPI) and a differential electrostatic classification device (DMA) are known as a device for classifying ultrafine particles.
- LPI reduced pressure impactor
- DMA differential electrostatic classification device
- the reduced pressure impactor uses the principle of collecting fine particles by Andersen's impactor.
- the impactor consists of multiple plates that collect particulates, and nozzles with different diameters are arranged between the plates.
- the fine particles that flow into the device have a large nozzle diameter and a slow flow velocity in the first stage, so that large particles collide with the plate and are collected. It flows to the stage. By decreasing the nozzle between the plates downstream, it is possible to continuously separate the particles by particle size.
- LPI performs classification and collection of particles having a size of 0.3 m or less under reduced pressure, and enables classification and collection of particles having a wide range of particle diameters of 30 nm to 10 ⁇ m.
- a differential electrostatic classifier (DMA) has a direct electric field formed in a space sandwiched between double cylinders that serve as electrodes, and is pre-radioactive (usually Am-241 or Kr-). 85) is used to flow into the device through the upper outer cylinder wall.
- DMA is an apparatus that originally obtains monodispersed particles, and since the particles are charged with bipolar charge, the ratio of particles taken out to the charged particles is extremely low. In particular, in the ultrafine particle region, as the particle size force S decreases, the charging efficiency decreases dramatically, making it difficult to analyze and evaluate ultrafine particles.
- the charged particles to be classified are particles having the opposite polarity to the voltage applied to the inner cylinder.
- the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to classify ultrafine particles in an atmospheric environment with high efficiency at normal pressure, and to concentrate and capture ultrafine particles. It is an object of the present invention to provide an electrostatic concentration collection device for ultrafine particles that can accurately analyze and evaluate the chemical composition of ultrafine particles in the atmospheric environment.
- Another object of the present invention can be achieved by appropriately changing the size of the charging cylindrical housing and various electrodes of the electrostatic particle collecting apparatus for ultrafine particles, for example,
- the object is to provide an air purification device that collects ultrafine particles contained in exhaust gas and purifies the atmosphere.
- An electrostatic concentration collecting apparatus for ultrafine particles defines a charged space, a charging cylindrical housing having a sample gas inlet at one end and a sample gas outlet at the other end, and the charged air
- a coiled ground electrode disposed between the sample gas inlet and the sample gas outlet, and an inner side of the coiled ground electrode in the charging space along the central axis thereof,
- a wire discharge electrode that forms an electric field and corona discharge between the coiled ground electrode, an X-ray irradiation tube that irradiates the charged space with X-rays, and a sample gas outlet of the cylindrical housing.
- the X-ray irradiation tube is a soft X-ray irradiation tube that irradiates long wavelength X-rays.
- the collection device includes a positive electrode member disposed at an introduction port communicating with the sample gas outlet, and a collection device grounded. Board.
- the collector includes an outer cylindrical positive electrode member, and the outer cylindrical positive electrode member concentric with the outer cylindrical positive electrode member.
- a cylindrical ground electrode member disposed between the inner peripheral surface of the outer cylindrical positive electrode member and the outer peripheral surface of the inner cylindrical ground electrode member.
- An ultrafine particle collection chamber is defined, and the inner cylindrical ground electrode member is a particle collection member.
- the ultrafine particle collection chamber is provided concentrically with the sample gas outlet.
- the collector is in a form communicating with the sample gas outlet, and a positive electrode member made of a metal wire mesh and a particle collection member. It has a laminate of a dielectric mesh filter that functions as a metal electrode and a ground electrode member made of a metal wire mesh, and serves as an external electric field electrostatic filter type collector.
- the electrostatic concentration collection device for ultrafine particles according to the present invention preferably further includes a fiber layer filter in the downstream portion of the collection device.
- the electrostatic concentration collection apparatus for ultrafine particles according to the present invention is preferably configured such that a coarse particle remover using an Andersen impactor and a sub filter using an inertial filter are provided at the sample gas inlet of the cylindrical tube for charging and Uzing.
- a micron particle remover is connected in sequence with the sample gas flow.
- the submicron particle remover has an orifice gas inlet and an air permeability that is disposed opposite to the orifice gas inlet at a predetermined interval. And a fiber filter.
- the breathable fiber filter is a filter made of monodisperse stainless steel fibers.
- the electrostatic concentration collection device for ultrafine particles performs classification and concentration at normal pressure, corona discharge by a coiled ground electrode that does not volatilize unstable components contained in ultrafine particles and Ultra-fine particles can be efficiently extracted as charged particles by non-equilibrium charging combined with soft X-ray irradiation.
- the electrostatic concentration collection device for ultrafine particles collects mainly the electrostatically concentrated ultrafine particles as described above and analyzes the composition of the ultrafine particles. By appropriately changing the size of the charging cylindrical housing and various electrodes, it can be applied as an air purification device that collects ultrafine particles contained in exhaust gas and purifies the atmosphere, for example. .
- a submicron particle remover according to the present invention is characterized by comprising an orifice gas inlet and a breathable fiber filter disposed opposite to the orifice gas inlet.
- a specific embodiment of the submicron particle remover according to the present invention includes a housing that defines a submicron particle removal chamber, an orifice gas inlet that opens to the submicron particle removal chamber, and the submicron particle.
- a breathable fiber filter disposed in the removal chamber so as to face the orifice gas inlet, and a gas outlet provided on the opposite side of the breathable fiber filter facing the orifice gas inlet.
- the air permeable fiber filter is disposed to face the orifice gas inlet at a predetermined interval or at no interval.
- the submicron particle remover according to the present invention has a filter that does not change the fiber structure due to the pressure of the airflow and that also has a V-material strength.
- the breathable fiber filter has a filter made of monodispersed stainless fiber.
- FIG. 1 is an overall perspective view showing one embodiment of an electrostatic concentration collection device for ultrafine particles according to the present invention.
- FIG. 2 is a sectional view showing an electrostatic concentration collection tube for ultrafine particles of the electrostatic concentration collection device for ultrafine particles according to Embodiment 1.
- Fig. 3 is a front view of the collision nozzle plate used in the coarse particle remover of the electrostatic concentration collection cylinder for ultrafine particles according to Embodiment 1.
- Fig. 4 is a front view of the collection plate used in the coarse particle remover of the electrostatic concentration collection tube for ultrafine particles according to Embodiment 1.
- Fig. 5 is a front view of the impingement plate and breathable fiber filter used in the submicron particle remover of the electrostatic concentration collection tube for ultrafine particles according to Embodiment 1.
- Fig. 6 is an explanatory diagram of the main part of the ultrafine particle collector used in the electrostatic concentration collection tube for ultrafine particles according to Embodiment 1.
- Fig. 7 is a graph showing the results of the performance test of the breathable fiber filter in the submicron particle remover of the electrostatic concentration collection cylinder for ultrafine particles.
- Fig. 8 is an explanatory diagram schematically showing the behavior of ions and particles under non-equilibrium charge in the charger of the electrostatic concentration collection cylinder for ultrafine particles.
- Fig. 9 is a graph showing the relationship between the corona discharge applied voltage V 1 and the ion concentration in the electrostatic concentration collector for ultrafine particles, with and without soft X-ray irradiation.
- Fig. 10 is a graph showing the relationship between the applied voltage of corona discharge and the loss rate in the charger for each flow rate.
- Fig. 11 is a graph showing the relationship between the applied voltage of corona discharge and the proportion of positively charged particles at the outlet of the charger at each flow rate.
- FIG. 12 is a graph showing the relationship between the applied voltage of corona discharge and the transmittance of charged particles in the charger (when there is one soft X-ray irradiation tube) at each flow rate.
- FIG. 13 is a graph showing the relationship between the applied voltage of corona discharge and the transmittance of charged particles in the charger (when there are two soft X-ray irradiation tubes) for each flow rate.
- FIG. 14 is a cross-sectional view showing an electrostatic concentration collection tube for ultrafine particles of the electrostatic concentration collection device for ultrafine particles according to Embodiment 2.
- Fig. 15 is an explanatory diagram of the main part of the ultrafine particle collector used in the electrostatic concentration collecting tube for ultrafine particles according to Embodiment 2.
- FIG. 16 is a graph showing test results of performance evaluation of the ultrafine particle collector used in the electrostatic concentration collection tube for ultrafine particles according to Embodiment 2.
- Fig. 17 is a sectional view showing an electrostatic concentration collection tube for ultrafine particles of the electrostatic concentration collection device for ultrafine particles according to Embodiment 3.
- FIG. 18 is an explanatory view of the main part of the ultrafine particle collector used in the electrostatic concentration collection cylinder for ultrafine particles according to Embodiment 3.
- FIG. 19 is a graph showing test results of performance evaluation of the ultrafine particle collector used in the electrostatic concentration collection tube for ultrafine particles according to Embodiment 3.
- Fig. 20 is a sectional view showing an electrostatic concentration collection tube for ultrafine particles of the electrostatic concentration collection device for ultrafine particles according to Embodiment 4.
- FIG. 21 (a) and (b) are graphs showing the effect on the collection efficiency of the distance between the orifice gas inlet and the breathable fiber filter in the submicron particle remover of this embodiment.
- 22 (a) and 22 (b) are graphs showing the influence of the distance between the orifice gas inlet and the breathable fiber filter on the collection efficiency in the submicron particle remover of Embodiment 4.
- FIG. 23 is a graph showing the particle distribution in the atmospheric environment including diesel exhaust. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
- Embodiment 1 of an electrostatic concentration collection device for ultrafine particles according to the present invention will be described in detail with reference to Figs.
- the electrostatic concentration collection device for ultrafine particles of this embodiment includes an apparatus main body 10 incorporating a power source, a control device, and the like, and ultrafine particles attached to the apparatus main body 10. And an electrostatic concentration collecting cylinder 20 for use.
- the electrostatic concentration collection cylinder 20 for ultrafine particles is attached to the apparatus main body 10 in a vertical posture.
- the electrostatic fine particle collecting cylinder 20 for ultrafine particles includes a coarse particle removing device 30, a submicron particle removing device 40, a charger 50, and an ultrafine particle collecting device 90.
- a suction blower 120 is connected to the exhaust side, and the sample gas is sucked by the suction blower 120 at normal pressure.
- Coarse particle remover 30 And flows through the submicron particle remover 40, the charger 50, and the ultrafine particle collector 90 in this order.
- the coarse particle remover 30 mainly removes coarse particles having a particle diameter of 1 ⁇ m or more, and a part of the Andersen impactor which has been used conventionally is applied as it is! / ⁇
- the coarse particle remover 30 mainly removes coarse particles having a particle diameter of 1 ⁇ m or more, and a part of the Andersen impactor which has been used conventionally is applied as it is! / ⁇
- the coarse particle remover 30 has an upper lid-shaped impactor introduction member 33 in which a sample gas introduction port 31 is formed.
- the impactor introduction member 33 cooperates with the orifice member 42 of the submicron particle remover 40 to define a coarse particle removal chamber 32.
- a collision nozzle plate 35 (see FIG. 3) having a plurality of nozzle holes 34, and a collection plate 37 (see FIG. 4) having a circular central opening 36. They are fixedly arranged in order at predetermined intervals.
- the sub-micron particle remover 40 is an inertia filter and mainly removes particles having a particle diameter of about 0.1 to L 0 m.
- the submicron particle remover 40 is connected to the impactor introduction member 32, has an orifice member 42 having an orifice gas inlet 41 in the center, and cooperates with the introduction nosing 51 of the charger 50.
- a micron particle removal chamber 43 is defined.
- a collision plate 44 is fixedly arranged in the submicron particle removal chamber 43. As shown in FIG. 5, the collision plate 44 has a circular central opening 45 and three arc-shaped side openings 46 formed therein. A breathable fiber filter 47 is attached to the center of the collision plate 44 so as to close the central opening 45! /.
- the air-permeable fiber filter 47 is composed of a filter having a fiber diameter of about 4 to 10 ⁇ m and a material strength that does not change the fiber structure due to the pressure of the airflow, preferably a monodisperse stainless steel fiber of about 8 m. It faces the gas inlet 41 with a relatively narrow space. That is, a breathable fiber filter 47 is arranged in front of the orifice gas inlet 41.
- the charger 50 is a part that charges ultrafine particles with high efficiency.
- the charger 50 includes an introduction nozzle 51 having a communication port 52, an introduction nozzle member 54 having an introduction nozzle 53, an upper end member 55 and a cylindrical joint, and a charging cylinder formed by an assembly of a housing main body 56 and a lower end member 57. Shape, US 58 and so on.
- the charging cylindrical housing 58 defines a charging space 59 inside, has a sample gas inlet 60 communicating with the introduction nozzle 53 in the upper end member 55, and has a sample gas outlet 61 in the lower end member 57.
- a coil fixing member 62 having a bottomed cylindrical body is fixedly arranged in the charging space 59.
- the bottom 63 of the coil fixing member 62 has a communication hole 64 on the side of the lower end member 57 and communicating with the sample gas outlet 61.
- One end 65A of the coiled ground electrode 65 is fixed to the bottom 63 of the coil fixing member 62! /.
- the coiled ground electrode 65 extends in the axial direction at the center of the charging space 59 and the other end 65B is fixed to the upper end member 55.
- the coiled ground electrode 65 is disposed between the sample gas inlet 60 and the sample gas outlet 61 in the charged space 59.
- connection terminal mounting member 72 is fixed to the outside of the cylindrical housing body 56.
- a ground connection terminal 73 is attached to the connection terminal attachment member 72, and the ground connection terminal 73 is conductively connected to one end 65 A of the coiled ground electrode 65.
- a wire fixing plate 67 and a wire support plate 68 are fixedly arranged between the introduction knowing 51 and the introduction nozzle member 54.
- the wire fixing plate 67 and the wire support plate 68 have communication holes 69 and 70, respectively.
- the lower end member 57 has one end 71A of the wire discharge electrode (DE) 71 fixed to the center thereof.
- the wire discharge electrode 71 extends along the central axis inside the coiled ground electrode 65.
- the other end 71B is fixed to the center of the wire support plate 68.
- a positive electrode ring member 74 is attached to the outer periphery of the wire fixing plate 67.
- the positive electrode ring member 74 is in conductive contact with the wire support plate 68 and is conductively connected to the other end 71 B of the wire discharge electrode 71 via the wire support plate 68.
- connection terminal mounting member 75 is fixed to the outside of the introduction housing 51.
- Connection terminal The positive electrode connection terminal 76 is attached to the mounting member 75, and the positive electrode connection terminal 7
- the upper end member 55 is threadedly engaged with the coil fixing member 62 by the threaded portion 66 and can be displaced in the axial direction, so that the wire can be adjusted screw-type via the introduction nozzle member 54 and the wire support plate 68.
- a tension adjusting member for adjusting the tension of the discharge electrode 71 is provided.
- the ground connection terminal 73 and the positive electrode connection terminal 76 are connected to the discharge power supply 11 (see FIG. 8) in the apparatus body 10, whereby the wire discharge electrode 71 and the coiled ground electrode 65 are discharged. A predetermined potential difference is given by the power supply 11, and an electric field is formed and corona discharge is performed between the wire discharge electrode 71 and the coiled ground electrode 65.
- Soft X-ray irradiation tubes (emitters) 77 and 78 are attached to the outside of the cylindrical housing body 56 so as to face each other in a direction transverse to the charging space 59 in the radial direction.
- the soft X-ray irradiation tubes 77 and 78 generate X-rays having a long wavelength of about 0.13 to 0.41 nm, and are respectively formed from openings 79 and 80 formed in the coil fixing member 62. Irradiate charged space 59 with soft X-rays.
- two soft X-ray irradiation tubes are not necessarily provided, and either one of the soft X-ray irradiation tubes 77 and 78 may be provided! / ⁇ .
- the ultrafine particle collector 90 includes a lower end member 57, a cylindrical collector housing 91 attached to the cylindrical housing body 56, and a rectifying plate 93 having a plurality of rectifying holes 92 formed therein.
- the ultrafine particle collection chamber 94 is defined.
- An exhaust nozzle member 111 having an exhaust nozzle hole 110 and an exhaust housing 113 having an exhaust port 112 are attached to the lower end portion of the cylindrical housing body 56, and the suction is carried out to the exhaust port 112 of the exhaust housing 113. Blower 120 is connected.
- the sample gas outlet 61 which is an outlet of the charging part, also serves as an inlet (collector part nozzle) of the ultrafine particle collector 90.
- the sample gas outlet 61 has a positive electrode ring member as a positive electrode member.
- 95 and a mesh electrode member 96 are attached by an electrode cassette lid 97.
- the positive electrode member of the ultrafine particle collector 90 may be only one of the positive electrode ring member 95 and the mesh electrode member 96! /.
- connection terminal mounting member 98 is fixed to the outside of the cylindrical housing body 56.
- a positive electrode connection terminal 99 is attached to the connection terminal attachment member 98, and the positive electrode connection terminal 99 is conductively connected to the positive electrode ring member 95.
- a collection disk 101 attached to the tip of the collection plate holder 100 is disposed.
- the collection disk 101 is made of stainless steel and faces the sample gas outlet 61 in a relatively close manner.
- the collection disc 101 is electrically connected to the ground electrode member 102 attached to the collection plate holder 100.
- the ground electrode member 102 and the positive electrode connection terminal 99 are connected to the electrostatic field generating power source 12 (see FIG. 6) in the apparatus main body 10 so that the positive electrode ring member 95 and the mesh electrode member are connected.
- the ultrafine particles are captured and collected on the surface of the collection disk 101 by using an electrostatic field applied between 96 and the collection disk 101.
- the collection plate holder 100 is removably inserted into a mounting hole 115 formed in the bottom 114 of the exhaust housing 113.
- the collection plate 101 is used for removing the collection plate 101. Is removable and replaceable.
- Sample gas such as air or engine exhaust gas is drawn by the suction blower 120 and electrostatically concentrated for ultrafine particles from the sample gas introduction port 31 of the electrostatic concentration collection tube 20 for ultrafine particles to the exhaust port 112. It flows from top to bottom in the collection tube 20.
- the flow velocity is increased.
- the sample gas is accelerated to about 50 mZs and flows into the submicron particle removal chamber 43.
- the sample gas passes through the air permeable fiber filter 47 and the central opening 45 arranged in front of the orifice gas inlet 41 at a high speed, and the particle diameter of the sample gas is about 0.1 to 1.0 ⁇ m.
- the particles of the particles travel straight by being given kinetic energy, and are captured and collected by colliding with the air-permeable fiber filter 47 more efficiently due to inertia.
- the side opening 46 of the collision plate 44 functions as an air vent and suppresses an increase in the internal pressure of the submicron particle removal chamber 43.
- the limit of separation under atmospheric pressure is that the force of particles with a particle size of about 0.3 ⁇ m, especially monodisperse with a fiber diameter of about 8 ⁇ m.
- the particle size is 0.1 ⁇ m or less. Particles can be trapped and removed. In fact, it is possible to achieve a 50% cutoff diameter of 0: m.
- FIG. 7 shows the performance test result of the breathable fiber filter 47 in the submicron particle remover 40.
- the line with lip shows the performance test result of the filter A made of polymer
- the line with ⁇ shows the result of performance test of the filter B made of monodisperse stainless steel fiber.
- Filter A is a polymer filter having a fiber diameter of 5.0 m, a filter thickness of 3. Omm, and a filling rate of 0.08.
- Filter B has a sheet density of 200 gZm2, a fiber diameter of 8. O ⁇ m, and a filter.
- the monodispersed stainless fiber filter has good separation and collection of particles having a particle size of 0.07 ⁇ m or less and particles having a particle size of 0.07 ⁇ m or less. Can be classified efficiently. As a result, the ultrafine particles are efficiently delivered to the ultrafine particle collector 90 subsequent to the submicron particle remover 40.
- the charging of the nanoparticles in the sample gas in the charger 50 is caused by the soft X-ray irradiation by the soft X-ray irradiation tubes 77 and 78 and the corona discharge between the wire discharge electrode 71 and the coiled ground electrode 65. This is done by equilibrium charging.
- the particles are charged as much as possible only by charging the particles, and as a charged particle to the subsequent stage, that is, the ultrafine particle collector 90. Need to be taken out.
- a coiled ground electrode that minimizes loss in the charged portion as much as possible.
- Fig. 8 schematically illustrates the behavior of ions and particles P under non-equilibrium charging in the charger 50. It shows. In FIG. 8, only one soft X-ray irradiation tube 78 is shown for simplicity.
- A is the generation of unipolar ions by corona discharge
- B is the diffusion charge by free ions obtained by corona discharge
- C is the bipolar ions by soft X-ray irradiation
- D is the soft X-ray irradiation.
- FIG. 9 shows the relationship between the applied voltage VI of corona discharge in the charger 50 and the ion concentration, with and without soft X-ray irradiation. This characteristic graph shows that the ion concentration increases with soft X-ray irradiation.
- FIG. 10 shows the relationship between the applied voltage VI of corona discharge and the loss rate fL in the charger for each flow speed.
- the loss rate fL is expressed by the following equation.
- NV1 is the particle concentration at the charger outlet at the applied voltage VI
- Nin is the particle concentration at the charger inlet.
- FIG. 11 shows the relationship between the applied voltage VI of corona discharge and the ratio of charged particles fc + at the charger outlet for each flow velocity.
- N + total concentration of positively charged particles at the charger outlet at applied voltage VI
- FIGS. 12 and 13 show the relationship between the applied voltage VI of corona discharge and the transmittance of charged particles in the charger at each flow rate.
- Fig. 12 shows the case with one soft X-ray irradiation tube
- Fig. 13 shows the case with two soft X-ray irradiation tubes.
- the transmittance f3 of the charged particles is expressed by the following equation.
- fl is the ratio of charged particles at the exit of the charged part
- fl N0 / NVl
- NO is the particle concentration at the outlet of the charged part when the applied voltage is OV
- NV1 is the particle concentration at the outlet of the charger when the applied voltage is VI.
- the charged particles (nanoparticles) charged by the charger 50 and transmitted through the charger 50 enter the ultrafine particle collection chamber 94 of the ultrafine particle collector 90 from the sample gas outlet 61 and are positively charged. It is captured and collected on the surface of the collection disk 101 by an electrostatic field applied between the electrode ring member 95, the mesh electrode member 96 and the collection disk 101.
- the collection disc 101 in which nanoparticles are concentrated and collected is taken out by extracting the collection plate holder 100 from the exhaust housing 113, and used for analysis and evaluation of the chemical composition of ultrafine particles in the atmospheric environment and the like. .
- the electrostatic concentration collection apparatus for ultrafine particles according to the present invention has the following effects.
- Embodiment 2 of the electrostatic concentration collection device for ultrafine particles according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 14 and FIG. 14 and 15, the parts corresponding to those in FIGS. 2 to 6 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 2 to 6.
- the electrostatic concentration collection cylinder 20 for ultrafine particles includes a coarse particle remover 30, a submicron particle remover 40, a charger 50, and an ultrafine particle collector 130.
- the coarse particle remover 30, the submicron particle remover 40, and the charger 50 are the same as those in the first embodiment, and the difference from the first embodiment is the ultrafine particle collector 130.
- the descriptions of the coarse particle remover 30, the submicron particle remover 40, and the charger 50 should be omitted to avoid duplication.
- the ultrafine particle collector 130 includes a collector housing 131 connected to the lower end of the cylindrical housing body 56, and a sample gas outlet (collector inlet) of the charger 50 in the collector housing 131.
- the collector housing 131 is configured as a double cylindrical collector having a rectifying plate 93 with a rectifying hole 92 and a fiber layer filter 134 attached to the lower end (collector outlet).
- connection terminal attachment member 135 is fixed to the outside of the collector housing 131.
- a positive electrode connection terminal 136 is attached to the connection terminal attachment member 135, and the positive electrode connection terminal 136 is conductively connected to the outer cylindrical positive electrode member 132.
- the outer cylindrical positive electrode member 132 and the inner cylindrical ground electrode member 133 are formed between the inner peripheral surface of the outer cylindrical positive electrode member 132 and the outer peripheral surface of the inner cylindrical ground electrode member 133.
- a particulate collection chamber 137 is defined, and the inner cylindrical ground electrode member 133 functions as a particle collection member.
- the ultrafine particle collection chamber 137 communicates with the sample gas outlet 61 of the charger 50 at the upper end (collector inlet), concentric with the sample gas outlet 61, and at the lower end (collector outlet) 9 3 Communicating with the rectifying hole 92 of the
- the sample gas outlet 61 has a throat shape so that the sample gas containing charged particles from the charged space 59 flows smoothly into the ultrafine particle collection chamber 137.
- a hemispherical guide member 138 is attached to the upper end of the inner cylindrical ground electrode member 133.
- the outer cylindrical positive electrode member 132 and the inner cylindrical ground electrode member 133 are connected to an electrostatic field generating power source 12 (see FIG. 15) in the apparatus main body 10. As a result, a voltage is applied between the outer cylindrical positive electrode member 132 and the inner cylindrical ground electrode member 133, the ultrafine particle collection chamber 137 becomes an electrostatic field region, and the sample gas outlet of the charger 50 is caused by the electrostatic field. Ultrafine particles in the sample gas from 61 are captured and collected on the outer peripheral surface of the inner cylindrical ground electrode member 133.
- the superfine particle collection chamber 137 in the cylindrical space is identical. Such an electrostatic field is formed. Also, since the ultrafine particle collection chamber 137 is concentric with the sample gas outlet (collector inlet) 61 of the charger 50, the sample gas drift in the ultrafine particle collection chamber 137 Turbulence is suppressed. From these facts, the efficiency of capturing and collecting ultrafine particles on the outer peripheral surface of the inner cylindrical ground electrode member 133 is improved.
- the ultrafine particles captured and collected on the outer peripheral surface of the inner cylindrical ground electrode member 133 are ultrafine particles having a charged particle diameter of about 30 nm or more. If the particle diameter is smaller than that, ultrafine particles (particles having a low charge rate) are classified and collected by the fiber layer filter 134.
- Examples of the material constituting the fiber layer filter 134 include fine glass fibers of about 0.1 m.
- the arrangement position of the fiber layer filter 134 is not limited to the bottom surface portion of the rectifying plate 93. It may be provided.
- FIG. 16 shows a test result of performance evaluation of the ultrafine particle collector 130 in the present embodiment.
- This performance evaluation relates to the collection efficiency of ultrafine particles in the inner cylindrical ground electrode member 1 33 functioning as a particle collection member.
- the vertical axis represents the collection efficiency of ultrafine particles.
- the axis indicates the particle size of the ultrafine particles.
- Vco is a voltage applied between the outer cylindrical positive electrode member 132 and the inner cylindrical ground electrode member 133.
- Embodiment 3 of the electrostatic concentration collection device for ultrafine particles according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 17 and FIG.
- parts corresponding to those in FIGS. 2 to 6 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS.
- the electrostatic concentration collection cylinder 20 for ultrafine particles includes a coarse particle remover 30, a submicron particle remover 40, a charger 50, and an ultrafine particle collector 140. Yes. Also in this embodiment, the coarse particle remover 30, the submicron particle remover 40, and the charger 50 are the same as described above.
- the first embodiment is different from the first embodiment described above in that it is an ultrafine particle collector 140, so the explanation of the coarse particle remover 30, the submicron particle remover 40, and the charger 50 is as follows. To avoid duplication, omit it.
- the ultrafine particle collector 140 is formed in the sample gas outlet 61 and the lower lid 141 between the lower end member 57 having the sample gas outlet (collector inlet) 61 of the charger 50 and the lower lid 141.
- an external electric field electrostatic filter type collector is formed in the sample gas outlet 61 and the lower lid 141 between the lower end member 57 having the sample gas outlet (collector inlet) 61 of the charger 50 and the lower lid 141.
- an external electric field electrostatic filter type collector is an external electric field electrostatic filter type collector.
- a rectifying plate 93 with a rectifying hole 92 and a fiber layer filter 134 are provided on the downstream side of the lower lid 141.
- the positive electrode member 143 and the ground electrode member 145 are insulated at predetermined intervals by an electrical insulator 14 6 made of silicon rubber or the like, and are sandwiched between the positive electrode member 143 and the ground electrode member 1 45 In form, a filter 144 is provided.
- a connection terminal mounting member 147 is fixed to the outside of the cylindrical housing body 56.
- a positive electrode connection terminal 148 is attached to the connection terminal attachment member 147, and the positive electrode connection terminal 148 is conductively connected to the positive electrode member 143.
- the positive electrode member 143 and the ground electrode member 145 are connected to the electrostatic field generating power source 12 (see FIG. 18) in the apparatus body 10. As a result, a voltage is applied between the positive electrode member 143 and the ground electrode member 145.
- the filter 144 is composed of a laminate of a large number of polyamide (nylon) meshes, and is caused by induced polarization (Coulomb force) caused by voltage application by the positive electrode member 143 and the ground electrode member 145 on both sides. , Deposit and collect charged particles.
- the polyamide mesh constituting the filter 144 has a fiber diameter of about 20 to 40 ⁇ m and an opening of about 50 to 70 ⁇ m, and preferably has a fiber diameter of about 30 m and an opening of 60. If a thing of about m is used.
- the number of laminated polyamide meshes of the filter 144 is preferably 20 or more.
- the ultrafine particles having a charged particle diameter of about 30 nm or more are efficiently deposited and collected on the filter 144 and charged!
- the ultrafine particles (low charge rate! Is captured and collected by the fiber layer Finalore 134.
- FIG. 19 shows the test results of the performance evaluation of the ultrafine particle collector 140 in the present embodiment. This performance evaluation relates to the collection efficiency of ultrafine particles in the filter 144 functioning as a particle collection member.
- the vertical axis represents the ultrafine particle collection efficiency and the horizontal axis represents the ultrafine particle collection efficiency.
- the particle size is shown.
- Vco is an applied voltage between the positive electrode member 143 and the ground electrode member 145.
- Embodiment 4 of the electrostatic concentration collection device for ultrafine particles according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 20, portions corresponding to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 2, and description thereof is omitted.
- the electrostatic concentration collection cylinder 20 for ultrafine particles includes a coarse particle remover 30, a submicron particle remover 40, a charger 50, and an ultrafine particle collector 140.
- the coarse particle remover 30 and the charger 50 are the same as those in the first embodiment described above, and the difference from the first embodiment is the submicron particle remover 40 and the ultrafine particle collector 130.
- the descriptions of the coarse particle remover 30 and the charger 50 are omitted to avoid duplication.
- the breathable fiber filter 47 of the submicron particle remover 40 is disposed to face the front surface of the orifice gas inlet 41 without any gap.
- the air permeable fiber filter 47 is disposed oppositely in front of the orifice gas inlet (nozzle) 41 without any gap, the sample gas is also vented to the opening end force of the orifice gas inlet 41 to the submicron particle removal chamber 43. The pressure loss until reaching the permeable fiber filter 47 is eliminated, and the sample gas passes through the fine interfiber space in the breathable fiber filter 47 at a higher speed.
- FIG. 21 shows the collection efficiency of the polyolefin fiber filter
- FIG. 22 shows the collection efficiency of the monodispersed stainless fiber filter.
- Figures 21 and 22 (a) show the case where the distance between the orifice gas inlet 41 and the breathable fiber filter 47 is zero (no gap), and (b) shows the orifice gas inlet 41 and the breathable fiber filter 47. Show the case where the distance to is 4mm! /
- the ultrafine particle collector 140 is formed in the sample gas outlet 61 and the lower lid 141 between the lower end member 57 having the sample gas outlet (collector inlet) 61 of the charger 50 and the lower lid 141.
- an external electric field electrostatic filter type collector is formed in the sample gas outlet 61 and the lower lid 141 between the lower end member 57 having the sample gas outlet (collector inlet) 61 of the charger 50 and the lower lid 141.
- an external electric field electrostatic filter type collector is an external electric field electrostatic filter type collector.
- a rectifying plate 93 with a rectifying hole 92 and a fiber layer filter 134 are provided on the downstream side of the lower lid 141.
- the positive electrode member 143 and the ground electrode member 145 are insulated at predetermined intervals by an electrical insulator 14 6 made of silicon rubber or the like, and are sandwiched between the positive electrode member 143 and the ground electrode member 1 45 In form, a filter 144 is provided.
- a connection terminal mounting member 147 is fixed to the outside of the cylindrical housing body 56.
- a positive electrode connection terminal 148 is attached to the connection terminal attachment member 147, and the positive electrode connection terminal 148 is conductively connected to the positive electrode member 143.
- the positive electrode member 143 and the ground electrode member 145 are connected to an electrostatic field generating power source in the apparatus body 10. As a result, a voltage is applied between the positive electrode member 143 and the ground electrode member 145.
- the filter 144 is composed of a laminate of a large number of polyamide (nylon) meshes, and is driven by the induced polarization force and the Coulomb force generated by the voltage application by the positive electrode member 143 and the ground electrode member 145 on both sides. , Deposit and collect charged particles.
- Configure filter 144 As the polyamide mesh to be used, those having a fiber diameter of about 20 to 40 ⁇ m and an opening of about 50 to 70 ⁇ m, and preferably having a fiber diameter of about 30 m and an opening of about 60 m are used. All you need to do is The number of laminated polyamide meshes of the filter 144 is preferably a large number of 20 or more.
- ultrafine particles having a charged particle diameter of about 30 nm or more are efficiently deposited and collected on the filter 144, and uncharged ultrafine particles (particles having a low charge rate) are disposed on the downstream side.
- Classifier capture by filter 134 is efficiently deposited and collected on the filter 144, and uncharged ultrafine particles (particles having a low charge rate) are disposed on the downstream side.
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Abstract
大気環境中の超微粒子の分級を常圧で高効率に行い、さらに超微粒子を濃縮捕集し、大気環境中の超微粒子の化学組成の分析、評価を的確に行えるようにすること。 ワイヤ放電電極71とコイル状接地電極65とによるコロナ放電と、軟X線照射管77、78による軟X線照射とを併用した非平衡荷電により、超微粒子の荷電を行う。
Description
明 細 書
超微粒子用静電濃縮捕集装置及びそれに用いるサブミクロン粒子除去 技術分野
[0001] この発明は、超微粒子用静電濃縮捕集装置及びサブミクロン粒子除去器に係り、 特に、大気環境中のナノクラスの超微粒子 (UFP)を分級濃縮捕集する超微粒子用 静電濃縮捕集装置及びそれに用いるサブミクロン粒子除去器に関する。
背景技術
[0002] 大気環境中のナノクラスの超微粒子 (ナノ粒子)は、ディーゼル排ガス等に多く含ま れ、多環芳香族炭化水素 (PAH)等の毒性の高 ヽ物質が多く含まれて ヽるとされる。 しかし、超微粒子は、図 23に示されているように、大気塵全体に含まれる質量割合が 極めて低 、ため、粒子全体を捕集して分析を行っても超微粒子そのものの毒性を評 価することは困難とされ、サブミクロン以上の粗大粒子力 超微粒子を分級する技術 の開発が望まれている。
[0003] なお、図 23において、実線は粒子個数分布を、破線は表面積分布を、点線は質量 分布を各々示している。
[0004] 従来、超微粒子を分級する装置として、減圧インパクタ (LPI)や微分型静電分級装 置(DMA)が知られている。
[0005] 減圧インパクタ (LPI)は、アンダーセン'インパクタによる微粒子の捕集原理を用い たものである。インパクタは微粒子を捕集するプレートを多段に重ね、プレート間に直 径の異なるノズルを配置している。装置に流入した微粒子は、最初のステージではノ ズル径が大きぐ流速が遅いため、粒径の大きい粒子はプレートに衝突し捕集される 力 粒径の小さな粒子はプレートに衝突せず次のステージに流れていく。プレート間 のノズルを下流に行くに従 、小さくして 、くことにより、粒子を連続して粒径別に分離 することが可能である。
[0006] LPIは、 0. 3 m以下の粒子の分級捕集を減圧下で行うものであり、 30nm〜10 μ mの広範囲な粒径の粒子の分級捕集を可能にして ヽる。
[0007] また、微分型静電分級装置 (DMA)は、電極となる 2重円筒に挟まれた空間に直 流電界が形成されており、予め放射性同位元素(通常は Am— 241や Kr— 85を使 用)を用いて平衡帯電状態となった微粒子を上部外筒壁から装置内に流入する。こ の時、電気移動度の差により粒径の小さい粒子は内筒上部に、大きい粒子は下部に 到達し、特定の粒径範囲の粒子のみが電極下端に取り付けられたスリットに流入する こと〖こより分級される。
[0008] し力しながら、従来の LPIでは、 0. 3 μ m以下の粒子を捕集する捕集部が減圧とな るため、超微粒子に含まれる不安定な成分が揮発してしまう可能性があり、超微粒子 の信頼性の高い分析、評価を行うことが難しい。
[0009] また、 DMAは、本来、単分散の粒子を得る装置であり、粒子を両極荷電で荷電し ていることから、投入した粒子に対して取り出される粒子の割合は極めて低い。特に、 超微粒子域では粒径力 S小さくなるほど極端に荷電効率が減少し、超微粒子の分析、 評価を行うことが難しい。 DMAでは、分級される帯電粒子は内筒に印加される電圧 に対し逆の極性を持つ粒子である。
[0010] このようなことから、大気環境中の超微粒子の化学組成を調べる上で、常圧で超微 粒子のみを高効率で分級し、さらに濃縮捕集する装置の有用性は極めて高ぐその 濃縮 ·捕集装置の開発が強く要望されて!ヽる。
[0011] この発明は、前記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、大 気環境中の超微粒子の分級を常圧で高効率に行い、さらに超微粒子を濃縮捕集し 、大気環境中の超微粒子の化学組成の分析、評価を的確に行える超微粒子用静電 濃縮捕集装置を提供することにある。
[0012] また、この発明の他の目的とするところは、前記超微粒子用静電濃縮捕集装置の 荷電用筒状ハウジングや各種電極のサイズを適宜変更することで可能となる、例え ば、排気ガス中に含まれる超微粒子を捕集して大気を浄化する大気浄化装置を提 供することにある。
発明の開示
[0013] この発明による超微粒子用静電濃縮捕集装置は、荷電空間を画定し、一端側に試 料気体入口を、他端に試料気体出口を有する荷電用筒状ハウジングと、前記荷電空
間にお 1ヽて前記試料気体入口と前記試料気体出口との間に配置されたコイル状接 地電極と、前記荷電空間において前記コイル状接地電極の内側をその中心軸線に 沿って配置され、前記コイル状接地電極との間に電界の形成とコロナ放電を行うワイ ャ放電電極と、前記荷電空間に X線を照射する X線照射管と、前記筒状ハウジング の前記試料気体出口に接続された捕集器と有する。
[0014] この発明による超微粒子用静電濃縮捕集装置は、好ましくは、前記 X線照射管は、 長波長の X線を照射する軟 X線照射管である。
[0015] この発明による超微粒子用静電濃縮捕集装置は、好ましくは、前記捕集器は、前 記試料気体出口に連通する導入口に配置された正電極部材と、接地された捕集板 とを含む。
[0016] この発明による超微粒子用静電濃縮捕集装置は、好ましくは、前記捕集器は、外 側円筒正電極部材と、前記外側円筒正電極部材内に当該外側円筒正電極部材と 同心配置された内側円筒状接地電極部材とを有し、前記外側円筒正電極部材の内 周面と前記内側円筒状接地電極部材の外周面との間に、前記試料気体出口に連通 する円筒状の超微粒子捕集室を画定しており、前記内側円筒状接地電極部材が粒 子捕集部材をなしている。
[0017] この発明による超微粒子用静電濃縮捕集装置は、更に、好ましくは、前記超微粒 子捕集室は前記試料気体出口と同心に設けられている。
[0018] この発明による超微粒子用静電濃縮捕集装置は、好ましくは、前記捕集器は、前 記試料気体出口に連通する形態で、金属ワイヤメッシュによる正電極部材と、粒子捕 集部材として機能する誘電体メッシュによるフィルタと、金属ワイヤメッシュによる接地 電極部材との積層体を有し、外部電界静電フィルタ方式の捕集器をなして ヽる。
[0019] この発明による超微粒子用静電濃縮捕集装置は、好ましくは、更に、前記捕集器 の下流部に繊維層フィルタを有する。
[0020] この発明による超微粒子用静電濃縮捕集装置は、好ましくは、前記荷電用筒状ノ、 ウジングの前記試料気体入口に、アンダーセン'インパクタによる粗大粒子除去器と 、慣性式フィルタによるサブミクロン粒子除去器とが、試料気体流れで見て順に接続 されている。
[0021] この発明による超微粒子用静電濃縮捕集装置は、好ましくは、サブミクロン粒子除 去器は、オリフィス気体入口と、前記オリフィス気体入口に所定間隔をおいて対向配 置された通気性繊維フィルタとを含む。
[0022] この発明による超微粒子用静電濃縮捕集装置は、更に、好ましくは、前記通気性 繊維フィルタは単分散ステンレス繊維製のフィルタである。
[0023] この発明による超微粒子用静電濃縮捕集装置は、分級濃縮を常圧で行うから、超 微粒子に含まれる不安定な成分が揮発することがなぐコイル状接地電極によるコロ ナ放電と軟 X線照射とを併用した非平衡荷電により、超微粒子を帯電粒子として効率 よく取り出すことができる。
[0024] この発明による超微粒子用静電濃縮捕集装置は、前記の如ぐ主に静電濃縮した 超微粒子を捕集し、該超微粒子の組成分析を行うものであるが、前記装置を構成す る荷電用筒状ハウジングや各種電極のサイズを適宜変更することで、例えば、排気 ガス中に含まれる超微粒子を捕集して大気を浄化する大気浄化装置として応用する ことも可能である。
[0025] この発明によるサブミクロン粒子除去器は、オリフィス気体入口と、前記オリフィス気 体入口に対向配置された通気性繊維フィルタと備えて ヽることを特徴として ヽる。
[0026] この発明によるサブミクロン粒子除去器は、具体的な態様としては、サブミクロン粒 子除去室を画定するハウジングと、前記サブミクロン粒子除去室に開口したオリフィス 気体入口と、前記サブミクロン粒子除去室内にあって前記オリフィス気体入口に対向 配置された通気性繊維フィルタと、前記通気性繊維フィルタが前記オリフィス気体入 口と対向する反対側に設けられた気体出口とを有する。
[0027] この発明によるサブミクロン粒子除去器は、好ましくは、前記通気性繊維フィルタは 、前記オリフィス気体入口に所定間隔をおいて、あるいは無間隔で対向配置されて いる。
[0028] この発明によるサブミクロン粒子除去器は、気流の圧力により繊維構造が変化しな Vヽ材質力もなるフィルタ、好ましくは前記通気性繊維フィルタは単分散ステンレス繊 維製のフィルタを有する。
図面の簡単な説明
圆 1]図 1はこの発明による超微粒子用静電濃縮捕集装置の一つの実施形態を示す 全体斜視図
[図 2]図 2は実施形態 1による超微粒子用静電濃縮捕集装置の超微粒子用静電濃縮 捕集筒を示す断面図
圆 3]図 3は実施形態 1による超微粒子用静電濃縮捕集筒の粗大粒子除去器で使用 される衝突ノズル板の正面図
圆 4]図 4は実施形態 1による超微粒子用静電濃縮捕集筒の粗大粒子除去器で使用 される捕集板の正面図
圆 5]図 5は実施形態 1による超微粒子用静電濃縮捕集筒のサブミクロン粒子除去器 で使用される衝突板と通気性繊維フィルタの正面図
[図 6]図 6は実施形態 1による超微粒子用静電濃縮捕集筒で使用される超微粒子捕 集器の要部の説明図
圆 7]図 7は超微粒子用静電濃縮捕集筒のサブミクロン粒子除去器における通気性 繊維フィルタの性能試験結果を示すグラフ
圆 8]図 8は超微粒子用静電濃縮捕集筒の荷電器における非平衡荷電下でのイオン と粒子の挙動を模式的に示す説明図である。
[図 9]図 9は超微粒子用静電濃縮捕集筒の荷電器におけるコロナ放電の印加電圧 V 1とイオン濃度の関係を、軟 X線照射あり'なしで示すグラフ
[図 10]図 10はコロナ放電の印加電圧と荷電器における損失率との関係を、各流速に ついて示すグラフ
[図 11]図 11はコロナ放電の印加電圧と荷電器出口における正帯電粒子の割合との 関係を各流速にっ 、て示すグラフ
[図 12]図 12はコロナ放電の印加電圧と荷電器における帯電粒子の透過率の関係( 軟 X線照射管が一つの場合)を各流速にっ 、て示すグラフ
[図 13]図 13はコロナ放電の印加電圧と荷電器における帯電粒子の透過率の関係( 軟 X線照射管が二つの場合)を、各流速について示すグラフである。
[図 14]図 14は実施形態 2による超微粒子用静電濃縮捕集装置の超微粒子用静電 濃縮捕集筒を示す断面図
[図 15]図 15は実施形態 2による超微粒子用静電濃縮捕集筒で使用される超微粒子 捕集器の要部の説明図
[図 16]図 16は実施形態 2による超微粒子用静電濃縮捕集筒で使用される超微粒子 捕集器の性能評価の試験結果を示すグラフである。
[図 17]図 17は実施形態 3による超微粒子用静電濃縮捕集装置の超微粒子用静電 濃縮捕集筒を示す断面図
[図 18]図 18は実施形態 3による超微粒子用静電濃縮捕集筒で使用される超微粒子 捕集器の要部の説明図
[図 19]図 19は実施形態 3による超微粒子用静電濃縮捕集筒で使用される超微粒子 捕集器の性能評価の試験結果を示すグラフである。
[図 20]図 20は実施形態 4による超微粒子用静電濃縮捕集装置の超微粒子用静電 濃縮捕集筒を示す断面図
[図 21]図 21の(a)、 (b)は本実施形態のサブミクロン粒子除去器おけるオリフィス気 体入口と通気性繊維フィルタとの距離の捕集効率への影響を示すグラフ
[図 22]図 22の(a)、 (b)は実施形態 4のサブミクロン粒子除去器おけるオリフィス気体 入口と通気性繊維フィルタとの距離の捕集効率への影響を示すグラフである。
[図 23]図 23はディーゼル排ガスを含む大気環境中の粒子分布を示すグラフである。 発明を実施するための最良の形態
[0030] この発明による超微粒子用静電濃縮捕集装置の実施形態 1を、図 1〜図 6を参照 して、詳細に説明する。
[0031] 図 1に示されているように、本実施形態の超微粒子用静電濃縮捕集装置は、電源、 制御機器等を内蔵した装置本体 10と、装置本体 10に取り付けられた超微粒子用静 電濃縮捕集筒 20とを有する。超微粒子用静電濃縮捕集筒 20は装置本体 10に上下 方向姿勢で取り付けられている。
[0032] 超微粒子用静電濃縮捕集筒 20は、粗大粒子除去器 30と、サブミクロン粒子除去 器 40と、荷電器 50と、超微粒子捕集器 90から構成されている。図 2に示されているよ うに、この超微粒子用静電濃縮捕集筒 20では、排気側に、吸引ブロワ 120が接続さ れ、試料気体は、常圧での吸引ブロワ 120による吸引により、粗大粒子除去器 30か
ら取り入れられ、サブミクロン粒子除去器 40、荷電器 50、超微粒子捕集器 90の順に 流れる。
[0033] 粗大粒子除去器 30は、主として、 1 μ m以上の粒径の粗大粒子を除去するもので あり、従来から使用されて 、るアンダーセン ·インパクタの一部をそのまま適用して!/ヽ る。
[0034] 粗大粒子除去器 30は試料気体導入口 31を開口形成された上蓋状のインパクタ導 入部材 33を有する。インパクタ導入部材 33は、サブミクロン粒子除去器 40のオリフィ ス部材 42と共働して粗大粒子除去室 32を画定して 、る。
[0035] 粗大粒子除去室 32内には、複数個のノズル孔 34を有する衝突ノズル板 35 (図 3参 照)と、円形の中央開口 36を有する捕集板 37 (図 4参照)とが所定間隔をおいて順に 固定配置されている。
[0036] サブミクロン粒子除去器 40は、慣性式フィルタで、主として、 0. 1〜: L 0 m程度 の粒径の粒子を除去するものである。
[0037] サブミクロン粒子除去器 40は、インパクタ導入部材 32に接続され、中央部にオリフ イス気体入口 41を有するオリフィス部材 42を有し、荷電器 50の導入ノヽウジング 51と 共働してサブミクロン粒子除去室 43を画定して 、る。
[0038] サブミクロン粒子除去室 43内には衝突板 44が固定配置されている。衝突板 44は、 図 5に示されているように、円形の中央開口 45と、 3つの円弧状の側部開口 46とが穿 設されている。衝突板 44の中央部には、中央開口 45を塞ぐように通気性繊維フィル タ 47が取り付けられて!/、る。
[0039] 通気性繊維フィルタ 47は、繊維径 4〜10 μ m程度、気流の圧力により繊維構造が 変化しない材質力 なるフィルタ,好ましくは 8 m程度の単分散ステンレス繊維によ り構成され、オリフィス気体入口 41に比較的狭い間隔をおいて対向している。つまり 、オリフィス気体入口 41の正面に通気性繊維フィルタ 47が配置されている。
[0040] 荷電器 50は、超微粒子を高効率に荷電する部位である。荷電器 50は、連通ポート 52を有する導入ノヽウジング 51と、導入ノズル 53を有する導入ノズル部材 54と、上端 部材 55と筒状ノ、ウジング本体 56と下端部材 57との組立体による荷電用筒状ノ、ウジ ング 58とを含む。
[0041] 荷電用筒状ハウジング 58は、内側に荷電空間 59を画定し、上端部材 55に導入ノ ズル 53と連通する試料気体入口 60を有し、下端部材 57に試料気体出口 61を有す る。
[0042] 荷電空間 59内には有底筒体によるコイル固定部材 62が固定配置されている。コィ ル固定部材 62の底部 63は下端部材 57の側にあって試料気体出口 61と連通する連 通孔 64を有する。
[0043] コイル固定部材 62の底部 63にはコイル状接地電極 65の一端 65 Aが固定されて!/、 る。コイル状接地電極 65は、荷電空間 59の中心部を軸線方向に延在し、他端 65B を上端部材 55に固定されている。これにより、コイル状接地電極 65は、荷電空間 59 にお 、て試料気体入口 60と試料気体出口 61との間に配置される。
[0044] 筒状ハウジング本体 56の外側には接続端子取付部材 72が固定されている。接続 端子取付部材 72には接地用接続端子 73が取り付けられており、接地用接続端子 7 3はコイル状接地電極 65の一端 65Aに導通接続されている。
[0045] 導入ノヽウジング 51と導入ノズル部材 54との間にはワイヤ固定板 67、ワイヤ支持板 68が固定配置されている。ワイヤ固定板 67、ワイヤ支持板 68は、各々連通孔 69、 7 0を有する。
[0046] 下端部材 57は中心部にてワイヤ放電電極 (DE) 71の一端 71Aを固定されている。
ワイヤ放電電極 71は、コイル状接地電極 65の内側をその中心軸線に沿って延在し
、他端 71Bをワイヤ支持板 68の中心部に固定されている。
[0047] ワイヤ固定板 67の外周には正電極リング部材 74が取り付けられている。正電極リン グ部材 74は、ワイヤ支持板 68と導通接触し、ワイヤ支持板 68を介してワイヤ放電電 極 71の他端 71 Bに導通接続されている。
[0048] 導入ハウジング 51の外側には接続端子取付部材 75が固定されている。接続端子 取付部材 75には正電極用接続端子 76が取り付けられており、正電極用接続端子 7
6は正電極リング部材 74に導通接続されて 、る。
[0049] 上端部材 55は、ねじ部 66によってコイル固定部材 62にねじ係合し、軸線方向に変 位可能であることにより、導入ノズル部材 54、ワイヤ支持板 68を介して調整ねじ式に ワイヤ放電電極 71の張力を調整する張力調整部材をなしている。
[0050] 接地用接続端子 73と正電極用接続端子 76が装置本体 10内の放電用電源 11 (図 8参照)に接続されることにより、ワイヤ放電電極 71とコイル状接地電極 65とに放電 用電源 11によって所定の電位差が与えられ、ワイヤ放電電極 71とコイル状接地電極 65との間で電界の形成とコロナ放電が行われる。
[0051] 筒状ハウジング本体 56の外側には、荷電空間 59を径方向に横切る方向に相対向 して軟 X線照射管(ェミッタ) 77、 78が取り付けられている。軟 X線照射管 77、 78は、 波長が 0. 13-0. 41nm程度の長波長の X線を発生するものであり、各々、コイル固 定部材 62に形成されている開口 79、 80より荷電空間 59に軟 X線を照射する。
[0052] なお、軟 X線照射管は、必ずしも、 2個設けられることはなぐ軟 X線照射管 77と 78 の何れか一方であってもよ!/ヽ。
[0053] 超微粒子捕集器 90は、下端部材 57と、筒状ハウジング本体 56に装着された筒状 の捕集器ハウジング 91と、複数個の整流孔 92を開けられた整流板 93とによって超 微粒子捕集室 94を画定して 、る。
[0054] 筒状ハウジング本体 56の下端部には、排気ノズル孔 110を有する排気ノズル部材 111と、排気口 112を有する排気ハウジング 113が取り付けられて 、る排気ハウジン グ 113の排気口 112に吸引ブロワ 120が接続されている。
[0055] 荷電部出口である試料気体出口 61は、超微粒子捕集器 90の導入口(捕集部ノズ ル)を兼ねており、試料気体出口 61に、正電極部材として、正電極リング部材 95と、 メッシュ電極部材 96 (図 6参照)とが電極カセット蓋 97によって取り付けられている。
[0056] なお、超微粒子捕集器 90の正電極部材は、正電極リング部材 95とメッシュ電極部 材 96の何れか一方だけであってもよ!/、。
[0057] 筒状ハウジング本体 56の外側にはもう一つの接続端子取付部材 98が固定されて いる。接続端子取付部材 98には正電極用接続端子 99が取り付けられており、正電 極用接続端子 99は正電極リング部材 95に導通接続されている。
[0058] 超微粒子捕集室 94内には、捕集板保持体 100の先端に取り付けられた捕集円板 101が配置されている。捕集円板 101は、ステンレス鋼により構成され、比較的接近 した態様で、試料気体出口 61に正対向して ヽる。
[0059] 捕集円板 101は捕集板保持体 100に取り付けられた接地電極部材 102に導通接
続されており、接地電極部材 102と正電極用接続端子 99が装置本体 10内の静電界 発生用電源 12 (図 6参照)に接続されることにより、正電極リング部材 95、メッシュ電 極部材 96と捕集円板 101間にかかる静電界を利用して超微粒子を捕集円板 101の 表面に捕捉、捕集する。
[0060] 捕集板保持体 100は、排気ハウジング 113の底部 114に明けられた取付孔 1 15に 抜き差し可能に差し込まれており、捕集円板 101の取り出しのために、捕集円板 101 を伴って取り外し可能、交換可能になっている。
[0061] つぎに、本実施形態による超微粒子用静電濃縮捕集装置の作用について説明す る。
[0062] 大気やエンジンの排ガス等の試料気体は、吸引ブロワ 120によって引かれ、超微 粒子用静電濃縮捕集筒 20の試料気体導入口 31より排気口 112へ、超微粒子用静 電濃縮捕集筒 20内を上から下へ流れる。
[0063] この間に、粗大粒子除去器 30によって試料気体中の 1 /z m以上の粒径の粗大粒子 が除去され、次に、サブミクロン粒子除去器 40によって試料気体中の 0. 1〜1. Ο μ m程度の粒径の粒子を除去され、次に、荷電器 50にて試料気体中のナノ粒子 (超微 粒子)に荷電が行われ、そして荷電されたナノ粒子が超微粒子捕集器 90の捕集円 板 101の表面に捕捉、捕集される。粒子の取り除かれた試料気体は排気口 112より 外部へ排気される。
[0064] サブミクロン粒子除去器 40では、試料気体がオリフィス気体入口 41を通過する際 に流速が速められ、例えば、 50mZs程度まで加速されてサブミクロン粒子除去室 43 に流入する。これにより、試料気体がオリフィス気体入口 41の正面に配置されている 通気性繊維フィルタ 47、中央開口 45を高速度で通過し、試料気体中の 0. 1〜1. 0 μ m程度の粒径の粒子は、運動エネルギを与えられて直進し、慣性により効率よく通 気性繊維フィルタ 47に衝突して捕捉、捕集される。衝突板 44の側部開口 46は、エア 一ベントとして機能し、サブミクロン粒子除去室 43の内圧上昇を抑制する。
[0065] これにより、従来のインパクタ方式のものでは、大気圧下で分離できる限界は、粒径 が 0. 3 μ m程度の粒子であつたの力 特に、繊維径 8 μ m程度の単分散ステンレス 繊維により構成された通気性繊維フィルタ 47の使用により、粒径が 0. 1 μ m以下の
粒子の捕捉除去も可能になった。実際に、 50%カットオフ径 0.: mを達成すること が可能になる。
[0066] 図 7は、サブミクロン粒子除去器 40における通気性繊維フィルタ 47の性能試験結 果を示している。口付き線はポリマ製のフィルタ Aの性能試験結果を、〇付き線は単 分散ステンレス繊維製のフィルタ Bの性能試験結果を各々示して 、る。
[0067] フィルタ Aは、繊維径 5. 0 m、フィルタ厚 3. Omm、充填率 0. 08のポリマ製フィル タであり、フィルタ Bは、シート密度 200gZm2、繊維径 8. O ^ m,フィルタ厚 4. Om m、充填率 0. 0065の単分散ステンレス繊維製フィルタである。
[0068] ポリマ製フィルタと単分散ステンレス繊維製フィルタとを比べると、粒径 0. 07 μ m程 度以上では、ほぼ同等の捕集効率である力 粒径 0. 07 m程度以下では、ポリマ 製フィルタに比して単分散ステンレス繊維製フィルタのほうが捕集効率が悪いことが ゎカゝる。
[0069] このことから、単分散ステンレス繊維製フィルタが粒径 0. 07 μ m以下の粒子と以上 の粒子との分離捕集が良いことが理解でき、サブミクロン以上の粗大粒子力も超微粒 子が効率よく分級することができる。これにより、超微粒子が、サブミクロン粒子除去 器 40より後段の超微粒子捕集器 90に、効率よく渡されることになる。
[0070] 荷電器 50における試料気体中のナノ粒子の荷電は、軟 X線照射管 77、 78による 軟 X線照射と、ワイヤ放電電極 71とコイル状接地電極 65との間のコロナ放電による 非平衡荷電により行われる。
[0071] これにより、粒径が 60nm以下の粒子に対して、放電電圧 7. 5kV程度の軟 X線照 射のもと、 95%以上の荷電効率に到達している。
[0072] 超微粒子用静電濃縮捕集装置における荷電器 50では、粒子を荷電するだけで、 電極において粒子を極力捕集せずに、帯電粒子として、後段へ、つまり超微粒子捕 集器 90に取り出す必要がある。
[0073] このため、本実施形態では、荷電部での損失を極力抑えるベぐコイル状接地電極
65を採用している。これにより、流速 40LZminで、粒径 50nmの粒子を最大 70% 程度の荷電粒子として取り出すことができる。
[0074] 図 8は、荷電器 50における非平衡帯電下でのイオンおよび粒子 Pの挙動を模式的
に示している。なお、図 8では、簡略ィ匕のために片側の軟 X線照射管 78のみを示して いる。
[0075] 図 8において、 Aはコロナ放電による単極イオンの発生を、 Bはコロナ放電により得 られる自由イオンによる拡散荷電を、 Cは軟 X線照射による両極イオンを、 Dは軟 X線 照射による粒子の光イオンィ匕を各々示して 、る。
[0076] 図 9は、荷電器 50におけるコロナ放電の印加電圧 VIとイオン濃度の関係を、軟 X 線照射ありと、軟 X線照射なしとで示している。この特性グラフより軟 X線照射ありのほ うが、イオン濃度が高くなることがわかる。
[0077] 図 10は、コロナ放電の印加電圧 VIと荷電器における損失率 fLとの関係を、各流 速について示している。
[0078] 損失率 fLは下式により表される。
[0079] fL = 1— (NVl/Nin)
但し、 NV1 :印加電圧 VIにおける荷電器出口での粒子濃度、 Nin:荷電器入口で の粒子濃度である。
[0080] 図 11は、コロナ放電の印加電圧 VIと荷電器出口における帯電粒子の割合 fc +と の関係を、各流速について示している。
[0081] 帯電粒子の割合 fc +は下式により表される。
[0082] fc+ =N+ total/Nin
但し、 N+total:印加電圧 VIにおける荷電器出口での正帯電粒子の濃度、
Nin:荷電器入口での粒子濃度である。
[0083] 図 12、図 13は、コロナ放電の印加電圧 VIと荷電器における帯電粒子の透過率の 関係を、各流速について示している。図 12は軟 X線照射管が一つの場合を、図 13 は軟 X線照射管が二つの場合を各々示して 、る。
[0084] 帯電粒子の透過率 f3は下式より表される。
[0085] f3=fl X (1 -fL)
但し, fl :荷電部出口での荷電粒子の割合,
fL:荷電器における損失率である。
[0086] また, flは以下の実測値を用いて,下式で表される。
[0087] fl =N0/NVl
但し, NO:印加電圧 OVにおける荷電部出口での粒子濃度, NV1:印加電圧 VIに おける荷電器出口での粒子濃度である。
[0088] 上述の如く荷電器 50で帯電し、荷電器 50を透過した帯電粒子 (ナノ粒子)は、試 料気体出口 61より超微粒子捕集器 90の超微粒子捕集室 94に入り、正電極リング部 材 95、メッシュ電極部材 96と捕集円板 101間にかかる静電界によって捕集円板 101 の表面に捕捉、捕集される。
[0089] これにより、捕集円板 101にナノ粒子が効率よく濃縮捕集される。ナノ粒子が濃縮 捕集された捕集円板 101は、捕集板保持体 100を排気ハウジング 113より抜き出す ことにより、取り出され、大気環境中等の超微粒子の化学組成の分析、評価に供され る。
[0090] この発明による超微粒子用静電濃縮捕集装置は、以下のような効果を奏する。
[0091] (1)分級濃縮が常圧で行われるので、超微粒子に含まれる不安定な成分が揮発す ることがない。
[0092] (2)コイル状接地電極 65によるコロナ放電と軟 X線照射と併用した非平衡荷電によ り、流速 40LZmin程度で、粒径 50nm程度の超微粒子を最大 70%程度、荷電粒 子として取り出すことができる。
[0093] (3)以上のように、常圧で超微粒子のみを高効率で分級し、更に、濃縮、捕集する ため、大気環境中の超微粒子の化学組成を調べる上で、有用性が高い。
[0094] この発明による超微粒子用静電濃縮捕集装置の実施形態 2を、図 14、図 15を参 照して、詳細に説明する。なお、図 14、図 15において、図 2〜図 6に対応する部分は 、図 2〜図 6に付した符号と同一の符号を付けている。
[0095] 本実施形態では、超微粒子用静電濃縮捕集筒 20は、粗大粒子除去器 30と、サブ ミクロン粒子除去器 40と、荷電器 50と、超微粒子捕集器 130から構成されている。粗 大粒子除去器 30、サブミクロン粒子除去器 40、荷電器 50は、上述の実施形態 1と同 じであり、上述の実施形態 1と異なるところは、超微粒子捕集器 130であるから、粗大 粒子除去器 30、サブミクロン粒子除去器 40、荷電器 50についての説明は、重複す ることを避けるベぐ省略する。
[0096] 超微粒子捕集器 130は、筒状ハウジング本体 56の下端に連結された捕集器ハウ ジング 131と、捕集器ハウジング 131内に荷電器 50の試料気体出口(捕集部入口) 6 1と同心配置された外側円筒正電極部材 132と、外側円筒正電極部材 132内に取 付ロッド 139によって外側円筒正電極部材 132と同心配置された内側円筒状接地電 極部材 133と、捕集器ハウジング 131の下端部 (捕集部出口)に装着された整流孔 9 2付きの整流板 93および繊維層フィルタ 134とを有する二重円筒型捕集部として構 成されている。
[0097] 捕集器ハウジング 131の外側には接続端子取付部材 135が固定されている。接続 端子取付部材 135には正電極用接続端子 136が取り付けられており、正電極用接 続端子 136は外側円筒正電極部材 132に導通接続されている。
[0098] 外側円筒正電極部材 132と内側円筒状接地電極部材 133とは、外側円筒正電極 部材 132の内周面と内側円筒状接地電極部材 133の外周面との間に、円筒状の超 微粒子捕集室 137を画定しており、内側円筒状接地電極部材 133が粒子捕集部材 として機能する。超微粒子捕集室 137は、上端 (捕集部入口)にて荷電器 50の試料 気体出口 61に連通し、試料気体出口 61と同心で、下端 (捕集部出口)にて整流板 9 3の整流孔 92に連通して 、る。
[0099] 試料気体出口 61は、荷電空間 59よりの帯電粒子を含む試料気体が円滑に超微粒 子捕集室 137へ流れるよう、スロート状をなしている。また、同じ目的で、内側円筒状 接地電極部材 133の上端には半球状案内部材 138が取り付けられている。
[0100] 外側円筒正電極部材 132と内側円筒状接地電極部材 133は、装置本体 10内の静 電界発生用電源 12 (図 15参照)に接続されている。これにより、外側円筒正電極部 材 132と内側円筒状接地電極部材 133との間に電圧が印加され、超微粒子捕集室 137が静電界域になり、静電界によって荷電器 50の試料気体出口 61よりの試料気 体中の超微粒子が内側円筒状接地電極部材 133の外周表面に捕捉、捕集される。
[0101] 本実施形態では、同心配置の外側円筒正電極部材 132と内側円筒状接地電極部 材 133との間に静電界が形成されるから、円筒状空間の超微粒子捕集室 137に一 様な静電界が形成される。また、超微粒子捕集室 137は荷電器 50の試料気体出口( 捕集部入口) 61と同心であるから、超微粒子捕集室 137における試料気体の偏流や
乱流が抑制される。これらのこと〖こより、内側円筒状接地電極部材 133の外周表面に 対する超微粒子の捕捉 ·捕集効率が向上する。
[0102] 内側円筒状接地電極部材 133の外周表面に捕捉'捕集される超微粒子は、専ら荷 電された粒径が 30nm程度以上の超微粒子である。それより粒径が小さぐ荷電され て 、な 、超微粒子 (荷電率が低 、粒子)は繊維層フィルタ 134によって分級捕捉'捕 集される。
[0103] この繊維層フィルタ 134を構成する材料としては、 0. 1 m程度の微細なガラス繊 維等が挙げられる。
[0104] なお、繊維層フィルタ 134の配置位置は、整流板 93の底面部分に限られることはな ぐ超微粒子捕集室 137より下流側にあればよぐ排気口 112の外側に別置きで設け られてちよい。
[0105] また、本実施形態では、荷電部と捕集部との間の距離を拡大できるので、荷電部と 捕集部における電界の干渉を避けることができ、このことによつても、超微粒子の分 離効率、捕捉 ·捕集効率が向上する。
[0106] 図 16は、本実施形態における超微粒子捕集器 130の性能評価の試験結果を示し ている。この性能評価は、粒子捕集部材として機能する内側円筒状接地電極部材 1 33における超微粒子の捕集効率に関するものであり、図 16のグラフでは、縦軸に超 微粒子の捕集効率を、横軸に超微粒子の粒径を示している。 Vcoは外側円筒正電 極部材 132と内側円筒状接地電極部材 133との間の印加電圧である。
[0107] このグラフから、超微粒子の粒径が 30nm以上のものに関しては、印加電圧 Vcoに 対する依存性が殆どなぐ印加電圧 Vcoが 4kV以上で、高い捕集効率が得られるこ とが分かる。
[0108] この発明による超微粒子用静電濃縮捕集装置の実施形態 3を、図 17、図 18を参 照して、詳細に説明する。なお、図 17、図 18においても、図 2〜図 6に対応する部分 は、図 2〜図 6に付した符号と同一の符号を付けている。
[0109] 本実施形態では、超微粒子用静電濃縮捕集筒 20は、粗大粒子除去器 30と、サブ ミクロン粒子除去器 40と、荷電器 50と、超微粒子捕集器 140から構成されている。本 実施形態でも、粗大粒子除去器 30、サブミクロン粒子除去器 40、荷電器 50は、上述
の実施形態 1と同じであり、上述の実施形態 1と異なるところは、超微粒子捕集器 140 であるから、粗大粒子除去器 30、サブミクロン粒子除去器 40、荷電器 50についての 説明は、重複することを避けるベぐ省略する。
[0110] 超微粒子捕集器 140は、荷電器 50の試料気体出口(捕集部入口) 61を有する下 端部材 57と下部蓋 141との間に、試料気体出口 61と下部蓋 141に形成された通孔 142とを連通する形態で、金属ワイヤメッシュによる正電極部材 143と、粒子捕集部 材として機能する誘電体メッシュによるフィルタ 144と、金属ワイヤメッシュによる接地 電極部材 145との積層体を有し、外部電界静電フィルタ方式の捕集器をなして 、る。
[0111] 下部蓋 141の下流側には、実施形態 2と同様に、整流孔 92付きの整流板 93およ び繊維層フィルタ 134が設けられている。
[0112] 正電極部材 143と接地電極部材 145はシリコンゴム等による電気絶^ぺーサ 14 6によって所定間隔をおいて絶縁されており、この正電極部材 143と接地電極部材 1 45とに挟まれる形態で、フィルタ 144が設けられている。
[0113] 筒状ハウジング本体 56の外側には接続端子取付部材 147が固定されている。接 続端子取付部材 147には正電極用接続端子 148が取り付けられており、正電極用 接続端子 148は正電極部材 143に導通接続されている。正電極部材 143と接地電 極部材 145は、装置本体 10内の静電界発生用電源 12 (図 18参照)に接続されてい る。これにより、正電極部材 143と接地電極部材 145との間に電圧が印加される。
[0114] フィルタ 144は、多数枚のポリアミド(ナイロン)メッシュの積層物により構成されてお り、両側にある正電極部材 143と接地電極部材 145による電圧印加によって生じる誘 電分極 (クーロン力)により、帯電粒子を沈着捕集する。フィルタ 144を構成するポリア ミドメッシュとしては、繊維径が 20〜40 μ m程度で、目開きが 50〜70 μ m程度のも の、好ましくは、繊維径が 30 m程度で、目開きが 60 m程度のものが用いられれ ばよ 、。フィルタ 144のポリアミドメッシュの積層枚数は 20枚以上の多数枚であること が好ましい。
[0115] 本実施形態では、荷電された粒径が 30nm程度以上の超微粒子は、フィルタ 144 に効率よく沈着捕集され、荷電されて!ヽな ヽ超微粒子 (荷電率が低!ヽ粒子)は繊維 層フイノレタ 134によって分級捕捉 '捕集される。
[0116] 図 19は、本実施形態における超微粒子捕集器 140の性能評価の試験結果を示し ている。この性能評価は、粒子捕集部材として機能するフィルタ 144における超微粒 子の捕集効率に関するものであり、図 19のグラフでは、縦軸に超微粒子の捕集効率 を、横軸に超微粒子の粒径を示している。 Vcoは正電極部材 143と接地電極部材 1 45との間の印加電圧である。
[0117] このグラフから、捕集効率は、超微粒子の粒径の如何を問わず、印加電圧 Vcoに 対する依存性が殆どなぐ粒径が 30nm程度以上のものについて、高い捕集効率が 得られることが分かる。
[0118] この発明による超微粒子用静電濃縮捕集装置の実施形態 4を、図 20を参照して、 詳細に説明する。なお、図 20において、図 2に対応する部分は、図 2に付した符号と 同一の符号を付けてその説明を省略する。
[0119] 本実施形態では、超微粒子用静電濃縮捕集筒 20は、粗大粒子除去器 30と、サブ ミクロン粒子除去器 40と、荷電器 50と、超微粒子捕集器 140から構成されている。粗 大粒子除去器 30、荷電器 50は、上述の実施形態 1と同じであり、上述の実施形態 1 と異なるところは、サブミクロン粒子除去器 40と、超微粒子捕集器 130であるから、粗 大粒子除去器 30、荷電器 50についての説明は、重複することを避けるベぐ省略す る。
[0120] 本実施形態では、サブミクロン粒子除去器 40の通気性繊維フィルタ 47がオリフィス 気体入口 41の正面に無間隔で対向配置されている。
[0121] 通気性繊維フィルタ 47がオリフィス気体入口(ノズル) 41の正面に無間隔で対向配 置されていることにより、オリフィス気体入口 41のサブミクロン粒子除去室 43に対する 開口端力も試料気体が通気性繊維フィルタ 47に到達するまでの圧力損失がなくなり 、試料気体が通気性繊維フィルタ 47の中の微細な繊維間空間をより高速度で通過 するようになる。
[0122] このことは、前述のストークス数 Stkおよびペタレ数 Peを大きくするために、高速気 流を用いることが好まし 、ことに通ずる。
[0123] このことにより、試料気体中の 0. 1〜1. 0 m程度の粒径の粒子に大きい運動エネ ルギが与えられ、当該粒子は、より強い慣性により通気性繊維フィルタの繊維表面に
衝突し、効率よく捕捉、捕集される。
[0124] オリフィス気体入口 41と通気性繊維フィルタ 47との距離の捕集効率への影響につ いて、図 21 (a)、(b)と図 22 (a)、(b)を参照して説明する。
[0125] 図 21はポリオレフイン繊維製フィルタの捕集効率を、図 22は単分散ステンレス繊維 製フィルタの捕集効率を各々示している。図 21、図 22の(a)はオリフィス気体入口 41 と通気性繊維フィルタ 47との距離が零の場合 (無間隔の場合)を、 (b)はオリフィス気 体入口 41と通気性繊維フィルタ 47との距離が 4mmの場合を示して!/、る。
[0126] 図 21 (a)、(b)および図 22 (a)、(b)より、オリフィス気体入口 41と通気性繊維フィル タ 47との距離が零の場合 (無間隔の場合)のほうが、優れた捕集効率が得られること が分かる。
[0127] 超微粒子捕集器 140は、荷電器 50の試料気体出口(捕集部入口) 61を有する下 端部材 57と下部蓋 141との間に、試料気体出口 61と下部蓋 141に形成された通孔 142とを連通する形態で、金属ワイヤメッシュによる正電極部材 143と、粒子捕集部 材として機能する誘電体メッシュによるフィルタ 144と、金属ワイヤメッシュによる接地 電極部材 145との積層体を有し、外部電界静電フィルタ方式の捕集器をなして 、る。
[0128] 下部蓋 141の下流側には、実施形態 2と同様に、整流孔 92付きの整流板 93およ び繊維層フィルタ 134が設けられている。
[0129] 正電極部材 143と接地電極部材 145はシリコンゴム等による電気絶^ぺーサ 14 6によって所定間隔をおいて絶縁されており、この正電極部材 143と接地電極部材 1 45とに挟まれる形態で、フィルタ 144が設けられている。
[0130] 筒状ハウジング本体 56の外側には接続端子取付部材 147が固定されている。接 続端子取付部材 147には正電極用接続端子 148が取り付けられており、正電極用 接続端子 148は正電極部材 143に導通接続されている。正電極部材 143と接地電 極部材 145は、装置本体 10内の静電界発生用電源に接続されている。これにより、 正電極部材 143と接地電極部材 145との間に電圧が印加される。
[0131] フィルタ 144は、多数枚のポリアミド(ナイロン)メッシュの積層物により構成されてお り、両側にある正電極部材 143と接地電極部材 145による電圧印加によって生じる誘 電分極力ならびにクーロン力により、帯電粒子を沈着捕集する。フィルタ 144を構成
するポリアミドメッシュとしては、繊維径が 20〜40 μ m程度で、目開きが 50〜70 μ m 程度のもの、好ましくは、繊維径が 30 m程度で、目開きが 60 m程度のものが用 いられればよい。フィルタ 144のポリアミドメッシュの積層枚数は 20枚以上の多数枚 であることが好ましい。
本実施形態では、荷電された粒径が 30nm程度以上の超微粒子は、フィルタ 144 に効率よく沈着捕集され、荷電されていない超微粒子 (荷電率が低い粒子)は下流 部に設置する繊維層フィルタ 134によって分級捕捉 '捕集される。
Claims
[1] 荷電空間を画定し、一端側に試料気体入口を、他端に試料気体出口を有する荷電 用筒状ハウジングと、
前記荷電空間にお ヽて前記試料気体入口と前記試料気体出口との間に配置された コイル状接地電極と、
前記荷電空間にお 、て前記コイル状接地電極の内側をその中心軸線に沿って配置 され、前記コイル状接地電極との間に電界の形成とコロナ放電を行うワイヤ放電電極 と、
前記荷電空間に X線を照射する X線照射管と、
前記筒状ハウジングの前記試料気体出口に接続された捕集器とを、
有することを特徴とする超微粒子用静電濃縮捕集装置。
[2] 前記 X線照射管は、長波長の X線を照射する軟 X線照射管であることを特徴とする請 求項 1に記載の超微粒子用静電濃縮捕集装置。
[3] 前記捕集器は、前記試料気体出口に連通する導入口に配置された正電極部材と、 接地された捕集板とを含むことを特徴とする請求項 1又は 2に記載の超微粒子用静 電濃縮捕集装置。
[4] 前記捕集器は、外側円筒正電極部材と、前記外側円筒正電極部材内に当該外側円 筒正電極部材と同心配置された内側円筒状接地電極部材とを有し、前記外側円筒 正電極部材の内周面と前記内側円筒状接地電極部材の外周面との間に、前記試料 気体出口に連通する円筒状の超微粒子捕集室を画定しており、前記内側円筒状接 地電極部材が粒子捕集部材をなしていることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の 超微粒子用静電濃縮捕集装置。
[5] 前記超微粒子捕集室は前記試料気体出口と同心に設けられて 、ることを特徴とする 請求項 4に記載の超微粒子用静電濃縮捕集装置。
[6] 前記捕集器は、前記試料気体出口に連通する形態で、金属ワイヤメッシュによる正 電極部材と、粒子捕集部材として機能する誘電体メッシュによるフィルタと、金属ワイ ャメッシュによる接地電極部材との積層体を有し、外部電界静電フィルタ方式の捕集 器をなしていることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の超微粒子用静電濃縮捕集
装置。
[7] 前記捕集器の下流部に繊維層フィルタを有することを特徴とする請求項 1から 6のい ずれか一項に記載の超微粒子用静電濃縮捕集装置。
[8] 前記荷電用筒状ハウジングの前記試料気体入口に、アンダーセン'インパクタによる 粗大粒子除去器と、慣性式フィルタによるサブミクロン粒子除去器とが、試料気体流 れで見て上流から順に接続されて!、ることを特徴とする請求項 1から 7の 、ずれか一 項に記載の超微粒子用静電濃縮捕集装置。
[9] サブミクロン粒子除去器は、オリフィス気体入口と、前記オリフィス気体入口に所定間 隔をおいて対向配置された通気性繊維フィルタとを含むことを特徴とする請求項 8〖こ 記載の超微粒子用静電濃縮捕集装置。
[10] 前記通気性繊維フィルタは気流の圧力により繊維構造が変化しな 、材質力 なるフ ィルタ,好ましくは単分散ステンレス繊維製のフィルタであることを特徴とする請求項 9 に記載の超微粒子用静電濃縮捕集装置。
[11] オリフィス気体入口と、前記オリフィス気体入口に対向配置された通気性繊維フィル タとを備えることを特徴とするサブミクロン粒子除去器。
[12] サブミクロン粒子除去室を画定するハウジングと、前記サブミクロン粒子除去室に開 口したオリフィス気体入口と、前記サブミクロン粒子除去室内にあって前記オリフィス 気体入口に対向配置された通気性繊維フィルタと、前記通気性繊維フィルタが前記 オリフィス気体入口と対向する反対側に設けられた気体出口とを備えることを特徴と するサブミクロン粒子除去器。
[13] 前記通気性繊維フィルタは、前記オリフィス気体入口に所定間隔をお ヽて対向配置 されていることを特徴とする請求項 11又は 12記載のサブミクロン粒子除去器。
[14] 前記通気性繊維フィルタは、前記オリフィス気体入口に無間隔で対向配置されて 、 ることを特徴とする請求項 11又は 12記載のサブミクロン粒子除去器。
[15] 前記通気性繊維フィルタは、気流の圧力により繊維構造が変化しな ヽ材質からなる フィルタ、好ましくは単分散ステンレス繊維製のフィルタであることを特徴とする請求 項 11に記載のサブミクロン粒子除去器。
[16] 請求項 11から 15のいずれか一項に記載のサブミクロン粒子除去器を有する超微粒
子用静電濃縮捕集装置。
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