(57)【要約】  この大気中の降下煤塵の水平流束を連続的に計測する装置は、天板、側壁、及び、４枚以上の仕切板を有する煤塵採取口と；吸気管と；単位時間当たり煤塵量を連続的に計測する連続式煤塵量計測装置と；ブロワまたは圧縮機と；排気口と；を備え、前記側壁は鉛直方向の中心軸を持ち、上方に向けて広がる本質的に円錐台または多角形錐台の側面の形状を有する板であり；前記側壁は、その下端に前記吸気管と接続される吸気口と、その上端近傍の一定の高さに前記側壁の周方向に一定間隔で配置された４箇所以上の開口を有する外気流入口と、を有する。
2010113520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中の降下煤塵の水平流束を連続的に計測する装置であって：
天板、側壁、及び、４枚以上の仕切板を有する煤塵採取口と；
吸気管と；
単位時間当たり煤塵量を連続的に計測する連続式煤塵量計測装置と；
ブロワまたは圧縮機と；
排気口と；
を備え、
吸気が直列に流通するように、流路が、前記煤塵採取口、前記吸気管、前記連続式煤塵量計測装置、前記ブロワまたは圧縮機、前記排気口の順に連結され；
前記側壁は鉛直方向の中心軸を持ち、上方に向けて広がる本質的に円錐台または多角形錐台の側面の形状を有する板であり；
前記側壁は、その下端に前記吸気管と接続される吸気口と、その上端近傍の一定の高さに前記側壁の周方向に一定間隔で配置された４箇所以上の開口を有する外気流入口と、を有し；
前記天板は、本質的に円板の形状を有し、その直径が前記側壁の上端部の水平断面の直径よりも大きく、その中心軸が前記側壁の中心軸と一致し、前記側壁の上端に接するように接続され；
４枚以上の前記仕切板は、前記側壁によって囲まれた空間を水平断面において均等な大きさの扇状領域に分割するように鉛直面内に配置され、中心軸上で互いに接続される４枚以上の同一高さの平板であり；
前記各仕切板は、前記側壁及び前記天板に対して隙間なく接続される；
ことを特徴とする、大気中の降下煤塵水平流束の連続式計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の大気中の降下煤塵水平流束の連続式計測装置であって、
前記天板は、前記側壁の上端部より外側に延出するひさし部を有し、
（［外気の代表風速］／［捕集したい降下煤塵の自由落下速度］）
×［天板下面と外気流入口下端間の軸方向長さ］
を（１）式とすると、
前記ひさし部の前記天板の半径方向に沿った長さは前記（１）式よりも小さい、
ことを特徴とする、大気中の降下煤塵水平流束の連続式計測装置。
【請求項３】
前記連続式煤塵量計測装置と、前記ブロワまたは圧縮機とで、パーティクルカウンタを構成することを特徴とする、請求項１または２に記載の大気中の降下煤塵水平流束の連続式計測装置。
【請求項４】
外気の単位時間当たり平均風速を測定する風速計と；
前記風速計によって測定された平均風速値及び前記連続式煤塵量計測装置によって測定された瞬時降下煤塵量測定値を入力値として取り込むとともに、下記の（２）式に基づいて瞬時外気中降下煤塵濃度を算出する演算装置と；
瞬時外気中降下煤塵濃度
＝  前記瞬時降下煤塵量測定値／（前記平均風速測定値×前記外気流入口の有効開口面積）・・・・（２）
前記演算装置によって算出された瞬時外気中降下煤塵濃度を記録または表示する出力装置と；
を更に備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の大気中の降下煤塵水平流束の連続式計測装置。
【請求項５】
前記各仕切板の前記側壁の軸方向に沿った長さは、前記外気流入口の前記側壁の軸方向長さの２倍以上である
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の大気中の降下煤塵水平流束の連続式計測装置。
【請求項６】
前記各仕切板の前記側壁の軸方向に沿った長さは、前記煤塵採取口の軸方向長さの０．５倍以下である
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の大気中の降下煤塵水平流束の連続式計測装置。
【請求項７】
前記ブロワまたは圧縮機は、前記煤塵採取口に空気とともに流入した降下煤塵の一部または全部を、前記煤塵採取口内の前記空気の一部とともに吸引し、前記吸気口から前記吸気管を通じて前記連続式煤塵量計測装置に導入した後、前記吸引した空気を前記排気口から流出させる、
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の大気中の降下煤塵水平流束の連続式計測装置。
【請求項８】
請求項１または２に記載の大気中の降下煤塵水平流束の連続式計測装置を用いた大気中の降下煤塵水平流束の計測方法であって、
単位時間当たりに捕集された降下煤塵量を前記外気流入口の有効開口面積で除した値を降下煤塵の水平流束として算出することを特徴とする、大気中の降下煤塵水平流束の計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中の降下煤塵の水平流束を測定するための装置および方法に関する。
本願は、２００９年４月１日に、日本に出願された特願２００９−０８９４９３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
以下の関連記述の説明と、後述の本発明の説明において、同一の符号を付した部材の対応関係は、構成・機能上の一致を示すものではなく、例えば機能上や一般的な呼称の上での部分的な対応関係を示すに過ぎない。具体的な構成や、機能が異なる場合も、同一の符号が付される場合がある。
種々の生産活動および消費活動に伴って発生する大気中の煤塵のうち、特に大気中を自由落下しうる概ね１０μｍ以上の直径である粗大な煤塵は、降下煤塵と呼ばれる。降下煤塵は、重要な環境汚染項目の一つとみなされており、その実態把握と対策が社会から強く求められている。降下煤塵の実態把握のためには正確な降下煤塵計測機装置を開発して製造することが重要である。特に、具体的な環境対策を策定する場合には、特定の気象条件とそれに対応した短時間での降下煤塵量測定値の組み合わせで問題箇所を探索する手法が有効であり、そのためには、降下煤塵計測を少なくとも１分から１０分程度以内の短周期で連続的に計測する必要がある。【０００３】
大気中の煤塵のうち、ほとんど自由落下せずに大気中を浮遊する、直径１０μｍ以下の微小な煤塵は、ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｍａｔｔｅｒ（ＳＰＭ）と呼ばれる。ＳＰＭは周囲の大気流れにほぼ追従して移動するので煤塵の環境影響評価は大気中のＳＰＭ濃度のみを問題にすればよい。このため、大気中ＳＰＭの実態を測定する場合には、例えば一定量の大気を吸引ろ過するなどすることにより、その大気中の煤塵濃度を算出する。一方、より粗大な粒子である降下煤塵は周囲の大気流れに完全には追従しない。降下煤塵は、その粒子の密度や大きさに応じた異なる速度で大気中を落下して地上に沈着するとともに、大気中に障害物があればその障害物に降下煤塵が衝突、付着する。このため、降下煤塵の環境影響は、特定物への降下煤塵の沈着、付着による汚染によって主に生じる。従って、降下煤塵の環境影響を評価するためには、単に降下煤塵の大気中濃度を測定するだけでは不十分であり、空間に固定された検査面を単位面積、単位時間当たりに通過する降下煤塵の量、即ち、降下煤塵の流束を測定する必要がある。【０００４】
環境問題で対象とする降下煤塵の流束は、鉛直流束と水平流束に分離できる。鉛直流束では検査面が水平であり、これは主に地上への降下煤塵の沈着の評価に用いられる。水平流束では検査面が鉛直であり、これは主に建屋の壁等の垂直面への降下煤塵の付着の評価に用いられる。屋外大気の流れ、即ち、風は長時間平均では水平面内のベクトルを有するとみなせる。このため、鉛直流束には風速の影響がない。これに対し、水平流束は風速の関数である。より具体的には、降下煤塵の流束は以下の式で定義できる。
［降下煤塵の鉛直流束］＝［降下煤塵の濃度］×［降下煤塵の落下速度］
［降下煤塵の水平流束］＝［降下煤塵の濃度］×［検査面垂直成分風速］【０００５】
このように、降下煤塵の水平流束を測定するためには、測定時に風向や風速を常に把握する必要がある。その上、測定装置自身も常に風向方向の降下煤塵流れを捕集できるような機能が必要である。一方、降下煤塵の鉛直流束測定にはこのような配慮は不要であり、降下煤塵の水平流束よりも簡易に測定することができる。このため、降下煤塵の公的な管理には、専ら鉛直流束を測定する装置、例えば、図１に示すデポジットゲージが用いられてきた。デポジットゲージで、煤塵採取口１は、上方に開口した漏斗状の形状である。煤塵採取口１の内面に降下沈着した捕集煤塵は雨水によって、または、水洗によって、降下煤塵最終口１の下方に存在する捕集容器２５に水とともに流入されて、降下煤塵を捕集される。【０００６】
また、降下煤塵の水平流束は、次の式で鉛直流束から形式的に変換できる。
［降下煤塵の水平流束］
＝［降下煤塵の鉛直流束］×［検査面垂直成分風速］／［降下煤塵の鉛直方向落下速度］【０００７】
ここで、検査面垂直成分風速とは以下のように定義する。まず、問題にする地点に、仮想の検査平面を鉛直に設定する。このとき、検査面垂直成分風速は、上記地点における風の速度のうち、検査平面に垂直な方向に沿った成分である。【０００８】
このため、降下煤塵の水平流束が問題とされる場合にも、鉛直流束の測定結果と上式を用いた簡易評価が一般的に行われてきた。しかし、実際には、多様、かつ、時間的に変動する降下煤塵の落下速度を測定することは、定量的には困難である。このため、上記の式に基づいて降下煤塵の水平流束を算出すると誤差が大きい。従って、水平流束を問題とする場合には、水平流束を直接、測定することが測定精度を高める上で望ましい。【０００９】
降下煤塵の水平流束を、直接、測定するための降下煤塵捕集装置として、煤塵採取口１内に風を自然に流通させ、流入する風に含まれる降下煤塵の一部を慣性集塵、または、重力集塵することにより降下煤塵を捕集し、その結果に従って降下煤塵の水平流束を測定する装置が開示されている。非特許文献１には、この形式の粒子捕集装置が複数開示されている。【００１０】
その代表的なものは、図２Ａ、２Ｂに示すｂｉｇ  ｓｐｒｉｎｇ  ｎｕｍｂｅｒ  ｅｉｇｈｔ（ＢＳＮＥ）である。ＢＳＮＥで、外気流入口１０から煤塵採取口１内に自然流入した大気は、流路の拡大とともに装置内で減速する。この後、煤塵採取口を通過する大気流れ１７の流線に示されるように、大気は装置上面に設けられた金網である排気口８から自然流出する。煤塵採取口内で風が減速することにより、煤塵採取口１内での降下煤塵の滞留時間が増大し、この間に降下煤塵は煤塵採取口内で長距離、自由落下する。【００１１】
このように、外気の流れ１５の風速よりも煤塵採取口内での風速を減少させることによって煤塵採取口１内での降下煤塵の滞留時間を増大させ、降下煤塵の落下距離を長大化させる効果を発揮する煤塵採取口１内部位を、本明細書では減風領域１３と呼ぶ。
減風領域１３で落下した大気中の降下煤塵は、捕集される降下煤塵１９の流線のように、装置内を通過する際に自由落下するか、または、装置下流端の壁に衝突する。捕集される降下煤塵１９は、この後、流路の下方に設けられた金網３３を通過して粒子捕集器３２に沈着して捕集される。【００１２】
煤塵採取口１内の降下煤塵の一部は、煤塵採取口を通過する降下煤塵２０の流線のように、排気口８から外気中に流出する。また、装置全体は水平方向に回転可能であり、装置に付属する羽根２３と回転軸２４の作用により、外気採取口１０が常に風上方向を自動的に向く。この装置は確かに構造は簡便であるものの、捕集した降下煤塵は、バッチ式に手動で回収される。このため、短時間周期で時系列的な降下煤塵捕集量の推移を連続的に測定することがＢＳＮＥでは困難である。【００１３】
またＢＳＮＥでは降下煤塵の捕集面が風向方向に沿って長大である。このため、補修される降下煤塵を狭い空間領域に集めて降下煤塵濃度を高めることが困難である。また、降下煤塵量、例えば、降下煤塵質量を精度良く測定する装置をＢＳＮＥに付加することが困難である。なぜならば、捕集される降下煤塵質量は、捕集装置であるＢＳＮＥ本体質量に比べて遥かに微量である。このため、ＢＳＮＥ本体から降下煤塵を空間的に分離及び集中させて降下煤塵のみの質量を独立に測定することが、質量測定を行う上で必須であるからである。【００１４】
非特許文献１には、降下煤塵の水平流束捕集装置として、ｔｈｅ  ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  ｓｅｄｉｍｅｎｔ  ｔｒａｐ（ＳＵＳＴＲＡ）やＭｏｄｉｆｉｅｄ  Ｗｉｌｓｏｎ  ＆  Ｃｏｏｋｅ  ｓａｍｐｌｅｒ（ＭＷＡＣ）が紹介されている。ＳＵＳＴＲＡの降下煤塵の捕集原理は、ＢＳＮＥと基本的に同様である。図７Ａ、７Ｂに示すＭＷＡＣは、風上方向に開口を設けたＬ字管である外気流入口１０と、風下方向に開口を設けたＬ字管である外気流入口と、捕集瓶と、を備えた降下煤塵採取器である。ＭＷＡＣには煤塵採取口の外気流入口１０を風向方向に追従させる特段の機構はない。【００１５】
降下煤塵の水平流束を連続的に測定するためには、前述のように、捕集された降下煤塵を狭い空間領域に集中させて密度を高め、何らかの連続式煤塵量計測装置６に降下煤塵を流入させる必要がある。この様な作用を発現させるためには、外気中の降下煤塵を大気とともに煤塵採取口１に流入させ、この煤塵採取口１内の煤塵を含む空気を吸引し、これによって煤塵を連続式煤塵量計測装置６に導入する必要がある。煤塵が吸引される過程で、連続式煤塵量計測装置６は、単位時間当たり降下煤塵量を連続的に計測する。【００１６】
前述のように、降下煤塵は風の流れに完全には追従しない。このため、例えば、降下煤塵量測定装置の煤塵採取口１において、図３に示すように風向と異なる向きで吸引を行う場合や図４に示す様に風速と異なる速度での吸引を行う場合がある。この場合、吸引される大気１６とともに外気中の降下煤塵が煤塵採取口１に吸引されるとは限らない。図３，４中での外気中の降下煤塵１８のように、外気流入口１０を迂回してしまうものの割合が無視できないほど大きい。さらに、この迂回する降下煤塵の割合は、様々な気象条件及び煤塵特性、並びに、装置形状の影響に敏感に影響を受ける。このため、前記迂回する降下煤塵割合の予測も困難である。【００１７】
従って、図３、４の方式の吸引は、降下煤塵の水平流束を測定するための煤塵捕集方法として好ましくない。具体的にこのような煤塵採取方法は、特許文献１、２等に示されている。これらの装置では外気流入口１０での外気吸引速度が常に一定なので、外気の風速と外気流入速度は一般に一致しない。【００１８】
また、外気流入口１０を配置する向きは通常、固定される場合が多い。従って、常に変化する外気の風向と、外気流入口１０の向きとは、一般に一致しない。このため、この種の煤塵採取口１での直径１０μｍ超の粒子の捕集効率は、非特許文献４に開示されているように数％以下と極め小さい。【００１９】
また、この捕集効率は風速等の周囲の測定条件の影響を強く受ける。このため、屋外実測時に捕集効率を連続的に精度度良く把握することも困難である。このため、降下煤塵の水平流束を測定するための大気中の降下煤塵を捕集するための煤塵採取口１では、外気の風向及び風速とほぼ同じ速度で大気が煤塵採取口１に流入することが少なくとも必要である。【００２０】
外気の風向及び風速とほぼ同じ速度で大気を煤塵採取口１に流入させる煤塵捕集方法には、等速吸引と呼ばれる方法がある。等速吸引では、外気の風速を測定して、常に煤塵採取口１入口での大気流入速度をこの風速に一致するように、付属ブロワでの吸引流量を制御する。この方法は、非特許文献２を例とするように、風向が固定されている煙道内での煤塵流束を測定する際に主に適用されている。降下煤塵の水平流束を把握するための屋外での降下煤塵捕集に等速吸引を適用する際に、風速の制御に加えて煤塵採取口１の向きが常に風向方向となるように制御する方法が、特許文献４、５に開示されている。これらの方法は水平流束測定に関する降下煤塵捕集の最も確実な手法である。しかし、この場合流量制御装置や煤塵採取口の回転機構等の複雑な装置構成及び制御が必要である。従って、装置が高価、かつ、大型化しやすいため、簡便な測定方法とはいえない。【００２１】
また、降下煤塵の水平流束を屋外で長期間、計測し続けるためには耐候性も重要な機能である。特に、多くの連続式の煤塵量測定装置では降雨時に雨滴が計測部に浸入すると故障等の問題を生じる。従って、煤塵採取口１に雨滴が浸入しない、または、煤塵採取口１内に侵入した雨滴を除去できる構造が必要である。ＢＳＮＥ等の受動的な単純な煤塵捕集器では、通常、外気流入口１０からの雨滴の侵入を防止する機構や装置内で雨滴を除去する機構は備えられていない。【００２２】
雨滴の煤塵採取口１内への侵入を防止する方法として、煤塵採取口１にルーバを設ける方法や、特許文献１の方法などが知られている。特許文献１の装置では、煤塵採取口１は図４に示す構造である。これとともに直径１０μｍ超の、降下煤塵や雨滴を除去するインパクタを設ける。しかし、これらの方法において雨滴の煤塵採取口１への侵入を防止する原理は、煤塵採取口１内に流入する大気の流路を急変させる構造とすることにより、大気流れに追従できない雨滴を除去することである。このため、これらの方法では、降下煤塵のような粗大な煤塵も雨滴とともに煤塵採取口１内で除去されてしまう。したがって、これらの方法は、本発明で目的とする降下煤塵の捕集方法として好適でない。【００２３】
次に、従来の連続式煤塵量測定装置について述べる。連続式煤塵量測定装置は、各種のものが提案されている。最も単純な方式は、非特許文献３に示す、ローボリュームサンプラである。この装置では吸引した大気中の煤塵をフィルタでろ過し、フィルタの重量変化をオフラインで測定することにより、捕集した煤塵の質量を算出する。この方式の場合、連続的な測定を行うためには、フィルタを短周期で交換する必要がある。このため、作業負荷の観点から、この方法は現実的でない。尚、短時間での測定を対象として、ローボリュームサンプラの吸引流量を増大させた装置のことをハイボリュームサンプラと呼ぶ。従って、ハイボリュームサンプラの原理・構造・信頼性は、ローボリュームサンプラと実質的に同じである。【００２４】
また、特許文献６には、図５に示す連続式の煤塵量計測装置が開示されている。この装置では上方に向けて開口を備えた漏斗状の煤塵採取口１を設けることにより降下煤塵を捕集し、β線吸収式質量計測装置を用いて精密な煤塵質量を連続的に計測できる。【００２５】
この装置では、煤塵採取口に流入した大気は、煤塵採取口内で大きく高速に旋回した後、大半が系外に流出する流路１７に沿って進む。外気の風速が大きくなると煤塵採取口１に流入する降下煤塵の量も増えるが、煤塵採取口１内での旋回流速も風速に比例して大きくなる。この結果、煤塵採取口内大気中の降下煤塵が系外に持ち出される量が多くなる。このため、降下煤塵の捕集効率は外気風速の影響を受けにくく、降下煤塵の鉛直流束を測定するためには好適である。しかし、この装置は、降下煤塵の水平流束を測定するためには好適でない。この装置では、雨滴を吸引した場合に装置が故障する場合が多い。このため、通常、この装置は雨天時には煤塵採取口１の開口に自動的に蓋をする機構を含み、雨天時の測定を行わない。【００２６】
また、特許文献７には光散乱式の粒子計数器であるパーティクルカウンタ１１が開示されている。この装置は、測定部を通過する個々の煤塵にレーザ光を照射してその反射及び散乱光の強度を検知することにより、所定の直径以上の煤塵の有無を判別するという原理に従って動作する。この装置で計測できるのは吸引大気中の煤塵の個数である。しかし、煤塵の標準サンプルを別途準備して煤塵個数と煤塵質量の関係式を予め定めておけば、パーティクルカウンタ１１での煤塵検出個数を煤塵質量に換算することができる。【００２７】
また、この装置では煤塵を捕集する必要がないため、フィルタを設ける必要は必ずしもない。さらに、吸引された外気の周囲に、清浄な空気噴流であるシースエアを、外気の流れと同軸に噴射するものも市販されている。これにより、吸引外気に含まれる煤塵や霧滴を計測流路内に留めることができる。但し、大量の雨滴を吸引した場合には装置が浸水して故障するという問題を持つことは、前述の他の計測装置と同様である。【００２８】
また、特許文献８には光透過式粒子濃度計が開示されている。この装置では、装置内に大気とともに吸引された煤塵に光を照射する。この際、煤塵による反射や吸収の効果で減衰する透過光量を計測して煤塵濃度に換算する。耐候性に関しては、前記パーティクルカウンタ１１と同様である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】日本国特開２００６−３０９０号公報
【特許文献２】日本国特許第３５７４０４５号公報
【特許文献３】日本国特開２００４−１４４６６４号公報
【特許文献４】日本国実開平４−１３６５５１号公報
【特許文献５】日本国特開平５−１８７９８９号公報
【特許文献６】日本国特公平６―０２１８４８号公報
【特許文献７】日本国特開２００２−８２０３８号公報
【特許文献８】日本国特開平１−３０７６１４号公報
【非特許文献】
【００３０】
【非特許文献１】Ｇｏｏｓｓｅｎｓ，  Ｄ．，  Ｏｆｆｅｒ，  Ｚ．  Ｙ．：  Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，  ｖｏｌ．３４  （２０００），ｐｐ．１０４３−１０５７．
【非特許文献２】日本工業規格（ＪＩＳ）  Ｚ  ７１５１
【非特許文献３】日本工業規格（ＪＩＳ）  Ｚ  ８８１４
【非特許文献４】Ｒ．  Ｍ．  Ｈａｒｒｉｓｏｎ，  Ｒ．  Ｅ．  ｖａｎ  Ｇｒｉｅｋｅｎ：  Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，  Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ  （Ｅｎｇｌａｎｄ），  １９９８，  ｐｐ．４７−５３．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
以上述べたように、従来技術の降下煤塵の水平流束測定装置には、短時間周期での連続計測が行えない、降下煤塵捕集効率が低い、装置の大型化が避けられない、高価で複雑な構造である、降雨対策が考慮されていない、などの問題があった。【００３２】
本発明は、降下煤塵捕集効率が高く、小型及び簡易な構造で安価、かつ、屋外で１分程度の短時間周期で連続測定可能な、大気中の降下煤塵の水平流束測定装置を提供することを一つの目的とする。本発明は、また、降雨対策も考慮することが可能な上記装置を提供することを一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
そこで、本発明者の降下煤塵計測に関する研究の結果、以下の解決方法を発明するに至った。【００３４】
（１）本発明の一態様にかかる装置は、大気中の降下煤塵の水平流束を連続的に計測する装置であって：天板、側壁、及び、４枚以上の仕切板を有する煤塵採取口と；吸気管と；単位時間当たり煤塵量を連続的に計測する連続式煤塵量計測装置と；ブロワまたは圧縮機と；排気口と；を備え、吸気が直列に流通するように、流路が、前記煤塵採取口、前記吸気管、前記連続式煤塵量計測装置、前記ブロワまたは圧縮機、前記排気口の順に連結され；前記側壁は鉛直方向の中心軸を持ち、上方に向けて広がる本質的に円錐台または多角形錐台の側面の形状を有する板であり；前記側壁は、その下端に前記吸気管と接続される吸気口と、その上端近傍の一定の高さに前記側壁の周方向に一定間隔で配置された４箇所以上の開口を有する外気流入口と、を有し；前記天板は、本質的に円板の形状を有し、その直径が前記側壁の上端部の水平断面の直径よりも大きく、その中心軸が前記側壁の中心軸と一致し、前記側壁の上端に接するように接続され；４枚以上の前記仕切板は、前記側壁によって囲まれた空間を水平断面において均等な大きさの扇状領域に分割するように鉛直面内に配置され、中心軸上で互いに接続される４枚以上の同一高さの平板であり；前記各仕切板は、前記側壁及び前記天板に対して隙間なく接続される。【００３５】
（２）上記（１）の大気中の降下煤塵水平流束の連続式計測装置において：前記天板は、前記側壁の上端部より外側に延出するひさし部を有し、（［外気の代表風速］／［捕集したい降下煤塵の自由落下速度］）×［天板下面と外気流入口下端間の軸方向長さ］を（１）式とすると、前記ひさし部の前記天板の半径方向に沿った長さは前記（１）式よりも小さくてもよい。【００３６】
（３）上記（１）または（２）の大気中の降下煤塵水平流束の連続式計測装置において：前記連続式煤塵量計測装置と、前記ブロワまたは圧縮機とで、パーティクルカウンタを構成してもよい。【００３７】
（４）上記（１）または（２）の大気中の降下煤塵水平流束の連続式計測装置は：外気の単位時間当たり平均風速を測定する風速計と、前記風速計によって測定された平均風速値及び前記連続式煤塵量計測装置によって測定された瞬時降下煤塵量測定値を入力値として取り込むとともに、下記の（２）式に基づいて瞬時外気中降下煤塵濃度を算出する演算装置と、瞬時外気中降下煤塵濃度＝前記瞬時降下煤塵量測定値／（前記平均風速測定値×前記外気流入口の有効開口面積）・・・・（２）、前記演算装置によって算出された瞬時外気中降下煤塵濃度を記録または表示する出力装置と、を更に備えてもよい。【００３８】
（５）上記（１）または（２）の大気中の降下煤塵水平流束の連続式計測装置において、前記各仕切板の前記側壁の軸方向に沿った長さは、前記外気流入口の前記側壁の軸方向長さの２倍以上であってもよい。【００３９】
（６）上記（１）または（２）の大気中の降下煤塵水平流束の連続式計測装置において、前記各仕切板の前記側壁の軸方向に沿った長さは、前記煤塵採取口の軸方向長さの０．５倍以下であってもよい。【００４０】
（７）上記（１）または（２）の大気中の降下煤塵水平流束の連続式計測装置において、前記ブロワまたは圧縮機は、前記煤塵採取口に空気とともに流入した降下煤塵の一部または全部を、前記煤塵採取口内の前記空気の一部とともに吸引し、前記吸気口から前記吸気管を通じて前記連続式煤塵量計測装置に導入した後、前記吸引した空気を前記排気口から流出させてもよい。【００４１】
（８）本発明の一態様にかかる大気中の降下煤塵水平流束の計測方法は、上記（１）または（２）の大気中の降下煤塵水平流束の連続式計測装置を用いた大気中の降下煤塵水平流束の計測方法であって、単位時間当たりに捕集された降下煤塵量を前記外気流入口の有効開口面積で除した値を降下煤塵の水平流束として算出する。
【発明の効果】
【００４２】
本発明により、簡易な構造を用いて１分程度の短周期で精度良く、降下煤塵の水平流束連続計測が可能となる。また、これに加えて、本発明の一態様においては、雨天時にも故障無く測定が可能な全天候型大気中の降下煤塵水平流束の連続式計測装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】従来技術の模式図である。
【図２Ａ】他の従来技術の模式断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの従来技術の模式上面図である。
【図３】他の従来技術の模式図である。
【図４】他の従来技術の模式図である。
【図５】他の従来技術の模式図である。
【図６Ａ】他の従来技術の模式上面図である。
【図６Ｂ】図６Ａの従来技術の模式断面図である。
【図７Ａ】他の従来技術の模式上面図である。
【図７Ｂ】図７Ａの従来技術の模式断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る装置の模式図である。
【図９Ａ】上記装置の粒子採取口の模式側面図である。
【図９Ｂ】上記装置の粒子採取口の模式上面図である。
【図９Ｃ】上記装置の粒子採取口のＡ−Ａ面の模式断面図である。
【図９Ｄ】上記装置の粒子採取口のＢ−Ｂ面の模式断面図である。
【図１０Ａ】上記の粒子採取口内における流れ場の模式上面図である。
【図１０Ｂ】上記の粒子採取口内における流れ場のＡ−Ａ面の模式断面図である。
【図１０Ｃ】上記の粒子採取口内における流れ場のＢ−Ｂ面の模式断面図である。
【図１１】本発明の第１実施形態に係る装置の作用に関する模式図である。
【図１２】本発明の第１実施形態に係る装置の作用に関する他の模式図である。
【図１３】本発明の第１実施形態に係る装置の作用に関する他の模式図である。
【図１４】本発明の第２実施形態に係る装置の模式図である。
【図１５】本発明の第３実施形態に係る装置の模式図である。
【図１６】本発明の第４実施形態に係る装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
なお、以下の本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
ただし、前述した関連技術の説明と、本発明の説明において、同一の符号を付した部材の対応関係は、構成・機能上の一致を示すものではなく、例えば機能上や一般的な呼称の上での部分的な対応関係を示すに過ぎない。具体的な構成や、機能が異なる場合も、同一の符号が付される場合がある。
【００４５】
［第１実施形態］
以下、図８を用いて本発明の第１実施形態について説明する。
【００４６】
本実施形態の大気中の降下煤塵水平流束の連続式計測装置は、煤塵採取口１、吸気管５、連続式煤塵量計測装置６、ブロワまたは圧縮機７、並びに、排気口８を含む。煤塵採取口には、外気及び外気中の降下煤塵が流入する。煤塵採取口１は吸気口９において吸気管５と接続されている。煤塵採取口１の内部の一部の大気及び一部または全ての降下煤塵は、吸気管５を通じて連続式煤塵量計測装置６に導入される。連続式煤塵量計測装置６は、降下煤塵量を連続的に測定する。測定器を通過した大気及び一部または全ての降下煤塵は、ブロワまたは圧縮機７によって吸引されて排気口８から系外に放出される。ブロワまたは圧縮機７と排気口８が互いに直結されていない場合には、通気管２６を設けてこれらの部品間を連結してもよい。また、連続式煤塵量計測装置６やブロワまたは圧縮機７が耐候性仕様でない場合には、筐体１２を設けて、これらの装置を収納してもよい。
【００４７】
（煤塵採取口１）
図９Ａ〜９Ｄ及び図１０Ａ〜１０Ｃを用いて煤塵採取口１を説明する。煤塵採取口１は、外気流入口１０を設けた側壁２、天板３、並びに、仕切板４を含む。
【００４８】
（煤塵採取口１の側壁２）
側壁２は鉛直方向を中心軸とし、上端及び下端の開放された本質的に円錐台の側面の形状（漏斗形状）の板である。側壁２は上方に向けて広がる形状である。側壁２は、中心軸を鉛直線上とした円錐台の側面に相当する部分を板で構成したものを典型とする。この錐体台の上底及び下底の形状は円形でもよいし、または、少なくとも４つ以上の頂点を有する正多角形等の円形に近い形状であってもよい。例えば、上面及び底面が円形の場合、側壁２の形状は円錐台の側面となる。また、側壁２で囲われた空間の任意高さの水平断面は、円形または正多角形等の円形に近い形状であり、かつ、これらの水平断面の中心、または、重心は同一の鉛直線上に常に位置する。この水平断面の断面積は、前記の円錐台の下端から上端に向けて単調に増大する。
【００４９】
さらに、前記の板面には、前記の板の面積に比較して十分に小さい、開口（例えば、吸排気口等）や突起（例えば、固定用ボルトの頭）が存在してもよい。
上記開口や上記突起の面積は、例えば前記の板の面積の１０％未満の断面積であるのが好ましい。このように、本実施形態では、本質的に円錐状の側壁２とすることによって、煤塵採取口１の降下煤塵捕集効率の風向への依存性を小さくすることができる。この観点から、側壁２は、軸対称形状であることが好ましい。但し、加工上の便宜等の理由から、水平断面が正多角形等の円形に近い形状や、水平面内での異方性の比較的小さい形状のものでもよい。例えば、水平断面が正多角形、具体的には、正６角形、正８角形、正１２角形、正１６角形、などでもよく、水平断面の角数が多いほど異方性が低くなる。側壁２の水平断面は、異方性を低く保つことのできる形状であれば、正多角形である必要は必ずしも無い。例えば、水平断面の外縁が一定幅の円環内に含まれる形状であれば、異方性を一定の範囲に制限することができる。例えば、中心点からの最大半径をＲｍａｘとしたとき、最小半径Ｒｍｉｎが０．６×Ｍａｘとなる円環を定義し、上記水平断面の外縁が上記円環に常に含まれる形状としてもよい。また、最小半径が０．８×ＭＲとなる円環を用いて上記水平断面の外縁形状を規定してもよい。
【００５０】
側壁２下端の開放部は吸気口９であり、吸気管５に接続されている。煤塵採取口１内に流入した降下煤塵の一部は側壁２の傾斜に沿って沈降して吸気口９に至り、吸気管５に吸引される。側壁２の勾配は水平面に対して少なくとも４５°以上、好ましくは６５°以上であることが望ましい。この場合、吸気管５の水平面に対する平均勾配が十分大きく、煤塵採取口１内で降下煤塵が沈降する際、降下煤塵の大半が側壁２に付着せずに吸気管５に吸引される。一方、水平面に対する勾配が極端に大きい場合には、煤塵採取口１の軸方向長さが長大となり、表面積が増大するため、降下煤塵の壁面付着の観点から不利になるので、側壁２の水平面に対する勾配は、８５°以下であることが好ましい。
【００５１】
側壁２厚みは少なくとも１０ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下であることが望ましい。この場合、側壁２に設けられる外気流入口１０の通気抵抗が小さく、外気の煤塵採取口１内へ十分に流入する。一方、側壁２厚みは０．３ｍｍ以上であることが好ましい。この場合、風によって側壁２が振動した場合の共振等の問題を防げる。
【００５２】
側壁２内面の材質は、静電気による降下煤塵の壁面への付着を防止するために、金属、ガラス、または、セラミックスであることが好ましい。また、側壁２内面は、降下煤塵の付着を抑制するために、平滑であることが好ましい。この観点から、側壁２内面の材質が金属である場合には、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、亜鉛めっきやクロムめっき等の防錆表面処理鋼、銅、銅合金、マグネシウム合金、チタン、並びに、チタン合金等を用いてもよい。また、側壁２内面にセラミックスを用いる場合には、側壁２内面の吸湿による降下煤塵付着を防止するために、磁器やせっ器等を用いてもよい。側壁２内面にガラスを用いる場合には、ソーダガラス、鉛ガラス、または、シリカガラス等を用いてもよい。
【００５３】
側壁２は屋外で強風を受け、かつ、日照や降雨にさらされるので側壁２には強度と耐候性が必要である。この観点から、側壁２の構造材には、鋼、合金鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、マグネシウム合金、チタン、チタン合金等の金属や、磁器やせっ器等のセラミックス、ソーダガラス、鉛ガラス、シリカガラス等のガラス、または、硬質塩化ビニルやアクリル等の硬質合成樹脂等を用いてもよい。
【００５４】
側壁２の開口である外気流入口１０には、側壁２の上端近傍の一定の高さに、周方向に一定間隔で同一形状の開口を複数箇所、設ける。外気流入口１０の上端は、側壁２の上端と一致してもよいし、側壁２８の上端より低い位置でもよい。後述の外気流入口１０下端の高さ制約及び外気流入口１０の総面積の制約によって外気流入口１０の上端高さが導出されるので、この制約範囲の中で外気流入口１０の上端高さは、適宜、定めればよい。外気流入口１０の下端の軸方向位置は、降下煤塵の捕集特性を向上させるために、側壁２上端から側壁２軸方向に側壁２高さの１／５以内の距離であることが好ましい。
【００５５】
外気流入口１０の形状は、降下煤塵捕集効率の風向への依存性を低減するために、周方向に対称であることが好ましく、円、楕円、長方形、台形、二等辺三角形等の形状を用いることができる。個々の外気流入口１０は、降下煤塵捕集効率の風向への依存性を低減するために、側壁２軸方向の同一位置（つまり同一の高さ）に配置し、同一形状でなければならない。
【００５６】
外気流入口１０の数は、４箇所以上である必要があり、好ましくは、８箇所から３６箇所であることが望ましい。これは、本発明者の調査の結果、外気流入口１０の開口面に対する垂直方向単位ベクトルの水平面への投射ベクトルと風向のなす角が３５°以上の場合、同一風速時の煤塵採取口１内への風の流入量が極端に低下して降下煤塵捕集効率を低下することが判明したからである。このため、外気流入口１０が３箇所以下の場合、いずれの外気流入口１０においても前記の外気流入口１０と風向のなす角が３５°以上となって降下煤塵捕集効率を極端に低下させる風向が生じうる。外気流入口１０の数が多いほどこのような風向の影響は軽減される。
【００５７】
しかし、後述のように、外気流入口１０の総面積には好ましい最大値が存在するので、外気流入口１０の数を増大させると一つの外気流入口１０あたりの開口面積が減少する。このため、外気流入口１０の数が極端に多い場合、吸気抵抗が増大して降下煤塵の捕集効率が低下する。外気流入口１０の外側端面は、ここでの流入大気の剥離による降下煤塵採取効率低下を低減するために、面取りすることが望ましい。
【００５８】
（煤塵採取口１の天板３）
天板３と側壁２との中心軸が一致するように天板３は配置される。なお、天板３の中心軸は天板３の中心点を通り、天板３に垂直な軸と定義する。また、天板３は前記側壁２の上端に接するように配置される。天板３の直径は、側壁２上端直径よりも大きくなければならない。側壁２上端より外側の天板部分はひさし部として機能し、雨天時に雨滴が煤塵採取口１内に侵入することを抑制する効果を発揮する。側壁２上端から延出する天板３の直径が大きいほど、この雨滴の煤塵採取口１内への侵入抑制効果は高まる。しかし、一方で煤塵採取口に流入しうる最大の降下煤塵径は、天板径が大きいほど、小さくなる。従って、以下の式を目安として天板直径の最大値を決定すべきである。
［天板のひさし部分の半径方向長さ］
＜（［外気の代表風速］／［捕集したい降下煤塵の自由落下速度］）
×［天板下面と外気流入口下端間の軸方向長さ］
【００５９】
例えば、日本の平均的な気象条件を前提として、２００μｍ以下の降下煤塵の捕集を目的とする場合には、天板直径と側壁上端直径の差（ひさし部の長さ）は、５０ｍｍから２００ｍｍの範囲であることが望ましい。例えば、外気の代表風速が２ｍ／ｓ以上、捕集したい降下煤塵の自由落下速度が０．５ｍ／ｓ以下、かつ、天板下面と外気流入口下端間の軸方向長さが０．０１ｍである場合、上式を適用すると、天板のひさし部分の半径方向に沿った長さを０．０４ｍ、即ち、天板直径と側壁上端直径の差を８０ｍｍに設定すればよい。
【００６０】
また、側壁２の水平断面形状が円形以外、例えば、正多角形である場合には、側壁上端における側壁断面の正多角形の外接円直径を前記側壁２上端直径とみなせばよい。さらに、天板３が円形以外、例えば、正多角形である場合には、天板３の内接円直径を前記天板３直径とみなせばよい。
【００６１】
天板３は、風向への依存性を低減させるために本質的に円板でなければならない。「本質的に円板」であるとは、水平面内での天板の異方性が小さく、かつ薄い構造物であることを意味する。具体的には、天板３は、円板であることが望ましい。但し、加工上の便宜等の理由があれば、少なくとも４つ以上の頂点を有する正多角形等の円形に近い形状のものであってもよい。また、降雨時の天板上での排水性を考慮して、天板を傾斜の緩やかな（即ち、鉛直方向に薄い）円形ドーム形状としてもよい。例えば、ドームの最大勾配が１０°以下である円形ドームを適用することができる。天板が鉛直方向に厚い構造である場合、天板の空気抵抗が大きくなって煤塵採取口への外気流入を妨げるので、好ましくない。
また、上記側壁２の断面形状に関する上記記載と同様に、一定幅の円環に収まるように天板３の外縁形状を規定してもよい。この場合も、天板３の内接円直径を前記天板３直径とみなせばよい。
【００６２】
天板の材質は、屋外で構造を維持できる程度の強度があり、かつ、雨水を透過しないものであればどのようなものであってもよい。具体的には前記の側壁２に適用可能な材料であれば、天板３に適用することができる。また、空気抵抗を減少させるために、天板の端面を鋭角や流線形形状にしてもよい。
【００６３】
（煤塵採取口の仕切板）
仕切板４は、天板３及び側壁２上端を含む側壁２上部と隙間なく接続し、かつ、煤塵採取口１の中心軸において仕切り板同士も互いに端面を接するように配置される。その結果、採取口内上部は、外気流入口１０及び下方のみに開口を有し、水平断面が扇状の小領域２７に分割される。煤塵採取口の周方向に沿って同一断面形状の扇状小領域２７が複数配置されるように、仕切板４は設置される。
【００６４】
ここで、この扇状小領域２７の数が４つ以上の場合、外気の風の上流側外気流入口からこの扇状小領域に流入した大気の大半が、図１０Ａ〜１０Ｃに示すように、仕切板４の下端を回り込んで減風領域１３を通過する。一方、扇状小領域２７の数が３つ以下の場合、流入した大気の大半が、同じ扇状小領域の下流側の外気流入口から直接、流出する。前述のように、減風領域において大気中の降下煤塵は大気から分離及び濃縮されるので、扇状小領域２７が３箇所以下の場合には、吸気口９に到達する降下煤塵の比率、即ち、降下煤塵捕集率が低いという問題がある。一方、扇状小領域２７が４箇所以上の場合、大気の流入する扇状小領域２７’の外気流入口から流入した大気の大半は、仕切板４の下端を回り込んで減風領域１３を通過した後、流入した扇状小領域２７とは別の扇状小領域２７”から再び外気中に流出するか吸気口に吸引される。この間、減風領域１３において大気中の降下煤塵の大半が流出する大気から分離して吸気口９に吸引され、その結果、高い降下煤塵捕集効率が得られることを本発明者は見出した。従って、扇状小領域２７の数は４箇所以上である必要があり、これを実現するために、仕切板の数も４箇所以上でなければならない。
【００６５】
また、扇状小領域に外気を直接、流入させるために、扇状小領域２７には必ず１つ以上の外気流入口が存在しなければならない。外気流入口１０には好ましい断面積の最小値が存在するため、扇状小領域の数が増えるほど、全ての外気流入口１０の断面積を合計した総面積が増大する。後述のように、外気流入口１０の総面積には好ましい範囲の最大値が存在するので、扇状小領域の数、即ち、仕切板の数にも好ましい最大値が存在する。本発明者の調査の結果、扇状小領域の数、即ち、仕切板の数は１６箇所以下であることが望ましい。仕切板４の軸方向長さは、外気流入口１０の軸方向長さの２倍以上であることが望ましい。この場合、本発明者が調査した結果である図１２に示すように、煤塵採取口１内中心軸上での最大水平風速／平均水平風速の比が１を大きく上回らない、即ち、煤塵採取口１内で水平方向の吹き抜けが生じない。従って、降下煤塵の捕集効率が高い。
【００６６】
また、仕切板４の軸方向長さ（高さ）は、各仕切板４で同一であり、煤塵採取口１の軸方向長さの０．５倍以下であることが望ましい。これは本発明者が調査した結果である図１３に示すように、この値以上の場合、後述の、煤塵採取口１の降下煤塵捕集効率パラメータが十分な値になり、十分な降下煤塵の捕集効率が得られる（降下煤塵捕集パラメータが大きいほど、煤塵採取口１における降下煤塵の捕集効率が高い）。特に、煤塵採取口１の軸方向長さと一致するような極端に長い仕切板４の軸方向長さとした場合には、降下煤塵捕集効率パラメータ低下以外の問題として、煤塵採取口１内で仕切板４による通気抵抗が大きく増大することによって外気の煤塵採取口への流入量が極端に低下する結果、降下煤塵の捕集効率も低下する問題が生じる。
【００６７】
以下、［仕切板４の軸方向長さ］／［煤塵採取口１の軸方向長さ］の値をＬ１と記載する。また、［仕切板４の軸方向長さ］／［外気流入口１０の軸方向長さ］の値をＬ２と記載する。
図１３を参照して、Ｌ１が０．５を境に特性曲線の傾向が変化する理由について説明する。Ｌ２が大きいと、吹き抜けが生じにくい効果が高いが、一方で有効外気流入口面積の減少を招き、降下煤塵捕集量を減少させがちになる。このため、Ｌ２は、好適な下限値である２程度で設計する場合が多い。この様な条件では、図１３のようにＬ１が０．５以下では降下煤塵捕集パラメータはほぼ一定である。これに対してＬ１が０．５を超えると降下煤塵捕集効率パラメータは急速に減少する。０．５以上のＬ１で降下煤塵捕集効率パラメータが減少するのは、減風領域１３になりうる煤塵採取口内空間が減少するためである。Ｌ１が０．５以下で降下煤塵捕集効率パラメータが一定になるのは、次の理由によるものである。
【００６８】
Ｌ１が小さい場合、減風領域１３になりうる煤塵採取口内空間は広いものの、鉛直方向風速の均一化が不十分なために高風速領域が存在するため、減風領域１３の上端は、仕切板４下端よりもかなり下方になる。Ｌ１が増大して０．５に近づくにつれて鉛直方向風速の均一化が進むため、減風領域１３上端と仕切板４の間隔が減少する。この結果、減風領域１３上端は、Ｌ１が０．５以下の領域では一定となる。その結果、Ｌ２をより小さく設定しても減風領域は軸方向に延長せずに降下煤塵捕集効率パラメータはほぼ一定値となる。
【００６９】
尚、この領域で鉛直方向の風速が分布を持つ場合でも、前記のＬ２の好適な条件範囲の煤塵採取口１であれば、水平方向への吹き抜けは発生しない。一方、前述のように、図１３でＬ１が０．５を越えると、急激に降下煤塵補修パラメータが減少する。従って、Ｌ１が降下煤塵捕集効率に悪影響を及ぼさない限界値として０．５という値が重要である。
【００７０】
仕切板４と、天板３との接続形態として、天板３の下方に隙間を生じないように仕切板４の上端面が接続されているか、または、仕切板４が天板３を貫通し、かつ、前記貫通部において隙間を生じないようにする。側壁２と、天板３との接続形態として、天板２の内面に隙間を生じないように仕切板４の外端面が接続されているか、または、仕切板４が側壁２を貫通し、かつ、前記貫通部において隙間を生じないようにする。尚、図９Ａ〜図９Ｄにおける天板３と仕切板４の接続形態は、仕切板４の上端が天板３の下面に隙間なく接続されている。また、側壁２と仕切板４の接続形態は、仕切板４が側壁２を隙間を生じない様に貫通したものである。
【００７１】
また、これらの接続の固定に当たっては、溶接、接着、ねじ止め等の方法を用いることができる。また、これらの接続部において隙間を防止して大気の流入出を阻止するために、グリースやシリコンシーラントのような封止剤を接続部に塗布することができる。仕切板の材質には、自身の構造を維持でき、通気性がなく、かつ、降下煤塵の付着性の低い材料であればどのようなものでも用いることができる。例えば、前述の側壁２と同じ材質を用いることができる。
【００７２】
（煤塵採取口１での降下煤塵捕集機構）
本実施形態における煤塵採取口１内での降下煤塵の捕集機構について説明する。本実施形態において、外気流入口１０から流入した大気中の降下煤塵は、流入した大気が仕切板４を迂回して仕切板４の下方を通過する際に、大気とともに減風領域１３に流入する。減風領域１３に降下煤塵が流入する際に、周囲大気の流れが鉛直下方に向きを変える効果、または、降下煤塵粒子が仕切板４に衝突する効果によって、降下煤塵が鉛直下方に加速されている。このため、例えば直径１００μｍ以上といった特別に粗大な降下煤塵粒子はそのまま吸気口９まで落下して、吸気管に吸引される。特別に粗大ではない降下煤塵粒子の一部も、減風領域１３内に滞留する間に自由落下して、より粗大な降下煤塵粒子と同様に吸気口９に到達して吸気管に吸引される。従来技術であるＢＳＮＥの説明で述べた様に、減風領域が降下煤塵捕集に与える効果は、煤塵採取口１内での降下煤塵の滞留時間を延長することによって、減風しない場合よりもより多量の降下煤塵を下方で捕集することである。
【００７３】
次に、本発明者の発案になる降下煤塵パラメータを以下の式で定義する。
［降下煤塵捕集パラメータ］
＝［減風領域水平断面積２８］×［減風領域長２９］
／［外気流入口１０の総面積］２
【００７４】
ここで、減風領域とは、ある流入風速で外気流入口１０から煤塵採取口１に流入した降下煤塵を含む大気の風速が、減速される領域のことを表す。また、減風領域水平断面積２８とは減風領域１３の水平断面の最大値を現す。さらに、減風領域長２９とは、減風領域１３の外気流入口１０側境界から吸気口１０側（煤塵採取口１で外気に直接排気を行わない場合）または煤塵採取口１から外気に直接排気を行う場合の排気口８側（ＢＳＮＥの場合）や下流側外気流入口１０側（本実施形態の場合）を結ぶ直線長さである。具体的な減風領域位置及減風領域長の値を把握するためには、例えば、煤塵採取口１内に流速計を配置して煤塵採取口１内での風速分布を求めて低風速の領域を識別すればよい。
【００７５】
また、降下煤塵捕集パラメータの物理的意味を説明する。特定の風速で煤塵採取口１に流入した外気は、［外気流入口１０の断面積］／［減風領域水平断面積２８］の値に比例して減風領域での大気及び大気中の降下煤塵の平均滞留時間が増大する。また、［減風領域長２９］／［外気流入口１０の断面積］の値が大きいほど、減風領域１３において風速の均一性が向上する。即ち、外気流入口１０側境界から排気口８または吸気口１０側まで減風領域１３の一部の領域のみを高速に通過する吹き抜け減少を防止する効果は、［減風領域長２９］／［外気流入口１０の断面積］の値が大きいほど高くなる。吹き抜け現象は、減風領域１３における大気中の降下煤塵の平均滞留時間を著しく短縮するため、捕集効率を大きく悪化させる。したがって、降下煤塵パラメータが大きい状態とは、減風領域１３において、大気中の降下煤塵が長時間平均的に滞留するため降下煤塵の自由落下による降下煤塵の捕集効率が高まり易い状態といえる。従って、降下煤塵捕集パラメータが大きいほど、煤塵採取口１における降下煤塵の捕集効率は高くなる。即ち、降下煤塵捕集パラメータを用いることによって、特定の煤塵採取口１での降下煤塵捕集効率を整理することができる。
【００７６】
降下煤塵捕集パラメータと個々の捕集装置の捕集効率の関係をより具体的に説明する。
図１１において、ＳＰＭ計は、図３に示す煤塵採取口を用いた場合に相当し、外気流入口１０に流入した大気は減速することがないので減風領域１３は存在せず、減風領域体積は０となる。このとき、粗大な降下煤塵粒子を煤塵採取口で吸引することはほとんど不可能なので、降下煤塵捕集効率は著しく低い。特許文献３に示される、ＳＰＭ計にしばしば用いられる図６Ａ、６Ｂに示す形状の煤塵採取口１においては、コーン状のじゃま板１４の下方に減風領域１３が形成される。しかし、外気流入口は全周に開口を有する面積の大きなものであり、降下煤塵捕集パラメータの値は小さい。また、外気流入口１０から煤塵採取口１に流入した大気の大半はじゃま板の周囲を水平方向に迂回する１７の流路をとるため、そもそも減風領域に流入する大気の比率が低い。このため、図６Ａ、６Ｂの煤塵採取口においても、降下煤塵の捕集効率は小さく、降下煤塵採取口として好適ではない。ＳＰＭ計においては、大気中を自由落下しうる粗大な降下煤塵からＳＰＭを分離してＳＰＭのみを捕集することを目的としているので、ＳＰＭ計において煤塵採取口１の降下煤塵捕集効率が低いことは当然である。
【００７７】
また、ＢＳＮＥやＳＵＳＴＲＡは降下煤塵の捕集を目的とした装置であるので、これらの装置には減風領域が存在する。しかし、これらの装置では、減風領域体積に対して外気流入口面積が大きいため、降下煤塵の捕集効率は低い。
【００７８】
ＭＷＡＣは、降下煤塵捕集パラメータの値が比較的大きく、このとき、降下煤塵の捕集効率も高い値を示す場合がある。しかし、ＭＷＡＣには、外気風向への降下煤塵捕集効率の依存性が極端に強いという大きな欠点が存在する。この欠点は、以下の理由によるものである。ＭＷＡＣの外気流入口１０の開口付近は直管であるため、外気流入口に流入する大気は流入直後に直管の軸方向の速度とならなければならない。このため、外気流入口１０の軸方向と外気の風向が異なる場合には、外気流入口１０において急激に大気の向きを変更することによる流入抵抗が大きくなり、外気の流入量が減少するとともに、流入大気の方向の急変に外気中の降下煤塵流れが追従できず、外気流入口１０への降下煤塵の流入量が減少する。このため、ＭＷＡＣでは、降下煤塵の捕集効率が風向によって大きく変化する。ＭＷＡＣにおいては、外気風向が外気流入口と一致する場合にのみ降下煤塵の高い捕集効率を示す。
【００７９】
本実施形態においては、外気流入口１０は煤塵採取口１の周方向に断続的に存在するので、降下煤塵捕集パラメータの値を従来の装置よりも大きく設定できる。ＭＷＡＣの最大時の効率並みに降下煤塵の捕集効率を得ようとする場合には、降下煤塵捕集パラメータの値を１００［１／ｍｍ］程度に設定すればよい。これは、例えば、上端直径４５ｍｍ高さ６０ｍｍの市販の漏斗状レジューサの上端に幅３ｍｍ高さ７ｍｍの外気流入口１０を８箇所設けた場合に相当する。漏斗状レジューサと外気流入口１０の寸法は、降下煤塵捕集パラメータの必要条件を満たすように適宜、条件設定できる。
【００８０】
また、本実施形態では煤塵採取口１の大半の表面は外気に対して開口していない。このため、開口の大きい他の方式に比べて本実施形態の煤塵採取口１は、周囲の大気に対する空気抵抗が大きい。このため風下側の煤塵採取口１表面では大きな負圧が発生する。その結果、風下側の外気流入口１０では煤塵採取口１内の大気を吸引して流出させる力が働く。このため外気流入口１０が相対的に小さくても、また、外気流入口と外気の風向差が存在する場合でも煤塵採取口１の換気が特段悪化することはない。例えば、ＭＷＡＣも大気流入口１０の開口面積は相対的に小さいが、この装置の場合、風下側の排気口８周辺では特に減圧条件ではないため、煤塵採取口１の換気は、外気流れの慣性力に基づく外気流入口１０への外気流入の効果しか期待できない。このため、ＭＷＡＣでは煤塵採取口１の換気効率が低下し易く、降下煤塵捕集効率を低下させる大きな要因となる。
【００８１】
本実施形態では、捕集した降下煤塵量を連続的に測定するために、狭い吸気口９から煤塵採取口内の大気の吸引を行う。吸引を行う理由は、狭い吸気口から吸引を行うことによって降下煤塵を含んだ大気を狭い断面積に集束させて降下煤塵の空間密度や降下煤塵流束を高めることにより、微量の降下煤塵量測定を精度良く行うためである。
【００８２】
微量の降下煤塵量計測は、短時間周期で降下煤塵量を計測しなければならない、煤塵量の連続測定装置では必要不可欠の技術である。吸引を行うことによる降下煤塵の捕集効率に与える影響には得失が存在する。まず吸引を行う場合の利点として、吸引の存在しないＢＳＮＥ等の単なる捕集器よりも降下煤塵捕集効率を高くすることができる。例えば、外気風速の低い場合でも本実施形態では吸気を行うことにより、一定量の降下煤塵は捕集することができる。このような場合、ＢＳＮＥでは、風速が低いために、煤塵採取口に流入する降下煤塵量が少ないため、降下煤塵捕集量も減少する。一方、吸引を行う場合の欠点として、降下煤塵の水平流束の把握の観点からは、低風速時に吸引による降下煤塵の捕集量が大きいと、外気風速と降下煤塵捕集量が無関係になるため、精度が低くなることが挙げられる。
【００８３】
そこで、本実施形態においては吸引を行うが、上述した欠点に配慮して吸気口９での大気吸引量を、煤塵採取口１内への外気風速による自由な流入大気量よりも小さくすべきである。即ち、吸気口９での大気吸引量は、風下側外気流入口１０での大気流出量よりも小さくすべきである。吸引を行っている限り、無風時にはこの条件を満足することはできない。
しかし、気象観測上で一般に無風とみなされる１ｍ／ｓ未満の風速では、そもそも降下煤塵の水平流束を問題にすることは少ない。ＢＳＮＥでも風速１ｍ／ｓ未満では外気流入口１０の向きが風向に追従しないために、正確な降下煤塵水平流束を得ることはできない。例えば外気風速１ｍ／ｓの条件で上記の吸引量条件を満たす様に吸引量を設定することにより、実用上の問題を生じることなく、降下煤塵の水平流束を測定することができる。具体的には、特定の形状の煤塵採取口１を風洞等の一様流中に配置して、特定の吸引流量で吸気口９から吸気を行う。この際に風下側外気流入口１０から流出する大気流量を、熱線流速計等で計測する。この計測値を流量に換算することにより、その形状の煤塵採取口においてその吸引流量が好適であるかを判断できる。
【００８４】
（連続式煤塵量計測装置６）
連続式煤塵量計測装置６には、市販されている各種の煤塵量計測装置を用いることができる。煤塵量として質量を計測する場合、煤塵捕集フィルタを定期的に交換可能な、市販のβ線吸収型質量計測機等を用いて精度の高い質量測定を行うことができる。煤塵量として単に定性的な煤塵量の多寡を求めればよい場合には、市販の光透過式粒子濃度計を用いることができる。さらに、手動による頻繁な煤塵捕集フィルタ交換を行うことを前提に、ローボリュームサンプラを擬似的に連続式煤塵量計測装置として適用することもできる。
これらの装置に流入する大気中に、厳密には、降下煤塵以外に、より微小なＳＰＭ等の粒子が含まれている。このＳＰＭ粒子の質量濃度が降下煤塵の質量濃度に比べて十分に小さいことが予め知られている環境下では、これらの装置によって測定された煤塵質量を降下煤塵質量とみなしてもよい。また、ＳＰＭの質量濃度が無視できない場合には、例えば、β線吸収式質量計測機において、煤塵捕集フィルタの穴径を大きく設定することで、粗大な煤塵（例えば、直径１０μｍ以上）のみを捕集できる。この方法で捕集物の質量を計測することにより、降下煤塵のみの質量を計測することができる。
【００８５】
単位時間当たり煤塵量を計測する連続式煤塵量計測装置６によって時系列的に計測された煤塵量計測値は、図示しない表示機に表示するか、または、図示しない記録装置に記録して事後的にデータを参照可能なようにするか、または、図示しない伝送装置によって遠隔の受信装置に対してデータ伝送を行う。これらいずれの方法にも従来技術を用いることができる。例えば、表示装置として、モニタを用いることができる。記録装置として、プリンタやハードディスク装置等を用いることができる。伝送装置としてＬＡＮに接続可能な計算機を用いることができる。
【００８６】
（ブロワまたは圧縮機７）
これらの装置は、従来技術のものをそのまま流用することができる。例えば、遠心式ブロワまたは圧縮機、軸流式ブロワまたは圧縮機、または、体積型ブロワまたは圧縮機を用いることができる。
【００８７】
（排気口８）
排気口８は本実施形態の降下煤塵水平流束の連続計測装置内部に吸引した大気を系外に排気する部位である。排気口は、開口を備えた単なる管であってもよいし、耐候性を高めるためにルーバ構造としてもよい。
【００８８】
（降下煤塵量水平流束の算出方法）
単位時間当たりに連続式煤塵量計測装置６で計測された降下煤塵量を外気流入口の有効開口面積で除すことによって降下煤塵量水平流束値を算出することができる。本実施形態における外気流入口有効開口面積とは、外気流入口のうち、外気が実際に流入する開口面積の、風向に対する垂直面への投影面積の合計であり、装置固有の値を有する。外気の流入する開口を特定するためには、例えば、本装置を風洞内に配置して一定風速条件下で煤塵採取口１近傍の流れ場を測定することによって、個々の外気流入口での外気流入の有無を判定すればよい。
【００８９】
また、一般に、煤塵採取口１の空気抵抗によって、外気流入口開口での外気の流入平均流速は、外気の風速よりも小さくなり、その結果、外気とともに煤塵採取口１に流入する降下煤塵質量も、外気風速で外気が煤塵採取口１に流入する場合に比べて少なくなる。即ち、煤塵採取口１での降下煤塵捕集効率は、一般に、１００％よりも低い値となる。そこで、降下煤塵量水平流束を算出する際に、上記の方法で算出された降下煤塵量水平流束を、予め求めた降下煤塵捕集効率で除して降下煤塵量水平流束値を補正してもよい。降下煤塵捕集効率を予め求める方法としては、例えば以下のものを用いても良い。まず、本装置を風洞内に配置して上流から特定種の降下煤塵を一定濃度で一定時間放出する。その際、本装置に捕集された単位時間当たり降下煤塵質量、前記の方法で求めた外気流入口有効開口面積、並びに、風洞内での降下煤塵量水平流束の平均値を求める。この平均値を用いて、以下の式で降下煤塵捕集効率を算出する。
［降下煤塵捕集効率］＝［本装置に捕集された単位時間当たり降下煤塵質量］／（［外気流入口有効開口面積］・［風洞内での降下煤塵量水平流束の平均値］）とすればよい。風洞内での降下煤塵量水平流束の平均値は、非特許文献２に記載される方法等で求めればよい。ここで、「特定種」とは複数種の降下煤塵種の混合物であってもよく（予め指定されていればよい）、また、煤塵種ごとに複数の試験を実施してもかまわない。例えば、計測地点で代表的な煤塵構成率を模擬して試験してもよい。
【００９０】
以上の降下煤塵量水平流束の算出に際しては、図示しない演算装置を装置内に設けて連続式煤塵量計測装置とデータ通信線で接続し、連続式煤塵量計測装置による煤塵量測定値を前記演算装置が受信し、その測定値を元に前記演算装置が降下煤塵量水平流束を算出及び記録してもよいし、連続式煤塵量計測装置の煤塵量測定値を用いて事後的にオフラインで算出してもよい。
【００９１】
また、本実施形態では、外気の風速とは無関係に、捕集した降下煤塵量が外気中の降下煤塵量水平流束に比例する。従って、降下煤塵量水平流束の傾向管理を目的として降下煤塵量水平流束の絶対値を必要としない場合には、本実施形態の装置での降下煤塵量測定値の規準値を予め定め、本実施形態での連続式煤塵量計測装置で時系列的に得られる降下煤塵量測定値を前記規準値で除したものを相対的な降下煤塵水平流束とすることもできる。
【００９２】
（降下煤塵発生源の探索）
本装置での降下煤塵量水平流束の時系列測定値を、風等の気象条件の時系列実測値と組み合わせて分析することにより、農地や工場等といった降下煤塵発生源の探索を行うことができる。例えば、ある時刻における降下煤塵量水平流束の測定値は、その時刻の風向の風上側に存在する降下煤塵発生源から発生した降下煤塵に対応するものと考えられる。より多くの降下煤塵水平流束を検出したときの風向の、風上方向に存在する降下煤塵発生源のなかに、この降下煤塵水平流束観測地点における主要な発塵源が存在すると推定することができる。
【００９３】
［第２実施形態］
図１４を用いて本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態では、連続式煤塵量計測装置としてパーティクルカウンタ１１を用いる。パーティクルカウンタは、市販のものを用いることができる。市販されるパーティクルカウンタの多くではその内部に吸気用のブロワまたは圧縮機を備えているので、図１４ではパーティクルカウンタ１１の外部にブロワまたは圧縮機を特には設けていない。また、パーティクルカウンタには通常、排気口が備えられているので、パーティクルカウンタ１１が吸引した全ての大気及び一部または全ての煤塵は、耐候性の保護筐体１２の内部に排出される。この保護筐体内部に排出された大気及び煤塵は、保護筐体に設けた排気口８を通って外気中に自然に流出する。また、パーティクルカウンタ自身が耐候性を備えているか、または、耐候性をそもそも必要としない場合には、保護筐体１２を設けない、図１５のような形態（本発明の第３実施形態）としてもよい。
【００９４】
パーティクルカウンタを連続式煤塵量計測装置として用いることの利点は、以下のとおりである。第１に、パーティクルカウンタでは煤塵を一旦捕集することなく大気中を流動した状態で非接触的に煤塵量（煤塵個数）を計測することができる。このため、霧などの微小な水滴が連続式煤塵量計測装置内に侵入した場合でも、連続式煤塵量計測装置内部の機器類が水に濡れることによる故障や測定誤差が生じにくい。この観点では、吸引した大気の一部を装置内部に循環させて吸気大気から装置内部の機器をシールする、市販のシースエア型のパーティクルカウンタで顕著な効果が得られる。
【００９５】
第２の利点は、パーティクルカウンタは、構造が比較的簡易であり、ブロワまたは圧縮機以外の可動部も少ないので装置の小型化が容易であり、その結果、保護筐体１２も小型化できる。保護筐体が大きい場合、筐体から、その筐体の代表長さと同程度の距離の範囲では、外気の流れは筐体の抵抗を受けて大きく偏流する。この変流領域に煤塵採取口１を設けると、偏流のない場合に比べて偏流の影響で煤塵の捕集効率が大きく変化する。このため、煤塵採取口１は、少なくとも、保護筐体１２の代表長さ程度、保護筐体１２よりも離して設ける必要がある。大きな筐体の場合、この事情に応じて、吸気管５を長く設けなければならない。吸気管５が長い場合、吸気抵抗の増大によるブロワまたは圧縮機の大型化や吸気管内面への煤塵粒子付着の測定への悪影響等の問題が生じうる。パーティクルカウンタを用いた場合、筐体代表寸法が小さくてよいので、吸気管５の長さを小さくしてよく、これらの問題に対して有利である。
【００９６】
第３の利点として、パーティクルカウンタで個々の煤塵を検知する際の煤塵粒子による照射光の散乱（または反射）量の大きさから、検知した粒子の概略の寸法を推定することができる。本実施形態においては、比較的粗大な粒子である降下煤塵のみを測定の対象としている。このため、照射光散乱量の大きい粒子（例えば、直径１０μｍ以上相当）のみを検知するように装置を設定することにより、パーティクルカウンタで降下煤塵のみを計数することができる。
【００９７】
［第４実施形態］
図１６を用いて本発明の第４実施形態を説明する。図１６は、図１４に示した第２実施形態の装置に風速計３１と演算装置３０を付け加えたものである。風速計３１は、煤塵採取口１の近傍に取り付けることができる。風速計３１は、筐体に直接取り付けてもよいし、独立した架台を設けて、その上に設置してもよい。風速計３１としては、市販の風杯型風速計やプロペラ式風速計を用いることができる。本実施形態での煤塵採取口１は、ほぼ軸対称の形状であるので、降下煤塵捕集効率の風向依存性は小さい。このため、風速計３１にしばしば付加されている風向計測機能は必ずしも必要ない。風速計によって測定された単位時間当たり平均風速データは、風速計に接続された記録装置３０に送信される。またこの演算装置３０は、連続式煤塵量計測装置であるパーティクルカウンタ１１にも接続されており、パーティクルカウンタ１１で測定された瞬時煤塵量データもこの演算装置３０に送信される。演算装置３０としては、例えば、市販のパソコンを用いることができる。
【００９８】
演算装置３０で受信した同時刻の前記瞬時煤塵量データ及び前記単位時間当たり平均風速データは、以下の式を演算装置３０が実行することによって大気中の瞬時降下煤塵濃度（瞬時外気中降下煤塵濃度）に換算される（下記（１）式）。
［瞬時外気中降下煤塵濃度］＝［瞬時降下煤塵量測定値］／（［平均風速測定値］×［有効外気流入口面積］）・・・・（１）
【００９９】
ここで、「瞬時」とは、一定短時間（例えば、１分や１時間）の連続測定値の平均、または、一定短時間中の断続的な計測値の算術平均、または、何らかのイベントの発生時（例えば、一定時間周期で起動するクロック）の計測値を意味する。
【０１００】
また、ここで、有効外気流入口面積とは、外気流入口１０のうち、外気の流入に寄与したと評価される部分の外気流入口面積の合計である。この値は流量計を用いた試験等によって求めた煤塵採取口１内を通過する大気流量を、外気風速で除することによって得られる。外気の流入に寄与したと評価される部分の外気風速を求めるためには、個々の外気流入口近傍に風向風速計を配置して、その外気流入口からの外気の流入量を測定して判断すればよい。大気中の降下煤塵濃度が上記の式で計算できる理由は、第１、第２実施形態において連続式煤塵量計測装置６で計測される瞬時降下煤塵量、即ち一定時間当たりに計測された煤塵量が前述のように、高い精度で降下煤塵の水平流束に対応付いているからである。即ち、煤塵採取口１内に流入した降下煤塵の大半が連続式煤塵量計測装置６に吸引できるために、上記計算が有効となる。
【０１０１】
従来の固定式の煤塵採取口１を用いた測定の場合、ＳＰＭ計でのように降下煤塵の捕集効率が低いか、または、ＭＷＡＣでのように風向風速変動の降下煤塵捕集効率に与える影響が大きく変動する等の理由により、本実施形態と類似の方法で風速計データを用いて大気中降下煤塵濃度を算出しても、高い測定精度を得ることはできない。また、従来技術で大気中降下煤塵濃度を精度良く測定しようとした場合には、例えば、外気風向風速に追従しながら等速吸引を行う等の複雑な機構や装置制御が必要になる。一方、本実施形態では、固定された煤塵採取口１、一定流量での吸引を行う吸気系、並びに、汎用の風速計のみを用いて、簡便、かつ、高精度に大気中降下煤塵濃度を測定することができる。
【０１０２】
演算装置３０で算出された前記の大気中降下煤塵濃度は、演算装置に図示しないモニタ等の出力装置を接続して表示させてもよいし、図示しない記録装置を演算装置３０に接続してこの記録装置にデータを保存してもよい。得られた大気中降下煤塵濃度は、単に、大気中の降下煤塵濃度の多寡の指標として定点での傾向管理等に用いてもよいし、大気中降下煤塵濃度に別途求めた降下煤塵の平均降下速度を乗じて降下煤塵速度に換算してもよい。
【実施例】
【０１０３】
（実施例１）
図９Ａ〜９Ｄに示す構造の煤塵採取口を、図８の構成に適用した装置を用いて降下煤塵水平流束の連続測定を屋外で実施した。【０１０４】
煤塵採取口１の側壁２には、ＪＩＳ規格ステンレス製レジューサ５Ｋ、１−１／２×１／２のレジューサ（レジューサ上端部外径：４８ｍｍ、下端部外径：２１．７ｍｍ、軸方向長さ６３ｍｍ）を用い、この管壁に上端から幅３ｍｍ、深さ７ｍｍの開口を周方向に８箇所加工して外気流入口１０とした。同様に管壁の上端から幅４ｍｍ、深さ２５ｍｍの開口を周方向に４箇所加工し、ここに幅４０ｍｍ、長さ２５ｍｍ、厚み４ｍｍのステンレス平板４枚を挿入してこれを仕切板４とした。仕切板は、直径１５０ｍｍ、厚２ｍｍのステンレス円板である天板３にネジ止め固定した。従って、天板３直径と側壁２上端直径の差は１０２ｍｍとなった。天板３と側壁２上端、並びに、側壁２と仕切板４間の接続にはエポキシ系樹脂接着剤を用いて結合、並びに、シールを行った。前記側壁２の下端、即ち、吸気口９には直径１インチのステンレス管を溶接し、さらに、前記ステンレス管の下端に外径６ｍｍのステンレス管をステンレス製レジューサを介して溶接することにより、これらステンレス管を吸気管５とした。【０１０５】
連続式煤塵量計測装置６として、市販のβ線吸収型質量計測機を用い、前記吸気管５の下端をβ線吸収型質量計測機の流入口に挿入して固定した。β線吸収式質量計測機の内部には煤塵の捕集フィルタが設けてあり、β線吸収式計測機に流入した大気中の大半の降下煤塵を、前記捕集フィルタに捕集した。前記捕集フィルタ上で捕集された降下煤塵の１時間ごとの質量測定値の増分を降下煤塵捕集測定値として図示しないパソコンに１時間ごとに通信線経由でデータ伝送した。送信された前記１時間ごとの降下煤塵捕集量測定値は、前記パソコンの内部で、時間（１時間）及び予め登録しておいた外気流入口有効面積で除してこの測定時刻における降下煤塵の水平流束測定値を求めた。この値は、パソコン内部のハードディスクに記録、保存した。前記測定時刻には、パソコンに内蔵される時計を用いてパソコンの認識した、測定値の受信時刻を適用した。かくして、降下煤塵の水平流束の時系列データを記録した。【０１０６】
前記捕集フィルタを通過した全ての大気と微小な煤塵は、β線吸収型質量計測機の流出口から流出した。前記流出口には、市販のダイヤフラム式圧縮機７が通気管２６を介して接続され、前記ダイヤフラム式圧縮機７にて前記煤塵採取口１から前記β線吸収型質量計測機を通過する気流を駆動した。ここで、吸気流量を、２Ｌ／ｍｉｎに設定した。前記通気管は、雨避けのためのルーバを設けた開口である排気口８に接続し、装置内に吸引した大気及び一部の煤塵を前記排気口８から系外に排気した。前記β線吸収式質量計測機６、ダイヤフラム式圧縮機７、並びに、通気管２６は、耐候性を備えた、溶融亜鉛めっき鋼板製の１辺１ｍの立法体の箱である筐体１２の内部に収容した。また、吸気管５の筐体１２上部に露出する長さを７００ｍｍとした。装置の重量は、１２０ｋｇであった。【０１０７】
屋外試験の方法は以下のとおりである。本装置を周囲に２００ｍに高い障害物の存在しない地上５ｍの作業デッキ上に、降雨のない日を選んで設置して連続測定を１２時間実施した。【０１０８】
比較のために、本装置に隣接して、吸気口方向と吸気流速を手動で変更できるハイボリュームサンプラと風向風速計を設置し、これらを用いて、手動で等速吸引を試験時間中維持した。即ち、前記風向風速計の瞬時の測定値を目視で確認したのち、手動で前記ハイボリュームサンプラの吸気口方向を前記風向測定値に一致させた。これとともに、前記ハイボリュームサンプラの吸引流速を前記風速測定値に一致させた。この作業を実験中、常時実施した。ハイボリュームサンプラの煤塵捕集フィルタを１時間ごとに交換してその質量をオフラインで手動で測定することにより、１時間ごとの煤塵捕集質量を求めた。この値を時間（１時間）及びハイボリュームサンプラ吸気口開口面積で除することによって、この捕集時刻における降下煤塵の水平流束に換算した。尚、本実施例における測定値点で事前調査を行い、この地点での大気中のＳＰＭ質量濃度は、降下煤塵質量濃度に比べて十分に小さいことを確認している。そこで、本実施例において、各計測機における煤塵捕集量は全て降下煤塵捕集量であるものとみなした。【０１０９】
その結果、本装置で単位時間当たりに捕集された降下煤塵質量を有効外気流入口面積で除して求めた降下煤塵量（質量）水平流束測定値は、平均０．１５ｍｇ／ｍ２ｓであった。これに対し、ハイボリュームサンプラによる測定値と本装置での測定値間の同時刻での差は、平均０．０２ｍｇ／ｍ２ｓ、標準偏差０．０１ｍｇ／ｍ２ｓと小さく、本装置では等速吸引並みの高精度で煤塵量（質量）の水平流束を測定できることが確認できた。【０１１０】
ここで、外気流入口の有効開口面積の算出方法を説明する。複数の外気流入口のそれぞれについて、外気の流入する開口面積の、風向に対する垂直面への投影面積を計算し、この合計を有効開口面積と定義した。外気の流入する開口を特定するために、本装置を風洞内に配置して一定風速を側面から与え、１６箇所の外気流入口の近傍での風向を測定し、平均的に外気が煤塵採取口内に流入する方向となる外気流入口を有効面積を算出するための対象とした。種々の風向条件で測定を行った結果、外気流入口の有効開口面積は、平均的に単独の外気流入口開口面積の１．６倍であった。【０１１１】
この方法は、最も厳密な、外気流入口の有効開口面積の算出方法であるが、降下煤塵の水平成分測定値に求められる精度がより低くてよい場合、あるいは、有効開口面積算出時に生じる誤差も含めて降下煤塵捕集効率で補正する場合には、より簡便な有効開口面積の定義であってもよい。例えば、外気流入口のうち、中心軸の垂直面内で中心軸から７０°の範囲内に平均的に存在する外気流入口の面積の合計としてもよい。これは、前述のように、風向に対する開口面の法線が３５°以下の場合に、外気がその外気流入口から煤塵採取口内に平均的に流入する場合が多いためである。また、より単純に、単一の外気流入口の面積を有効開口面積としてもよい。また、これらの面積の、風向に対する垂直面への投影面積を有効開口面積としてもよい。これらの定義による有効開口面積値の間では、値を互いに容易に変換できるので、予め、有効開口面積の定義を明確に指定しておけば十分である。【０１１２】
尚、ハイボリュームサンプラを用いた等速吸引による煤塵量計測は精度が高い。しかし、機側で手動で装置の向きと吸引流量を変更しなければならない上、捕集フィルタを手動で頻繁に交換しなければならない。これらの点で、連続計測にハイボリュームサンプラを適用することは、計測に要する人件費の観点から、本来、適当ではない。【０１１３】
（比較例１）
図６Ａ〜６Ｂに示す従来型の煤塵採取口１と、前記煤塵採取口１の下端にサイクロンとを備え、吸引大気中の降下煤塵のみを別途設けられた捕集容器に捕集する、ＳＰＭ計測装置を用いた。このＳＰＭ計測装置は、市販のベータ線吸収式質量計測型連続式ＳＰＭ計測装置である。計測装置以外の条件を全て実施例１と同様にして比較例１の試験を実施した。前記捕集容器を、１時間ごとに交換して捕集された降下煤塵を回収し、その質量を試験後にオフラインで測定した。この測定値を１時間ごとの降下煤塵捕集質量測定値とした。本装置で測定した前記降下煤塵捕集質量測定値を、本装置に併設した比較計器である等速吸引を行うハイボリュームサンプラでの降下煤塵捕集質量測定値と比較した。この両測定値の比較の際には、本装置とハイボリュームサンプラ間の煤塵採取口１の外気流入口１０の開口面積差の影響を反映するために、本装置での降下煤塵捕集効率が１００％のときに、本装置での降下煤塵捕集質量測定値が前記ハイボリュームサンプラによる降下煤塵捕集質量に一致するように前記ハイボリュームサンプラによる降下煤塵捕集質量測定値を補正した。【０１１４】
比較例１の装置で、１時間ごとの降下煤塵質量測定値を計測し、実施例１と同様の方法で降下煤塵水平流束算出値を算出した。この結果を前記ハイボリュームサンプラによる１時間ごとの降下煤塵捕集質量測定値の計測値、並びに、前記降下煤塵捕集質量測定値から算出した降下煤塵水平流束算出値と比較した。この結果、比較例１で得られた値は、ハイボリュームサンプラで得られた値の約５％の値であり、かつ、両測定値間の相関係数も０．４と低いものであった。尚、外気流入口の有効開口面積を求める際、この装置は開口が全周に渡って単一であるので、風洞実験を行い、外気流入口内で外気が平均的に流入する部分を求めた。外気流入口内でのこの部分の、風向に対する垂直面への投影面積を有効開口面積とした。本比較例の装置構成は、煤塵採取口１の形状以外、実質的に実施例１と同様である。また、前述のように、実施例１では降下煤塵の水平流束は高精度で測定できた。従って、従来型の煤塵採取口を用いた場合、降下煤塵を効率良く捕集できないことがわかった。【０１１５】
（実施例２）
実施例２として、図１４に示す本発明の第２実施形態にかかる装置構成を用い、屋外での連続測定試験を実施した。この装置では、実施例１と同様の煤塵採取口を用いた。ただし、この装置では、実施例１における連続式煤塵量計測装置６と、ブロワまたは圧縮機の構成に替えて、パーティクルカウンタ１１を用いた。【０１１６】
このパーティクルカウンタは、シースエア型であり、標準ガラス校正粒子換算で直径１０μｍ以上、５０μｍ以上、並びに、１００μｍ以上の３段階での大気中粒子を計数する機能を備える。
ここで、標準ガラス校正粒子換算で直径１０μｍ超（前記５０μｍ以上及び前記１００μｍ以上の粒子も含まれる）の粒子を降下煤塵に対応するものとみなした。耐候性を備えた筐体１２は、溶融亜鉛鋼板製の１辺が３００ｍｍの立法体の箱とした。吸気管５の筐体１２上部に露出する部分の長さを１００ｍｍとした。【０１１７】
以下の方法で、降下煤塵量（即ち、本装置では降下煤塵数）の水平流束を算出した。パーティクルカウンタで１分当たりの降下煤塵数を計測し、１分ごとにこの結果をパソコン（図示せず）に通信線経由で伝送した。前記パソコンにおいて、前記降下煤塵数を時間（１分）及び予め登録しておいた有効外気流入口開口面積で除して降下煤塵数の水平流束に換算した。求められた時刻の前記降下煤塵数水平流束は、パソコンのハードディスクに記録、保存した。
本装置の重量は、２０ｋｇであった。本装置の設置場所は、実施例１と同様とした。測定期間は、雨の時刻も含む気象条件で１ヶ月間とした。このうち、雨天以外の特定日の６時間で、水平流束の測定を実施した。【０１１８】
その結果、本装置での直径１０μｍ超、５０μｍ以上、並びに、１００μｍの１時間当たり降下煤塵計測数は、いずれも比較用の等速吸引装置での降下煤塵量（質量）水平流束測定値と強い正の相関（相関係数０．７以上）を示した。ここで、前記１時間当たり降下煤塵計測数を有効外気流入口面積で除して、降下煤塵量（煤塵数）水平流束を算出した。従って、本装置を用いて測定及び算出される降下煤塵量（煤塵数）水平流束は、降下煤塵量（質量）水平流束と高い相関を示した。等速吸引装置を用いて測定及び算出された降下煤塵量（質量）水平流束値は、信頼性の高いものと一般に知られている。このため、本実施例によって、本装置による降下煤塵量水平流束の測定精度の妥当性を確認できた。【０１１９】
また、雨天時を含めて本装置での故障は発生せず、本装置での良好な耐候性が確認できた。これとともに、本装置は完全に自動で運転できた。本測定期間中には、相当の降雨量が存在し、装置内への雨滴の一部の流入も確認した。しかし、パーティクルカウンタは原理的に、極端に多量の雨滴が装置内に進入しないかぎり故障しない。従って、本試験でも、降雨中も装置が故障することはなかった。【０１２０】
（実施例３）
実施例２では、外気流入口１０の軸方向長さ（深さ）は、７ｍｍ、仕切板４の軸方向長さが２５ｍｍだった。
従って、［仕切板４の軸方向長さ］／［外気流入口１０の軸方向長さ］の値Ｌ２は、２５／７＝３．５７となる。
一方、実施例３では、仕切板４の軸方向長さを７ｍｍとし、これ以外の条件を全て実施例２と同様として装置を構成した。実施例３の構成では、Ｌ２は、７／７＝１．００となり、この値は２より小さい。
実施例２の装置と実施例３の装置とを併設して、同時に降下煤塵測定試験を行った。その結果、実施例２の装置のほうが、粒子採取口内での吹きぬけが少なく、降下煤塵の捕集効率が高かった。単位時間当たりの降下煤塵平均検出数、並びに、実施例３と同様の方法で算出した降下煤塵量（煤塵数）水平流束値は、実施例２の装置での値の約４０％であった。これ以外にも多数の試験を行い、同様の計算を行った結果、Ｌ２が２以上である場合には、より高効率で降下煤塵量が測定された。【０１２１】
（実施例４）
実施例４の装置では、仕切板４の軸方向長さを煤塵採取口の軸方向長さの８０％（５０．４ｍｍ）とした。これ以外の条件を全て実施例２と同様として、実施例２の試験と同時に、実施例２の装置に併設した装置で試験を行った。その結果、降下煤塵捕集効率パラメータの値は実施例２のほうが高く、降下煤塵の捕集効率も高かった。単位時間当たりの降下煤塵平均検出数、並びに、実施例２と同様の方法で算出した降下煤塵量（煤塵数）水平流束値は、実施例４の数値が実施例２の装置での値の約３０％であった。【０１２２】
（実施例５）
実施例５の装置では、天板３直径と側壁２上端直径の差を３０ｍｍとし、これ以外の条件を全て実施例２と同様として、実施例２の試験と同時に、実施例３の装置に併設した装置で試験を行った。その結果、１日の降雨量が２０ｍｍで最大風速が８ｍ／ｓであった日に、パーティクルカウンタ１１の内部に侵入した雨滴がパーティクルカウンタ内部に溜まって通気流路からあふれた。雨水はパーティクルカウンタの受光センサ部を浸水させて故障停止した。尚、故障のなかった時刻での単位時間当たりの降下煤塵平均検出数、並びに、実施例２と同様の方法で算出した降下煤塵量（煤塵数）水平流束値は、実施例２の装置での値と一致した。  【０１２３】
（実施例６）
煤塵採取口１を実施例２と相似にして各寸法を２倍とし、これ以外の条件を全て実施例２と同様にして試験を行った。その結果、単位時間当たりの降下煤塵平均検出数、並びに、実施例２と同様の方法で算出した降下煤塵量（煤塵数）水平流束値は、実施例２の装置での値の約４倍であった。【０１２４】
（実施例７）
実施例２の装置の筐体１２内部に市販の小型パソコンである演算装置３０を装入した。またパーティクルカウンタ１１と通信線で接続されるとともに、アナログ電圧出力端子を備えた市販の風杯型風速計３１を用意した。前記風杯型風速計３１を筐体１２の外部に装着し、前記風速計３１のアナログ電圧端子と小型パソコン間を通信線で接続した。この構成を用い、降下煤塵の外気中瞬時濃度を前記小型パソコンで算出及び記録した。また、比較のための計測装置として、図５に示す形式の市販の連続式煤塵量計測装置を本装置に併設して同時に降下煤塵の鉛直流束の連続測定を行った。これ以外の条件を全て実施例２と同様として、実施例２の試験と同時に、実施例２の装置に併設した装置で試験を行った。【０１２５】
前記パソコンとパーティクルカウンタ間の通信にはＲＳ２３２Ｃによるものを用い、パーティクルカウンタ内部の演算装置の処理によって、パーティクルカウンタから１分ごとに１分当たり粒子検出数を、前記通信線経由で小型パソコンに送信した。前記送信された前記データを、前記小型パソコンに備えた常駐ソフトウェアの処理によって、受信するとともに、前記１分当たり粒子検出数は、前記小型パソコンがデータを受信した時刻とともに、前記小型パソコンに設けられたハードディスク上に記録した。前記パソコンがデータを受信した時刻には前記パソコン内蔵の時計のデータを用いた。【０１２６】
また、小型パソコンにはＡＤ変換入力端子を設けて、前期風速計のアナログ電圧端子との間を同軸ケーブルで接続し、前記小型パソコンの常駐ソフトウェアの処理によって、１秒ごとに、前記風速計のアナログ端子の瞬時電圧値を前記小型パソコンにてＡＤ変換して所定の換算係数を乗じることによって単位時間当たり平均風速値を算出する処理を行った。【０１２７】
さらに、前記小型パソコンの常駐ソフトウェアの処理によって、前記１秒ごとの単位時間当たり平均風速値を、１分ごとに平均化を行い、この結果を、１分ごとの風速値データとして、パソコンの時計のこの時刻とともに、前記小型パソコン内のハードディスクに記録した。次に、（１）式を用いて外気中降下煤塵濃度を算出した。即ち、前記小型パソコンにて１分ごとに起動されるソフトウェアの処理によって、前記小型パソコンのハードディスクに記録された１分当たり粒子検出数を、同一時刻に対応する前記１分ごとの風速値で除し、（１）式に基づく所定の比例定数を乗じる処理を行った。この結果の値をこの時刻の１分ごとの外気中降下煤塵濃度値として前記パソコンのハードディスクに、この時刻とともに記録した。【０１２８】
その結果、本装置で計測した前記外気中降下煤塵濃度値の１時間ごとの平均値は、比較計器である連続式煤塵量計測装置の１時間ごとの降下煤塵鉛直流束測定値に対して、相関係数０．７の高い相関を示した。前述のように、降下煤塵鉛直流束は、風速とは無関係に外気中降下煤塵濃度に比例するので、前記連続式降下煤塵量計測装置による降下煤塵鉛直流束測定値は、瞬時の外気中降下煤塵濃度の多寡に対応するものとみなせる。従って、本装置を用いることによって、瞬時の外気中降下煤塵濃度の多寡を計測できることがわかった。【０１２９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それら変更例・修正例も本発明の技術的範囲に属する。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明により、簡易な構造を用いて１分程度の短周期で精度良く、降下煤塵の水平流束連続計測が可能となる。また、これに加えて、本発明の一態様においては、雨天時にも故障無く測定が可能な全天候型大気中の降下煤塵水平流束の連続式計測装置が実現できる。
【符号の説明】
【０１３１】
１  ・・・煤塵採取口
２  ・・・側壁
３  ・・・天板
４  ・・・仕切板
５  ・・・吸気管
６  ・・・連続式煤塵量計測装置
７  ・・・ブロワまたは圧縮機
８  ・・・排気口
９  ・・・吸気口
１０・・・外気流入口
１１・・・パーティクルカウンタ
１２・・・筐体
１３・・・減風領域
１４・・・じゃま板
１５・・・外気の大気流れ
１６・・・吸引される大気流れ
１７・・・煤塵採取口内を通過する大気流れ
１８・・・外気中の降下煤塵
１９・・・捕集される降下煤塵
２０・・・煤塵採取口内を通過する降下煤塵
２１・・・底板
２２・・・支柱
２３・・・羽根
２４・・・回転軸
２５・・・捕集容器
２６・・・通気管
２７・・・扇状小領域
２７’・・・大気の流入する扇状小領域
２７”・・・別の扇状小領域
２８・・・減風領域水平断面積
２９・・・減風領域長
３０・・・演算装置
３１・・・風速計
３２・・・粒子捕集器
３３・・・金網
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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