(57)【要約】      （修正有）【課題】粒子検出器により検出とすために、ナノ粒子を大きくする凝縮装置を提供する。【解決手段】凝縮装置は、蒸発チャンバ２と凝縮器７とからなり；蒸発チャンバは、蒸発チャンバに気体を送る流入口１と、蒸発チャンバからの蒸気混入気体が流出される流出口とを有し、蒸発チャンバは、内部に設けられた加熱要素３と多孔質支持体６を有し、加熱要素は、多孔質支持体と直接的に接触しており、多孔質支持体は、気化可能な物質を保持し、加熱要素は、蒸発チャンバ内で蒸気を形成するために、気化可能な物質を気化させるように加熱可能となっており；凝縮器は、蒸発チャンバの流出口と流体的に連結されており、凝縮器は、粒子検出器と接続される流出口を有しており、凝縮装置は、蒸発チャンバからの蒸気混入気体が凝縮器７内に流れるようにし、かつ、凝縮器内の気体混入粒子上で気化可能な物質を凝縮して、粒子を大きくするように構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が含まれる粒子の寸法を大きくし、前記気体が含まれる粒子を粒子検出器により検出可能とする装置であって、
蒸発チャンバおよび凝縮器を具えており、
前記蒸発チャンバは、気体を前記蒸発チャンバに流入させる流入口と、蒸気を含む気体を前記蒸発チャンバから流出させる流出口とを有しており、
前記蒸発チャンバに、加熱要素および多孔質支持体を設け、前記加熱要素は、前記多孔質支持体と直接的に接触しており、前記多孔質支持体は、気化可能な物質を保持し、前記加熱要素は、前記気化可能な物質を気化させて、前記蒸発チャンバ内で蒸気を発生させるように加熱可能であり、
前記凝縮器は、前記蒸発チャンバの流出口と流体的に連通しており、かつ、前記粒子検出器に接続される流出口を有し、
前記蒸発チャンバからの蒸気を含んだ気体が前記凝縮器内へ流れ、前記凝縮器内の気体が含まれる粒子上に前記気化可能な物質が凝縮し、前記粒子の寸法が大きくされ、前記粒子検出器により検出可能となるように構成した装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子計数器とともに用いられる凝縮装置に関する。特に、本発明は、気体混入ナノ粒子の有効径を大きくでき、それにより、光学粒子計数器がそれら粒子を検出できるようにする凝縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気中に偶発的に排出されるナノ粒子の健康の影響に対する大きな関心がある。例えば、近年の英国における呼吸器疾患およびアレルギーが５００％増加したことは、ディーゼルエンジンやその他の燃焼過程により排出される粒子と部分的に関連している。主な焦点は、ディーゼル排気であるが、化石燃料による発電、焼却、原子力発電および航空機排気ガスのような他の潜在的な源に注意が向いている。ガス排出処理を含む全ての重工業は、ナノ粒子を排出するという潜在的な問題を有している。このような処理は、溶錬、焼成、ガラス製造、溶接、半田付け、原子力発電および焼却を含む。また、粉末洗剤の酵素、粉末塗装、使い捨ておむつに用いられる繊維、および、その他の製品が問題を発生させると懸念する民間会社もある。さらに、米国の環境保護庁は、ガソリンエンジンの排出に関して大いに懸念している。
【０００３】
ナノ粒子は、有毒作用を発生させると知られている。例えば、ナノ粒子は、人間の血液脳関門を妨害し、金ナノ粒子は、母から胎児へ胎盤を介して移動するものである。直径が約２０ｎｍのＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）粒子での初期の研究では、５０μｇ／ｍ３以下の不活性不溶性物質材料の大気中濃度でも、ラットには致命的であったことを示した。さらに、ナノチューブは、石英粉塵よりも、ラットに毒性反応を発生させる。
【０００４】
健康の見地からの関心に加え、大気中のナノ粒子を低減または制御することは、超小型電子技術、薬剤、医療、レーザー、およびファイバー光学産業等における数多くのクリーンルームでの基準を維持するのに重要である。
【０００５】
微粒子は、下記の表１に示すように分類される。
2015079010.tif 000003
「ナノ粒子」という用語は、１ｎｍ〜０．１μｍ（１００ｎｍ）の範囲における空気力学的な大きさを有する粒子に関して用いられる。
【０００６】
球形の粒子では、空気力学的な粒子の大きさとは、粒子の直径のことである。空気中の実際の粒子は、複雑な形状となっている。非球形の粒子では、「直径」という用語は、厳密には当てはまらない。例えば、破片またはファイバは、異なる方向において異なる寸法を有している。同一形状の粒子でも、異なる化学物質で構成され、異なる密度である場合がある。形状および密度が異なることにより、粒子の大きさの定義がかなり混同する。
【０００７】
従って、「空気力学的な粒子の大きさ」または「空気力学的直径」という用語は、任意の形状および密度を有する実際には非球形粒子を表す単一パラメータを提供するために用いられる。ここで用いられるように、用語「空気力学的直径」とは、問題の粒子のように、空気（標準的な温度および圧力）中で同じ慣性特性（最終沈降速度）を有する１ｇ／ｃｍ３の密度を有する球形粒子の直径のことである。カスケード衝突体のような慣性抽出器具により、空気力学的直径を設定できる。「空気力学的直径」という用語は、いかなる形状および密度の固まりおよび集合体を含む全ての粒子にとって好都合である。しかしながら、非球形粒子は、通常、球形粒子よりも遅い最終沈降速度を有しているので、空気力学的直径は、実際の幾何学的大きさではない。他の好都合な同様の直径は、問題の粒子のように、同じ拡散率を有する１ｇ／ｃｍ３の球として定義される拡散直径または熱力学的直径である。
【０００８】
大気中のナノ粒子を調査および監視することは、十分に安価および強固であり、広い範囲で好都合で用いられるのに好適な、ナノ粒子範囲を測定可能な器具が不足していることにより阻まれていた。
【０００９】
粒子を検出および測定するために、レーザ光を用いてナノ粒子を測定するいくつかの器具が知られている。しかしながら、光学的な測定器具は、ナノ粒子の大きさの範囲の粒子を検出するのには、容易に用いることができないので、粒子を大きく「成長」させて検出可能とする技術が開発され、この技術が凝縮粒子計数器の基礎となっている。凝縮粒子計数器（ＣＰＣｓ）は、空気中の粒子の試料に、蒸発した液体を含むチャンバを、次いで、凝縮器を通過させることにより動作し、凝縮器では、蒸発した液体が空気中の粒子上に凝縮され、測定可能な大きさの滴が形成される。このような器具の一例は、国際公開ＷＯ０２／０２９３８２号公報（Ａｈｎ他）に開示されている。国際公開ＷＯ０２／０２９３８２号公報に開示されたＣＰＣは、不織布のような材料で形成された多孔質吸収支持体と整列する円筒状の蒸発チャンバを具えている。蒸発チャンバの一端では、多孔質吸収支持体がイソブタノールのような揮発性液体のリザーバと接触しており、そのため、液体が毛管現象により吸収支持体に沿って移動し、かつ、染み渡るようになっている。蒸発チャンバの外面は、イソブタノールを吸収支持体から蒸発させ、蒸気で蒸発チャンバを満たすように、蒸発チャンバを加熱する加熱要素により包囲されている。空気中の粒子を含む大気試料は、リザーバの端で蒸発チャンバに導入され、この蒸発チャンバを介して、イソブタノール蒸気を空気中の粒子上に凝縮させ、光学粒子計数器を用いて測定可能な滴を形成する凝縮器に流される。
【００１０】
国際公開ＷＯ０２／０２９３８２号公報に開示された原理を利用した市販のＣＰＣの一例は、米国ミネソタ州ショアビュー（Ｓｈｏｒｅｖｉｅｗ）にあるＴＳＩ社から入手可能なモデル３０２５Ａ超微細凝縮粒子計数器（Ｍｏｄｅｌ  ３０２５Ａ  Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ  Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｃｏｕｎｔｅｒ）である。
【００１１】
他の公知の装置は、ＴＳＩ社（ｗｗｗ．ｔｓｉ．ｃｏｍ）の小型ＣＰＣ３００７であり、以下に、図１を参照して、その動作を詳細に記載する。
【００１２】
現在の凝縮粒子計数器は、多くの欠点を被っている。例えば、作動流体を加熱するための高消費電力と、使用前の長い準備時間（１０分〜２０分）とが必要になる。蒸発チャンバを外部の加熱要素により加熱し、蒸発チャンバを包囲する全体的なケースを加熱して、器具を作動温度にしなければならないので、これらの欠点が少なくとも一部に生じる。さらに、公知のＣＰＣでは、作動流体（イソブタノール）を比較的多く消費するので、作動流体を、頻繁に、時には、各使用の前に補給しなければならない。ＴＳＩ社のＵＳ３００７小型凝縮粒子計数器の場合でも、作動流体が充填された作動液カートリッジを、定期的に交換しなければならない。公知のＣＰＣのさらに他の欠点は、用いられる作動流体（例えばイソブタノール）が不快な臭いであるとともに、比較的高いコストとなってしまうことである。
【００１３】
このように現在では、作動流体を補給することなく、長期間使用でき、準備時間が短縮し、かつ、小型化に寄与する凝縮粒子計数器が必要とされている。
【発明の概要】
【００１４】
本発明は、凝縮粒子計数器に用いられる場合に、公知のＣＰＣに関連する上述した全ての問題を解消または少なくとも減少しうる凝縮装置を提供するものである。
【００１５】
第１の態様では、本発明は、気体が含まれる粒子の寸法を大きくし、気体が含まれる粒子を粒子検出器により検出可能とする装置であって、蒸発チャンバおよび凝縮器を具えており、蒸発チャンバは、気体を蒸発チャンバに流入させる流入口と、蒸気を含む気体を蒸発チャンバから流出させる流出口とを有しており、蒸発チャンバに、加熱要素および多孔質支持体を設け、加熱要素は、多孔質支持体と直接的に接触しており、多孔質支持体は、気化可能な物質を保持し、加熱要素は、気化可能な物質を気化させて、蒸発チャンバ内で蒸気を発生させるように加熱可能であり、凝縮器は、蒸発チャンバの流出口と流体的に連通しており、かつ、粒子検出器に接続される流出口を有し、蒸発チャンバからの蒸気を含んだ気体が凝縮器内へ流れ、凝縮器内の気体が含まれた粒子上に気化可能な物質が凝縮し、粒子の寸法が大きくされ、単一の粒子検出器により検出可能となるように構成した装置を提供している。
【００１６】
ある実施例では、蒸発チャンバは、少なくとも２つの流入口を有し、一方は、気体が含まれた粒子を含んだ試料気体を蒸発チャンバに流入させ、他方は、おおむね粒子を含まない搬送気体源と接続可能とされる。
【００１７】
他の実施例では、凝縮器は、少なくとも２つの流入口を有し、一方の流入口は、蒸発チャンバと流体的に連通しており、他方の流入口は、気体が含まれた粒子を含む試料気体を凝縮器に流入させる。
【００１８】
本発明の第２の態様では、気体が含まれる粒子の寸法を大きくし、気体が含まれる粒子を粒子検出器により検出可能とする装置であって、気化可能な物質源と、気化可能な物質を気化させて蒸気とする加熱手段と、気体が含まれる粒子を含む試料気体を流入させる流入口と、粒子検出器と接続される流出口が設けられた凝縮器とを具え、気体が含まれる粒子上の蒸気が凝縮器内で凝縮し、粒子の寸法を大きくし、粒子検出器により検出可能とするように構成された装置において、気化可能な物質は、フタル酸ジメチル、フタル酸ジオクチルおよびジメチルスルホキシドから選択されることを特徴とする装置が提供される。
【００１９】
さらに他の態様では、本発明は、気体が含まれる粒子の寸法を大きくし、気体が含まれる粒子を粒子検出器により検出可能とする凝縮装置であって、蒸発チャンバと、蒸発チャンバと流体的に連通し、粒子検出器に接続される流出口を有する凝縮器と、蒸発チャンバ内にそれぞれ設けられる加熱要素および多孔質支持体と：多孔質支持体は、気化可能な物質を保持し、加熱要素は、気化可能な物質を気化させ、蒸発チャンバ内に蒸気を発生させるように加熱可能であり、蒸気を凝縮器に流すために、搬送気体流を蒸発チャンバに流す第１の流入口と、多孔質支持体の下流側にあり、気体が含まれる粒子を含む試料気体流が導入される第２の流入口とを具え、試料気体内において気体が含まれた粒子上の気化可能な物質が凝縮器内で凝縮し、粒子の寸法が大きくされ、粒子検出器により検出可能となるように構成した凝縮装置である。
【００２０】
本出願の導入部で上述したように、特に、粒子検出の光学的方法に基づいた多くの粒子計数器は、約３００ｎｍより小さい粒子経を有する粒子を効率的に検出および計数することができない。本発明の凝縮装置により、より寸法の小さい（例えば、３ｎｍよりも小さい空気力学的な粒子経の）粒子を検出でき、気化可能で凝縮可能な物質を粒子上で凝縮し粒子を成長させることにより、上記したことが実現される。
【００２１】
気化可能な物質は、液体または気化可能な固体である。常温において、気化可能な物質が固体である場合、固体状態から昇華する物質というよりも、まず、溶けて液体となり、次いで、液体から蒸気となる物質であることが好ましい。
【００２２】
気化可能な物質として用いられる固体材料の例は、固形状の炭化水素、および、例えばステアリン酸のような脂肪酸である長鎖カルボン酸を含む。
【００２３】
しかしながら、現在では、気化可能な物質は、液体が好ましい。
【００２４】
用いられる液体は、水やプロパノール、イソプロパノール、および、イソブタノール、または、高沸点の有機液体を含む。導入部で上述したように、公知の凝縮粒子計数器の欠点の１つは、気化可能な物質として用いられる液体が比較的短時間で消費されてしまい、従って、新しい液体を頻繁に注ぎ足さなければならないことである。いくつかの公知の凝縮粒子計数器では、凝縮装置が用いられる度に、液体を注ぎ足す必要がある。
【００２５】
公知の凝縮粒子計数器の欠点を解消するために、常温において、少なくとも１１０℃の沸点を有する液体を気化可能な物質として用いることが好ましい。
【００２６】
好ましい気化可能な液体の１つのグループは、フタル酸ジメチル、フタル酸ジオクチルおよびジメチルスルホキシドからなる。フタル酸ジメチルのようなより沸点の高い液体を用いることにより、液体の消費量率が大幅に減り、液体を頻繁に足す必要がなくなる。
【００２７】
気化可能な物質が液体であり、蒸発チャンバが液体のリザーバを含んでいたり連結されていたりする場合には、凝縮装置を傾けると（例えば移動中）、液体が蒸発チャンバの流入口または流出口から漏れる可能性がある。この漏れが発生するのを防止または最小限とするために、蒸発チャンバの流入口および流出口に、液体の障害物として作用するリップまたはリムを設けることができる。リムまたはリップの高さは、リザーバに保持される液体量と対応している。リップまたはリムは、蒸発チャンバに延びる流入または流出管の端部により画定または提供される。一例では、リムまたはリップの高さは１ｍｍ〜８ｍｍであり、好ましくは２ｍｍ〜５ｍｍである。
【００２８】
搬送気体は、空気、純気体または混合気体である。例えば、搬送気体を、空気の代わりに窒素ガスとしてもよい。搬送気体は、濾過され、粒子やその他の不純物が蒸発チャンバを介して凝縮器に搬送されないようになっているのが好ましい。搬送気体を、例えば、気体シリンダのような粒子を含まない気体源から供給することができる。選択的または追加的に、フィルタを蒸発チャンバの外部に設けることができる。例えば、フィルタを第１の流入口自体と交差する位置に設けたり、または、第１の流入口の上流に設けることにより、双方の場合とも、蒸発チャンバに流入する搬送気体には、不純物、特に微粒子の不純物が含まれなくなる。フィルタの例は、ＨＥＰＡフィルタや詳細を説明する必要のない公知のフィルタを含む。
【００２９】
他の配置では、搬送気体は、蒸発チャンバに流入した後で濾過される。例えば、ある実施例では、フィルタは、気化可能な物質のための多孔質支持体からなる、または、多孔質支持体を具える。この実施例では、多孔質支持体は、上流および下流の室に蒸発チャンバを分割し、蒸発チャンバの内部に亘って延びるフィルタ膜として機能する。第１の流入口を介して上流の室に流入する搬送気体は、搬送気体が多孔質支持体を通過する時に除去される微粒子の不純物を含み、その際、多孔質支持体にある気化可能な物質が気化され、濾過された搬送気体により蒸気が送られる。このように、多孔質支持体の下流側では、微粒子の不純物が存在しない。「微粒子の不純物」とは、検出および計数される以外の粒子のことである。
【００３０】
多孔質支持体を、種々の形状とすることができるとともに、種々の材料で形成することができる。例えば、多孔質支持体を、多孔質セラミック材料やガラス繊維布、石英ファイバフィルタ石綿または綿織物のような多孔質素材で形成することができる。多孔質材料は、気化可能な物質を気化させるために用いられる温度で安定していなければならず、気化可能な物質が液体である場合、好ましくは、物質により濡れ可能でとされなければならない。
【００３１】
温度センサ（例えば熱電対）は、通常、蒸発チャンバ内に設けられ、チャンバ内部の温度を検出する。温度センサは、加熱要素と接触または近接しているのが好ましい。温度センサは、加熱要素および／または多孔質支持体により囲まれるように設けられる。通常、温度センサは、温度制御装置に接続される。
【００３２】
加熱要素は種々の形態をとることができるが、この場合、加熱要素は、蒸発チャンバ内に設けられ、（商業的に入手可能な公知の凝縮粒子計数器の場合）チャンバの外面を囲むというよりはむしろ多孔質支持体に近接している。蒸発チャンバ内に加熱要素を設ける大きな利点は、装置の準備期間が大幅に短くなるとともに消費電力がかなり小さくなることである。このように、本発明の凝縮器を含むＣＰＣは、公知のＣＰＣで動作温度に到達するのに必要な１０分〜２０分に比べ、１分以下で動作温度に温められる。
【００３３】
最も好ましくは、加熱要素は、多孔質支持体と直接的に接触している。
【００３４】
例えば、多孔質支持体を加熱要素で囲むことができる。
【００３５】
ある実施例では、加熱要素は、ロッド部（例えば円筒状のロッド）と、ロッド部（例えば円筒状のロッド）を囲む多孔質支持体とを具えている。例えば、多孔質支持体は、加熱要素のロッド部（例えば円筒状のロッド）に適合するスリーブを具えている。このような構成形態は、多孔質支持体が上述したような多孔質素材で構成されている時に用いられるのが特に好ましい。
【００３６】
多孔質支持体（例えばスリーブ）は、下流側に延びる部分を有しており、使用に際し、気化可能な物質（液体の場合）のリザーバに延びるようになっている。
【００３７】
加熱要素のロッド部は、加熱ワイヤ、または加熱プローブおよび選択的な熱電対が設けられる中空内部を有している。加熱ワイヤまたは加熱プローブと中空のロッドの内面との間の熱的接触を確実に良好とするために、熱的な導電性充填剤を用いて、加熱ワイヤまたは加熱プローブおよび熱電対（存在する場合）を所定位置に保持するようにしてもよい。熱的な導電性充填剤の例は、半田、その他の可融合金、および、金属粒子充填樹脂（例えばエポキシ樹脂）のような熱的な導電性樹脂を含む。
【００３８】
上述した種類の加熱要素が組み込まれた気化装置は、新規であり、本発明のさらに他の態様を有している。すなわち、他の態様では、凝縮粒子計数器に用いられる気化装置であって、凝縮粒子計数器内の蒸発チャンバの壁に取り付けるための取り付け部と、用いられる蒸発チャンバの内部に延びるように設けられたロッド部とを具える加熱要素と、ロッド部を囲んで接触し、気化可能な物質を保持するまたは保持可能な多孔質支持体と、多孔質支持体をロッド部の所定位置に保持する選択的な保持手段とを具える気化装置が提供される。
【００３９】
加熱要素のロッド部および多孔質支持体を、上述したものとすることができる。
【００４０】
保持手段は、所定位置に多孔質支持体を保持するように、多孔質支持体に適合するクリップまたは穴あきスリーブを具える、または、からなるものである。
【００４１】
蒸発チャンバの断面形状は可変であり、例えば、円形または矩形の断面となりうる。
【００４２】
本発明の装置に、計数される気体が含まれる粒子を含む試料気体流が導入される第２の流入口を設けることができる。第２の流入口は、蒸発チャンバ、蒸発チャンバと凝縮器との間の中間チャンバ、または凝縮器に開くように設けられる。
【００４３】
ある実施例では、蒸発チャンバに開くように第２の流入口が設けられている。第２の流入口は、蒸発チャンバに延びるノズルを有する場合もある。第２の流入口が蒸発チャンバに位置する場合、第２の流入口は、例えば、流入口の縦軸が凝縮器の縦軸と整列するように、凝縮器と連通する流出開口と整列するのが好ましい。例えば、円形の場合、第２の流入口が流出開口（円形の場合）の直径よりも小さい直径となるように、第２の流入口は、流出開口の断面領域よりも小さい断面領域を有しているのが好ましい。この実施例において、いかなる理論にも依存することなく、試料気体の流れまたは噴流は、蒸発チャンバから流出する時に、搬送気体および蒸気の同心円層に包囲され、２つの同心円層は、凝縮器を移動する時に混合される。
【００４４】
他の実施例では、凝縮器に開くように第２の流入口が設けられている。蒸発チャンバの流出開口には、凝縮器に延び、第２の流入口と並んで位置する、または、第２の流入口の下流側に位置するノズルを設けることが好ましい。この配列では、如何なる理論にも依存することなく、蒸発チャンバからの搬送気体流および蒸気は、凝縮器に流入する時に、試料気体の同心円層により包囲され、２つの同心円層は、凝縮器を移動する時に混合される。
【００４５】
第２の流入口が凝縮器に開いている場合、試料気体の一部または全ては、凝縮器に流入する前に蒸気と飽和される。この実施例では、第２の流入口は、補助的な蒸発チャンバに接続される。
【００４６】
さらに他の実施例では、第２の流入口は、蒸気チャンバと凝縮器との間の中間チャンバに開くように設けられ、中間チャンバは、分割壁により上流および下流のサブチャンバに分割され、分割壁の中央の穴は、サブチャンバを連通させ、それにより、第２の流入口は、上流のサブチャンバに開いており、第３の流入口が下流のサブチャンバに開き、第３の流入口は、濾過された気体の供給部に接続可能とされ、蒸発チャンバの流出開口から凝縮器内に延び、第２の流入口と並んで上流側のサブチャンバの位置に、または、第２の流入口の下流側の位置にノズルが設けられ、下流のサブチャンバは、ノズルおよび分割壁の中央穴と整列する円筒状のバッフルを含み、第３のノズルは、円筒状のバッフルを囲む空間に開いている。
【００４７】
上記の配列では、如何なる理論に依存することなく、蒸発チャンバからの搬送気体流および蒸気は、ノズルから上流の中間サブチャンバに流入する時に、試料気体の同心円層により包囲される。搬送気体／蒸気と試料気体との２つの同心円層が分割壁の中央穴を介して下流の中間チャンバに流入すると、第３の流入口を介して流入した濾過された搬送気体の他の同心円層により包囲される。このようにして、一時的に、搬送気体および蒸気の中核流、気体が含まれる粒子を含む試料気体の中間層、および、濾過された搬送気体の外層からなる気体の三層流が形成される。気体の三層流は、その後、中間チャンバから円筒状のバッフルの内部を介して、これら三層が混合される凝縮器へ流出する。
【００４８】
上述した各実施例では、加熱された搬送気体、試料気体、気体が含まれた粒子、および蒸気の混合物が凝縮器を通過する際、気体は凝縮器内で冷却され、気化可能な物質の蒸気と過飽和とされ、粒子の表面に凝縮する。気化可能な物質が液体である場合、滴が粒子上またはその周りに形成され、一方、気化可能な物質が常温で通常の固体である場合には、冷却されて、粒子を含むまたは保持する気泡となる。このように、粒子は、３ｎｍ〜１μｍを超える大きさまで効率的に大きくされる。粒子を大きくすることにより、光学粒子計数器のような光学粒子検出器により検出可能となる。
【００４９】
通常、凝縮器は、高熱伝導性の材料で十分に長く形成され、搬送気体、試料気体、蒸気および検出されるべき粒子の混合物が十分に冷却され、気化可能な物質が粒子上で凝縮し、検出可能な大きさ（例えば１μｍ以上）に成長する。従って、凝縮器は、アルミニウムまたはステンレス剛のような金属材料で管状に形成される。凝縮器および装置のその他の部材の壁厚は、可能な限り薄くなっているが、高圧または減圧（例えば１０バール）で装置を用いる場合、このような圧力に耐えうるように、壁を十分厚くする必要がある。
【００５０】
凝縮器内の気体、蒸気および粒子の混合物の冷却を補助するために、冷却手段を設ける場合がある。
【００５１】
ある実施例では、冷却手段は、凝縮器の外面に空気流をそれぞれ送る１つ以上のファンを具えている。ある実施例では１つのファンである。他の実施例では２つのファンである。
【００５２】
選択的に、ファンを空気温度制御装置の一部としてもよい。温度制御装置により、凝縮器の表面を冷却する空気を、凝縮チャンバを包囲する空気温度により影響されない規定温度に維持することができる。
【００５３】
または、冷却要素を、凝縮器の外面と接触して設ける場合もある。冷却要素は、例えば、熱電冷却装置（例えばペルチェ冷却装置）である。
【００５４】
さらに冷却するために、断面領域に対する円周の比が大きくなるように、凝縮器の断面を形成してもよい。
【００５５】
凝縮器は、円筒部の体積に対する表面積の比よりも大きい体積に対する表面積の比を有するのが好ましい。体積に対する表面積の比を大きくすることにより、凝縮器を、さらに効率的に急速に冷却することができ、それにより、凝縮器の寸法を小さくすることができる。
【００５６】
凝縮器は、長さ（凝縮器の流入口と流出口との間の距離に対応する寸法）、幅（長さと直交する寸法）および高さ（長さおよび高さと直交する寸法）を有するものとして定義される。円形断面の管状の凝縮器の場合、幅および高さは同じであり、かつ、管の直径と一致している。正方形の断面を有する矩形の凝縮器の場合も、幅および高さが同じである。しかしながら、本願では、凝縮器の幅および高さを同一としていなく、「高さ」という語は、２つの寸法のうちの短い方を意味している。
【００５７】
凝縮器の体積に対する表面積の比を、種々の方法で高めることができる。例えば、凝縮器の少なくとも一部を、一部が平坦となった断面としたり、細長い長円形または矩形断面、すなわち、凝縮器の高さが幅よりもおおむね短い断面とすることができる。ある実施例では、凝縮器はおおむね矩形断面であり、高さが幅の半分より短くなっている。
【００５８】
他の実施例では、凝縮器は、環状または一部が環状である凝縮器のボディを具えている。凝縮器の環状のボディは、内側シリンダと外側シリンダとの間の環状空隙を流れる気体を含んだ熱蒸気と、外側シリンダの外面の周りまたは外面とともに、内側シリンダの内部を流れる冷却用空気とを含む２つの同心円状のシリンダで形成される。
【００５９】
粒子の大きさを正確に測定することができるようにするために、凝縮器内での各粒子の滞留時間をおおむね同じにすることが確実に重要である。これは、凝縮器を流れる粒子の流速および流路が、理想的にできるだけ均一とすべきことを意味する。
【００６０】
非円筒状の凝縮器（例えば矩形の凝縮器）が一列に並んだ円筒状の流入口および流出口に接続された場合、特に、凝縮器の（本願で規定するような）幅が流入口および流出口の直径よりも大きい場合、流入口および流出口間で不均一の流れとなる可能性がある。この潜在的な問題を解消するために、凝縮器（例えば、おおむね矩形の凝縮器）に、凝縮器の長さ（流れ方向）に対しておおむね直角に整列する一対の流れ分配管を設けることができる。流れ分配管は、凝縮器の流入口および流出口に接続され、それぞれは、凝縮器の幅に亘って延び、かつ、凝縮器の内部に開く細長いスロットまたは穴の列が形成されている。
【００６１】
また、本発明の他の態様では、上述した本発明の装置で用いられる凝縮器であって、流入口、流出口、および、内側長さ、内側幅および内側高さを有する中空内部を有する凝縮器のボディ部と、凝縮器のボディ部の流入口に接続され、凝縮器のボディ部の内側幅に亘って延びる流入流れ分配管と、凝縮器のボディ部の流入口に接続され、凝縮器のボディ部の内側幅に亘って延びる流出流れ分配管とを具え、凝縮器のボディ部の内側高さは、流入分配管および流出分配管のそれぞれの対応する内側高さよりも低くなっており、流入分配管および流出分配管のそれぞれの壁には、凝縮器のボディ部の中空内部と連通する１つ以上のスロットまたは穴が設けられており、流入分配管から凝縮器の中空内部を介して流出分配管に至る流路が形成される凝縮器が提供される。
【００６２】
使用に際し、流入流れ分配管には、蒸発チャンバの流出口が取り付けられるか、または、蒸発チャンバの流出口が流体的に連結され、一方、流出流れ分配管には、粒子検出器が取り付けられるか、または流出検出器が流体的に連結される。
【００６３】
気体流が凝縮器のボディを介して粒子検出器へおおむね均一に流れるように、流れ分配管が設けられ、スロットまたは穴が位置決めされている。
【００６４】
流れ分配管を、例えば、円形断面、長円断面または多角形断面（正多角形または非正多角形）としてもよい。ある実施例では、流れ分配管の断面は円形である。
【００６５】
各流れ分配管の内側の断面領域は、凝縮器のボディの内側断面領域（内側幅×内側高さ）よりも大きいのが好ましい。一例として、流れ分配器の断面が内側径Ｄｔの円形で、凝縮器の内側高さがＨｃかつ内側幅がＷｃの場合、πＤｔ２＞Ｈｃ＊Ｗｃとなる。πＤｔ２／（Ｈｃ＊Ｗｃ）の比は、通常、１．１より大きく、好ましくは２より大きく、さらに好ましくは３より大きい。  
【００６６】
上述したように、流れ分配器１０２および１０４の内部と矩形の凝縮器の内部との間の流体的な連結は、流れ分配管の壁に、凝縮器のボディの中空内部に開いている細長いスロットまたは（好ましくは線形の）穴の列を形成することにより実現される。流れ分配管と凝縮器のボディの内部とは、各流れ分配管の壁にある細いスロットにより流体的に連結される。凝縮器内の流れの均一性は、スロット幅（Ｗｓ）に対する凝縮器の内側高さ（Ｈｃ）の比に基づくので、スロットを細くすることにより、流れ分配管の内径を小さくすることができる。この文脈において、スロット幅とは、凝縮器の内側高さと同じ方向の寸法のことである（反対に、「長さ」として参照されるスロットの「長さ」は、凝縮器の内側幅と同じ方向の寸法のことである）。通常、Ｈｃ／Ｗｃの比は、１．１より大きく、好ましくは２より大きく、さらに好ましくは３より大きい。
【００６７】
他の実施例では、流れ分配管の壁は、スロットの代わりに、矩形の凝縮器１０３の流入口および流出口に沿って均一に形成された穴を含む。穴の数Ｎｈは、１より大きく、好ましくは４より大きく、さらに好ましくは１０より大きい。穴Ｄｈの直径は、十分に小さくあるべきであり、式πＤｔ２＞Ｎｈ＊πＤｈ２で表される。πＤｔ２＞Ｎｈ＊πＤｈ２の比は、１．１より大きく、好ましくは２より大きく、さらに好ましくは３より大きい。
【００６８】
流れ分配管を、種々の材料、例えば、ステンレス剛管、ＰＴＦＥ、アルミニウム、またはその他の好適な金属、ガラス、セラミックまたはプラスチック材料で形成できる。凝縮器のボディを、例えば、金属の鋼鉄であるステンレス剛のような熱伝導材料で形成するのが好ましい。
【００６９】
凝縮器が、特に、小さな内部断面領域または幅（例えば２ｍｍより小さい）を有する場合の１つの潜在的な問題は、凝縮器の壁にある凝縮物が障害物となりうることである。この問題を解消するために、凝縮した物質を凝縮器の内部壁から除去する手段を設ける場合がある。例えば、凝縮器は、その全長または一部に亘って延びる１つ以上の排出ダクトを有し、排出ダクトは、液体凝縮物が通過可能な半浸透性の壁または膜により凝縮器の内部から分離され、かつ、排出ダクトから液体凝縮物を抽出するためにポンプに接続可能な１つ以上の流出口を有する。半浸透性の膜は、定期的に作動流体で満たされ、そのため、気体流が膜を通過できないようになっている。このような配置により、気化可能な物質が凝縮器の内部壁に凝縮すると、堆積して凝縮器を妨害する代わりに、半浸透性の壁を介して排出ダクトに抽出され、凝縮器の内部から除去される。抽出されると、凝縮物は、後の廃棄のために廃棄物保管室へ送られるか、または、蒸発チャンバへ再循環される。
【００７０】
１つまたはそれ以上の長手方向に延びる半浸透性の壁または膜により凝縮器の少なくとも長さの一部に亘って、凝縮器の内部を分割することにより、排出ダクトを形成することができる。半浸透性の壁または膜には、凝縮器の内部から排出ダクトへ凝縮物を流す毛細管が設けられる。例えば、壁または膜を、０．５ｍｍより小さい、例えば１〜１０μｍの毛細径を有するセラミックまたはステンレス剛フィルタ材料で形成することができる。
【００７１】
本発明の凝縮装置は、通常は、１つの粒子を検出でき、および／または、１つの粒子を計数できる粒子検出器に接続されるように設計される。
【００７２】
さらに、本発明の凝縮装置は、凝縮粒子計数器の一部をなすように設計され、そのため、粒子計数器、例えば、英国カンタベリー市にあるナニューム社（Ｎａｎｅｕｍ  Ｌｉｍｉｔｅｄ）から入手可能な「ＳＡＣ１」粒子計数器に接続できるようになっている。
【００７３】
従って、他の態様では、本発明は、上述した本発明の凝縮装置を備える凝縮粒子計数器を提供している。
【００７４】
他の態様では、本発明は、上述した本発明の凝縮装置を備える凝縮粒子計数器を用いてナノ粒子を検出および計数する方法を提供している。
【００７５】
本発明のさらに他の態様および特徴は、図２〜図１２に示される以下の特定の実施例から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】図１は、公知の凝縮装置の略側断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施例による凝縮装置の略図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施例による凝縮装置の略図である。
【図４】図４は、本発明の第３の実施例による凝縮装置の略図である。
【図５】図５は、本発明の第４の実施例による凝縮装置の略図である。
【図６】図６は、図２〜図５のいずれか１つに示した流出口を兼ねた凝縮器の代替となる作動流体除去手段が設けられた、流出口を兼ねた変形例における凝縮器の矩形断面形状の略側断面図である。
【図７】図７は、図２〜図５のいずれか１つの実施例における流出口を兼ねた凝縮器の代替となる作動流体除去手段が設けられた凝縮器の略側断面図である。
【図８】図８は、本発明の第５の実施例による凝縮装置の略図である。
【図９】図９は、ＭｅｔＯｎｅ（登録商標）レーザー光学粒子計数器（黒い四角点）およびＴＳＩ社の小型３００７ＣＰＣ（白い菱形）が取り付けられた図２の凝縮チャンバで測定されたエーロゾル粒子数密度（Ｎ）を比較するグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の第６の実施例による凝縮装置の略図である。
【図１１】図１１は、本発明の第７の実施例による凝縮装置の略図である。
【図１２】図１２は、本発明の第８の実施例による凝縮装置および粒子計数アッセンブリの略図であり、アッセンブリは作動流体を再利用できるようになっている。
【図１３】図１３は、凝縮器の入口および出口に流れ分配器を有する矩形の凝縮器の略図である。
【図１４】図１４は、凝縮器の入口および出口に流れ分配器を有する矩形の凝縮器の断面（垂直面）図である。
【図１５】図１５は、凝縮器の入口および出口に流れ分配器を有する矩形の凝縮器の断面（水平面）図である。
【図１６】図１６は、凝縮器の入口にスロットを有する流れ分配器と、凝縮器の出口にスロットを有する他の流れ分配器とを有する矩形の凝縮器の断面（垂直面）図である。
【図１７】図１７は、本発明の他の実施例による蒸発チャンバの断面図である。
【図１８】図１８は、加熱要素が略され、作動流体リザーバが設けられた、異なる角度から見た図１７の蒸発チャンバを示す略断面図である。
【図１９】図１９は、図１８に示す蒸発チャンバの平面を示す略断面図である。
【図２０】図２０は、図１７〜図１９の実施例に用いられる加熱要素および多孔質支持体の詳細な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００７７】
非限定的な例で記載される特定の実施例を参照して、本発明の詳細を説明する。
【００７８】
図１は、粒子計数器と組み合わせて用いられる公知の凝縮装置の略側断面図である。このような公知の凝縮装置の１つは、ＴＳＩ社（ｗｗｗ．ｔｓｉ．ｃｏｍ）の小型ＣＰＣ３００７に見られる装置である。この凝縮装置は、揮発性の作動流体に浸されるカートリッジ２ａの形状である多孔質支持体を有する蒸発チャンバ１ａを具えている。蒸発チャンバ１ａは、円筒形状であり、カートリッジ２ａの外形よりも大きい内径を有している。蒸発チャンバ１ａには、流入口４ａ、流出口５ａ、および、蒸発チャンバ１ａの外壁を包囲する加熱要素３ａが設けられている。蒸発チャンバ１ａの温度は、センサ６ａにより測定され、蒸発チャンバ１ａの外壁にある加熱要素３ａに接続されたインタフェース８ａを介して、制御ユニット７ａにより制御される。凝縮器９ａは、蒸発チャンバ１ａと流出口５ａとの間に設けられている。
【００７９】
小さな気体混入粒子（例えば空気中の粒子）を含む空気流は、ポンプ（図示せず）により流入口４ａを介して蒸発チャンバ１ａに引き込まれる。蒸発チャンバ１ａを通過する時、空気流は加熱され、作動流体の蒸発により形成された蒸気で飽和される。蒸気で飽和された空気流は、次いで、凝縮器９ａに流れ、空気が冷却され、空気中の粒子上で作動流体が凝縮する。その結果、粒子は、凝縮により、容易に検出可能な約１μｍの大きさまで成長する。大きくなった粒子は、流出口５ａから放出され、粒子を計数する光学粒子計数器に送られる。
【００８０】
図１に示す凝縮装置を、１０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲の大きさの粒子を検出および計数するために用いることができる。しかしながら、この凝縮装置は、多くの欠点を被っている。
【００８１】
１つの大きな欠点は、作動流体を定期的または頻繁に交換しなければならないことである。
【００８２】
さらに他の欠点は、動作状態になるまでの準備にかなり時間がかかることである。上述したＴＳＩ社のＣＰＣ３００７の場合、凝縮装置は、使用可能になるまで、６００秒の準備時間を要する。
【００８３】
他の欠点は、凝縮装置のレイアウトが小型化に容易に寄与しないことである。凝縮装置を小型化すると、小型の作動流体用のカートリッジを用いることが必要となり、それにより、さらに頻繁に充填する必要が生じる。このように、小型化すると、充填することなく凝縮装置を使用可能となる期間が短くなる。
【００８４】
さらに他の欠点は、上述したＴＳＩ社のＣＰＣ３００７は、上昇圧力の環境で使用することができず、また、製品仕様により水平に保たれた場合のみ動作する。
【００８５】
図１に示すＣＰＣのカートリッジ２ａ内の作動流体が相対的に急激に減少すると、蒸発チャンバ１ａ内の空気中に存在する作動流体の蒸気が低濃度となるので、凝縮器９ａの性能に影響する。蒸気濃度が低くなると、蒸気は、比較的大きな粒子上で好適に凝縮し、そのため、小さな粒子は検出されずに計数されない。例えば、検出下限は、作動流体が減少するために、１０ｎｍ〜１５ｎｍまたは２０ｎｍまで高まる。実際、減少の程度または比率を実際に監視することは非常に難しいので、多くの小粒子は検出されず計数されない可能性がある。
【００８６】
本発明の凝縮装置は、上記した公知のＣＰＣで確認された問題を解消または少なくとも低減させるものである。
【００８７】
本発明の第１の実施例による凝縮装置を図２に示す。凝縮装置は、
−関連する全てのエーロゾル粒子が除去された清浄な気体媒質、例えば、清浄空気のための１つの流入口１（「第１流入口」）を有する蒸発チャンバ２と、
−問題のナノ粒子を含む試料気体（例えば空気）の流れを蒸発チャンバ２に引き込み、第１流入口１から離れて、例えば、第１流入口１が蒸発チャンバ２の下部に位置する時には蒸発チャンバ２の上部に位置する他の流入口８（「第２流入口」）と、
−温度センサ４と熱的に十分に緊密に接触し、作動流体により濡れ可能な多孔質支持体６により覆われる加熱要素３と、
−多孔質支持体６は、低平衡の蒸気圧力の作動流体、例えば、フタル酸ジメチルのような半揮発性有機化合物に浸され、作動流体を十分高い蒸気密度のままに維持するレベルに多孔質支持体６の表面温度を保つ温度制御装置５と、
−高熱伝導率材料で構成され、問題のナノ粒子上に作動流体の滴が形成され、単一の粒子計数器により検出および計数可能とさせる大きさに滴を成長させるのに十分長い流出口を兼ねた凝縮器７と、
凝縮器７は、第２流入口８と近接してまたは対向して位置し、第１および第２流入口を介して蒸発チャンバ２に流入する搬送気体流と試料気体流とを効率的に混合し、第２流入口８と整列して位置し、
−凝縮器７を効果的に冷却できる位置に設けられ、凝縮器７の表面温度を、作動流体滴の形成および成長を維持するレベルに保つ温度冷却装置１０と、
を具えている。温度冷却装置１０は、凝縮器７の効果的な冷却が維持されうる位置に配置される。
【００８８】
使用に際し、フィルタ（図示せず）で濾過され、検出可能な（量の）エーロゾル粒子を全く（または殆ど）含まない清浄搬送気体（例えば空気）流が、第１流入口１から蒸発チャンバ２に流入する。蒸発チャンバ２では、加熱要素３が温度センサ４と良好に熱的に接触して位置しており、温度センサ４に連結された温度制御装置５は、作動流体を十分に蒸発させ、問題の粒子上に作動流体を凝縮させ続けるのに必要な状況を発生させる所定温度に制御する。作動流体は、加熱要素３上に設けられたカバー６の形態である多孔質支持体６に含まれる。円筒状の加熱要素の場合、カバーは、加熱要素の面により覆われ、作動流体で浸される。その結果、第１流入口１を介して導入された清浄空気流は、作動流体の蒸気で飽和され、凝縮器７へ向かって移動する。問題のナノ粒子を含む気体（例えば空気）の試料は、第２流入口８を介して蒸発チャンバ２に導入される。第２流入口８と凝縮器７への開口との間の領域において、飽和した熱蒸気と、問題のナノ粒子を含む試料気体の非加熱流とが混合されるので、作動流体蒸気が過飽和となる。従って、この領域では、問題の粒子上で作動流体の不均一核形成が発生し始める。蒸気とナノ粒子を含む試料気体との混合物が凝縮器７に流入すると、凝縮器７の壁により気体および蒸気が冷却されるために、さらに過飽和となる。余分な熱は、温度冷却装置１０により凝縮器７の表面から除去される。図２には、ブロワにより発生される冷気流９を示してある。凝縮器７では、作動流体の滴が、検出可能な大きさ、例えば１μｍまで、ナノ粒子上で成長する。これらの滴は、例えば、凝縮器の流出口１１に連結された光学粒子計数器（図示せず）を用いて計数可能である。従って、問題の各ナノ粒子は、個々に検出される。
【００８９】
図２に示す凝縮装置の例のように、内径が１０ｍｍの小型で円筒状の蒸発チャンバ２は、ＰＴＦＥで構成され、外径が４ｍｍのステンレス銅管で形成された流入口１および８と、外径が８ｍｍのステンレス剛管で形成された流出口を兼ねた凝縮器７とを有している。Ｋ型の熱電対を温度センサ４として用いた。使用した加熱要素３は、フタル酸ジメチルに浸された多孔質のＳｉＯ２層により覆われたＮｉＣｒヒーターであった。粒子は、ＭｅｔＯｎｅレーザー粒子計数器位（Ｈａｃｈ  ＵＬＴＲＡ  Ａｎａｌｙｔｉｃｓ）を用いて計数された。
【００９０】
温度は、デジトロンの温度制御装置５により、温度を制御した。このように構成された凝縮装置は、ナノ粒子の直径を１μｍ〜２μｍまで拡大できることがわかった。この凝縮装置は、再充填なしで、少なくとも２ヶ月間にわたって使用された。
【００９１】
本発明の他の実施例を図３に示す。図３の凝縮装置は、再充填なしで装置の動作可能時間を延ばすために設けられた作動流体のリザーバ１２が設けられている点を除いて、図２の凝縮装置と類似している。凝縮装置が水平位置にない時に、流体がリザーバ１２から漏れ、凝縮処理が妨害されるのを防ぐために流入口１および８と流出口を兼ねた凝縮器７とは、蒸発チャンバ２の内側に突出して設けられている。この突出により、作動流体が流入口１および８と凝縮器７とから漏れるのが防止される。図３に示す種類の凝縮装置は、再充填なしで少なくとも１２ヶ月動作するのがわかった。
【００９２】
この実施例の動作モードは、上述した図２の実施例と同様である。
【００９３】
さらに他の実施例を図４に示す。図２の凝縮装置の構成と類似するこの実施例では、流出口を兼ねた凝縮器７と熱的に接触する冷却要素１３が設けられている。例えば、熱電冷却要素で構成可能な冷却要素１３は、凝縮器７の表面に取り付けられている。冷却要素１３により、ファンを用いるよりも、より効率的に熱を、凝縮器７から除去可能となる。冷却要素１３による冷却効果が高まることにより、凝縮器７内での蒸気の過飽和が増し、作動流体の滴を急速に成長させることができる。冷却要素１３の動作は、凝縮器７の表面温度が周囲温度より低くなるように制御可能であり、それにより、凝縮装置を高温環境を含む周囲温度の範囲にわたって効率的に使用可能となる。この実施例の動作は、周囲温度の変化に影響されることがない。
【００９４】
凝縮器７の形状は、動作に影響する。図５に示す実施例において、凝縮器７は、符号１４と付された要素により示される矩形断面を有している。この実施例において、矩形断面１４は、凝縮器７の中間領域のことである。中間領域の両面において、凝縮器７は、いかなる断面、例えば円形となりうる。矩形断面形状とすることにより、温度冷却装置１０からの冷気流９が当たる領域が広くなり、それにより、凝縮器７に対する冷却効率が増し、凝縮器７における蒸気の過飽和が助長され、滴の成長効率が改善される。凝縮器７は、側面が平坦な矩形断面の中間領域を有するものとして示されているが、矩形の短い側を、平坦とする代わりに丸め、長方形ではなく細長い長円形状の断面としてもよい。凝縮器７が形成される管の一部を単に好適に平らにすることにより、細長い長円形状の断面を形成できる。
【００９５】
また、第２流入口８を、矩形または細長い長円形状の断面としてもよい。実際、矩形の高さと幅の比は、１〜１００である。
【００９６】
図２〜図５に示される各実施例において、第２流入口８は、凝縮器７と整列して位置し、第２流入口８の内側断面領域は、凝縮器７の内側断面領域よりも小さくなっている。
【００９７】
如何なる理論にも縛られることなく、この配列により、エーロゾル粒子を含む試料気体（例えば空気）流は、蒸気流および搬送気体の中央に流入し、そのため、凝縮器７に流入する混合物は、搬送気体および蒸気の層により囲まれたナノ粒子を含む試料気体の中央の流れからなると考えられる。同心円層間での混合は、気体および蒸気が凝縮器７を移動する時に発生する。
【００９８】
蒸発チャンバ２の主ボディ部の断面形状も、加熱要素３の断面形状と同様に矩形とすることができる。加熱要素３は、第１流入口１に流入する搬送気体流が作動流体の蒸気と飽和する効率を最適とするように、通常は位置するとともに向いている。
【００９９】
図５に示す凝縮器７の矩形断面の幅が（例えば２ｍｍより）小さい場合、凝縮された作動流体が凝縮器７の内部表面に蓄積し、それにより、凝縮器７が詰まる危険がある。その発生を防止するために、凝縮された作動流体を凝縮器７から除去する手段を設けることができる。そのようにする１つの方法は、毛管現象と差圧とを組み合わせ、凝縮器７の内部表面から凝縮された液体を除去することである。それを実現する配列を図６に示す。
【０１００】
図６は、凝縮器７の断面図である。凝縮器の内部には、作動流体により濡れ可能であり、凝縮器の内部を中央路と細長い一対の流体収集チャンバ１６とに分割するように作用する２つの強固な多孔質膜１５が設けられている。使用に際し、蒸気流とナノ粒子を含む気体とが流れ、成長した滴が多孔質膜１５の間の中央路に沿って流れると、多孔質膜１５の表面上に作動流体の蒸気が凝縮する。このようにして形成された余分な液体は、多孔質膜１５を介して即座に吸収され、毛管現象とポンプ（図示せず）により維持される負圧との組み合わせにより流体収集チャンバ１６に流れる。流体は、流体収集チャンバ１６から流出口１７を介して除去され、廃棄収集チャンバ（図示せず）に流れるか、または、図３に示すような作動流体のリザーバ１２を有する凝縮装置の場合、リザーバ１２に再循環される。
【０１０１】
凝縮器の温度を安定させるために、流体収集チャンバ１６内の液体の温度を制御することが好適である。これは、図４に示すような外部の冷却要素（例えば熱電冷却要素）を用いることによりなされるか、または、図７に示すような熱交換器により液体を循環させることにより達成される。
【０１０２】
図７は、作動流体循環および温度制御装置に接続された流体収集チャンバ１６を有する凝縮器（凝縮器の残りの部分は示していない）の一部略断面図である。
【０１０３】
各流体収集チャンバ１６は、追加的な流出口１８を有し、２つの流出口は、長管により接続されている。流入口１７および流出口１８は、長管によりポンプ１９および温度制御装置２０に接続されている。また、流入口１７および流出口１８、連結管である長管、ポンプ１９および温度制御装置２０は回路をなし、作動流体が循環されるようになっている。流体収集チャンバ１６を介して回路を流れる作動流体は、温度制御装置２０により一定の所定温度に維持され、このようにして、凝縮器の内面温度が制御される。
【０１０４】
回路には、追加的なポンプ（図示せず）またはその他の液体送り手段により、作動流体の一部を、管２１を介して蒸発チャンバ２の主ボディ内にある作動流体のリザーバ１２に流すことができる弁（図示せず）を有している。
【０１０５】
図７に示す管の連結は、単に例示的なものであり、凝縮器により液体をさらに均一に冷却できるように配置することもできる。例えば、ある配置では、作動流体は、温度制御装置２０から流入口１７に流れ、流出口１８からポンプ１９へ流出される。
【０１０６】
また、左右の流体収集チャンバ１６は、異なる温度に維持される。これにより、凝縮器内の作動流体の蒸気がさらに過飽和となり、必要に応じて、滴の成長率および大きさを増減できる。この場合、各流体収集チャンバは、それぞれの温度制御サイクルを有している。流体収集チャンバ内の液体温度は、試行錯誤により実験的にまたは核生成理論により見つけられる。
【０１０７】
２つの流体収集チャンバ１６を異なる温度に維持することにより、他の重要な利点が得られる。凝縮器内の過飽和が十分に大きくなると、異なる大きさのナノ粒子は、凝縮器を移動するにつれて異なる位置に滴を形成することができ、従って、異なる大きさのナノ粒子上に形成された滴が、種々の大きさに成長する。例えば、５０ｎｍの粒子は、０．５μｍの滴を生成するが、１００ｎｍの粒子は、１μｍの滴を生成する。これにより、ナノ粒子の大きさは、滴の大きさから得られ、エーロゾルの大きさ分布を特性づける方法の基礎が容易に形成される。
【０１０８】
また、凝縮器の内面温度は、不均一であり、例えば、凝縮器の長さに比例して線形に低下する。これにより、凝縮器の長さに基づき作動流体の蒸気の過飽和が徐々に増加し、従って、異なる大きさのナノ粒子を異なる大きさの滴まで成長させる凝縮装置の性能が高まる。大きなナノ粒子は、（凝縮器の前方において）早期に滴を形成しやすく、一方、より大きな過飽和を必要とする小さな粒子は、凝縮器の後方において後で滴を形成しやすく、結果的に、小さな粒子は、成長時間が短くなり、従って、大きなナノ粒子と比較して、小さな大きさの滴に成長する。これにより、凝縮器内で形成される滴の大きさとナノ粒子の大きさとの間の相関関係を確立することができる。この関係を、滴の大きさを分析することにより、ナノ粒子の大きさを評価することに用いることができる。
【０１０９】
本発明の凝縮装置における過飽和は、壁の温度、凝縮装置の部材の寸法、搬送気体の流速、および凝縮装置を流れる試料気体流により制御される。これらパラメータを変更することにより、当業者は、過飽和状態を選択することができる。過飽和と滴を形成できる最小のナノ粒子の大きさとには、公知の関係がある。従って、これらパラメータの１つまたはいくつか、例えば、加熱要素３の温度を変更することにより、凝縮装置の検出下限を変更することができる。これは、ナノ粒子の大きさ分布と、種々の大きさにおけるナノ粒子の割合とを決定する際に大いに役立つ。また、所定の検出下限、例えば、１００ｎｍ、３０ｎｍ、１０ｎｍ、３ｎｍ、または、可変検出下限の凝縮装置とすることができる。これは、ナノ粒子の大きさ分布を得るためのエーロゾル粒子の大きさの基礎となる。
【０１１０】
また、異なる過飽和状態とするように設定された本発明の複数の凝縮装置を、互いに直列にまたは並列に連結することができる。直列配置により、異なる大きさのナノ粒子が異なる大きさの滴に成長できる。第１の凝縮器が第２の凝縮器よりも低い過飽和に設定されていると、大きな粒子は第１の凝縮器内で滴を形成するが、小さな粒子は第２の凝縮器内でのみ滴を形成し、一方、以前に形成された滴はさらに成長して非常に大きくなる。これは、第２および第３の凝縮器にも当てはまる。このように、複数の凝縮器により、複数の大きさの滴を形成することができる。これにより、例えば、光学的粒子計数器を用いて滴の大きさ分布を分析することにより、ナノ粒子の大きさ分布を読み取ることができる。
【０１１１】
凝縮器を並列に配置した場合、問題のナノ粒子流は、いくつかの平行な流れに分割され、それらの流れは、異なる凝縮器に流れる。凝縮器は、異なる大きさの検出下限を有するように、異なる過飽和値に設定されるべきである。これにより、それらの凝縮器内で成長した滴の数を分析することにより、ナノ粒子の個数粒度分布を読み取ることができる。
【０１１２】
また、凝縮装置の温度およびその他のパラメータを変更することができ、従って、所定の測定サイクル間の検出下限とともに過飽和を変更できる。これにより、粒子の累積的な大きさ分布を得ることができる。
【０１１３】
本発明の他の実施例による凝縮装置を図８に例示的に示す。この実施例では、凝縮装置は、制御型電源５により給電される加熱要素３を含む蒸発チャンバ（飽和チャンバ）２を具えている。加熱要素３は、制御型電源５に接続された温度センサ４に取り付けられ、作動流体、例えば、半揮発性化合物に浸された多孔質支持体６と密着されている。蒸発チャンバ２は、流入口１と、凝縮器７に開き、延びてノズル２２となっている流出口とを有している。凝縮器７には、問題のナノ粒子を含む気体試料が凝縮器７に導入される流入口８が設けられている。ノズル２２は、凝縮器７に延び、流入口８の下流側で凝縮器７に開いている。凝縮器７には、流出口１１および冷却部材１３が設けられている。
【０１１４】
図８の実施例は次のように動作する。清浄空気（搬送気体）の流れが、流れ発生装置、例えばポンプ（図示せず）により流入口１を介して蒸発チャンバ２に送られる。蒸発チャンバ２内では、作動流体に浸された多孔質支持体６を加熱要素３が加熱し、蒸気が発生する。蒸気を含む空気流は、ノズル２２を介して凝縮器７に送られ、空気流は流入口８を介して流入するナノ粒子を含む非加熱の試料気体流と混合されて冷却される。ノズル２２は、熱蒸気で飽和された空気流を、ナノ粒子を含む試料気体流の中心に流すように設計されており、そのため、熱蒸気で飽和された流れは、冷たい試料気体層により包囲される。組み合わされた気体流は、凝縮器７の壁の温度を制御する冷却要素１３により冷却される。凝縮器７内では、熱蒸気で飽和された空気と冷たい試料気体との混合、および、凝縮器７の壁による冷却の結果、作動流体が過飽和となる。これにより、作動流体の蒸気が空気中のナノ粒子上で凝縮し、約１μｍの滴が形成されることとなる。これらの滴は、流出口１１を介して光学的粒子計数器に送られ、個々に計数される。
【０１１５】
粒子の消失を低減するために、ノズル２２および凝縮器７は、円筒対称形となっており、ノズル２２は、凝縮器７の軸に沿って位置し、ノズル端が第２の流入口８を超えて、下流に延びている。これにより、冷たい試料気体流を、蒸気を含む搬送気体流の周りに形成することができる。
【０１１６】
本発明の凝縮装置の利点は、信用性のあるデータを提供し、かつ、公知の凝縮計数器よりも格段に小型化できることである。
【０１１７】
本発明の各実施例における好ましい作動流体は、半揮発性のフタル酸ジメチルである。半揮発性の化合物を用いる主要な利点は、作動流体の消費が非常に少なくなることである。本発明の凝縮装置は、１０ヶ月以上充填が不要で動作することがわかった。
【０１１８】
流速、蒸発チャンバの温度、および、空気中の問題の粒子を凝縮器内に導入する方法の選択は、通常、粒子の特質および濃度により設定される。凝縮器７の流出口１１からの全ての流れは、しばしば、０．１〜４リットル／分である。清浄搬送気体流は、全ての流れの１０％〜９０％である。蒸発チャンバの温度は、フタル酸ジメチルのために、通常、８０℃〜１５０℃とされる。
【０１１９】
加熱要素の電力消費を低くするために、作動流体により濡れ可能な多孔性媒体が取り付けられた薄膜ヒータを用いることができる。多孔性媒体の一部を十分長くし、蒸発チャンバ２の底部において、作動流体に接触させることが好ましい。
【０１２０】
蒸発チャンバ２および凝縮器７を、如何なる金属、ガラス、またはセラミック、または（蒸発チャンバの場合には）ＰＴＦＥのようなプラスチックを含む種々の材料で構成することができるが、空気またはその他の搬送気体における酸化に対して不活性または抵抗性であり、作動流体と化学的に反応しない材料を用いたり、表面加工したりすることが好ましい。パイレックスガラス、石英、セラミックおよびステンレス剛が、チャンバおよびそれらの要素の様々な変更に用いられた。
【０１２１】
また、問題の粒子を含む試料気体流を流入口１を介して、清浄空気を流入口８を介して導入してもよい。これは、金属粒子のような温度が一定の粒子には好ましい。しかしながら、有機化合物で形成されたエーロゾル粒子は、加熱要素により発生される高温に影響され、従って、流入口８を介して導入されるべきである。
【０１２２】
本発明の他の実施例による凝縮装置を、図１０に示す。この実施例において、蒸発チャンバ２は、図８の実施例と同様の設計となっており、混合チャンバ（中間チャンバ）２５は、飽和チャンバである蒸発チャンバ２と凝縮器７との間に設けられている。混合チャンバ２５は、下流および上流のサブチャンバへの中央穴を有するパーティション２４により分割されている。ノズル２２は、上流のサブチャンバへ延び、ノズル２２と整列している円筒状バッフルは、下流のサブチャンバの端から上流方向へ延びている。これらの要素を、凝縮装置の他の部分と同じ材料で構成することができる。混合チャンバ２５およびパーティション２４は、円筒対称形であるか、または、断面が矩形となっている。この実施例により、最も小さい１ｎｍのナノ粒子の検出粒度を実現できる。第３の流入口２３が設けられており、円筒状バッフルを包囲する環状の空間に開いている。
【０１２３】
この実施例では、問題のエーロゾル試料は、流入口８から流れ、清浄空気流は、流入口２３から導入される。混合チャンバにより、問題のエーロゾル試料流を、作動流体の蒸気を含む搬送気体の中核流と流入口２３からの清浄空気により形成された外側層との間に挟むことができる。この種の凝縮装置を用いることにより、挟まれた気体層が円筒対称形となる時に最良の結果を得られることがわかった。
【０１２４】
作動流体を頻繁に充填する必要がなく、凝縮装置の動作寿命を延ばすのが好ましい。充填間の動作寿命を大幅に延ばすことは、粒子検出器を通過し、空気中の粒子を含む滴からの作動流体を収集および再循環させる手段と２つの凝縮ユニットとを組み合わせることにより実現可能である。このようなアセンブリは、２つの凝縮ユニットと、流れを再方向付けする三方向弁を有するエーロゾル流操作装置とで構成できる。このようなアセンブリで用いられる凝縮装置は、上述した特定の実施例と僅かに異なっており、好適な凝縮装置の一例を図１１に示す。図１１の実施例において、流入口１には、粒子計数器から再循環された空気中の粒子を含む極小の滴が浮遊している気体（例えば空気）が流入する。再循環された空気中の粒子が凝縮器に続けて流れ、問題の粒子を含む試料気体が汚染されるのを防止するために、蒸発チャンバ２内の蒸発チャンバの空気流に対し、多孔質媒体２６が設けられている。多孔質媒体２６は、２つの機能を行うことができるように選択されている。第１には、多孔質媒体は、作動流体により浸されることが可能となっていなければならず、そのため、加熱された時には、蒸気源として作用でき、第２には、フィルタとして機能することができなければならず、微小粒子を含む微小滴を収集し、それにより、多孔質媒体２６の下流領域における蒸気の汚染が防止される。上述した他の実施例では、加熱要素３は、多孔質媒体２６の表面に近接して位置し、堆積した作動流体が蒸発される。しかしながら、加熱要素３と多孔質媒体２６との熱的接触は、流入口１を介して蒸発チャンバ２に流入する気体による加熱効果のために、本実施例では重要ではない。
【０１２５】
多孔質媒体２６は、蒸発チャンバ２の壁とともに密閉したシール部材を形成すべく位置し、そのため、流入口１からの全気体が濾過され、空気中の全ての粒子が捕捉されるようになっていることが、上述から理解されるべきである。多孔質支持体２６に収集された作動流体の滴は、再蒸発され、多孔質媒体２６の下流側にある蒸発チャンバ２に蒸気として放出される。
【０１２６】
上述した種類の２つの凝縮装置を備えるアセンブリは、殆どまたは全く作動流体を消費せず、従って、充填する必要がない。このようなアセンブリを図１２に示す。
【０１２７】
図１２に示すアセンブリは、それぞれが図１１に示す凝縮装置である２つの凝縮装置２７および２８と、光学的粒子計数器２９とを具えている。３つの３方向弁３０、３１および３２と、２つの開閉弁３３および３４は、流体流れを方向付けし、作動流体を再循環可能とする。
【０１２８】
図１２に示すアセンブリは，次のように機能する。
【０１２９】
問題のナノ粒子を含む空気流は、３方向弁３０を適切に調節することにより、共通の流入口３５を介して一方の凝縮装置（例えば凝縮装置２８）に流される。凝縮装置内のナノ粒子上に形成された微小滴は、開閉弁３４が閉じられている間、３方向弁３１により光学的粒子計数器２９に流される。計数された後、微小滴は、３方向弁３２により他方の凝縮装置２７へ流される。凝縮装置２７では、微小滴は、多孔質媒体に収集され、濾過された清浄空気は、開閉弁３３を開くことにより流出口３５を介して周囲に放出される。凝縮装置２７内の蒸発チャンバは、加熱要素に電圧が印可されていないので、冷たいままであり、従って、多孔質媒体に収集された作動流体は保持される。
【０１３０】
所定期間が過ぎると、凝縮装置２７は加熱され、弁の位置が調節され、凝縮装置２８を冷却可能となり、そのため、作動流体の滴を収集することができるようになる。以前に動作していなかった凝縮装置２７は、その後、作動モードとなり、多孔質媒体により以前に捕捉された作動流体は加熱されて気化し、上述したような気体試料流と混合される蒸気となる。凝縮器および粒子計数器を通過後、粒子および蒸気を含んだ空気流は、凝縮装置２８に流れ、空気が濾過され、凝縮装置２７に関する上述の説明と同様にして作動流体が収集される。その後、このサイクルが繰り返される。
【０１３１】
凝縮器を切り替えるのに必要な時間は、試行錯誤により経験的に設定可能である。通常は、数百時間動作させた後に、弁を切り替えることのみが必要である。従って、このシステムは、殆どエネルギーを必要とせず動作し、かつ、簡単に実現可能とされる。
【０１３２】
必要な場合、追加的な特別の気体フィルタを流出口３５および３６に取り付け、多孔質媒体による濾過後、気体流に残る作動流体の蒸気を捕捉することができる。しかしながら、半揮発性化合物の蒸気圧力は大変低いので、フタル酸ジメチルのような半揮発性の作動流体を用いると、多くの適用では、追加的なフィルタを用いる必要がない。
【０１３３】
上述した各実施例において、凝縮チャンバに、作動流体センサ、例えば、充填剤入りのガラス毛管または露点型センサ（図示せず）を取り付けることができる。例えば、チャンバ内に設けられたセンサにより、作動流体の減少を監視することができる。
【０１３４】
図１３〜図１６には、本発明の凝縮装置において用いられるその他の種類の凝縮器を示してある。この実施例では、凝縮器の断面は矩形となっている。
【０１３５】
矩形断面の凝縮器を用いることにより、凝縮器の大きさをかなり小さくすることができる。しかしながら、凝縮器を矩形とし、特に、凝縮器の流入口および流出口を円形断面の管とすることによる潜在的な問題は、凝縮器内での流速が不均一となることである。これにより、粒子の一部はその他のものよりも、凝縮器内で時間を費やしてしまい、従って、凝縮器内で粒子が均一に成長しなくなる。これにより、粒子の数および大きさを正確に測定できなくなる。図１３〜図１６は、凝縮器を流れる蒸気を含む気体をおおむね均一な流速とする矩形の凝縮器を示している。この実施例では、管状の一対の流れ分配器が設けられ、一方が矩形の凝縮器の一方の側部に取り付けられている。一方の流れ分配器は、蒸発チャンバと流体的に連結して（例えば接続されて）おり、他方の流れ分配器は、粒子検出器と流体的に連結して（例えば接続されて）いる。
【０１３６】
このように、図１３に示すように、矩形の凝縮器１０３には、第１流れ分配器１０２および第２流れ分配器１０４が取り付けられており、それらは、凝縮器１０３と流体的に連結されている。作動流体で飽和された熱気体（例えば空気）は、流入口１０１を介して第１流れ分配器１０２に流入する。流れ分配器１０２は、均一な流れを凝縮器１０３に供給するように設計されている。従って、第１流れ分配器１０２の流入口１０１と対向する端部は塞がれている（図１５参照）。凝縮器１０３の流出口には、第２流れ分配器１０４が取り付けられ、凝縮器１０３の流出口における流れの不均一が減少される。気体流は、流出口１０５を介して第２流れ分配器１０４から放出される。
【０１３７】
図１４は、第１流れ分配器１０２、凝縮器１０３および第２流れ分配器１０４の相対位置を示している。
【０１３８】
図１５は、凝縮器１０３、第１流れ分配器１０２および第２流れ分配器１０４内の流れの軌道を概略的に示している。この実施例において、軌道１０６、１０７および１０８を流れる空気の塊はおおむね同じ速度であり、従って、矩形の凝縮器１０３内でおおむね同じ時間だけ滞留し、結果として、ほぼ同じ大きさの滴が形成される。
【０１３９】
滞留時間を均一にすることは、流れ分配器の断面の内部領域が、凝縮器の断面の内部領域よりも十分大きくなるように、流れ分配器を設計することにより実現される。一例として、流れ分配器の断面が、内径Ｄｔの円形であり、凝縮器の内側高さがＨｃであり、内側幅がＷｃであると、πＤｔ２＞Ｈｃ＊Ｗｃとなる。πＤｔ２／（Ｈｃ＊Ｗｃ）の比は、１．１より大きく、好ましくは２より大きく、さらに好ましくは３より大きい。
【０１４０】
流れ分配器の壁に、凝縮器に開いている細長いスロットまたは直線配列された穴を設けることにより、流れ分配器１０２および１０４の内部と、矩形の凝縮器の内部とを流体的に連結することができる。流れ分配器１０２および１０４と凝縮器１０３との間に細長いスロットを設けることが好ましい。図１６の縦断面図は、スロット１０９および１１０を概略的に示している。この場合、凝縮器内の流れの均一性は、凝縮器の高さＨｃではなく、スロットの幅Ｗｓを含む式により制御されるので（Ｈｃ＞Ｗｓ）、流れ分配器の内径を小さくすることができる。Ｈｃ／Ｗｃの比は、１．１より大きく、好ましくは２より大きく、さらに好ましくは３より大きい。
【０１４１】
他の実施例では、流れ分配器は、２つのスロットの代わりに、矩形の凝縮器１０３の流入口および流出口に沿って均一に分散された穴を有している。穴の数Ｎｈは、１より大きく、好ましくは４より大きく、さらに好ましくは１０より大きい。穴の直径Ｄｈは十分に小さく、式πＤｔ２＞Ｎｈ＊πＤｈ２から求められる。πＤｔ２／（Ｎｈ＊πＤｈ２）の比は、１．１より大きく、好ましくは２より大きく、さらに好ましくは３より大きい。
【０１４２】
図１３〜図１６に示すように設けられた凝縮器のある実施例では、流れ分配器１０２および１０４を、内径７ｍｍで長さ４０ｍｍのステンレス剛管で製造した。凝縮器１０３を、Ｗｃ＝２０ｍｍ、Ｈｃ＝１．４ｍｍおよびＬｃ＝３０ｍｍの寸法であるステンレス剛シートで製造した。しかしながら、流れ分配器を、例えばＰＴＦＥ、アルミニウム、他の好適な金属、ガラス、セラミックまたはプラスチック材料で製造することもできる。
【０１４３】
流れ分配器の断面形状を、矩形、三角形、楕円形、多角形、または単純な幾何学的図形を組み合わせた形状としてもよい。
【０１４４】
図１７〜図１９は、蒸発チャンバおよび関連する作動流体リザーバを示している。
【０１４５】
図１７に示す蒸発チャンバ（気化装置）は、ＰＴＦＥで形成され、内部室２１６を有するボディ２００を具えている。蒸発チャンバは、一対の流入口２２０（図１７には図示しておらず、図１８を参照されたい）と、凝縮器（図示せず）への接続手段２０２とを具えている。
【０１４６】
ＰＴＦＥで形成されたボディ２００の一側面には加熱要素が取り付けられている。加熱要素は、ＰＴＦＥで形成されたボディ２００の壁に取り外し可能に固定される取り付け部２０６と、内部室２１６に延びるロッド２１０とを有している。ホルダ２０４は、取り付け部２０６を定位置に保持し、Ｏリングは、取り付け部２０６とボディ２００の壁との間のシール部材である。もう１つのＯリングは、取り付け部２０６とロッド２１０との間のシール部材である。
【０１４７】
ロッド部２１２の内部は中空であり、金属製の加熱ワイヤ２２２および熱電対２２４が設けられている（図２０参照）。加熱ワイヤ２２２および熱電対２２４は、例えば、半田またはエポキシ樹脂が充填された金属である熱的充填剤２２２により所定位置に固定される。
【０１４８】
加熱ワイヤ２２２および熱電対２２４は、コントローラ（図示せず）に接続される。
【０１４９】
加熱要素の下側において、蒸発チャンバのボディは、フタル酸ジメチルのような作動流体が流れる凹部２１４を有している。凹部２１４は、管２１８（図１８参照）を介して作動流体のリザーバ２１６に接続されている。
【０１５０】
図２０に示すように、ロッド部は、この実施例では、石英ファイバフィルタ、グラスファイバフィルタ、または、ポリマーまたは金属フィルタのような多孔質素材である多孔質材料のスリーブ２２６により囲まれている。多孔質素材のスリーブ２２６は、凹部２１４に延び、凹部２１４から作動流体を吸い出す軸として作動する尾部２２８を有している。スリーブ２２６は、作動流体が蒸発できる孔と、スリーブ２２６の尾部２２８を通すように下側に形成された開口とが設けられたクリップ２３０により、ロッド部上の所定位置に保持される。凹部２２８は、不活性材料、例えばステンレス剛で形成された軸ホルダ２３１により囲まれている。
【０１５１】
この実施例において、加熱要素は、多孔質支持部と直接的に接触しており、それにより、印可される必要な熱が低下するとともに、作動流体を蒸発させてチャンバ内に飽和蒸気を形成するのにかかる時間が短くなる。
【０１５２】
実施例
本発明による装置のいくつかの例が組み立てられて試験されており、それらを以下に示す。
【０１５３】
実施例１
図８に示すように構成されたある例において、蒸発チャンバ（飽和チャンバ）２を、（内径１２ｍｍで）長さ３０ｍｍのステンレス剛で形成した。流入口、ノズルおよび流出口には、内径３ｍｍのステンレス剛管を用いた。冷却要素を、凝縮器の表面から１５ｍｍの位置に設けた５Ｖ  ＤＣの小型ファンで構成した。凝縮器を、内径６ｍｍで長さ６０ｍｍのステンレス剛管で形成し、加熱要素を、蒸発チャンバ２のステンレス剛製の円筒部の底部周辺に位置するように十分長い石英ファイバ材料で被覆されたＮｉＣｒ加熱要素で構成した。約０．５ｍｌのフタル酸ジメチルを、作動流体として蒸発チャンバ２に注入した。ナノ粒子上に形成された微小滴を、ＭｅｔＯｎｅレーザ光学粒子計数器で計数した。ＳＭＰＳ（ＴＳＩ社製）、小型のＳＡＣ寸法分光計（Ｎａｎｅｕｍ社製）、および小型の３００７ＣＰＣ（ＴＳＩ社のｍｏｄｅｌ３００７）に対して、装置を試験した。酸化クロムのナノ粒子および大気エーロゾルを試験に用いた。試験では、本発明の装置により、ナノ粒子を直径１．２μｍまで拡大できるとともに、検出範囲の下限を４ｎｍとすることができることがわかった。
【０１５４】
実施例２
ＭｅｔＯｎｅレーザ光学粒子計数器に連結された図２に示す装置を用いて測定されたエーロゾル粒子数密度（Ｎ）と、ＴＳＩ社製の小型３００７ＣＰＣを用いて測定されたエーロゾル粒子数密度（Ｎ）との比較を行った。流入口１を介して蒸発チャンバ２に流入する清浄空気流を０．３リットル／分に設定し、流入口８を介して流入する試料気体流を０．５リットル／分に設定した。酸化クロムのナノ粒子および大気エーロゾルを比較試験に用いた。
【０１５５】
その結果を図９に示してあり、本発明の装置のデータ点を黒い四角で示し、ＴＳＩ社製の３００７ＣＰＣのデータ点を白抜きの菱形で示してある。図９において、Ｄは、標準的な方法で測定した場合の平均直径（ｎｍ）である。
【０１５６】
本発明の装置により、ナノ粒子の直径を１．２μｍまで拡大できることがわかった。本発明の装置の検出下限は、３ｎｍであった。図９から明らかなように、本発明の装置の検出下限は、ＣＰＣ３００７（ＴＳＩ社製）の検出下限よりも低くなっている。
【０１５７】
等価物
上述した本発明の特定の実施例に対する種々の変更および代替を、本発明の原理から逸脱することなく可能であることが容易に明らかである。このような全ての変更および代替は、この出願に含まれるものである。
【図１】
2015079010.tif 000004
【図２】
2015079010.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2015079010.tif 000016
【図１４】
2015079010.tif 000017
【図１５】
2015079010.tif 000018
【図１６】
2015079010.tif 000019
【図１７】
2015079010.tif 000020
【図１８】
2015079010.tif 000021
【図１９】
2015079010.tif 000022
【図２０】
2015079010.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成27年1月26日(2015.1.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が含まれる粒子の寸法を大きくし、前記気体が含まれる粒子を粒子検出器により検出可能とする装置に使用するよう構成された凝縮器において、
当該凝縮器は、前記装置の蒸発チャンバの流出口と流体連通するように前記装置に接続可能であり、
前記凝縮器は、前記粒子検出器に接続するための流出口を有し、
前記凝縮器は、円筒部の体積に対する表面積の比よりも大きい体積に対する表面積の比を有することを特徴とする凝縮器。
【請求項２】
請求項１に記載の凝縮器において、前記凝縮器に略平坦の断面、例えば、細長い長円形または矩形断面を有する領域が設けられることを特徴とする凝縮器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の凝縮器において、前記凝縮器が略矩形断面を有していることを特徴とする凝縮器。
【請求項４】
請求項１に記載の凝縮器において、当該凝縮器が：
流入口と、流出口と、内側長さ、内側幅および内側高さを有する中空内部とを具える凝縮器のボディ部と、
前記凝縮器のボディ部の流入口に接続され、前記凝縮器のボディ部の内側幅に亘って延びる流入流れ分配管と、
前記凝縮器のボディ部の流出口に接続され、前記凝縮器のボディ部の内側幅に亘って延びる流出流れ分配管とを具え、
前記凝縮器のボディ部の内側高さは、前記流入流れ分配管および流出流れ分配管のそれぞれの対応する内側高さよりも低くなっており、
前記流入流れ分配管および流出流れ分配管のそれぞれの壁には、前記凝縮器のボディ部の中空内部と連通する１つ以上のスロットまたは穴が設けられており、前記流入流れ分配管から前記凝縮器の中空内部を介して前記流出流れ分配管に至る流路が形成されることを特徴とする凝縮器。
【請求項５】
請求項４に記載の凝縮器において、各流れ分配管の内側断面領域は、前記凝縮器のボディの内側断面領域（内側幅×内側高さ）よりも大きいことを特徴とする凝縮器。
【請求項６】
請求項５に記載の凝縮器において、各流れ分配管の内側断面領域の前記凝縮器のボディの内側断面領域（内側幅×内側高さ）に対する比は、１．１よりも大きいことを特徴とする凝縮器。
【請求項７】
請求項６に記載の凝縮器において、前記比が２よりも大きいことを特徴とする凝縮器。
【請求項８】
請求項７に記載の凝縮器において、前記比が３よりも大きいことを特徴とする凝縮器。
【請求項９】
請求項４乃至８の何れか一項に記載の凝縮器において、前記流れ分配管の壁が前記凝縮器のボディの中空内部へと開口する細長いスロットを有し、前記凝縮器のボディの内側高さの前記スロットの幅に対する比は１．１よりも大きいことを特徴とする凝縮器。
【請求項１０】
請求項９に記載の凝縮器において、前記凝縮器のボディの内側高さの前記スロットの幅に対する比は２よりも大きいことを特徴とする凝縮器。
【請求項１１】
請求項１０に記載の凝縮器において、前記凝縮器のボディの内側高さの前記スロットの幅に対する比は３よりも大きいことを特徴とする凝縮器。
【請求項１２】
請求項１に記載の凝縮器において、当該凝縮器は、気体が含まれる粒子の寸法を大きくし、前記気体が含まれる粒子を粒子検出器により検出可能とする装置に使用するよう構成されており、
前記凝縮器は、前記装置の蒸発チャンバの流出口と流体連通するように前記装置に接続可能であり、
前記凝縮器は、前記粒子検出器に接続するための流出口を有し、
前記凝縮器は内側シリンダと外側シリンダから形成され、熱蒸気を含む気体は前記内側シリンダと前記外側シリンダの間の環状空隙を通って流れ、冷却用空気は前記外側シリンダの外面の周りまたは外面に接すると共に、前記内側シリンダの内部を通って流れることができることを特徴とする凝縮器。
【請求項１３】
直列にまたは並列に連結された請求項１乃至１２の何れか一項に記載の複数の凝縮装置を具えるアセンブリ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のアセンブリにおいて、複数の凝縮チャンバが直列または並列に連結され、各凝縮装置はナノ粒子の異なる最低検出サイズで動作するよう構成されていることを特徴とするアセンブリ。
【請求項１５】
気体が含まれる粒子の寸法を大きくし、前記気体が含まれる粒子を粒子検出器により検出可能とする装置に使用するよう構成された凝縮器において、
前記凝縮器は、使用時に、前記装置の蒸発チャンバの流出口と流体連通しており、
前記凝縮器は、前記粒子検出器に接続するための流出口を有し、
前記凝縮器には、前記凝縮器の内部壁から凝縮物質を除去する手段が設けられることを特徴とする凝縮器。
【請求項１６】
請求項１５に記載の凝縮器において、前記凝縮物質を除去する手段が、その全長または一部に亘って延びる１つ以上の排出ダクトを有し、前記排出ダクトは、液体凝縮物が通過可能な透過性の壁または膜により前記凝縮器の内部から分離され、かつ、前記排出ダクトから液体凝縮物を抽出するためにポンプに接続可能な１つ以上の流出口を有することを特徴とする凝縮器。
【請求項１７】
請求項１６に記載の凝縮器において、前記排出ダクトが、１つまたはそれ以上の長手方向に延びる透過性の壁または膜により前記凝縮器の少なくとも長さの一部に亘って前記凝縮器の内部を分割することにより形成されることを特徴とする凝縮器。
【請求項１８】
請求項１７に記載の凝縮器において、前記透過性の壁または膜には、前記凝縮器の内部から前記排出ダクトへ凝縮物を流す毛細管が設けられることを特徴とする凝縮器。
【請求項１９】
請求項１８に記載の凝縮器において、前記壁または膜が、（ａ）０．１ｍｍ未満の大きさの毛細管を有するセラミックまたはステンレス鋼フィルタ材料、または（ｂ）多孔質材料から形成されることを特徴とする凝縮器。
【請求項２０】
請求項１５乃至１９の何れか一項に記載の凝縮器において、前記粒子検出器により検出可能な問題の粒子の検出サイズ下限を制御し、これによりナノ粒子の大きさ分布を得るために、前記凝縮器またはその一部の温度を変化させる手段を具えていることを特徴とする凝縮器。
【請求項２１】
請求項１５乃至２０の何れか一項に記載の凝縮器において、
流入口と、流出口と、内側長さ、内側幅および内側高さを有する中空内部とを具える凝縮器のボディ部と、
前記凝縮器のボディ部の流入口に接続され、前記凝縮器のボディ部の内側幅に亘って延びる流入流れ分配管と、
前記凝縮器のボディ部の流出口に接続され、前記凝縮器のボディ部の内側幅に亘って延びる流出流れ分配管とを具え、
前記凝縮器のボディ部の内側高さは、前記流入流れ分配管および流出流れ分配管のそれぞれの対応する内側高さよりも低くなっており、
前記流入流れ分配管および流出流れ分配管のそれぞれの壁には、前記凝縮器のボディ部の中空内部と連通する１つ以上のスロットまたは穴が設けられており、前記流入流れ分配管から前記凝縮器の中空内部を介して前記流出流れ分配管に至る流路が形成されることを特徴とする凝縮器。
【請求項２２】
請求項２１に記載の凝縮器において、各流れ分配管の内側断面領域は、前記凝縮器のボディの内側断面領域（内側幅×内側高さ）よりも大きいことを特徴とする凝縮器。
【請求項２３】
請求項２２に記載の凝縮器において、各流れ分配管の内側断面領域の前記凝縮器のボディの内側断面領域（内側幅×内側高さ）に対する比は、１．１、または２、または３よりも大きいことを特徴とする凝縮器。
【請求項２４】
請求項１８乃至２３の何れか一項に記載の凝縮器において、前記流れ分配管の壁が前記凝縮器のボディの中空内部へと開口する細長いスロットを有し、前記凝縮器のボディの内側高さの前記スロットの幅に対する比は１．１、または２、または３よりも大きいことを特徴とする凝縮器。
【請求項２５】
直列にまたは並列に連結された請求項１５乃至２４の何れか一項に記載の複数の凝縮装置を具えるアセンブリ。
【請求項２６】
請求項２５に記載のアセンブリにおいて、複数の凝縮チャンバが直列または並列に連結され、各凝縮装置はナノ粒子の異なる最低検出サイズで動作するよう構成されていることを特徴とするアセンブリ。