(57)【要約】【課題】捕集材の捕集部以外の部分に浮遊物が付着することを抑制することが可能な浮遊物捕集装置を提供する。【解決手段】浮遊物捕集装置２０は、気体に含有される浮遊物を捕集材１０の捕集部１２に捕集させる装置であり、浮遊物を含有する気体を捕集材１０の捕集部１２に吹き付けるための吹き付け部２１と、捕集部１２を囲むように捕集材１０に当接する壁部２２と、捕集部１２に吹き付けられた気体を排気するための排気部２３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体に含有される浮遊物を捕集材の捕集部に捕集させる浮遊物捕集装置であって、
浮遊物を含有する気体を捕集材の捕集部に吹き付けるための吹き付け部と、
前記捕集部を囲むように前記捕集材に当接する壁部と、
前記捕集部に吹き付けられた気体を排気するための排気部と、
を備えることを特徴とする浮遊物捕集装置。
【請求項２】
前記捕集材を搬送する搬送機構をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の浮遊物捕集装置。
【請求項３】
前記壁部を、前記捕集材に当接した状態と、前記捕集材から離れた状態と、に切換可能な壁部可動機構をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の浮遊物捕集装置。
【請求項４】
前記搬送機構における前記吹き付け部の下流側に、前記捕集材の前記捕集部をシールするシール機構をさらに備えることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の浮遊物捕集装置。
【請求項５】
前記捕集部は、２〜５質量％の寒天と、４０〜８０質量％のアルコールと、を含んで構成される寒天ゲルであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の浮遊物捕集装置。
【請求項６】
前記吹き付け部には、前記捕集材による捕集対象である浮遊物を通過させ、前記捕集材による捕集対象よりも大きい粒径の浮遊物を捕集するための一次フィルタが設けられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の浮遊物捕集装置。
【請求項７】
前記排気部には、前記捕集材によって捕集されなかった捕集対象を捕集するための二次フィルタが設けられることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の浮遊物捕集装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体中に含有される微生物等の浮遊物を捕集するための浮遊物捕集装置に関し、より詳細には、衝突法による浮遊物捕集装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、気体（大気）中に含有される微生物等の浮遊物を捕集する浮遊物捕集装置として、フィルタ法、バブリング法、衝突法等による浮遊物捕集装置が知られている。
【０００３】
フィルタ法による浮遊物捕集装置は、ＨＥＰＡ（High Efficiency Particlate Air）フィルタ等のメンブレンフィルタを用いて浮遊物を捕集する装置である（例えば、特許文献１参照）。フィルタ法による浮遊物捕集装置は、メンブレンフィルタの目を調整することによって、捕集される浮遊物を分級することが可能であり、０．３μｍといった小さい分離限界粒径を有している。しかし、フィルタ法による浮遊物捕集装置は、時間の経過とともにメンブレンフィルタが目詰まりしてしまう、捕集された浮遊物をメンブレンから剥離するのが困難である等の問題点を有している。
【０００４】
バブリング法による浮遊物捕集装置は、浮遊物を含有した気体を捕集用の水に吹き込むことにより、水中に浮遊物を懸濁させる装置である（例えば、特許文献２参照）。バブリング法による浮遊物捕集装置は、メンブレンフィルタを使用せずに水中に浮遊物を供給するので、目詰まりを起こすことが無く、浮遊物をメンブレンフィルタから剥離する工程を不要とすることができるといった利点を有している。しかし、バブリング法による浮遊物捕集装置は、水を蒸発させて濃縮する工程が必要である。
【０００５】
衝突法による浮遊物捕集装置は、吸引した気体をノズルから高速で噴出させ、ノズルの下流に設けられた捕集材の捕集部によって浮遊物を捕集する装置である（例えば、特許文献３参照）。気体中の浮遊物は、その粒径の二乗に比例する慣性力で捕集材の捕集部に衝突し、付着する。衝突法による浮遊物捕集装置は、フィルタ法のように目詰まりを起こすことが無く、浮遊物を濃縮させて捕集することができるといった利点を有している。
【０００６】
【特許文献１】特開平４−２１８３９３号公報
【特許文献２】特開平７−６７６９４号公報
【特許文献３】特開２０００−１２５８４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の衝突法による浮遊物捕集装置は、捕集材の捕集部に吹き付けられた気体を、捕集部が設けられた面とは反対側から排気する。そのため、捕集材の捕集部以外の部分にも気体が接触して浮遊物が付着してしまうおそれがある。
【０００８】
本発明は、前記した問題を解決すべく創案されたものであり、捕集材の捕集部以外の部分に浮遊物が付着することを抑制することが可能な浮遊物捕集装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明の浮遊物捕集装置は、気体に含有される浮遊物を捕集材の捕集部に捕集させる浮遊物捕集装置であって、浮遊物を含有する気体を捕集材の捕集部に吹き付けるための吹き付け部と、前記捕集部を囲むように前記捕集材に当接する壁部と、前記捕集部に吹き付けられた気体を排気するための排気部と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、捕集材の捕集部以外の部分に浮遊物が付着することを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。同様の部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態に係る浮遊物捕集装置を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本発明の実施形態に係る浮遊物捕集装置２０は、気体に含有される微生物等の浮遊物を捕集材１０の捕集部１２に捕集させる装置である。
【００１３】
＜捕集材１０の構成＞
図１に示すように、捕集材１０は、気体に含有される浮遊物を捕集するためのものであり、一面側に凹部１１ａが形成された捕集材本体１１と、凹部１１ａ内に設けられた捕集部１２と、を備える。
【００１４】
捕集材本体１１は、ＡＳ（アクリルニトリルエチレンプロピレンゴム・スチレン共重合体）、ＡＢＳ（アクリルニトリルブタジエン・スチレン共重合体）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）等の樹脂材から形成されることが好ましい。このような樹脂材から形成された捕集材本体１１は、使いきりに好適である。
【００１５】
捕集部１２は、気体に含有される浮遊物を捕集するためのものである。捕集部１２は寒天ゲルであることが好ましい。寒天ゲルは、ゲル表面の自由水（ゲル網目間の水）由来の「付着性」を有しており、かかる付着性によって浮遊物を捕集する。また、寒天ゲルは、熱で溶けにくいといった特徴を有する。
【００１６】
捕集部１２は２〜５質量％の寒天を含む、換言すると、寒天ゲルの寒天濃度は、２〜５質量％であることが好ましい。寒天濃度が２質量％未満である場合には、水分が多すぎるため、高速の気体が吹き付けられる捕集部１２として強度不足となってしまう。寒天濃度が５％を超える場合には、寒天表面の水分（自由水）が少なくなり、付着性が著しく低下してしまう。
また、寒天ゲルの寒天濃度は３〜４質量％であることがさらに好ましい。寒天濃度が３〜４質量％である場合には、高い寒天強度及び高い付着性をバランスよく実現した寒天ゲルが提供される。
【００１７】
捕集部１２である寒天ゲルは、アルコールを含んで構成されることが好ましい。寒天ゲルに含まれたアルコールは、寒天ゲルの強度を上げ（ゲル強化）、水分の蒸発を防止し（乾燥防止）、さらには凍結を防止する。寒天ゲルに添加されるアルコールとしては、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、１，３−ブタンジオール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン等が挙げられる。寒天ゲルのアルコール含有率は、４０〜８０質量％であることが好ましい。アルコールが４０質量％未満である場合には、十分な水分の蒸発防止効果が得られない。アルコールが８０質量％を超える場合には、寒天表面の水分（自由水）が少なくなり、付着性が低下してしまう。
また、寒天ゲルのアルコール含有率は、５０〜７０質量％であることがさらに好ましい。アルコール含有率が５０〜７０質量％である場合には、高い蒸発防止効果及び高い付着性をバランスよく実現した寒天ゲルが提供される。
なお、寒天ゲルにおける残余成分、すなわち、寒天及びアルコール以外の成分は、水である。
【００１８】
捕集部１２として寒天ゲルを用いると、捕集された浮遊物内に細菌等の微生物が含まれていた場合に、捕集された微生物をそのまま寒天ゲル上で培養することができる。捕集対象が細菌である場合には、捕集部１２の寒天ゲルに、細菌培養用のペプトン、アラニン等を予め添加しておくことにより、細菌培養を効率よく行うことが可能となる。
【００１９】
また、捕集部１２をシール材４１により密封する、又は、捕集後の捕集部１２に試薬等を添加する場合を考慮して、捕集部１２の表面を捕集材本体１１の上面よりも低くすることが好ましい。
【００２０】
＜浮遊物捕集装置２０の構成＞
図１に示すように、浮遊物捕集装置２０は、吹き付け部２１と、壁部２２と、排気部２３と、吸引ファン２４と、搬送機構２５と、壁部可動機構２６と、シール機構２７と、ケーシング２８と、制御装置２９と、を備える。
【００２１】
吹き付け部２１は、捕集部１２に気体を吹き付けるための管であり、本実施形態では、円筒形状を呈している。吹き付け部２１の上流側端部には、ケーシング２８の外部から気体（大気）を取り込むための開口部２１ａが形成されており、吹き付け部２１の下流側端部には、捕集部１２に向かうにつれて縮径し、気体を加速させるノズル部２１ｂが形成されている。
【００２２】
壁部２２は、その下端縁（捕集材１０側端縁）が捕集部１２を囲むように捕集材本体１１に当接するものであり、本実施形態では、円筒形状を呈する。壁部２２は、捕集部１２に吹き付けられた気体が壁部２２の外側へ移動することを防止するので、捕集材本体１１の壁部２２よりも外側となる部分に気体が接触することを防止することができる。
【００２３】
排気部２３は、捕集部１２に吹き付けられた気体を排気するための管であり、本実施形態では、円筒形状を呈している。本実施形態において、排気部２３は、吹き付け部２１を囲む同心の管であり、排気部２２の下端部と壁部２２の上端部とが気密に当接している。このように、排気部２３を、吹き付け部２１を囲む同心の管とすることにより、簡易な構成で好適な気体の流れを実現することができる。
【００２４】
なお、気体が接触する部分、すなわち、吹き付け部２１、壁部２２及び排気部２３は、以下の理由から、フッ素樹脂でコーティングされていることが好ましい。
物質が静電気によってプラスに帯電する傾向を示す指標として、「帯電列」が用いられることがある。帯電列によると、空気、ガラス、ナイロン、絹、アルミ、紙、鉄、ゴム、ポリエチレン、シリコーン、フッ素樹脂の順に、プラスに帯電しやすいことが知られている。すなわち、フッ素樹脂は、プラスよりもマイナスに帯電しやすい物質である。一方、気体中に含有される浮遊物もマイナスに帯電する。したがって、フッ素樹脂と浮遊物とは、同一極性に帯電しやすいので、浮遊物が帯電によってフッ素樹脂に付着する可能性は低い。特に、吹き付け部２１の内壁をフッ素樹脂でコーティングすれば、気体中の浮遊物は、吹き付け部２１の内壁に付着することなく、捕集部１２に吹き付けられることになる。
また、フッ素樹脂は、高温高圧耐性を有し、例えば、１２０℃の高温下で滅菌処理可能であるといった特徴を有する。
【００２５】
吸引ファン２４は、排気部２３の下流に設けられており、気体を吹き付け部２１の上流側の開口部２１ａから取り込んでノズル部２１ｂを介して捕集部１２に吹き付け、捕集部１２に吹き付けられた気体を排気部２３を介してケーシング２８の外部へ排出する気流を形成する。
【００２６】
搬送機構２５は、載置された捕集材１０を所望の位置まで搬送する機構である。
【００２７】
壁部可動機構２６は、壁部２２を、捕集材本体１１に当接した状態と、捕集材本体１１から離れた状態と、に切換可能な機構である。
【００２８】
シール機構２７は、搬送機構２５における吹き付け部２１の下流側に設けられており、捕集材１０の捕集部１２をシールする機構である。本実施形態において、シール機構２７は、捕集材１０の捕集部１２と、捕集材本体１１の壁部２２の内側となっていた部位と、を密封するようにシール材４１を貼着する。
【００２９】
ケーシング２８は、浮遊物捕集装置２０の作業部分を収容する。
【００３０】
制御装置２９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力回路を備えており、吸引ファン２４、搬送機構２５、壁部可動機構２６及びシール機構２７を駆動制御する。
【００３１】
また、吹き付け部２１には一次フィルタ３１が設けられており、排気部２３には二次フィルタ３２が設けられている。
【００３２】
一次フィルタ３１は、捕集材１２による捕集対象である浮遊物を通過させ、捕集材１２による捕集対象よりも大きい粒径の浮遊物を捕集する。例えば、一次フィルタ３１の目開きは、１００〜２００μｍとすることができる。また、花粉の飛散量が増大する磁気には、一次フィルタ３１の目開きを１０〜１００μｍとすることにより、粒径１０μｍ未満の細菌等を通過させ、粒径１０μｍ以上の花粉を捕集することが可能となる。
【００３３】
二次フィルタ３２は、捕集材１２によって捕集されなかった捕集対象を捕集し、大気中に放出されることを防止する。すなわち、二次フィルタ３２の目開きは、一次フィルタ３１の目開きよりも小さい。二次フィルタ３２は、０．３μｍ以上の浮遊物を９９．９７％以上捕集することが可能なＨＥＰＡ（High Efficiency Particulate Air）フィルタであることが好ましく、０．１〜０．２μｍの浮遊物を９９．９９９％以上捕集することが可能なＵＬＰＡ（Ultra Low Penetration Air）フィルタであることがさらに好ましい。二次フィルタ３２としてＵＬＰＡフィルタを用いることにより、大気中に放出される気体の清浄度をさらに向上させることができる。
【００３４】
なお、一次フィルタ３１及び二次フィルタ３２は、洗浄及び高温滅菌が容易なステンレス製又はフッ素樹脂製であることが好ましい。
【００３５】
＜浮遊物捕集装置２０の動作例＞
続いて、浮遊物捕集装置２０の動作例について説明する。まず、捕集材１０が搬送機構２５にセットされる。続いて、制御装置２９が、搬送機構２５を駆動制御し、捕集材１０を吹き付け部２１のノズル部２１ｂと対向する位置まで移動させる。続いて、制御装置２９が、壁部可動機構２６を駆動制御し、壁部２２を捕集材本体１１に気密に当接させる。続いて、制御装置２９が、吸引ファン２４を駆動制御する。吸引ファン２４が駆動すると、ケーシング２８外の気体が、吹き付け部２１の開口部２１ａ、一次フィルタ３１、ノズル部２１ｂを介して捕集材１０の捕集部１２に吹き付けられる。吹き付けられた気体に含有される浮遊物が、捕集部１２で捕集される。捕集部１２に吹き付けられた気体は、１８０度方向を変え、排気部２３を通過し、二次フィルタ３２及び吸引ファン２４を介してケーシング２８外に排出される。続いて、制御装置２９が、吸引ファン２４を停止させ、壁部可動機構２６を駆動制御し、壁部２２を捕集材本体１１から離し、搬送機構２５を駆動制御し、捕集材をシール機構２７に対向する位置まで移動させる。続いて、制御装置２９が、シール機構２７を駆動制御し、捕集材１０にシール材４１を貼着し、捕集部１２を密封する。
【００３６】
ここで、吹き付け部２１のノズル部２１ｂは、捕集材本体１１に当接した壁部２２の下端縁よりも凹んだ構造となっている。ノズル部２１ｂが捕集材本体１１に当接した壁部２２の下端縁と同じ高さ又は捕集材本体１１に当接した壁部２２の下端縁よりも突き出ている場合には、捕集材本体１１の凹部１１ａを深く形成する必要があり、使い捨てである捕集材１０の厚みが大きくなり、経済的ではない。また、捕集部１２をノズル部２１ｂに対向する位置に設置するためには、捕集材１２を上下動させる必要があり、システムが複雑になってしまう。したがって、吹き付け部２１のノズル部２１ｂは、捕集材本体１１に当接した壁部２２よりも凹んだ構造であることが好ましい。
【００３７】
＜捕集効率＞
続いて、本発明の実施形態に係る浮遊物捕集装置２０の捕集効率について説明する。図２は、図１の部分拡大図であり、吹き付け部、壁部及び排気部を示す一部破断図である。図２に示すように、捕集効率に影響を与えるパラメータとして、ノズル部２１ｂの先端の内径Ｗと、ノズル部２１ｂと捕集部１２との距離Ｓと、が挙げられる（神保元二著、「微粒子ハンドブック」、ｐ．１９３、朝倉書店（１９９１年））。なお、以下の説明において、捕集部１２の表面と、捕集材本体１１の凹部１１ａの露出した面と、を合わせたものを捕集面とする。
【００３８】
図３は、ノズル部の内径Ｗを２０ｍｍと一定にしたときの捕集面における気体の流速を示す図であり、距離Ｓを１０ｍｍとした場合（Ｓ／Ｗ＝０．５）、距離Ｓを２０ｍｍとした場合（Ｓ／Ｗ＝１．０）、距離Ｓを３０ｍｍとした場合（Ｓ／Ｗ＝１．５）を示す。図３に示すように、ノズル部２１ｂと捕集部１２との距離Ｓを小さくするほど、捕集面近傍における気体の流速は大きくなる。なお、凹部１１ａの露出した部位の高さは５ｍｍである。
【００３９】
この結果に基づいて、浮遊物の一例として細菌が捕集面に慣性衝突する割合をシミュレートした結果を図４に示す。ここで、細菌の直径を１０μｍ、細菌の粒子密度を１ｇ／ｃｍ３とした（∵細菌は９８％以上が水分であるため）。また、吹き付け部２１、壁部２２及び排気部２３内部の気体の流れは左右対称であるものと仮定し、右断面のみを図４に示している。図４において、図中の一本の線が、細菌一個の流れの軌跡を示している。
Ｓ／Ｗ＝０．５では、細菌の捕集面への衝突率は１００％であり（図４（ａ））、Ｓ／Ｗ＝１．０では、細菌の捕集面への衝突率は６０％であり（図４（ｂ））、Ｓ／Ｗ＝１．５では、細菌の捕集面への衝突率は３０％である（図４（ｃ））。
すなわち、Ｓ／Ｗ＝０．５で細菌の捕集面への衝突率は最大を示し、Ｓ／Ｗを大きくするにつれて、気体に同伴されて排出される細菌の数が増え、衝突率が減少することがわかる。
なお、Ｓ／Ｗを０．５未満にすると、流体の圧力損失による吸引流量の低下が避けられない領域に入ってしまい、また、捕集面で一旦捕集された細菌が、気体の流れによって剥離されてしまう頻度が高くなってしまう。したがって、捕集率６０％以上を達成するためには、０．５≦Ｓ／Ｗ≦１．０を満たすことが好ましい。前記したＳ／Ｗの範囲は、気体の流速によらない。
【００４０】
本発明の実施形態に係る浮遊物捕集装置２０は、捕集材１０の捕集材１１以外の部分に浮遊物が付着することを抑制することができる。また、浮遊物捕集装置２０は、シール材４１により、捕集材１１で捕集された浮遊物がケーシング２８内に拡散することを防止することができる。
【００４１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。前記実施形態では、排気部を、吹き付け部を囲む同心の管としたが、逆に、吹き付け部を、排気部を囲む同心の管としてもよく、吹き付け部及び排気部を同心ではない管としてもよい。また、吹き付け部及び排気部の管の数も、適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態に係る浮遊物捕集装置を模式的に示す断面図である。
【図２】図１の部分拡大図であり、吹き付け部、壁部及び排気部を示す一部破断図である。
【図３】ノズル部の内径Ｗを２０ｍｍと一定にしたときの捕集面における気体の流速を示す図であり、距離Ｓを１０ｍｍとした場合（Ｓ／Ｗ＝０．５）、距離Ｓを２０ｍｍとした場合（Ｓ／Ｗ＝１．０）、距離Ｓを３０ｍｍとした場合（Ｓ／Ｗ＝１．５）を示す。
【図４】浮遊物の一例として細菌が捕集面に慣性衝突する割合をシミュレートした結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０    捕集材
１２    捕集部
２０    浮遊物捕集装置
２１    吹き付け部
２２    壁部
２３    排気部
２５    搬送機構
２６    壁部可動機構
２７    シール機構
【図１】
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【図２】
2008289433.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008289433.tif 000006