(57)【要約】【課題】大気中の浮遊粒子状物質を自動的に連続して捕集することができ、浮遊粒子状物質の連続観測等に際して大幅な省力化ないしは無人化を図ることのできる捕集装置を提供する。【解決手段】放電電極４と集塵電極５を内部に収容した捕集容器１内にポンプ３で大気を吸引し、その大気中に含まれる浮遊粒子状物質Ｐを帯電させて終電電極５上に捕集するとともに、捕集容器１を開閉する開閉機構２と、その容器１内の集塵電極５を使用前の集塵電極５と交換する交換機構９を設けることにより、所定時間にわたって浮遊粒子状物質Ｐを集塵電極５上に捕集するごとに、その集塵電極５を使用前のものと自動的に交換することを可能とし、人手に頼ることなく長時間にわたって浮遊粒子状物質の連続捕集を可能とする。【選択図】  図２
2004170287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中に含まれる浮遊粒子状物質を捕集する装置であって、捕集容器と、その捕集容器内に大気を吸引するポンプと、捕集容器内に配置され、単極イオンを発生して当該容器内の浮遊粒子状物質を帯電させる放電電極と、その放電電極に対して電位差が与えられることにより捕集容器内で帯電した浮遊粒子状物質を引き寄せて捕集する集塵電極と、上記捕集容器を開閉する開閉機構と、その開閉機構により捕集容器を開いた状態で、浮遊粒子状物質を捕集した集塵電極を使用前の集塵電極と自動的に交換する交換機構を備えていることを特徴とする大気中の浮遊粒子状物質の捕集装置。
【請求項２】
上記交換機構は、複数の集塵電極を収容する収容機構を含み、捕集容器内で浮遊粒子状物質を捕集した集塵電極を上記収容機構内に収容し、かつ、その収容機構内にあらかじめ収容されている使用前の集塵電極を捕集容器内に搬送するよう構成されているとともに、この交換機構および上記開閉機構をあらかじめ設定されている手順のもとに自動的に駆動制御する制御手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の大気中の浮遊粒子状物質の捕集装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気中に存在する浮遊粒子状物質を捕集する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大気中に浮遊している粉じんのうち、粒径が１０μｍ以下のものは浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）と称される。この浮遊粒子状物質は、巻き上げられた土なども含まれるが、ディーゼル車が排出する黒鉛や未燃焼燃料、硫黄化合物などが多くを占め（関東地方では３５％がディーゼル車からのもの）、これらは有害性もより高いと言われている。このディーゼル車からの排気ガスが原因の粒子状物質は、特にＤＥＰと称される。また、より粒径の小さい２．５μｍ以下のものは微小粒子状物質（ＰＭ２．５）と呼ばれ、欧米では調査・研究が盛んになってきている。このＰＭ２．５の場合、その排出原因はディーゼル車の排ガスである割合がより高くなると言われている。
【０００３】
以上のような大気中の浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）や微小粒子状物質（ＰＭ２．５）の形状等を調査したり、その粒度分布を計測し、あるいはそこに含まれている化学物質を同定するするには、大気中からこれらの粒子状物質を捕集する必要がある。
【０００４】
このような大気中の浮遊粒子状物質を捕集する方法は、最も一般的には浮遊粒子状物質をフィルタに捕集する方法である（例えば特許文献１参照）。しかしながら、フィルタに付着した粒子状物質は、単独で抽出することが極めて困難であり、従って顕微鏡により観察するに当たってはフィルタに付着した状態の粒子状物質を観察することになるが、その場合、背景のフィルタ像で粒子の像が不鮮明となり、観察しにくいという問題がある。また、捕集した浮遊粒子状物質を各種化学分析に供する場合においても、フィルタから浮遊粒子状物質を単独で抽出することが困難であることから、機器によってはフィルタに付着した状態で分析を行う必要があり、その場合、例えば蛍光Ｘ線分光装置などにおいては粒子のみにＸ線を照射することが困難となり、実質的に分析不能となってしまうという問題もある。
【０００５】
そこで、本発明者は、他と共同して、放電電極と集塵電極を内部に収容した捕集容器内に大気を吸引し、容器内に吸引された浮遊粒子状物質を放電電極からの単極イオンで帯電させ、その帯電した浮遊粒子状物質を、放電電極に対して電位差が与えられた集塵電極に引き寄せて捕集する方法を既に提案している（例えば特願２００１−２１６１９８号および特願２００２−１２３２２号）。
【０００６】
このような集塵電極上に電気的に捕集された浮遊粒子状物質は、容易に単体で抽出することが可能であり、顕微鏡観察が容易で、また、各種化学分析機器へのサンプリングが容易となる。更に、レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置による粒度分布測定にも容易に供することができるという利点がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−５０８７０号公報（第５−第８頁、図１−図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上の本発明者らの提案によると、一つの集塵電極に適当量の浮遊粒子状物質を捕集すると、その集塵電極を取り出して各種測定に供するのであるが、例えば連続的ないしは経時的に浮遊粒子状物質を観察する場合には、先の集塵電極を取り出した後に新たに使用前の集塵電極を容器内に配置するといった作業が必要であり、特に長期にわたる浮遊粒子状物質の連続観察においては面倒な作業となる。
【０００９】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、大気中の浮遊粒子状物質の連続観測等に際して大幅な省力化ないしは無人化を図ることのできる大気中の浮遊粒子状物質の捕集装置の提供を目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の大気中の浮遊粒子状物質の捕集装置は、捕集容器と、その捕集容器内に大気を吸引するポンプと、捕集容器内に配置され、単極イオンを発生して当該容器内の浮遊粒子状物質を帯電させる放電電極と、その放電電極に対して電位差が与えられることにより捕集容器内で帯電した浮遊粒子状物質を引き寄せて捕集する集塵電極と、上記捕集容器を開閉する開閉機構と、その開閉機構により捕集容器を開いた状態で、浮遊粒子状物質を捕集した集塵電極を使用前の集塵電極と自動的に交換する交換機構を備えていることによって特徴づけられる（請求項１）。
【００１１】
ここで、本発明においては、上記交換機構を、複数の集塵電極を収容する収容機構を含み、捕集容器内で浮遊粒子状物質を捕集した集塵電極を上記収容機構内に収容し、かつ、その収容機構内にあらかじめ収容されている使用前の集塵電極を捕集容器内に搬送するように構成するとともに、この交換機構および上記開閉機構をあらかじめ設定されている手順のもとに自動的に駆動制御する制御手段を備えた構成（請求項２）を採用することができる。
【００１２】
本発明は、基本的には先の提案と同様に、捕集容器内に配置した放電電極により浮遊粒子状物質を帯電させ、これを集塵電極に電気的に引きつける構成を採用するとともに、その集塵電極を自動的に交換することによって所期の目的を達成しようとするものである。
【００１３】
すなわち、上記した構成からなる本発明の捕集装置において、大気をポンプにより捕集容器内に吸引し、その捕集容器内に配置された放電電極によって単極イオンを発生させると、その単極イオンは放電電極に対して電位差が与えられている集塵電極に向けて移動し、その過程で、捕集容器内に吸引された大気中に含まれる浮遊粒子状物質に接触し、これを帯電させる。帯電した浮遊粒子状物質は、同じく放電電極に対して電位差が付与されている集塵電極へと移動し、集塵電極上に高い効率のもとに捕集される。
【００１４】
所定の時間が経過して適当量の浮遊粒子状物質を捕集した後、開閉機構により捕集容器を開き、その集塵電極を使用前の集塵電極と交換することを繰り返すことによって、連続的に浮遊粒子状物質を捕集することができる。
【００１５】
請求項２に係る発明のように、複数の集塵電極を収容可能な収容機構を設け、この収容機構に浮遊粒子状物質の捕集前後の集塵電極を入れ換えて収容するように構成し、また、交換機構並びに捕集容器の開閉機構を制御する制御手段を設けることによって、多数の集塵電極を用意しておくだけで、自動的に長時間にわたって連続的に浮遊粒子状物質の捕集が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１および図２は本発明の実施の形態の構成を示す模式図であり、図１は浮遊粒子状物質Ｐを捕集している状態を、図２は集塵電極５を交換している状態をそれぞれ示す図である。
【００１７】
捕集容器１は、本体部１１と底部１２とからなり、本体部１１に大気の流入口１ａが形成されている。また、底部１２は開閉機構２によって上下動するように構成されており、この底部１２の下降時には図２のように捕集容器１が開いた状態となり、上昇時には図１のように本体部１１と底部１２が密着し、底部１２の周囲に設けられたパッキン等のシール部材１２ａによって本体部１１と底部１２とが気密に接合された状態、つまり捕集容器１が閉じた状態となる。また、この底部１２には、フレキシブルチューブ１２ｂを介してポンプ３の吸引口に連通する連通口１ｂが形成されている。従って、底部１２を上昇させて捕集容器１を閉じた状態としてポンプ３を駆動することにより、大気が流入口１ａを介して捕集容器１内に吸引される。
【００１８】
捕集容器１の本体部１１の上部には、放電電極４が設けられているとともに、底部１２にはその放電電極４に対向するように平板状の集塵電極５が配置されている。放電電極４には高圧電源６からの高電圧が印加される。また、集塵電極５は、支持部材５ａ上に水平方向に移動自在に搭載され、その搭載状態において接地電位７に接続されるようになっている。
【００１９】
捕集容器１に隣接して収納機構８および交換機構９が設けられている。収納機構８は、複数の棚８ａを備えた収納箱８１と、その収納箱８１を上下動させるための移動機構８２とからなり、各棚８ａのそれぞれに集塵電極５を１枚ずつ収納できるようになっている。また、交換機構は９は、支持体９１ａ，９２ａによってそれぞれ図中左右方向に移動自在に支持された互いに対向する２本のアーム９１，９２と、これらの各アーム９１，９２を個別に移動させる駆動機構９１ｂ，９２ｂによって構成されており、これらの各アーム９１，９２により、後述するように捕集容器１内の集塵電極５を収納箱８１内の使用前の集塵電極５と交換することができる。
【００２０】
以上の交換機構９の駆動機構９１ｂ，９２ｂと、前記した捕集容器１の開閉機構２、収納機構８の移動機構８２、ポンプ３および高圧電源６は、制御装置１００からの駆動制御信号によって、以下に示すように動作する。
【００２１】
捕集容器１内にの支持部材５ａの上に使用前の集塵電極５を配置した状態で、底部１２を上昇させて捕集容器１を閉じた状態で起動指令を与えると、ポンプ３および高圧電源６が駆動を開始する。これにより、大気が捕集容器１内に流入すし、放電電極４の周囲の空気が電離して単極イオンが発生し、その単極イオンは、集塵電極５との電位差によって集塵電極５側に向けて移動し、その過程で捕集容器１内に吸引された大気中の浮遊粒子状物質Ｐと接触してこれを帯電させる。帯電した浮遊粒子状物質Ｐは、同じく放電電極４と集塵電極５との電位差によって集塵電極５の上面に捕集されていく。このとき、集塵電極５が接地されているので、比較的多量の浮遊粒子状物質Ｐを捕集しても集塵電極５の電位が変化することがなく、高い効率のもとに浮遊粒子状物質Ｐを捕集することができる。
【００２２】
制御装置１００では、以上の駆動状態を所定時間だけ継続した時点で、ポンプ３および高圧電源６の駆動を停止するとともに、開閉機構２を駆動して捕集容器１の底部１２を下降させて当該捕集容器１を開く。その状態で、収納機構８の移動機構８２を駆動して、捕集容器１内の支持部材５ａの表面と収納箱８１の空の棚８ａの高さを合わせ、次いで交換機構９の駆動機構９１ｂ，９２ｂを駆動してアーム９１，９２により使用済みの集塵電極５を両側から挟み込むように把持して、収納箱８１の空の棚８ａ上に搬送する。次に、収納機構８の移動機構８２を再度駆動し、使用前の集塵電極５が載せられている棚８ａと支持部材５ａの高さを合わせ、使用前の集塵電極５を同じく挟み込むように把持して支持部材５ａの上に載せる。これにより、捕集容器１内の支持部材５ａ上の集塵電極５が使用前のものに交換されたことになる。
【００２３】
その後、各アーム９１，９２を離脱させた後、捕集容器１の底部１２を上昇させて当該捕集容器１を閉じ、ポンプ３および高圧電源６を駆動する。この動作を繰り返し行うことにより、大気中の浮遊粒子状物質を連続的に捕集することができ、収納箱８１の棚８ａの数を多くしてこれらの各棚８ａに使用前の集塵電極５をそれぞれ収納しておくことにより、長時間にわたって無人運転のもとに連続的に大気中の浮遊粒子状物質を捕集することが可能となる。
【００２４】
なお、以上の実施の形態においては、捕集容器１内の使用済の集塵電極５と収納箱８１内の棚８ａ上に収納されている使用前の集塵電極５とを、２本のアーム９１，９２によって交換する例を述べたが、交換機構８としては他の公知の機構を採用し得ることは勿論である。
【００２５】
また、以上の捕集装置と、例えばレーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置とを組み合わせるとともに、そのレーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置の測定部位に使用済みの集塵電極５を搬送する機構を設けることにより、連続して捕集した浮遊粒子状物質の粒度分布を自動的に測定するシステムを構築することができる。この場合、集塵電極５として、透明の板材に導電性のコーティングを施したものを用いれば、その表面に浮遊粒子状物質Ｐを捕集した集塵電極５に対して直接的にレーザ光を照射することによって浮遊粒子状物質Ｐによる回折・散乱光の空間強度分布を測定することができ、装置構成を簡素化することが可能となる。
【００２６】
更に、以上のような透明板の表面に導電性コーティングを施した集塵電極５を用いることによって、レーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置に代えて、光学顕微鏡により直接的に浮遊粒子状物質Ｐを観察することができることから、光学顕微鏡の試料台上に使用済みの集塵電極５を搬送する機構を設けるとともに、光学顕微鏡としてカメラ付でそのシャッターを自動的に駆動できるものを用いれば、大気中の浮遊粒子状物質の数や形状等の時間的な推移を連続的に観察するシステムを構築することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、捕集容器内に大気を吸引し、その大気中に含まれる浮遊粒子状物質を、捕集容器内に設けた放電電極によって帯電させて集塵電極上に電気的に捕集するとともに、適当量ないしは一定時間にわたって浮遊粒子状物質を捕集した集塵電極を、自動的に使用前の集塵電極と交換することができるので、大気中の浮遊粒子状物質を連続観察するような用途において大幅な省力化および無人化を達成することができ、浮遊粒子状物質の時系列的変化を捕らえることができる。また、粒子の測定装置を組み込むことによって、大気中の浮遊粒子状物質のリアルタイムでの自動連続測定と監視が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の構成を示す模式図で、浮遊粒子状物質を捕集している状態を示す図である。
【図２】同じく本発明の実施の形態の構成を示す模式図で、集塵電極を交換している状態を示す図である。
【符号の説明】
１  捕集容器
１ａ  流入口
１ｂ  連通口
１１  本体部
１２  底部
２  開閉機構
３  ポンプ
４  放電電極
５  集塵電極
５ａ  支持部材
６  高圧電源
７  接地電位
８  収納機構
８１  収納箱
８２  移動機構
９  交換機構
９１，９２  アーム
９１ｂ，９２ｂ  駆動機構
１００  制御装置
Ｐ  浮遊粒子状物質
【図１】
2004170287.tif 000003
【図２】
2004170287.tif 000004