(57)【要約】【課題】  実質的に人手を要することなく長時間にわたって大気中の浮遊粒子状物質の時系列変化を反映したサンプリングを行うことのできる浮遊粒子状物質の捕集装置を提供する。【解決手段】  大気が吸引される捕集容器１内に、高電圧の印加により単極イオンを発生して浮遊粒子状物質Ｐを帯電させる放電電極３と、例えば複数の集塵電極４ａ，４ｂ，４ｃを配置し、これらの個々の集塵電極４ａ，４ｂ，４ｃに対して、帯電した粒子状物質Ｐを引き寄せることのできる電位を順次付与していくなど、集塵電極上への粒子状物質Ｐの捕集位置を順次変化させることにより、各集塵電極４ａ，４ｂ，４ｃに捕集開始からの経過時間が異なる時間帯での浮遊粒子状物質Ｐを集中的に捕集し、電極を交換することなく時系列変化を反映したサンプリングを可能とする。【選択図】  図１
2005283212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気が導入される捕集容器と、その捕集容器内に配置され、単極イオンを発生して当該捕集容器内に導入された大気中に浮遊する粒子状物質を帯電させる放電電極と、上記捕集容器内に配置され、放電電極に対して電位差が与えられることにより当該捕集容器内で帯電した粒子状物質を引き寄せる集塵電極を備えた浮遊粒子状物質の捕集装置において、
上記捕集電極の一部領域に粒子状物質が捕集されるように構成されているとともに、この捕集領域を経時的に順次切り換える捕集領域切り換え制御手段を備えていることを特徴とする浮遊粒子状物質の捕集装置。
【請求項２】
上記捕集容器内に複数の集塵電極が配置されているとともに、上記捕集領域切り換え制御手段が、これらの個々の集塵電極に対して、帯電した粒子状物質を引き寄せることのできる電位を順次付与していく電位制御手段であることを特徴とする請求項１に記載の浮遊粒子状物質の捕集装置。
【請求項３】
上記集塵電極と放電電極の間に、当該集塵電極の一部領域を除く領域を覆う遮蔽板が設けられ、上記捕集領域切り換え制御手段が、その遮蔽板を移動させて集塵電極の遮蔽領域を変化させる遮蔽領域制御手段であることを特徴とする請求項１に記載の浮遊粒子状物質の捕集装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中に浮遊する粒子状物質を各種分析や測定に供すべく、効率的に捕集する装置に関し、更に詳しくは、大気中に浮遊する粒子状物質の時系列的変化を容易に調査することのできる捕集装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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煙や未燃焼燃料、硫黄化合物などが多くを占め（関東では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）と称され、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）の分析や調査を行うためには、大気中からこれらの粒子状物質を捕集する必要がある。このような粒子状物質を捕集する方法としては、従来、フィルタを介して大気を吸引し、その大気に含まれている粒子状物質をフィルタに付着させる方法が採用されていた。
【０００４】
しかしながら、大気中に浮遊する粒子状物質をフィルタに付着させる方法では、フィルタに付着した粒子状物質を抽出することが困難であり、例えば蛍光Ｘ線分光装置などのように、分析対象である粒子のみにＸ線を照射することが困難となることから、実質的に分析不能となる場合がある。
【０００５】
そこで、本発明者は、図４に模式的に示すように、ポンプ４２により大気が吸引される捕集容器４１内に放電電極４３と集塵電極４４とを対向配置し、放電電極４３には高圧電源４５により高圧の電位を付与する一方、集塵電極４４を例えば接地電位４６に接続して放電電極４３に対して電位差を付与することにより、捕集容器４１内に吸引された大気中に含まれる浮遊粒子状物質Ｐを放電電極４３で発生させた単極イオンにより帯電させ、その帯電した粒子状物質Ｐを、透明な集塵電極４４に静電的に捕集する装置を提案している（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２１４９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した特許文献１に開示されている捕集装置によると、大気中の浮遊粒子状物質が集塵電極の表面に捕集されるため、個々の粒子を極めて容易に抽出することができるとともに、集塵電極を透明電極とすることにより、粒子状物質が付着した集塵電極をそのまま各種分析機器等の粒子保持部材として供することも可能となる。
【０００７】
ところで、このような捕集装置を用いて、大気中に浮遊している粒子状物質の時系列的変化を考慮したサンプリングを行うためには、所定時間にわたって粒子状物質を捕集した後、集塵電極を交換して新たに集塵する必要がある。この方法では、交換に手間と時間が掛かり、長時間にわたり時系列変化を考慮したサンプリングを行うことは現実的ではなかった。
【０００８】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、実質的に人手を要することなく長時間にわたって浮遊粒子状物質の時系列変化を反映したサンプリングを行うことのできる浮遊粒子状物質の捕集装置の提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明の浮遊粒子状物質の捕集装置は、大気が導入される捕集容器と、その捕集容器内に配置され、単極イオンを発生して当該捕集容器内に導入された大気中に浮遊する粒子状物質を帯電させる放電電極と、上記捕集容器内に配置され、放電電極に対して電位差が与えられることにより当該捕集容器内で帯電した粒子状物質を引き寄せる集塵電極を備えた浮遊粒子状物質の捕集装置において、上記捕集電極の一部領域に粒子状物質が捕集されるように構成されているとともに、この捕集領域を経時的に順次切り換える捕集領域切り換え制御手段を備えていることによって特徴づけられる（請求項１）。
ここで、本発明における捕集領域切り換え制御手段の具体的構成としては、上記捕集容器内に複数の集塵電極を配置するとともに、これらの個々の集塵電極に対して、帯電した粒子状物質を引き寄せることのできる電位を順次付与していく電位制御手段を採用すること（請求項２）ができる。
また、本発明における捕集領域切り換え制御手段の他の具体的構成としては、上記集塵電極と放電電極の間に、当該集塵電極の一部領域を除く領域を覆う遮蔽板を設けるとともに、その遮蔽板を移動させて集塵電極の遮蔽領域を変化させる遮蔽領域制御手段を採用すること（請求項３）もできる。
【００１０】
本発明は、捕集容器内に収容されている集塵電極に対して、放電電極からの単極イオンで帯電した浮遊粒子状物質を捕集するに当たり、集塵電極の前面に捕集するのではなく、一部領域に捕集するように構成するとともに、その捕集領域を経時的に変化させることによって、所期の目的を達成しようとするものである。
【００１１】
すなわち、捕集容器内の集塵電極の一部領域に帯電した浮遊粒子状物質を捕集するように構成し、所定時間が経過した後にその捕集領域を変化させる動作を繰り返すことにより、時間経過に従って順次異なる領域に浮遊粒子状物質が捕集されることになり、集塵電極を交換することなく時系列変化を反映した浮遊粒子状物質のサンプリングが可能となる。  
【００１２】
具体的構成として、請求項２に係る発明では、捕集容器内に複数の集塵電極を配置し、例えばそのうちの１個だけを放電電極に対して電位差を与えると、放電電極からの単極イオンで帯電した浮遊粒子状物質はその電位差が与えられた集塵電極にのみ引き寄せられて捕集される。この状態を所定時間だけ続けた後、先とは別の１個の集塵電極だけに上記した電極を与えると、帯電した浮遊粒子状物質は今回電位差が与えられた集塵電極にのみ引き寄せられて捕集されることになり、時間経過に従って順次異なる集塵電極上に浮遊粒子状物質が捕集される。
【００１３】
また、請求項３に係る発明では、集塵電極と放電電極の間に、集塵電極の一部領域を除く領域を遮蔽する遮蔽板を配置し、その遮蔽板で遮蔽されていない領域にのみ帯電した粒子状物質が捕集されるように構成し、所定時間が経過した後にその遮蔽板を移動させて遮蔽領域を変化させることにより、浮遊粒子状物質は集塵電極の異なる領域に捕集され、時間経過に従って集塵電極上の異なる領域に順次浮遊粒子状物質が捕集されることになる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、大気中に浮遊している粒子状物質を経過時間ごとに異なる位置に捕集することができるので、捕集容器内の集塵電極を交換することなく、従って人手を要することなく、浮遊粒子状物質の時系列変化を反映したサンプリングが可能となり、特に、従来現実的でなかった長時間にわたる浮遊粒子状物質の時系列変化の調査を容易に行えるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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は本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表す回路図とを併記して示す図である。
【００１６】
円筒状の捕集容器１には、大気の流入口１ａと、ポンプ２の吸引口に連通する連通口１ｂが形成されており、ポンプ２を駆動することによって、大気が流入口１ａを介して捕集容器１内に吸引される。
【００１７】
捕集容器１内には、その上部の流入口１ａに近接して放電電極３が設けられているとともに、その放電電極３に対向して容器底部近傍に複数の集塵電極４ａ，４ｂ，４ｃが設けられている。
【００１８】
放電電極３には高圧電源５からの負の高電圧が印加される。また、各集塵電極４ａ，４ｂ，４ｃは、スイッチ群６の状態に応じて、接地電位７に接続されるか、あるいは高圧電源８から放電電極３と同等の負の高電圧が印加される。
【００１９】
スイッチ群６はスイッチ駆動制御回路９によって制御され、このスイッチ駆動制御回路９は、各集塵電極４ａ，４ｂ，４ｃのうちの１個のみが接地電位７に、他の全てが高圧電源８にそれぞれ接続されるようにスイッチ群６を駆動制御する。図１では集塵電極４ａのみが接地電位７に接続され、他の集塵電極４ｂ，４ｃが高圧電源８に接続されている。
【００２０】
そして、スイッチ駆動制御回路９は、１個の集塵電極を接地電位７に接続している時間は、設定器（図示せず）によって設定することができ、その時間が経過した時点で、スイッチ群６を駆動して他の１個の集塵電極のみを接地電位７に接続し、それ以外の集塵電極を高圧電源８に接続する。すなわち、集塵電極４ａのみを接地電位７に接続して他の集塵電極４ｂ，４ｃを高圧電源８に接続している図１の状態を設定時間だけ継続した後、図２に示すように、集塵電極４ｂのみを接地電位７に接続して他の集塵電極４ａ，４ｃを高圧電源８に接続している状態に変更する。また、その状態を設定時間だけ継続した後には、集塵電極４ｃのみを接地電位７に接続し、他の集塵電極４ａ，４ｂを高圧電源８に接続した状態に変更する。
【００２１】
以上の実施の形態においては、ポンプ２を駆動しつつ放電電極３に高電圧を印加し、かつ、各集塵電極４ａ，４ｂ，４ｃは上記したように１個のみを接地電位７に接続して他は放電電極３と同等の電位とする。これにより、大気が流入口１ａを介して捕集容器１内に流入するとともに、放電電極３の近くの空気が電離して単極イオンが発生し、この単極イオンと吸引された大気中に含まれている浮遊粒子状物質Ｐが接触することにより、浮遊粒子状物質Ｐが帯電する。集塵電極４ａ，４ｂ，４ｃのうち、例えば図１に示すように集塵電極４ａのみが接地電位７に接続されて他は高圧電源８に接続されている状態では、捕集容器１内の電界は放電電極から集塵電極４ａへと集中することになり、帯電した浮遊粒子状物質Ｐはこの電界に沿って移動し、集塵電極４ａ上に集中的に捕集される。
【００２２】
集塵電極４ａへの捕集を設定時間だけ継続した後、図２に示すように集塵電極４ｂのみを接地電位７に接続した状態に切り換えると、捕集容器１内に吸引された大気に含まれる浮遊粒子状物質Ｐは、集塵電極４ｂ上に集中的に捕集される。このように、接地電位７に接続する集塵電極を順次変更していくことにより、各集塵電極４ａ，４ｂ，４ｃには、それぞれ捕集開始後の経過時間が異なる時間帯で捕集容器１内に吸引された大気に含まれる浮遊粒子状物質Ｐが捕集されることになる。
【００２３】
従って、以上の本発明の実施の形態によると、集塵電極を交換することなく、浮遊粒子状物質の時系列的変化を反映したサンプリングを自動的に行うことができる。
【００２４】
また、以上の実施の形態においては、捕集容器１内に吸引された浮遊粒子状物質Ｐが、当該捕集容器１の水平方向への断面積に比して狭い集塵電極４ａ，４ｂ，４ｃのうちのいずれか１個に集中的に捕集されるので、図４に示したように１つの大きな集塵電極を設ける場合に比して、短時間のうちに高い濃度で粒子を捕集することができるという利点もある。
【００２５】
なお、以上の実施の形態では、放電電極に負の高電圧を印加するとともに、粒子を捕集する集塵電極を接地電位、他の集塵電極に負の高電圧を印加した例を示したが、放電電極に正の高電圧を印加し、粒子を捕集する集塵電極を接地電位、他の集塵電極に正の高電圧を印加しても、上記と同等の作用効果を奏することができる。
【００２６】
また、捕集容器内に収容する集塵電極の数については任意とすることができることは勿論である。
【００２７】
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。図３はその要部構成図であり、（Ａ）遮蔽板１０の上から見た平面図で、（Ｂ）は部分断面要部正面図、（Ｃ）は遮蔽板１０の移動後の部分断面要部正面図である。
【００２８】
この例では、図示は省略するが、捕集容器１内の上部に先の例と同等の放電電極３が配置されて高圧電源５に接続されている点は同じであり、捕集容器１内に１つの集塵電極４を設けて接地電位７に接続している点と、集塵電極４と放電電極３の間に、集塵電極４の一部領域を除く領域を遮蔽すべく、貫通孔１０ａが形成された遮蔽板１０を設けるとともに、その遮蔽板１０を移動させて遮蔽領域を変化させるための遮蔽板駆動機構１１を有している点に特徴がある。
【００２９】
すなわち、捕集容器１内の集塵電極４の上方に、１つの貫通孔１０ａが生成された遮蔽板１０が配置されており、その貫通孔１０ａの形成位置以外の領域において集塵電極４を遮蔽する遮蔽板１０が配置されている。この遮蔽板１０は、遮蔽板駆動機構１１により自己の中心の回りに回転が与えられる。今、図３（Ｂ）の状態でポンプ２を駆動して大気を捕集容器１内に吸引しつつ、放電電極３に高電圧を印加すると、大気中に含まれている粒子状物質Ｐは集塵電極４の表面のうち、遮蔽板１０の貫通孔１０ａの直下の領域にのみ捕集される。この状態を所定時間継続した後、遮蔽板駆動機構１１により遮蔽板１０を回転させ、同図（Ｃ）に示すように貫通孔１０ａの位置を移動させると、以後、浮遊粒子状物質Ｐは、集塵電極４の表面のうち、移動後の貫通孔１０ａの直下の領域にのみを捕集されることになり、この動作を繰り返すことにより、捕集開始後の経過時間が異なる時間体で捕集容器１内に吸引された大気に含まれる浮遊粒子状物質Ｐが、順次集塵電極４の異なる領域に捕集されていくことになり、先の実施の形態と同等の作用効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表す回路図とを併記して示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の構成図で、図１の状態から所定時間経過した状態を表す図である。
【図３】本発明の他の実施の形態の説明図で、（Ａ）は遮蔽板１０の上から見た要部平面図で、（Ｂ）はその部分断面要部正面図である。また、（Ｃ）は遮蔽板１０の移動後の部分断面要部正面図である。
【図４】従来の静電式の浮遊粒子状物質の捕集装置の構成例の説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  捕集容器
２  ポンプ
３  放電電極
４，４ａ，４ｂ，４ｃ  集塵電極
５  高圧電源
６  スイッチ群
７  接地電位
８  高圧電源
９  スイッチ駆動制御回路
１０  遮蔽板
１０ａ  貫通孔
１１  遮蔽板駆動機構
Ｐ  浮遊粒子状物質
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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