(57)【要約】【課題】１つの粒子計測装置で試料ガス中の微粒子の粒子径分布を計測できるようにする。【解決手段】好ましい形態では、試料ガス流路２は３方切替えバルブ７の１つのポートに接続されており、主流路３又はバイパス流路４のいずれか一方に接続される。主流路３は、試料ガスを蒸気飽和流路５及び冷却凝縮流路６からなる粒子成長流路と調整流路８に分配する流路である。粒子成長流路は、蒸気飽和流路５で試料ガスに蒸気を供給し、冷却凝縮流路６で冷却することによって試料ガス中の微粒子を成長させた後でその試料ガスを粒子計数器１２に導く流路である。バイパス流路４は試料ガスを粒子成長流路に通すことなく粒子計数器１２に導く粒子非成長流路である。【選択図】図１
2013190246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノメータサイズの微小粒子を含む大気圧状態のエアロゾルを試料ガスとして吸入する試料ガス流路と、
ガス中の粒子数を計数する粒子計数器と、
前記試料ガス流路からの試料ガスをその試料ガス中の微粒子を蒸気により成長させて前記粒子計数器に導く粒子成長流路と、
前記試料ガス流路からの試料ガスをその試料ガス中の微粒子を成長させることなく前記粒子計数器に導く粒子非成長流路と、
前記試料ガス流路からの試料ガスを前記粒子成長流路又は粒子非成長流路のいずれか一方に切り替えて導く切替え機構と、を備えたエアロゾル微粒子計測装置。
【請求項２】
前記粒子非成長流路は前記試料ガス流路からの試料ガスが前記粒子成長流路を通ることなく前記粒子計数器に導かれるように粒子成長流路とは別途設けられた流路であり、
前記切替え機構は、前記試料ガス流路を前記粒子成長流路又は粒子非成長流路のいずれか一方に切り替えて接続するものである請求項１に記載のエアロゾル微粒子計測装置。
【請求項３】
前記粒子成長流路と粒子非成長流路は共通のガス流通流路からなるものであり、
前記試料ガス流路と前記ガス流通流路との間に設けられ試料ガスの一部を取り出すスプリッタ、及び前記スプリッタにより取り出されたガスを微粒子を取り除いて飽和蒸気を含ませたシースガスとして前記ガス流通流路を流れる試料ガスに合流させるシースガス流路をさらに備え、
前記切替え機構は前記シースガス流路上に設けられシースガス流路中におけるガスの流通のオン・オフを切り替えるものであり、
前記ガス流通流路は、前記切替え機構が前記シースガス流路中においてガスを流通させているときに試料ガスとシースガスとの混合ガスを冷却凝縮することにより試料ガス中の微粒子を成長させて粒子計数器へ導く前記粒子成長流路を構成し、前記切替え機構が前記シースガス流路中におけるガス流を遮断しているときに試料ガスをそのまま粒子計数器に導く粒子非成長流路を構成するものである請求項１に記載のエアロゾル微粒子計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はナノメータサイズの微粒子を含むエアロゾル中の粒子数を計数するための計測装置に関するものである。エアロゾルは、固体又は液体の微粒子が気体中に比較的安定して浮遊して存在している状態のものであり、自動車の排気ガスや工場からの排出ガスなどを含む。
【背景技術】
【０００２】
粒子数を計数する装置として、粒子に光を照射してその特定散乱角における散乱光のパルス数や散乱光強度、又は透過光強度を計測することにより、粒子数濃度を測定するパーティクルセンサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。パーティクルセンサのような装置は、ある一定の大きさ（例えば数百ｎｍ）以上の粒子径をもつ粒子しか計測できなかった。
【０００３】
数ｎｍから数十ｎｍ程度の微小粒子径粒子も計測することができる装置としては、ＣＰＣ（Condensing Particle Counter）が知られている。ＣＰＣは、粒子を核としてその周囲に水、ブタノール等の作動流体蒸気を凝縮させて粒子径を増大させ、それらの粒子に光を照射してその特定散乱角における散乱光のパルス数を計測する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２７５８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のＣＰＣは、元の大きさでは計測が不可能な微小粒子も、計測可能な大きさへ成長させることにより計測する。ＣＰＣによって計測された粒子数には、成長することによって計測可能になった微小粒子のほか、成長する以前から計測可能な大きさであった粒子も含まれる。すなわち、計測結果では、成長後に一定以上の粒子径をもつ微粒子の個数がわかるだけであり、成長する以前から計測可能な大きさをもつ微粒子の個数を計測することはできなかった。すなわち、既存の粒子計測装置では、試料ガス中の微粒子の粒子径分布を計測することは不可能であった。
【０００６】
そこで、本発明は、１つの粒子計測装置で２段階ではあるが試料ガス中の微粒子の粒子径分布を計測できるようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のエアロゾル微粒子計測装置は、ナノメータサイズの微小粒子を含む大気圧状態のエアロゾルを試料ガスとして吸入する試料ガス流路と、ガス中の粒子数を計数する粒子計数器と、試料ガス流路からの試料ガスをその試料ガス中の微粒子を蒸気により成長させて粒子計数器に導く粒子成長流路と、試料ガス流路からの試料ガスをその試料ガス中の微粒子を成長させることなく粒子計数器に導く粒子非成長流路と、試料ガス流路からの試料ガスを粒子成長流路又は粒子非成長流路のいずれか一方に切り替えて導く切替え機構と、を備えたものである。
【０００８】
好ましい一実施例として、粒子非成長流路は試料ガス流路からの試料ガスが粒子成長流路を通ることなく粒子計数器に導かれるように粒子成長流路とは別途設けられた流路である例を挙げることができる。その場合、切替え機構は、試料ガス流路を粒子成長流路又は粒子非成長流路のいずれか一方に切り替えて接続するものである。
【０００９】
他の実施例として、粒子成長流路と粒子非成長流路は共通のガス流通流路からなるものである例を挙げることができる。その場合、装置は試料ガス流路とガス流通流路との間に設けられ試料ガスの一部を取り出すスプリッタ、及びスプリッタにより取り出されたガスを微粒子を取り除いて飽和蒸気を含ませたシースガスとしてガス流通流路へ流れる試料ガスに合流させるシースガス流路をさらに備える。切替え機構はシースガス流路上に設けられシースガス流路中におけるガスの流通のオン・オフを切り替えるものである。切替え機構がシースガス流路中においてガスを流通させているときに、ガス流通流路は試料ガスとシースガスとの混合ガスを冷却凝縮することにより試料ガス中の微粒子を成長させて粒子計数器へ導く粒子成長流路を構成し、切替え機構がシースガス流路中におけるガス流を遮断しているときにガス流通流路は試料ガスをそのまま粒子計数器に導く粒子非成長流路を構成する。すなわち、切替え機構の切替えにより、ガス流通流路を粒子成長流路又は粒子非成長流路のいずれかに切り替える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のエアロゾル微粒子計測装置では、試料ガス流路からの試料ガスをその試料ガス中の微粒子を蒸気により成長させて粒子計数器に導く粒子成長流路と、試料ガス流路からの試料ガスをその試料ガス中の微粒子を成長させることなく粒子計数器に導く粒子非成長流路と、試料ガス流路からの試料ガスを粒子成長流路又は粒子非成長流路のいずれか一方に切り替えて導く切替え機構と、を備えているので、切替え機構の切替え機構により、試料ガス中の成長させた微粒子を計数するモードと、試料ガス中の微粒子数を成長させることなく係数するモードに切り替えることができる。成長させた試料ガス中の微粒子を計数するモードでは、粒子計数器で計数可能な大きさに成長した微粒子とともに、初めから粒子計数器で計数可能な一定以上の大きさをもつ微粒子も計数される。これに対し、試料ガス中の微粒子数を成長させることなく係数するモードでは、初めから粒子計数器で計数可能な一定以上の大きさをもつ微粒子のみが計数される。したがって、同じ試料ガスに対して同じ条件下において両モードで計測することにより、試料ガス中の微粒子の大きさのある程度の分布を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施例を示す概略構成図である。
【図２】第２の実施例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１実施例）
図１は第１の実施例を表わす。
試料ガス流路２は、ナノメータサイズの微小粒子を含む大気圧状態のエアロゾルを試料ガスとして吸入する。試料ガス流路２は３方切替えバルブ７の１つのポートに接続されており、主流路３又はバイパス流路４のいずれか一方に接続される。主流路３は、試料ガスを蒸気飽和流路５及び冷却凝縮流路６からなる粒子成長流路と調整流路８に分配する流路である。
【００１３】
粒子成長流路は、蒸気飽和流路５で試料ガスにアルコール蒸気を供給し、冷却凝縮流路６で冷却することによって試料ガス中の微粒子を成長させた後でその試料ガスを粒子計数器１２に導く流路である。蒸気飽和流路５は、ブチルアルコールを４０℃程度に加熱して蒸気とし、蒸気飽和流路５中を流れる試料ガスにアルコール蒸気を供給する流路である。冷却凝縮流路６において試料ガス中の微粒子にアルコール蒸気が付着して凝縮することにより微粒子の粒子径が成長する。３方切替えバルブ７によって試料ガス流路２を主流路３側に接続すれば、本来、粒子計数器１２では計数されない大きさの微粒子が計数可能な大きさに成長するため、粒子計数の感度が上昇する。
【００１４】
一方、バイパス流路４は試料ガスを粒子成長流路に通すことなく粒子計数器１２に導く粒子非成長流路である。３方切替えバルブ７によって試料ガス流路２をこの粒子非成長流路側に接続すれば、試料ガス中の微粒子を成長させることなくそのままの大きさで粒子計数器１２に導くことになり、初めから粒子計数器１２で計数可能な大きさの微粒子のみが計数される。
【００１５】
粒子計数器１２の一例として、エアロゾルの流れに垂直な方向からレーザービームを照射し、その散乱光を検出することにより粒子計数器１２を通過するエアロゾル中の粒子数を計数するものを挙げることができる。
【００１６】
粒子計数器１２の下流側の流路２２に所定流量で排気するように駆動が制御される排気ポンプ２４が設けられているとともに、排気ポンプ２４の上流側に調整流路８が合流している。この実施例では、粒子計数器１２と排気ポンプ２４との間にフィルタ１４及び流量計１８が設けられている。フィルタ１４は流量計１８のオリフィスを粒子による閉塞から保護するためのものである。流量計１８の一例は、クリティカルオリフィスの上流側と下流側の圧力差を検出することによって流量を測定するものである。排気ポンプ２４の下流側にもポンプからの発塵から室内環境を保護するためのフィルタ２６が設けられている。但し、一般的なポンプを用いる限り、このフィルタ２６は無くてもよい。調整流路８上には、粒子の堆積により流量調整バルブ２０の絞り量が変化することにより流路８の流量が変化することを回避するためのフィルタ１６と、流量調整バルブ２０が設けられている。排気ポンプ２４は流量計１８による計測値が予め設定された一定の値となるようにフィードバック制御されている。
【００１７】
この実施例の動作を説明する。３方切替えバルブ７を試料ガス流路２が主流路３に接続された状態にし、試料ガス流路２からナノメータサイズの微小粒子を含む大気圧状態のエアロゾルを試料ガスとして吸引する。試料ガスの吸引は、排気ポンプ２４が駆動されることにより行なわれる。試料ガスの一部が蒸気飽和流路５及び冷却凝縮流路６からなる粒子成長流路を通って粒子計数器１２に導かれ、残りの試料ガスは調整流路８を通って粒子計数器１２の下流側の流路に合流し、外部へ排気される。
【００１８】
試料ガス中の微粒子は蒸気飽和流路５及び冷却凝縮流路６からなる粒子成長流路を通ることによって成長するため、元々は粒子計数器１２で計数できないｎｍオーダーの粒子径の微粒子も粒子計数器１２で計数可能な百ｎｍオーダーの粒子径の微粒子となって粒子計数器１２に導かれて計数される。
【００１９】
次に、３方切替えバルブ７を試料ガス流路２がバイパス流路４に接続された状態に切り替え、試料ガスを粒子成長流路に通すことなく粒子計数器１２に導くようにする。この計測では、粒子成長流路を通して行なった計測時と同じ流量で試料ガスが粒子計数器１２に導かれるように、流量計１８の測定値に基づいて排気ポンプ２４が調整される。この計測では、ｎｍオーダーの外形の微粒子は計数されず、元々百ｎｍオーダー以上の粒子径をもつ微粒子のみが粒子計数器１２で計数される。
【００２０】
例えば粒子計数器１２が粒子径１００ｎｍ以上の微粒子のみを計数することができるものであるとすると、まず、粒子成長流路を経た試料ガスの計測では、元々１００ｎｍ以上の粒子径をもつ微粒子と、粒子成長流路を通ることによって１００ｎｍ以上の粒子径をもつまでに成長した微粒子の個数の合計が計数される。そして、粒子成長流路を経ない試料ガスの計測では、元々１００ｎｍ以上の粒子径をもつ微粒子の個数のみが計数される。したがって、これらの計数値の差から粒子成長流路を経て１００ｎｍ以上の粒子径をもつまでに成長した微粒子の個数を導き出すことができる。よって、上記の２種類の計測を行なうことにより、試料ガス中の微粒子の粒子径分布を計測することができる。具体的には、この場合、粒子径１００ｎｍを境にしてそれよりも小さい粒子径をもつものの個数、１００ｎｍ以上の粒子径をもつものの個数、及び両方の合計個数の３種類の粒子数を求めることができる。
【００２１】
（第２実施例）
図２は第２の実施例を表わす。
試料ガス流路２からナノメータサイズの微小粒子を含む大気圧状態のエアロゾルを試料ガスとして吸入する。試料ガス流路２の先端部にはスプリッタ３０が設けられている。スプリッタ３０は試料ガスをエアロゾルフローキャピラリ３２に流れるガスとその残部ガスとに分離する。
【００２２】
エアロゾルフローキャピラリ３２はスプリッタ３０により分離された試料ガスの一部をエアロゾルフローとして流すものである。スプリッタ３０で分離された試料ガスの残部はシースガス流路３４に流れる。
【００２３】
シースガス流路３４には試料ガス中の粒子を除去するＨＥＰＡ(High Efficiency Particulate Air Filter)フィルタなどのフィルタ３８を備えている。シースガス流路３４のフィルタ３８の上流側に切替え機構としての流路開閉バルブ３６が設けられている。シースガス流路からのガスを飽和蒸気状態のシースガスにしてエアロゾルフローキャピラリ３２から流出するエアロゾルフローと合流させるために蒸気飽和流路４０が設けられている。蒸気飽和流路４０はブチルアルコールを４０℃程度に加熱して蒸気とするものであり、流路開閉バルブ３６が開放されてそのアルコール蒸気中をシースガスが流れることによってアルコール蒸気で飽和されたシースガスとなる。
【００２４】
エアロゾルフローキャピラリ４からのエアロゾルフローと飽和器１４からのシースガスとの合流ガスを冷却してエアロゾルフロー中の微粒子をシースガスの蒸気により成長させるために冷却凝縮流路６が設けられている。合流ガスが冷却凝縮流路６に導かれて１０℃程度に冷却されることにより、エアロゾルフローの周りがアルコール蒸気で飽和されたシースガスで包み込まれた状態で冷却されてエアロゾル中の微粒子にアルコール蒸気が付着して凝縮し、粒子径が大きくなるように成長していく。
【００２５】
一方で、流路開閉バルブ３６を閉じておくと、シースガスがエアロゾルフローキャピラリ３２からのエアロゾルフローに供給されず、冷却凝縮流路６においてエアロゾルフロー中の微粒子は成長しない。すなわち、流路開閉バルブ３６が開放された状態において冷却凝縮流路６は粒子成長流路を構成し、流路開閉バルブ３６が閉じられた状態において冷却凝縮流路６は粒子非成長流路を構成する。
【００２６】
冷却凝縮流路６を通過したガス中の粒子数を計数するために粒子計数器１２が設けられている。計数器１２は図１に示されたものと同じである。
【００２７】
粒子計数器１２の下流には所定流量で排気するように駆動が制御される排気ポンプ４６が設けられている。この実施例では、粒子計数器１２と排気ポンプ４６との間に流量計４４が設けられている。流量計４４の一例は、クリティカルオリフィスの上流側と下流側の圧力差を検出することによって流量を測定するものである。この実施例では、流路開閉バルブ３６を開いた場合と閉じた場合でエアロゾルフローキャピラリ３２を流れる試料ガスの流量が等しくなるように排気ポンプを制御する。
【００２８】
この実施例において、動作の一例を示すと、流路開閉バルブ３６が開放されている状態では、スプリッタ３０は試料ガス流路２から吸入した試料ガスがエアロゾルフローキャピラリ３２を流れるエアロゾルフローとシースガス流路３４を流れるシースガスに分流される。シースガス流路３４へ導かれた試料ガス中の粒子はフィルタ３８によって除去され、粒子成分を含まないガスがシースガスとして蒸気飽和流路４０を経てアルコール蒸気により飽和状態となり、エアロゾルフローキャピラリ３２を流れてきたエアロゾルフローと合流して冷却凝縮流路６に導かれる。シースガスとエアロゾルフローキャピラリとの合流ガスが冷却凝縮流路６を通ることによってエアロゾルフロー中の微粒子が粒子径を大きくするように成長し、一定の粒子径以上の微粒子が粒子計数器１２により計数される。
【００２９】
流路開閉バルブ３６が閉じられている状態では、試料ガス流路２から吸入した試料ガスはスプリッタ３０で分流されず、シースガス流路３４をガスが流れない。そのため、エアロゾルフローキャピラリ３２を流れてきたエアロゾルフローにシースガス流路３４からのシースガスが供給されることはなく、エアロゾルフロー中の微粒子は冷却凝縮流路６で成長することなくそのままの大きさで粒子計数器１２に導かれる。
【００３０】
したがって、流路開閉バルブ３６を開放している状態と閉じている状態において、それぞれエアロゾルフローキャピラリ３２を流れてくるエアロゾルフローの流量を同じにして粒子数の計数を行なえば、実施例１と同様に、試料ガス中の微粒子の粒子径の分布を測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は自動車の排気ガスや工場からの排出ガスなどを対象とする環境測定に利用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
２      試料ガス流路
３      主流路
４      バイパス流路
５，４０    蒸気飽和流路
６      冷却凝縮流路
７      ３方切替えバルブ
８      調整流路
１２      粒子計数器
１４，１６，２６，３８    フィルタ
１８，４４    流量計
２４，４６    排気ポンプ
３０      スプリッタ
３２      エアロゾルフローキャピラリ
３４      シースガス流路
３６      流路開閉バルブ
【図１】
2013190246.tif 000003
【図２】
2013190246.tif 000004