(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴霧液滴を採取する液滴採取管と乾燥清浄気流を高速気流として流す気流供給管とから成る液滴採取用サンプリングプローブであって、
上記液滴採取管の一端は液滴採取口として形成され、他端は液滴乾燥口として形成されており、
上記液滴採取管の液滴乾燥口が上記気流供給管に開口するように、上記液滴採取管と気流供給管が連通されており、上記乾燥清浄気流により、上記液滴乾燥口で低圧部を発生させ、噴霧で生じた上記液滴を上記液滴採取口で吸引するともに、上記液滴乾燥口で上記乾燥清浄気体と混合し、乾燥できる構成であることを特徴とする液滴採取用サンプリングプローブ。
【請求項２】
上記液滴採取管の上記気流供給管は、互いに連通してＴ型、Ｙ型又はＩ型になるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の液滴採取用サンプリングプローブ。
【請求項３】
不揮発性成分を混入した既知濃度の液体を噴霧することにより生成する液滴を、採取して乾燥するサンプリングプローブと、該サンプリングプローブにより生じた粒子の粒径分布を測定する粒径分布測定装置とから成る噴霧液滴の粒径分布を測定する装置において、  上記サンプリングプローブは、噴霧液滴を採取する液滴採取管と乾燥清浄気流を高速気流として流す気流供給管とから成り、
上記液滴採取管の一端は液滴採取口として形成され、他端は液滴乾燥口として形成されており、
上記液滴採取管の液滴乾燥口が上記気流供給管に開口するように、上記液滴採取管と気流供給管が連通されており、上記乾燥清浄気流により、上記液滴乾燥口で低圧部を発生させ、噴霧により生じた上記液滴を上記液滴採取口で吸引するともに、上記液滴乾燥口で上記乾燥清浄気体と混合し、乾燥できるものであり、
上記粒径分布測定装置は、上記液滴を乾燥して得られた乾燥後粒子の粒径分布と液体に混入した不揮発性成分の混入濃度から、乾燥前の噴霧液滴の粒径分布を換算により求めることができる構成であることを特徴とする噴霧液滴の粒径分布を測定する装置。
【請求項４】
上記サンプリングプローブにより生じた粒子の粒径分布を測定する粒径分布測定装置は、散乱式粒子計数器、又は微分型電気移動度分析器及び凝縮核式粒子計数器の組合せとから構成されることを特徴とする請求項３記載の噴霧液滴の粒径分布を測定する装置。
【請求項５】
上記乾燥洗浄気流が加熱されているようにするための加熱器又は上記サンプリングプローブを加熱する加熱器が設けられていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の噴霧液滴の粒径分布を測定する装置。
【請求項６】
不揮発性成分を混入した既知濃度の液体を噴霧することにより生成した液滴を、請求項１記載のサンプリングプローブを利用して採取、乾燥して乾燥後粒子を得て、該乾燥後粒子の粒径分布を測定し、該測定によって得られた乾燥後粒子の粒径分布と液体に混入した不揮発性成分の混入濃度から、乾燥前の噴霧液滴の粒径分布を換算により求めることを特徴とする噴霧液滴の粒径分布を測定する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液滴採取用サンプリングプローブ、並びに噴霧液滴の粒径分布測定方法及び装置に関するものである。利用分野としては、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンの燃料噴霧特性の評価、医療用ネブライザによる薬液噴霧特性の評価など、液体噴霧プロセスが関わる分野が該当する。
【０００２】
【従来の技術】
噴霧液滴の粒径分布測定方法として、レーザ回折法および位相ドップラー法などが知られている（倉林俊雄編、液体の微粒化技術、アイピーシー(1995).）。これらの測定方法は、噴霧液滴群にむけてレーザ光を照射し、液滴群による回折現象や散乱現象により生じた光を検出し、光強度の角度依存性や時間的変動パターンを解析することにより、液滴径分布を推定するものである。
【０００３】
これらの方法は、液滴が浮遊状態のままで粒径分布を測定することが可能である。しかし、照射光の波長と同程度であるおよそ0.5マイクロメートル、もしくはそれ以下の径を有する液滴を含む噴霧液滴を測定した場合には、測定精度が著しく悪化すること、またレーザ回折法にあっては、液滴の個数濃度が稀薄なために十分な強度の回折光が得られない場合に、その測定精度が著しく悪化することなどの欠点が知られている。
【０００４】
一方、気体中に浮遊する粒子の粒径分布を測定する方法として、光散乱式粒子計数器法（JIS B9921 光散乱式自動粒子計数器）、微分型電気移動度分析器（DMA）（E. O. Knutson and K. T. Whitby, Journal of Aerosol Science, 6 (1975) 443-451.）による粒径選別後に凝縮核式粒子計数器（CNC）（W. C. Hinds, Aerosol Technology, Wiley Interscience(1982).）による粒子計数を行うことによるDMA/CNC組合せ法などが、標準的方法として広く利用されている。
【０００５】
これらの方法は、気体中に浮遊する固体状粒子、あるいは不揮発性の液滴粒子に適用可能である。しかし、これらの方法では、気体中に浮遊状態にある粒子を吸引し、計測装置の中に取り込む必要があるため、揮発性を有する一般の液滴に直接適用すると、液滴が計測装置内部に吸引されるまでの過程中に、蒸発による液滴径の変化が生じるため、正しい液滴径分布を求めることはできない。
【０００６】
一方、液体中に濃度既知の塩化カリウムを溶解したうえで、液体を噴霧し、液滴を浮遊気体中で自然乾燥させ、蒸発乾燥後に残る塩化カリウム固体粒子の粒径分布を上記DMA/CNC組合せ法を用いて測定し、得られた乾燥固体粒子の粒径分布と噴霧した液体中の塩化カリウム濃度から液滴の粒径分布を推定する方法（以下、自然乾燥法と呼ぶ）が報告されている（向阪、奥山、島田、大島、長谷、エアロゾル研究、4 (1989) 294-302）。
【０００７】
この方法は、光散乱式粒子計数器法やDMA/CNC組合せ法を液滴群に直接適用した際に生じる、液滴吸引過程中での蒸発による液滴径変化が生じない点で優れている。
【０００８】
しかし、液滴の乾燥を自然乾燥によって行っているため、液滴個数濃度が高い場合には、蒸発過程中に液滴近傍で局所的に湿度が上昇し、十分な時間が経過しても一定の限度以上乾燥が進行しないために未乾燥の液滴が残留し、正確な液滴径分布の測定が不可能になるという問題点がある。
【０００９】
さらに、噴霧直後の液滴の大きな運動速度、および乾燥過程中のブラウン運動のために、液滴周囲の器壁に液滴が沈着したり、液滴どうしが相互に付着したりすることによる液滴径分布の時間的変化が生じ、測定精度の悪化が生じることが指摘されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、上記の自然乾燥法による液滴径分布測定において、液滴の不十分な乾燥、及び乾燥過程中に液滴の器壁への沈着や液滴どうしの付着によって生じる液滴径分布の時間的変動を防止し、これにより高精度な液滴径分布の測定を可能とすることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、噴霧液滴を採取する液滴採取管と乾燥清浄気流を高速気流として流す気流供給管とから成る液滴採取用サンプリングプローブであって、上記液滴採取管の一端には液滴採取口が形成され、他端には液滴乾燥口が形成されており、上記気流供給管は、乾燥清浄気流を高速気流として流すものであり、上記液滴採取管の液滴乾燥口が上記気流供給管に開口するように、上記液滴採取管と気流供給管が連通されており、上記乾燥清浄気流により、噴霧で生じた上記液滴を吸引と同時に乾燥できることを特徴とする液滴採取用サンプリングプローブを提供する。
【００１２】
上記液滴採取管の上記気流供給管は、互いに連通してＴ型、Ｙ型又はＩ型になるように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明は上記課題を解決するために、不揮発性成分を混入した既知濃度の液体を噴霧することにより生成する液滴を、採取して乾燥するサンプリングプローブと、該サンプリングプローブにより生じた粒子の粒径分布を測定する粒径分布測定装置とから成る噴霧液滴の粒径分布を測定する装置において、上記サンプリングプローブは、噴霧液滴を採取する液滴採取管と乾燥清浄気流を高速気流として流す気流供給管とから成り、上記液滴採取管の一端には液滴採取口が形成され、他端には液滴乾燥口が形成されており、上記気流供給管は、乾燥清浄気流を高速気流として流すものであり、上記液滴採取管の液滴乾燥口が上記気流供給管に開口するように、上記液滴採取管と気流供給管が連通されており、上記乾燥清浄気流により、噴霧により生じた上記液滴を吸引と同時に乾燥できるものであり、粒径分布測定装置は、上記液滴を乾燥して得られた乾燥後粒子の粒径分布と液体に混入した不揮発性成分の混入濃度から、乾燥前の噴霧液滴の粒径分布を換算により求めることができることを特徴とする噴霧液滴の粒径分布を測定する装置を提供する。
【００１４】
上記サンプリングプローブにより生じた粒子の粒径分布を測定する粒径分布測定装置は、散乱式粒子計数器、又は微分型電気移動度分析器及び凝縮核式粒子計数器の組合せとから構成されるようにしてもよい。
【００１５】
上記乾燥洗浄気流が加熱されているようにするための加熱器又は上記サンプリングプローブを加熱する加熱器が設けられている構成としてもよい。
【００１６】
不揮発性成分を混入した既知濃度の液体を噴霧することにより生成した液滴を、本発明に係る上記サンプリングプローブを利用して採取、乾燥して乾燥後粒子を得て、該乾燥後粒子の粒径分布を測定し、該測定によって得られた乾燥後粒子の粒径分布と液体に混入した不揮発性成分の混入濃度から、乾燥前の噴霧液滴の粒径分布を換算により求めることを特徴とする噴霧液滴の粒径分布を測定する方法を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を実施例に基づいて図面を参照して以下説明する。
（構成）
【００１８】
図1は本発明の実施例１を示し、サンプリングプローブを示す説明図を含む噴霧液滴の粒径分布を測定する装置の概略を示す図である。サンプリングプローブ1は、液滴採取管７を有し、液滴採取管７の管端の一方は液滴採取口a、もう一方は液滴乾燥口bをなしている。
【００１９】
実施例１では、液滴採取管７に対して直交するように気流供給管８が設けられ、全体としてＴ型のサンプリングプローブをなしている。液滴採取管７の液滴乾燥口bがこの気流供給管８に開口するように構成されている。
【００２０】
このような構成によると、コンプレッサ2、乾燥器3、フィルタ4を介して、乾燥及び清浄化された高速気流cが気流供給管８に供給される。すると、ベルヌーイの原理のために液滴乾燥口b近傍に低圧部が発生する。この低圧部のために、液滴採取口a近傍にある液滴dは、吸引、採取されるとともに、液滴乾燥口bで乾燥清浄気体と混合し、急速に乾燥され、不揮発性粒子eを生成する。
【００２１】
乾燥器３は、例えば、中空糸膜やシリカゲルなどの乾燥剤で構成され、その除湿作用を利用して気体を乾燥するものである。そして、さらに、ヒーター（加熱器）を設け、気体を加熱し、加熱された状態の乾燥清浄気体が利用されるようにすれば、より効率的な液滴の乾燥が可能になる。また、サンプリングプローブ近傍にヒーターを配置し、サンプリングプローブ自体を加熱しても同様の効果が得ることができる。
【００２２】
気流供給管８の下流端には、粒径分布測定装置が接続されている。粒径分布測定装置は、サンプリングプローブ1を介して生成した不揮発性粒子ｅを、乾燥清浄気体とともに受け入れて、試料気体として、その粒径分布を測定する装置である。
【００２３】
この粒径分布測定装置は、光散乱式粒子計数器法やDMA/CNC組合せ法などによって粒径分布を測定できる構成であればどのようなものでもよく、図1ではDMA/CNC組合せ法による粒径測定装置（DMA５、CNC６）を実施例として示している。
【００２４】
DMA５は、特定の狭い範囲の電気移動度を有する粒子のみを選別することができる分級装置である。CNC６は、分級後の粒子を核としてアルコールなどの蒸気を凝縮させ、光学的手法により粒子を計数する装置である。
【００２５】
ところで、図1に示す実施例１ではT型のサンプリングプローブを示したが、乾燥清浄気体の気流方向は、ベルヌーイの原理を利用して噴霧液滴を乾燥清浄気体中に吸引、混合できる構成であればどの方向からでもよい。この具体例を実施例２、３で説明する。
【００２６】
図2は、本発明の実施例２の構成を示し、全体的に図１とほぼ同じ構成であるが、への字型の気流供給管８と液滴採取管７が組合わさって全体としてＹ型のサンプリングプローブ１を構成している点を特徴としている。実施例２のサンプリングプローブ１の作用は実施例１と同様である。
【００２７】
図３は、本発明の実施例３の構成を示し、全体的に図１とほぼ同じ構成であるが、気流供給管８と液滴採取管７が同じ方向に配置されて組合わさり全体としてＩ型のサンプリングプローブ１を構成している点を特徴としている。実施例３のサンプリングプローブ１の作用は実施例１と同様である。
【００２８】
（作用）
以上の構成から成る本発明の実施例１〜３の作用を以下説明する。測定の対象となる液滴は、例えば塩化ナトリウムなどの不揮発成分の混入濃度が既知の溶液を噴霧することにより供給される。
【００２９】
この噴霧液滴中に設置したサンプリングプローブ1は、液滴が未乾燥のまま残留したり、乾燥過程にある液滴径の器壁沈着や液滴どうしの付着により液滴径が変化したりすることを防止しながら、液滴を液滴採取管７の液滴採取口aから吸引し、液滴乾燥口bで乾燥清浄気体と混合し、高速乾燥させ（急速に乾燥させ）、不揮発性粒子eを生成する。
【００３０】
サンプリングプローブ1を介して生成した不揮発性粒子ｅは、乾燥清浄気体とともに試料気体としての噴霧液滴の粒径分布を測定する装置に流入させ、その粒径分布を測定する。
【００３１】
乾燥後の不揮発性粒子の粒径Drは、噴霧液滴Dd及び噴霧液体に混入した不揮発成分の体積比率Fvによって、例えば真球の不揮発性粒子及び噴霧液滴を仮定すると、
Dr=Dd (Fv)1/3
と表現することができる。
【００３２】
この関係式より、得られた不揮発性粒子ｅの粒径分布と噴霧液体に混入した不揮発成分の濃度から噴霧液滴の粒径分布を求めることができる。
【００３３】
本発明に係る実施の形態を実施例１〜３に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内ではいろいろな実施例があることは言うまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
以上の構成から成る本発明によれば、上記の自然乾燥法による液滴径分布測定において、液滴の不十分な乾燥、及び乾燥過程中に液滴の器壁への沈着や液滴どうしの付着によって生じる液滴径分布の時間的変動を防止することができ、これにより高精度な液滴径分布の測定が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１を説明する図であり、Ｔ型のサンプリングプローブを示す説明図を含む噴霧液滴の粒径分布を測定する装置の概略図である。
【図２】本発明の実施例２を説明する図であり、本発明におけるＹ型のサンプリングプローブを示す説明図である。
【図３】本発明の実施例３を説明する図であり、本発明におけるＩ型のサンプリングプローブを示す説明図である。
【符号の説明】
１    サンプリングプローブ
２    コンプレッサ
３    乾燥器
４    フィルタ
５    ＤＭＡ
６    ＣＮＣ
７    液滴採取管
８    気流供給管
ａ    液滴採取口
ｂ    液滴乾燥口
ｃ    乾燥清浄気流
ｄ    噴霧液滴
ｅ    乾燥後の粒子
【図１】
0003873117.tif 000002
【図２】
0003873117.tif 000003
【図３】
0003873117.tif 000004