(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中の浮遊粒子状物質を補集する装置であって、
補集容器と、その補集容器内に大気を吸引するポンプと、補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補集容器内で帯電した浮遊粒子状物質を引き寄せて補集する透明部材からなる集塵電極と、その集塵電極に対して光を照射する光照射手段と、その光の集塵電極の透過光強度を検出する検出手段と、その検出値と上記集塵電極上の浮遊粒子状物質の量との関係を記憶するとともに、浮遊粒子状物質の補集量を任意に設定可能で、かつ、上記検出手段による検出値が設定された補集量に対応する値に到達した時点で上記ポンプを停止させる制御手段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補集装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は大気中の浮遊粒子状物質を補集する装置に関する。
【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】
このような浮遊粒子状物質を補集する方法としては、従来、大気を吸引してフィルタを通過させることにより、浮遊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る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、以上のように大気を吸引してフィルタを通過させることによって浮遊粒子状物質をそのフィルタに付着させる従来の補集方法では、フィルタから個々の粒子を取り出すことが実質的に不可能であり、補集した粒子状物質を各種測定や分析に供することが困難であるという問題がある。
【０００６】
しかも、補集した浮遊粒子状物質を、例えばレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置を用いた浮遊粒子状物質の粒度分布の測定手に供する場合等においては、サンプル濃度が測定に適した濃度範囲のもとにレーザ光を照射してその回折・散乱光を測定する必要があるが、このような測定に適した濃度範囲のもとに浮遊粒子状物質を各種測定に供するために、例えば一定時間だけ大気を吸引して浮遊粒子状物質を捕集することにより、一定量の浮遊粒子状物質を捕集することが考えられるが、大気中の浮遊粒子状物質の濃度は一定ではなく、捕集中においても変動するため、捕集を終了した時点で捕集した粒子量が予想とはかけはなれたものになって、所要の濃度範囲のサンプルを得ることができないなどの問題もある。
【０００７】
本発明は以上の問題点を解決すべくなされたもので、補集した浮遊粒子状物質を各種測定に供しやすく、かつ、確実に特定の濃度範囲のもとに浮遊粒子状物質を補集することのできる補集装置の提供を目的としている。
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明の浮遊粒子状物質の補集装置は、補集容器と、その補集容器内に大気を吸引するポンプと、補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補集容器内で帯電した浮遊粒子状物質を引き寄せて補集する透明部材からなる集塵電極と、その集塵電極に対して光を照射する光照射手段と、その光の集塵電極の透過光強度を検出する検出手段と、その検出値と上記集塵電極上の浮遊粒子状物質の量との関係を記憶するとともに、浮遊粒子状物質の補集量を任意に設定可能で、かつ、上記検出手段による検出値が設定された補集量に対応する値に到達した時点で上記ポンプを停止させる制御手段を備えていることによって特徴づけられる。
【０００９】
ここで、本発明において、透明部材からなる集塵電極とは、例えばガラス板や樹脂板等の透明板の表面に透明電極をコーティングした構造のほか、透明電極等をコーティングしたガラス板等からなる皿状ないしは容器状の内部に水などの透明な液体を収容してその液体中に浮遊粒子状物質を捕集するようにした構造のものなどを含む。
【００１０】
本発明は、大気を補集容器中に吸引し、その容器内の浮遊粒子状物質を放電電極により帯電させて集塵電極上に補集するとともに、その集塵電極を透明部材からなる電極とすることにより、その集塵電極の透過光の強度から当該集塵電極上に補集された浮遊粒子状物質の濃度情報、つまり補集量情報を得ることを可能とし、所期の目的を達成しようとするものである。
【００１１】
すなわち、補集容器内に大気を吸引しつつ、放電電極から単極イオンを発生させると、補集容器内に吸引された大気に含まれる浮遊粒子状物質は帯電し、放電電極に対して電位差が与えられている集塵電極側に引き寄せられてこの集塵電極上に順次補集されていき、集塵電極の表面に均一に堆積していく。透明部材からなる集塵電極に光を照射して、その透過光の強度を検出すれば、その検出値は集塵電極上に補集された浮遊粒子状物質量に応じた値となる。つまり、集塵電極の透過光強度の検出値は、集塵電極上に補集された浮遊粒子状物質の補集量をリアルタイムで表す情報となり、キャリブレーションによ透過光強度と浮遊粒子状物質の補集量との関係を求めておくことができ、ポンプを制御する制御手段にその関係を記憶しておく。また、この制御手段に対して、浮遊粒子状物質の補集量を任意に設定可能としておき、検出手段による透過光の検出値がその設定された補集量に対応する値に到達した時点で自動的にポンプを停止するように構成することで、補集電極上に設定された量の浮遊粒子状物質を補集することができる。
【００１２】
【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は本発明の実施の形態の構成図であり、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【００１３】
捕集容器１には、大気の流入口１ａと、ポンプ（捕集用圧縮機）２の吸引口への連通口１ｂが形成されており、ポンプ２を駆動することによって、流入口１ａを介して捕集容器１２内に大気が吸引される。この捕集容器１内には、その上部に放電電極３が配置されているとともに、底部近傍には集塵電極４が配置されている。なお、捕集容器１には、集塵電極４を出し入れするための蓋ないしは開閉扉（図示せず）を有しており、その蓋ないしは開閉扉を閉じた状態では、流入口１ａおよび連通口１ｂにおいてのみ外部に連通した状態となる。
【００１４】
放電電極３には、高圧電源５からの高電圧が印加され、これによって放電電極３の近傍の空気が電離し、単極イオンが発生する。
集塵電極４は表面が平滑な透明の平板状の電極であって、例えばガラス板ないしは樹脂の表面に透明電極をコーティングした構造を有しており、この集塵電極４は接地電位６に接続されている。
【００１５】
以上の構成において、ポンプ２を駆動しつつ放電電極３に高電圧を印加することにより、放電電極３の近傍の空気の電離により発生した単極イオンが、集塵電極４との電位差により集塵電極４側に移動し、その過程で捕集容器１内の大気中に含まれている浮遊粒子状物質Ｐと接触してこれを帯電させる。そして、帯電した浮遊粒子状物質Ｐは、同じく放電電極３と集塵電極４との電位差によって集塵電極４に向けて移動し、集塵電極４の表面上に捕集される。
【００１６】
さて、捕集容器１の底面には、集塵電極４の略中央部の直下に相当する位置にガラス板等からなる透明な窓１ｃが設けられているとともに、その窓１ｃの鉛直上方の天井面にも同様の透明な窓１ｄが設けられている。そして、窓１ｃの下方には、レーザ光もしくはランプ光からなる平行ビームを鉛直上方に向けて照射する光源７が配置されている一方、窓１ｄの上方には、光源７からの平行ビームの集塵電極４を透過した光の強度を検出する光検出器８が配置されている。
【００１７】
光検出器８の検出出力は、演算・制御装置９に取り込まれる。演算・制御装置８には、集塵電極４の表面に浮遊粒子状物質Ｐが全く捕集されていない状態での光検出器８の出力と、既知量の浮遊粒子状物質Ｐが集塵電極４の表面に捕集された状態での光検出器８の出力とを用いたキャリブレーションにより求められた、光検出器８による透過光強度の検出値と浮遊粒子状物質Ｐの量との関係があらかじめ格納されている。
【００１８】
この演算・制御装置９は、ポンプ２および高圧電源４に対して駆動制御信号を供給する。また、この演算・制御装置９は、プリンタ１０を接続することにより、光検出器８の出力に基づく集塵電極４上の浮遊粒子状物質Ｐの刻々の濃度情報をプリントアウトできるようになっている。
【００１９】
以上の本発明の実施の形態は、大気中の浮遊粒子状物質Ｐの濃度測定装置と、同じく大気中の浮遊粒子状物質Ｐの捕集装置のいずれとしても用いることができる。
【００２０】
濃度測定装置として用いる場合、ポンプ２を駆動しつつ放電電極３に高電圧を印加した状態において、例えば一定の時間ごとに光検出器８の出力に基づく集塵電極４上への浮遊粒子状物質Ｐの捕集量情報をプリンタ１０に出力する。ポンプ２による大気の単位時間当たりの吸引量を一定にしておくことにより、起動開始時点から任意の経過時間において、その時点までに捕集容器１内に吸引した大気の総量が判るので、従って、プリンタ１０に逐次出力される浮遊粒子状物質Ｐの捕集量情報は、各時点でそれまでに捕集容器１内に吸引した大気の総量中に含まれる浮遊粒子状物質Ｐの量を表す。また、一定時間経過時点ごとの捕集量情報の差分を計算すれば、大気中の浮遊粒子状物質Ｐの経時的濃度変化を表す。
【００２１】
一方、本発明の実施の形態を浮遊粒子状物質Ｐの捕集装置として用いる場合には、演算・制御装置９に所望の粒子濃度（捕集量）を設定して装置を起動する。演算・制御装置９では、光検出器８の出力に基づく捕集量情報が、設定値に一致した時点で、ポンプ２並びに放電電極３を自動的に停止する。これにより、集塵電極４上には、設定された量の浮遊粒子状物質Ｐが捕集されることになる。
【００２２】
このようにして捕集した浮遊粒子状物質Ｐは、透明平板状の集塵電極４の表面に付着させたままの状態で、例えばレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置を用いることにより、その粒度分布を広い粒径範囲で高分解能のもとに測定することができる。すなわち、レーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置は、分散状態の被測定粒子群にレーザ光を照射して得られる回折・散乱光の空間強度分布を測定し、ミーの散乱理論ないしはフラウンホーファの回折理論を用いて粒度分布に換算するものであって、被測定粒子群の濃度が、十分な回折・散乱光強度が得られ、かつ、多重散乱を起こさない程度であれば、広い粒径範囲にわたって高分解能の粒度分布を求めることができる。
【００２３】
また、以上の実施の形態により捕集された浮遊粒子状物質Ｐは、透明な平板状の集塵電極４の表面に付着した状態となるので、顕微鏡により観察する場合等においても、従来のフィルタによる捕集方法のように背景像によって粒子像が影響を受けず、鮮明な像を観察することができるという利点もある。
【００２４】
なお、以上の実施の形態においては、集塵電極４として透明な平板状のものを用いてその表面に浮遊粒子状物質Ｐを付着させる例を示したが、図２に示すように、上記と同等の透明な平板状の集塵電極４の上面に、透明な材料に透明電極をコーティングして導電性を持たせたシャーレ状の捕集具４ａを搭載し、その捕集具４ａ内に液体Ｌを収容して、帯電した浮遊粒子状物質Ｐをこの液体Ｌ中に捕集されるように構成してもよい。この場合においても、キャリブレーションを液体Ｌを含んだ状態で行っておくことにより、上記と同様に光検出器８の出力が浮遊粒子状物質Ｐの捕集量情報を表すことになる。
【００２５】
また、このように液体Ｌ中に浮遊粒子状物質Ｐを捕集した場合、レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置により粒度分布を測定するに当たっては、被測定粒子群を媒液中に分散させてレーザ光を照射する、いわゆる湿式測定により行えばよく、液体Ｌをその湿式測定で用いる媒液と同じ液体とすれば好都合である。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、補集容器内に吸引した大気中に含まれる浮遊粒子状物質を放電電極により帯電させ、その帯電粒子を、透明部材により形成され、かつ、光が照射される集塵電極に引き寄せて補集するとともに、この集塵電極を透過した光の強度を検出して当該集塵電極上に補集した浮遊粒子状物質の量（濃度）を得て、その量があらかじめ設定されている量に達した時点で自動的に大気の吸引を停止して補集を終了するので、補集中に大気中の浮遊粒子状物質の濃度が変化しても、常に正確に設定された量の浮遊粒子状物質を補集することができ、例えばレーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置による粒度分布の測定等に供する場合等において、安定して最適な濃度範囲の被測定試料を用意することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【図２】  本発明の他の実施の形態の集塵電極の構成例の説明図である。
【符号の説明】
１  捕集容器
２  ポンプ
３  放電電極
４  集塵電極
５  高圧電源
６  接地電位
７  光源
８  光検出器
９  演算・制御装置
１０  プリンタ
Ｐ  浮遊粒子状物質
【図１】
0003786049.tif 000002
【図２】
0003786049.tif 000003