凝縮装置
本発明は、粒子検出器により検出可能な気体混入粒子とするために、気体混入粒子を大きくする凝縮装置を提供しており、凝縮装置は、蒸発チャンバ2と凝縮器7とを具えており;蒸発チャンバ2は、蒸発チャンバ2に気体を送る流入口1と、蒸発チャンバ2からの蒸気混入気体が流出される流出口とを有し、蒸発チャンバ2は、内部に設けられた加熱要素3と多孔質支持体6を有し、加熱要素3は、多孔質支持体6と直接的に接触しており、多孔質支持体6は、気化可能な物質を保持し、加熱要素3は、蒸発チャンバ2内で蒸気を形成するために、気化可能な物質を気化させるように加熱可能となっており;凝縮器7は、蒸発チャンバ2の流出口と流体的に連結されており、凝縮器7は、粒子検出器と接続される流出口を有しており、凝縮装置は、蒸発チャンバ2からの蒸気混入気体が凝縮器7内に流れるようにし、かつ、凝縮器7内の気体混入粒子上で気化可能な物質を凝縮して、粒子検出器により粒子が検出可能となるように粒子を大きくするように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、粒子計数器とともに用いられる凝縮装置に関する。特に、本発明は、気体混入ナノ粒子の有効径を大きくでき、それにより、光学粒子計数器がそれら粒子を検出できるようにする凝縮装置に関する。
【背景技術】
【0002】
空気中に偶発的に排出されるナノ粒子の健康の影響に対する大きな関心がある。例えば、近年の英国における呼吸器疾患およびアレルギーが500%増加したことは、ディーゼルエンジンやその他の燃焼過程により排出される粒子と部分的に関連している。主な焦点は、ディーゼル排気であるが、化石燃料による発電、焼却、原子力発電および航空機排気ガスのような他の潜在的な源に注意が向いている。ガス排出処理を含む全ての重工業は、ナノ粒子を排出するという潜在的な問題を有している。このような処理は、溶錬、焼成、ガラス製造、溶接、半田付け、原子力発電および焼却を含む。また、粉末洗剤の酵素、粉末塗装、使い捨ておむつに用いられる繊維、および、その他の製品が問題を発生させると懸念する民間会社もある。さらに、米国の環境保護庁は、ガソリンエンジンの排出に関して大いに懸念している。
【0003】
ナノ粒子は、有毒作用を発生させると知られている。例えば、ナノ粒子は、人間の血液脳関門を妨害し、金ナノ粒子は、母から胎児へ胎盤を介して移動するものである。直径が約20nmのPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)粒子での初期の研究では、50μg/m3以下の不活性不溶性物質材料の大気中濃度でも、ラットには致命的であったことを示した。さらに、ナノチューブは、石英粉塵よりも、ラットに毒性反応を発生させる。
【0004】
健康の見地からの関心に加え、大気中のナノ粒子を低減または制御することは、超小型電子技術、薬剤、医療、レーザー、およびファイバー光学産業等における数多くのクリーンルームでの基準を維持するのに重要である。
【0005】
微粒子は、下記の表1に示すように分類される。
「ナノ粒子」という用語は、1nm〜0.1μm(100nm)の範囲における空気力学的な大きさを有する粒子に関して用いられる。
【0006】
球形の粒子では、空気力学的な粒子の大きさとは、粒子の直径のことである。空気中の実際の粒子は、複雑な形状となっている。非球形の粒子では、「直径」という用語は、厳密には当てはまらない。例えば、破片またはファイバは、異なる方向において異なる寸法を有している。同一形状の粒子でも、異なる化学物質で構成され、異なる密度である場合がある。形状および密度が異なることにより、粒子の大きさの定義がかなり混同する。
【0007】
従って、「空気力学的な粒子の大きさ」または「空気力学的直径」という用語は、任意の形状および密度を有する実際には非球形粒子を表す単一パラメータを提供するために用いられる。ここで用いられるように、用語「空気力学的直径」とは、問題の粒子のように、空気(標準的な温度および圧力)中で同じ慣性特性(最終沈降速度)を有する1g/cm3の密度を有する球形粒子の直径のことである。カスケード衝突体のような慣性抽出器具により、空気力学的直径を設定できる。「空気力学的直径」という用語は、いかなる形状および密度の固まりおよび集合体を含む全ての粒子にとって好都合である。しかしながら、非球形粒子は、通常、球形粒子よりも遅い最終沈降速度を有しているので、空気力学的直径は、実際の幾何学的大きさではない。他の好都合な同様の直径は、問題の粒子のように、同じ拡散率を有する1g/cm3の球として定義される拡散直径または熱力学的直径である。
【0008】
大気中のナノ粒子を調査および監視することは、十分に安価および強固であり、広い範囲で好都合で用いられるのに好適な、ナノ粒子範囲を測定可能な器具が不足していることにより阻まれていた。
【0009】
粒子を検出および測定するために、レーザ光を用いてナノ粒子を測定するいくつかの器具が知られている。しかしながら、光学的な測定器具は、ナノ粒子の大きさの範囲の粒子を検出するのには、容易に用いることができないので、粒子を大きく「成長」させて検出可能とする技術が開発され、この技術が凝縮粒子計数器の基礎となっている。凝縮粒子計数器(CPCs)は、空気中の粒子の試料に、蒸発した液体を含むチャンバを、次いで、凝縮器を通過させることにより動作し、凝縮器では、蒸発した液体が空気中の粒子上に凝縮され、測定可能な大きさの滴が形成される。このような器具の一例は、国際公開WO02/029382号公報(Ahn他)に開示されている。国際公開WO02/029382号公報に開示されたCPCは、不織布のような材料で形成された多孔質吸収支持体と整列する円筒状の蒸発チャンバを具えている。蒸発チャンバの一端では、多孔質吸収支持体がイソブタノールのような揮発性液体のリザーバと接触しており、そのため、液体が毛管現象により吸収支持体に沿って移動し、かつ、染み渡るようになっている。蒸発チャンバの外面は、イソブタノールを吸収支持体から蒸発させ、蒸気で蒸発チャンバを満たすように、蒸発チャンバを加熱する加熱要素により包囲されている。空気中の粒子を含む大気試料は、リザーバの端で蒸発チャンバに導入され、この蒸発チャンバを介して、イソブタノール蒸気を空気中の粒子上に凝縮させ、光学粒子計数器を用いて測定可能な滴を形成する凝縮器に流される。
【0010】
国際公開WO02/029382号公報に開示された原理を利用した市販のCPCの一例は、米国ミネソタ州ショアビュー(Shoreview)にあるTSI社から入手可能なモデル3025A超微細凝縮粒子計数器(Model 3025A Ultrafine Condensation Particle Counter)である。
【0011】
他の公知の装置は、TSI社(www.tsi.com)の小型CPC3007であり、以下に、図1を参照して、その動作を詳細に記載する。
【0012】
現在の凝縮粒子計数器は、多くの欠点を被っている。例えば、作動流体を加熱するための高消費電力と、使用前の長い準備時間(10分〜20分)とが必要になる。蒸発チャンバを外部の加熱要素により加熱し、蒸発チャンバを包囲する全体的なケースを加熱して、器具を作動温度にしなければならないので、これらの欠点が少なくとも一部に生じる。さらに、公知のCPCでは、作動流体(イソブタノール)を比較的多く消費するので、作動流体を、頻繁に、時には、各使用の前に補給しなければならない。TSI社のUS3007小型凝縮粒子計数器の場合でも、作動流体が充填された作動液カートリッジを、定期的に交換しなければならない。公知のCPCのさらに他の欠点は、用いられる作動流体(例えばイソブタノール)が不快な臭いであるとともに、比較的高いコストとなってしまうことである。
【0013】
このように現在では、作動流体を補給することなく、長期間使用でき、準備時間が短縮し、かつ、小型化に寄与する凝縮粒子計数器が必要とされている。
【発明の概要】
【0014】
本発明は、凝縮粒子計数器に用いられる場合に、公知のCPCに関連する上述した全ての問題を解消または少なくとも減少しうる凝縮装置を提供するものである。
【0015】
第1の態様では、本発明は、気体が含まれる粒子の寸法を大きくし、気体が含まれる粒子を粒子検出器により検出可能とする装置であって、蒸発チャンバおよび凝縮器を具えており、蒸発チャンバは、気体を蒸発チャンバに流入させる流入口と、蒸気を含む気体を蒸発チャンバから流出させる流出口とを有しており、蒸発チャンバに、加熱要素および多孔質支持体を設け、加熱要素は、多孔質支持体と直接的に接触しており、多孔質支持体は、気化可能な物質を保持し、加熱要素は、気化可能な物質を気化させて、蒸発チャンバ内で蒸気を発生させるように加熱可能であり、凝縮器は、蒸発チャンバの流出口と流体的に連通しており、かつ、粒子検出器に接続される流出口を有し、蒸発チャンバからの蒸気を含んだ気体が凝縮器内へ流れ、凝縮器内の気体が含まれた粒子上に気化可能な物質が凝縮し、粒子の寸法が大きくされ、単一の粒子検出器により検出可能となるように構成した装置を提供している。
【0016】
ある実施例では、蒸発チャンバは、少なくとも2つの流入口を有し、一方は、気体が含まれた粒子を含んだ試料気体を蒸発チャンバに流入させ、他方は、おおむね粒子を含まない搬送気体源と接続可能とされる。
【0017】
他の実施例では、凝縮器は、少なくとも2つの流入口を有し、一方の流入口は、蒸発チャンバと流体的に連通しており、他方の流入口は、気体が含まれた粒子を含む試料気体を凝縮器に流入させる。
【0018】
本発明の第2の態様では、気体が含まれる粒子の寸法を大きくし、気体が含まれる粒子を粒子検出器により検出可能とする装置であって、気化可能な物質源と、気化可能な物質を気化させて蒸気とする加熱手段と、気体が含まれる粒子を含む試料気体を流入させる流入口と、粒子検出器と接続される流出口が設けられた凝縮器とを具え、気体が含まれる粒子上の蒸気が凝縮器内で凝縮し、粒子の寸法を大きくし、粒子検出器により検出可能とするように構成された装置において、気化可能な物質は、フタル酸ジメチル、フタル酸ジオクチルおよびジメチルスルホキシドから選択されることを特徴とする装置が提供される。
【0019】
さらに他の態様では、本発明は、気体が含まれる粒子の寸法を大きくし、気体が含まれる粒子を粒子検出器により検出可能とする凝縮装置であって、蒸発チャンバと、蒸発チャンバと流体的に連通し、粒子検出器に接続される流出口を有する凝縮器と、蒸発チャンバ内にそれぞれ設けられる加熱要素および多孔質支持体と:多孔質支持体は、気化可能な物質を保持し、加熱要素は、気化可能な物質を気化させ、蒸発チャンバ内に蒸気を発生させるように加熱可能であり、蒸気を凝縮器に流すために、搬送気体流を蒸発チャンバに流す第1の流入口と、多孔質支持体の下流側にあり、気体が含まれる粒子を含む試料気体流が導入される第2の流入口とを具え、試料気体内において気体が含まれた粒子上の気化可能な物質が凝縮器内で凝縮し、粒子の寸法が大きくされ、粒子検出器により検出可能となるように構成した凝縮装置である。
【0020】
本出願の導入部で上述したように、特に、粒子検出の光学的方法に基づいた多くの粒子計数器は、約300nmより小さい粒子経を有する粒子を効率的に検出および計数することができない。本発明の凝縮装置により、より寸法の小さい(例えば、3nmよりも小さい空気力学的な粒子経の)粒子を検出でき、気化可能で凝縮可能な物質を粒子上で凝縮し粒子を成長させることにより、上記したことが実現される。
【0021】
気化可能な物質は、液体または気化可能な固体である。常温において、気化可能な物質が固体である場合、固体状態から昇華する物質というよりも、まず、溶けて液体となり、次いで、液体から蒸気となる物質であることが好ましい。
【0022】
気化可能な物質として用いられる固体材料の例は、固形状の炭化水素、および、例えばステアリン酸のような脂肪酸である長鎖カルボン酸を含む。
【0023】
しかしながら、現在では、気化可能な物質は、液体が好ましい。
【0024】
用いられる液体は、水やプロパノール、イソプロパノール、および、イソブタノール、または、高沸点の有機液体を含む。導入部で上述したように、公知の凝縮粒子計数器の欠点の1つは、気化可能な物質として用いられる液体が比較的短時間で消費されてしまい、従って、新しい液体を頻繁に注ぎ足さなければならないことである。いくつかの公知の凝縮粒子計数器では、凝縮装置が用いられる度に、液体を注ぎ足す必要がある。
【0025】
公知の凝縮粒子計数器の欠点を解消するために、常温において、少なくとも110℃の沸点を有する液体を気化可能な物質として用いることが好ましい。
【0026】
好ましい気化可能な液体の1つのグループは、フタル酸ジメチル、フタル酸ジオクチルおよびジメチルスルホキシドからなる。フタル酸ジメチルのようなより沸点の高い液体を用いることにより、液体の消費量率が大幅に減り、液体を頻繁に足す必要がなくなる。
【0027】
気化可能な物質が液体であり、蒸発チャンバが液体のリザーバを含んでいたり連結されていたりする場合には、凝縮装置を傾けると(例えば移動中)、液体が蒸発チャンバの流入口または流出口から漏れる可能性がある。この漏れが発生するのを防止または最小限とするために、蒸発チャンバの流入口および流出口に、液体の障害物として作用するリップまたはリムを設けることができる。リムまたはリップの高さは、リザーバに保持される液体量と対応している。リップまたはリムは、蒸発チャンバに延びる流入または流出管の端部により画定または提供される。一例では、リムまたはリップの高さは1mm〜8mmであり、好ましくは2mm〜5mmである。
【0028】
搬送気体は、空気、純気体または混合気体である。例えば、搬送気体を、空気の代わりに窒素ガスとしてもよい。搬送気体は、濾過され、粒子やその他の不純物が蒸発チャンバを介して凝縮器に搬送されないようになっているのが好ましい。搬送気体を、例えば、気体シリンダのような粒子を含まない気体源から供給することができる。選択的または追加的に、フィルタを蒸発チャンバの外部に設けることができる。例えば、フィルタを第1の流入口自体と交差する位置に設けたり、または、第1の流入口の上流に設けることにより、双方の場合とも、蒸発チャンバに流入する搬送気体には、不純物、特に微粒子の不純物が含まれなくなる。フィルタの例は、HEPAフィルタや詳細を説明する必要のない公知のフィルタを含む。
【0029】
他の配置では、搬送気体は、蒸発チャンバに流入した後で濾過される。例えば、ある実施例では、フィルタは、気化可能な物質のための多孔質支持体からなる、または、多孔質支持体を具える。この実施例では、多孔質支持体は、上流および下流の室に蒸発チャンバを分割し、蒸発チャンバの内部に亘って延びるフィルタ膜として機能する。第1の流入口を介して上流の室に流入する搬送気体は、搬送気体が多孔質支持体を通過する時に除去される微粒子の不純物を含み、その際、多孔質支持体にある気化可能な物質が気化され、濾過された搬送気体により蒸気が送られる。このように、多孔質支持体の下流側では、微粒子の不純物が存在しない。「微粒子の不純物」とは、検出および計数される以外の粒子のことである。
【0030】
多孔質支持体を、種々の形状とすることができるとともに、種々の材料で形成することができる。例えば、多孔質支持体を、多孔質セラミック材料やガラス繊維布、石英ファイバフィルタ石綿または綿織物のような多孔質素材で形成することができる。多孔質材料は、気化可能な物質を気化させるために用いられる温度で安定していなければならず、気化可能な物質が液体である場合、好ましくは、物質により濡れ可能でとされなければならない。
【0031】
温度センサ(例えば熱電対)は、通常、蒸発チャンバ内に設けられ、チャンバ内部の温度を検出する。温度センサは、加熱要素と接触または近接しているのが好ましい。温度センサは、加熱要素および/または多孔質支持体により囲まれるように設けられる。通常、温度センサは、温度制御装置に接続される。
【0032】
加熱要素は種々の形態をとることができるが、この場合、加熱要素は、蒸発チャンバ内に設けられ、(商業的に入手可能な公知の凝縮粒子計数器の場合)チャンバの外面を囲むというよりはむしろ多孔質支持体に近接している。蒸発チャンバ内に加熱要素を設ける大きな利点は、装置の準備期間が大幅に短くなるとともに消費電力がかなり小さくなることである。このように、本発明の凝縮器を含むCPCは、公知のCPCで動作温度に到達するのに必要な10分〜20分に比べ、1分以下で動作温度に温められる。
【0033】
最も好ましくは、加熱要素は、多孔質支持体と直接的に接触している。
【0034】
例えば、多孔質支持体を加熱要素で囲むことができる。
【0035】
ある実施例では、加熱要素は、ロッド部(例えば円筒状のロッド)と、ロッド部(例えば円筒状のロッド)を囲む多孔質支持体とを具えている。例えば、多孔質支持体は、加熱要素のロッド部(例えば円筒状のロッド)に適合するスリーブを具えている。このような構成形態は、多孔質支持体が上述したような多孔質素材で構成されている時に用いられるのが特に好ましい。
【0036】
多孔質支持体(例えばスリーブ)は、下流側に延びる部分を有しており、使用に際し、気化可能な物質(液体の場合)のリザーバに延びるようになっている。
【0037】
加熱要素のロッド部は、加熱ワイヤ、または加熱プローブおよび選択的な熱電対が設けられる中空内部を有している。加熱ワイヤまたは加熱プローブと中空のロッドの内面との間の熱的接触を確実に良好とするために、熱的な導電性充填剤を用いて、加熱ワイヤまたは加熱プローブおよび熱電対(存在する場合)を所定位置に保持するようにしてもよい。熱的な導電性充填剤の例は、半田、その他の可融合金、および、金属粒子充填樹脂(例えばエポキシ樹脂)のような熱的な導電性樹脂を含む。
【0038】
上述した種類の加熱要素が組み込まれた気化装置は、新規であり、本発明のさらに他の態様を有している。すなわち、他の態様では、凝縮粒子計数器に用いられる気化装置であって、凝縮粒子計数器内の蒸発チャンバの壁に取り付けるための取り付け部と、用いられる蒸発チャンバの内部に延びるように設けられたロッド部とを具える加熱要素と、ロッド部を囲んで接触し、気化可能な物質を保持するまたは保持可能な多孔質支持体と、多孔質支持体をロッド部の所定位置に保持する選択的な保持手段とを具える気化装置が提供される。
【0039】
加熱要素のロッド部および多孔質支持体を、上述したものとすることができる。
【0040】
保持手段は、所定位置に多孔質支持体を保持するように、多孔質支持体に適合するクリップまたは穴あきスリーブを具える、または、からなるものである。
【0041】
蒸発チャンバの断面形状は可変であり、例えば、円形または矩形の断面となりうる。
【0042】
本発明の装置に、計数される気体が含まれる粒子を含む試料気体流が導入される第2の流入口を設けることができる。第2の流入口は、蒸発チャンバ、蒸発チャンバと凝縮器との間の中間チャンバ、または凝縮器に開くように設けられる。
【0043】
ある実施例では、蒸発チャンバに開くように第2の流入口が設けられている。第2の流入口は、蒸発チャンバに延びるノズルを有する場合もある。第2の流入口が蒸発チャンバに位置する場合、第2の流入口は、例えば、流入口の縦軸が凝縮器の縦軸と整列するように、凝縮器と連通する流出開口と整列するのが好ましい。例えば、円形の場合、第2の流入口が流出開口(円形の場合)の直径よりも小さい直径となるように、第2の流入口は、流出開口の断面領域よりも小さい断面領域を有しているのが好ましい。この実施例において、いかなる理論にも依存することなく、試料気体の流れまたは噴流は、蒸発チャンバから流出する時に、搬送気体および蒸気の同心円層に包囲され、2つの同心円層は、凝縮器を移動する時に混合される。
【0044】
他の実施例では、凝縮器に開くように第2の流入口が設けられている。蒸発チャンバの流出開口には、凝縮器に延び、第2の流入口と並んで位置する、または、第2の流入口の下流側に位置するノズルを設けることが好ましい。この配列では、如何なる理論にも依存することなく、蒸発チャンバからの搬送気体流および蒸気は、凝縮器に流入する時に、試料気体の同心円層により包囲され、2つの同心円層は、凝縮器を移動する時に混合される。
【0045】
第2の流入口が凝縮器に開いている場合、試料気体の一部または全ては、凝縮器に流入する前に蒸気と飽和される。この実施例では、第2の流入口は、補助的な蒸発チャンバに接続される。
【0046】
さらに他の実施例では、第2の流入口は、蒸気チャンバと凝縮器との間の中間チャンバに開くように設けられ、中間チャンバは、分割壁により上流および下流のサブチャンバに分割され、分割壁の中央の穴は、サブチャンバを連通させ、それにより、第2の流入口は、上流のサブチャンバに開いており、第3の流入口が下流のサブチャンバに開き、第3の流入口は、濾過された気体の供給部に接続可能とされ、蒸発チャンバの流出開口から凝縮器内に延び、第2の流入口と並んで上流側のサブチャンバの位置に、または、第2の流入口の下流側の位置にノズルが設けられ、下流のサブチャンバは、ノズルおよび分割壁の中央穴と整列する円筒状のバッフルを含み、第3のノズルは、円筒状のバッフルを囲む空間に開いている。
【0047】
上記の配列では、如何なる理論に依存することなく、蒸発チャンバからの搬送気体流および蒸気は、ノズルから上流の中間サブチャンバに流入する時に、試料気体の同心円層により包囲される。搬送気体/蒸気と試料気体との2つの同心円層が分割壁の中央穴を介して下流の中間チャンバに流入すると、第3の流入口を介して流入した濾過された搬送気体の他の同心円層により包囲される。このようにして、一時的に、搬送気体および蒸気の中核流、気体が含まれる粒子を含む試料気体の中間層、および、濾過された搬送気体の外層からなる気体の三層流が形成される。気体の三層流は、その後、中間チャンバから円筒状のバッフルの内部を介して、これら三層が混合される凝縮器へ流出する。
【0048】
上述した各実施例では、加熱された搬送気体、試料気体、気体が含まれた粒子、および蒸気の混合物が凝縮器を通過する際、気体は凝縮器内で冷却され、気化可能な物質の蒸気と過飽和とされ、粒子の表面に凝縮する。気化可能な物質が液体である場合、滴が粒子上またはその周りに形成され、一方、気化可能な物質が常温で通常の固体である場合には、冷却されて、粒子を含むまたは保持する気泡となる。このように、粒子は、3nm〜1μmを超える大きさまで効率的に大きくされる。粒子を大きくすることにより、光学粒子計数器のような光学粒子検出器により検出可能となる。
【0049】
通常、凝縮器は、高熱伝導性の材料で十分に長く形成され、搬送気体、試料気体、蒸気および検出されるべき粒子の混合物が十分に冷却され、気化可能な物質が粒子上で凝縮し、検出可能な大きさ(例えば1μm以上)に成長する。従って、凝縮器は、アルミニウムまたはステンレス剛のような金属材料で管状に形成される。凝縮器および装置のその他の部材の壁厚は、可能な限り薄くなっているが、高圧または減圧(例えば10バール)で装置を用いる場合、このような圧力に耐えうるように、壁を十分厚くする必要がある。
【0050】
凝縮器内の気体、蒸気および粒子の混合物の冷却を補助するために、冷却手段を設ける場合がある。
【0051】
ある実施例では、冷却手段は、凝縮器の外面に空気流をそれぞれ送る1つ以上のファンを具えている。ある実施例では1つのファンである。他の実施例では2つのファンである。
【0052】
選択的に、ファンを空気温度制御装置の一部としてもよい。温度制御装置により、凝縮器の表面を冷却する空気を、凝縮チャンバを包囲する空気温度により影響されない規定温度に維持することができる。
【0053】
または、冷却要素を、凝縮器の外面と接触して設ける場合もある。冷却要素は、例えば、熱電冷却装置(例えばペルチェ冷却装置)である。
【0054】
さらに冷却するために、断面領域に対する円周の比が大きくなるように、凝縮器の断面を形成してもよい。
【0055】
凝縮器は、円筒部の体積に対する表面積の比よりも大きい体積に対する表面積の比を有するのが好ましい。体積に対する表面積の比を大きくすることにより、凝縮器を、さらに効率的に急速に冷却することができ、それにより、凝縮器の寸法を小さくすることができる。
【0056】
凝縮器は、長さ(凝縮器の流入口と流出口との間の距離に対応する寸法)、幅(長さと直交する寸法)および高さ(長さおよび高さと直交する寸法)を有するものとして定義される。円形断面の管状の凝縮器の場合、幅および高さは同じであり、かつ、管の直径と一致している。正方形の断面を有する矩形の凝縮器の場合も、幅および高さが同じである。しかしながら、本願では、凝縮器の幅および高さを同一としていなく、「高さ」という語は、2つの寸法のうちの短い方を意味している。
【0057】
凝縮器の体積に対する表面積の比を、種々の方法で高めることができる。例えば、凝縮器の少なくとも一部を、一部が平坦となった断面としたり、細長い長円形または矩形断面、すなわち、凝縮器の高さが幅よりもおおむね短い断面とすることができる。ある実施例では、凝縮器はおおむね矩形断面であり、高さが幅の半分より短くなっている。
【0058】
他の実施例では、凝縮器は、環状または一部が環状である凝縮器のボディを具えている。凝縮器の環状のボディは、内側シリンダと外側シリンダとの間の環状空隙を流れる気体を含んだ熱蒸気と、外側シリンダの外面の周りまたは外面とともに、内側シリンダの内部を流れる冷却用空気とを含む2つの同心円状のシリンダで形成される。
【0059】
粒子の大きさを正確に測定することができるようにするために、凝縮器内での各粒子の滞留時間をおおむね同じにすることが確実に重要である。これは、凝縮器を流れる粒子の流速および流路が、理想的にできるだけ均一とすべきことを意味する。
【0060】
非円筒状の凝縮器(例えば矩形の凝縮器)が一列に並んだ円筒状の流入口および流出口に接続された場合、特に、凝縮器の(本願で規定するような)幅が流入口および流出口の直径よりも大きい場合、流入口および流出口間で不均一の流れとなる可能性がある。この潜在的な問題を解消するために、凝縮器(例えば、おおむね矩形の凝縮器)に、凝縮器の長さ(流れ方向)に対しておおむね直角に整列する一対の流れ分配管を設けることができる。流れ分配管は、凝縮器の流入口および流出口に接続され、それぞれは、凝縮器の幅に亘って延び、かつ、凝縮器の内部に開く細長いスロットまたは穴の列が形成されている。
【0061】
また、本発明の他の態様では、上述した本発明の装置で用いられる凝縮器であって、流入口、流出口、および、内側長さ、内側幅および内側高さを有する中空内部を有する凝縮器のボディ部と、凝縮器のボディ部の流入口に接続され、凝縮器のボディ部の内側幅に亘って延びる流入流れ分配管と、凝縮器のボディ部の流入口に接続され、凝縮器のボディ部の内側幅に亘って延びる流出流れ分配管とを具え、凝縮器のボディ部の内側高さは、流入分配管および流出分配管のそれぞれの対応する内側高さよりも低くなっており、流入分配管および流出分配管のそれぞれの壁には、凝縮器のボディ部の中空内部と連通する1つ以上のスロットまたは穴が設けられており、流入分配管から凝縮器の中空内部を介して流出分配管に至る流路が形成される凝縮器が提供される。
【0062】
使用に際し、流入流れ分配管には、蒸発チャンバの流出口が取り付けられるか、または、蒸発チャンバの流出口が流体的に連結され、一方、流出流れ分配管には、粒子検出器が取り付けられるか、または流出検出器が流体的に連結される。
【0063】
気体流が凝縮器のボディを介して粒子検出器へおおむね均一に流れるように、流れ分配管が設けられ、スロットまたは穴が位置決めされている。
【0064】
流れ分配管を、例えば、円形断面、長円断面または多角形断面(正多角形または非正多角形)としてもよい。ある実施例では、流れ分配管の断面は円形である。
【0065】
各流れ分配管の内側の断面領域は、凝縮器のボディの内側断面領域(内側幅×内側高さ)よりも大きいのが好ましい。一例として、流れ分配器の断面が内側径Dtの円形で、凝縮器の内側高さがHcかつ内側幅がWcの場合、πDt2>Hc*Wcとなる。πDt2/(Hc*Wc)の比は、通常、1.1より大きく、好ましくは2より大きく、さらに好ましくは3より大きい。
【0066】
上述したように、流れ分配器102および104の内部と矩形の凝縮器の内部との間の流体的な連結は、流れ分配管の壁に、凝縮器のボディの中空内部に開いている細長いスロットまたは(好ましくは線形の)穴の列を形成することにより実現される。流れ分配管と凝縮器のボディの内部とは、各流れ分配管の壁にある細いスロットにより流体的に連結される。凝縮器内の流れの均一性は、スロット幅(Ws)に対する凝縮器の内側高さ(Hc)の比に基づくので、スロットを細くすることにより、流れ分配管の内径を小さくすることができる。この文脈において、スロット幅とは、凝縮器の内側高さと同じ方向の寸法のことである(反対に、「長さ」として参照されるスロットの「長さ」は、凝縮器の内側幅と同じ方向の寸法のことである)。通常、Hc/Wcの比は、1.1より大きく、好ましくは2より大きく、さらに好ましくは3より大きい。
【0067】
他の実施例では、流れ分配管の壁は、スロットの代わりに、矩形の凝縮器103の流入口および流出口に沿って均一に形成された穴を含む。穴の数Nhは、1より大きく、好ましくは4より大きく、さらに好ましくは10より大きい。穴Dhの直径は、十分に小さくあるべきであり、式πDt2>Nh*πDh2で表される。πDt2>Nh*πDh2の比は、1.1より大きく、好ましくは2より大きく、さらに好ましくは3より大きい。
【0068】
流れ分配管を、種々の材料、例えば、ステンレス剛管、PTFE、アルミニウム、またはその他の好適な金属、ガラス、セラミックまたはプラスチック材料で形成できる。凝縮器のボディを、例えば、金属の鋼鉄であるステンレス剛のような熱伝導材料で形成するのが好ましい。
【0069】
凝縮器が、特に、小さな内部断面領域または幅(例えば2mmより小さい)を有する場合の1つの潜在的な問題は、凝縮器の壁にある凝縮物が障害物となりうることである。この問題を解消するために、凝縮した物質を凝縮器の内部壁から除去する手段を設ける場合がある。例えば、凝縮器は、その全長または一部に亘って延びる1つ以上の排出ダクトを有し、排出ダクトは、液体凝縮物が通過可能な半浸透性の壁または膜により凝縮器の内部から分離され、かつ、排出ダクトから液体凝縮物を抽出するためにポンプに接続可能な1つ以上の流出口を有する。半浸透性の膜は、定期的に作動流体で満たされ、そのため、気体流が膜を通過できないようになっている。このような配置により、気化可能な物質が凝縮器の内部壁に凝縮すると、堆積して凝縮器を妨害する代わりに、半浸透性の壁を介して排出ダクトに抽出され、凝縮器の内部から除去される。抽出されると、凝縮物は、後の廃棄のために廃棄物保管室へ送られるか、または、蒸発チャンバへ再循環される。
【0070】
1つまたはそれ以上の長手方向に延びる半浸透性の壁または膜により凝縮器の少なくとも長さの一部に亘って、凝縮器の内部を分割することにより、排出ダクトを形成することができる。半浸透性の壁または膜には、凝縮器の内部から排出ダクトへ凝縮物を流す毛細管が設けられる。例えば、壁または膜を、0.5mmより小さい、例えば1〜10μmの毛細径を有するセラミックまたはステンレス剛フィルタ材料で形成することができる。
【0071】
本発明の凝縮装置は、通常は、1つの粒子を検出でき、および/または、1つの粒子を計数できる粒子検出器に接続されるように設計される。
【0072】
さらに、本発明の凝縮装置は、凝縮粒子計数器の一部をなすように設計され、そのため、粒子計数器、例えば、英国カンタベリー市にあるナニューム社(Naneum Limited)から入手可能な「SAC1」粒子計数器に接続できるようになっている。
【0073】
従って、他の態様では、本発明は、上述した本発明の凝縮装置を備える凝縮粒子計数器を提供している。
【0074】
他の態様では、本発明は、上述した本発明の凝縮装置を備える凝縮粒子計数器を用いてナノ粒子を検出および計数する方法を提供している。
【0075】
本発明のさらに他の態様および特徴は、図2〜図12に示される以下の特定の実施例から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0076】
【図1】図1は、公知の凝縮装置の略側断面図である。
【図2】図2は、本発明の第1の実施例による凝縮装置の略図である。
【図3】図3は、本発明の第2の実施例による凝縮装置の略図である。
【図4】図4は、本発明の第3の実施例による凝縮装置の略図である。
【図5】図5は、本発明の第4の実施例による凝縮装置の略図である。
【図6】図6は、図2〜図5のいずれか1つに示した流出口を兼ねた凝縮器の代替となる作動流体除去手段が設けられた、流出口を兼ねた変形例における凝縮器の矩形断面形状の略側断面図である。
【図7】図7は、図2〜図5のいずれか1つの実施例における流出口を兼ねた凝縮器の代替となる作動流体除去手段が設けられた凝縮器の略側断面図である。
【図8】図8は、本発明の第5の実施例による凝縮装置の略図である。
【図9】図9は、MetOne(登録商標)レーザー光学粒子計数器(黒い四角点)およびTSI社の小型3007CPC(白い菱形)が取り付けられた図2の凝縮チャンバで測定されたエーロゾル粒子数密度(N)を比較するグラフである。
【図10】図10は、本発明の第6の実施例による凝縮装置の略図である。
【図11】図11は、本発明の第7の実施例による凝縮装置の略図である。
【図12】図12は、本発明の第8の実施例による凝縮装置および粒子計数アッセンブリの略図であり、アッセンブリは作動流体を再利用できるようになっている。
【図13】図13は、凝縮器の入口および出口に流れ分配器を有する矩形の凝縮器の略図である。
【図14】図14は、凝縮器の入口および出口に流れ分配器を有する矩形の凝縮器の断面(垂直面)図である。
【図15】図15は、凝縮器の入口および出口に流れ分配器を有する矩形の凝縮器の断面(水平面)図である。
【図16】図16は、凝縮器の入口にスロットを有する流れ分配器と、凝縮器の出口にスロットを有する他の流れ分配器とを有する矩形の凝縮器の断面(垂直面)図である。
【図17】図17は、本発明の他の実施例による蒸発チャンバの断面図である。
【図18】図18は、加熱要素が略され、作動流体リザーバが設けられた、異なる角度から見た図17の蒸発チャンバを示す略断面図である。
【図19】図19は、図18に示す蒸発チャンバの平面を示す略断面図である。
【図20】図20は、図17〜図19の実施例に用いられる加熱要素および多孔質支持体の詳細な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0077】
非限定的な例で記載される特定の実施例を参照して、本発明の詳細を説明する。
【0078】
図1は、粒子計数器と組み合わせて用いられる公知の凝縮装置の略側断面図である。このような公知の凝縮装置の1つは、TSI社(www.tsi.com)の小型CPC3007に見られる装置である。この凝縮装置は、揮発性の作動流体に浸されるカートリッジ2aの形状である多孔質支持体を有する蒸発チャンバ1aを具えている。蒸発チャンバ1aは、円筒形状であり、カートリッジ2aの外形よりも大きい内径を有している。蒸発チャンバ1aには、流入口4a、流出口5a、および、蒸発チャンバ1aの外壁を包囲する加熱要素3aが設けられている。蒸発チャンバ1aの温度は、センサ6aにより測定され、蒸発チャンバ1aの外壁にある加熱要素3aに接続されたインタフェース8aを介して、制御ユニット7aにより制御される。凝縮器9aは、蒸発チャンバ1aと流出口5aとの間に設けられている。
【0079】
小さな気体混入粒子(例えば空気中の粒子)を含む空気流は、ポンプ(図示せず)により流入口4aを介して蒸発チャンバ1aに引き込まれる。蒸発チャンバ1aを通過する時、空気流は加熱され、作動流体の蒸発により形成された蒸気で飽和される。蒸気で飽和された空気流は、次いで、凝縮器9aに流れ、空気が冷却され、空気中の粒子上で作動流体が凝縮する。その結果、粒子は、凝縮により、容易に検出可能な約1μmの大きさまで成長する。大きくなった粒子は、流出口5aから放出され、粒子を計数する光学粒子計数器に送られる。
【0080】
図1に示す凝縮装置を、10nm〜600nmの範囲の大きさの粒子を検出および計数するために用いることができる。しかしながら、この凝縮装置は、多くの欠点を被っている。
【0081】
1つの大きな欠点は、作動流体を定期的または頻繁に交換しなければならないことである。
【0082】
さらに他の欠点は、動作状態になるまでの準備にかなり時間がかかることである。上述したTSI社のCPC3007の場合、凝縮装置は、使用可能になるまで、600秒の準備時間を要する。
【0083】
他の欠点は、凝縮装置のレイアウトが小型化に容易に寄与しないことである。凝縮装置を小型化すると、小型の作動流体用のカートリッジを用いることが必要となり、それにより、さらに頻繁に充填する必要が生じる。このように、小型化すると、充填することなく凝縮装置を使用可能となる期間が短くなる。
【0084】
さらに他の欠点は、上述したTSI社のCPC3007は、上昇圧力の環境で使用することができず、また、製品仕様により水平に保たれた場合のみ動作する。
【0085】
図1に示すCPCのカートリッジ2a内の作動流体が相対的に急激に減少すると、蒸発チャンバ1a内の空気中に存在する作動流体の蒸気が低濃度となるので、凝縮器9aの性能に影響する。蒸気濃度が低くなると、蒸気は、比較的大きな粒子上で好適に凝縮し、そのため、小さな粒子は検出されずに計数されない。例えば、検出下限は、作動流体が減少するために、10nm〜15nmまたは20nmまで高まる。実際、減少の程度または比率を実際に監視することは非常に難しいので、多くの小粒子は検出されず計数されない可能性がある。
【0086】
本発明の凝縮装置は、上記した公知のCPCで確認された問題を解消または少なくとも低減させるものである。
【0087】
本発明の第1の実施例による凝縮装置を図2に示す。凝縮装置は、
−関連する全てのエーロゾル粒子が除去された清浄な気体媒質、例えば、清浄空気のための1つの流入口1(「第1流入口」)を有する蒸発チャンバ2と、
−問題のナノ粒子を含む試料気体(例えば空気)の流れを蒸発チャンバ2に引き込み、第1流入口1から離れて、例えば、第1流入口1が蒸発チャンバ2の下部に位置する時には蒸発チャンバ2の上部に位置する他の流入口8(「第2流入口」)と、
−温度センサ4と熱的に十分に緊密に接触し、作動流体により濡れ可能な多孔質支持体6により覆われる加熱要素3と、
−多孔質支持体6は、低平衡の蒸気圧力の作動流体、例えば、フタル酸ジメチルのような半揮発性有機化合物に浸され、作動流体を十分高い蒸気密度のままに維持するレベルに多孔質支持体6の表面温度を保つ温度制御装置5と、
−高熱伝導率材料で構成され、問題のナノ粒子上に作動流体の滴が形成され、単一の粒子計数器により検出および計数可能とさせる大きさに滴を成長させるのに十分長い流出口を兼ねた凝縮器7と、
凝縮器7は、第2流入口8と近接してまたは対向して位置し、第1および第2流入口を介して蒸発チャンバ2に流入する搬送気体流と試料気体流とを効率的に混合し、第2流入口8と整列して位置し、
−凝縮器7を効果的に冷却できる位置に設けられ、凝縮器7の表面温度を、作動流体滴の形成および成長を維持するレベルに保つ温度冷却装置10と、
を具えている。温度冷却装置10は、凝縮器7の効果的な冷却が維持されうる位置に配置される。
【0088】
使用に際し、フィルタ(図示せず)で濾過され、検出可能な(量の)エーロゾル粒子を全く(または殆ど)含まない清浄搬送気体(例えば空気)流が、第1流入口1から蒸発チャンバ2に流入する。蒸発チャンバ2では、加熱要素3が温度センサ4と良好に熱的に接触して位置しており、温度センサ4に連結された温度制御装置5は、作動流体を十分に蒸発させ、問題の粒子上に作動流体を凝縮させ続けるのに必要な状況を発生させる所定温度に制御する。作動流体は、加熱要素3上に設けられたカバー6の形態である多孔質支持体6に含まれる。円筒状の加熱要素の場合、カバーは、加熱要素の面により覆われ、作動流体で浸される。その結果、第1流入口1を介して導入された清浄空気流は、作動流体の蒸気で飽和され、凝縮器7へ向かって移動する。問題のナノ粒子を含む気体(例えば空気)の試料は、第2流入口8を介して蒸発チャンバ2に導入される。第2流入口8と凝縮器7への開口との間の領域において、飽和した熱蒸気と、問題のナノ粒子を含む試料気体の非加熱流とが混合されるので、作動流体蒸気が過飽和となる。従って、この領域では、問題の粒子上で作動流体の不均一核形成が発生し始める。蒸気とナノ粒子を含む試料気体との混合物が凝縮器7に流入すると、凝縮器7の壁により気体および蒸気が冷却されるために、さらに過飽和となる。余分な熱は、温度冷却装置10により凝縮器7の表面から除去される。図2には、ブロワにより発生される冷気流9を示してある。凝縮器7では、作動流体の滴が、検出可能な大きさ、例えば1μmまで、ナノ粒子上で成長する。これらの滴は、例えば、凝縮器の流出口11に連結された光学粒子計数器(図示せず)を用いて計数可能である。従って、問題の各ナノ粒子は、個々に検出される。
【0089】
図2に示す凝縮装置の例のように、内径が10mmの小型で円筒状の蒸発チャンバ2は、PTFEで構成され、外径が4mmのステンレス銅管で形成された流入口1および8と、外径が8mmのステンレス剛管で形成された流出口を兼ねた凝縮器7とを有している。K型の熱電対を温度センサ4として用いた。使用した加熱要素3は、フタル酸ジメチルに浸された多孔質のSiO2層により覆われたNiCrヒーターであった。粒子は、MetOneレーザー粒子計数器位(Hach ULTRA Analytics)を用いて計数された。
【0090】
温度は、デジトロンの温度制御装置5により、温度を制御した。このように構成された凝縮装置は、ナノ粒子の直径を1μm〜2μmまで拡大できることがわかった。この凝縮装置は、再充填なしで、少なくとも2ヶ月間にわたって使用された。
【0091】
本発明の他の実施例を図3に示す。図3の凝縮装置は、再充填なしで装置の動作可能時間を延ばすために設けられた作動流体のリザーバ12が設けられている点を除いて、図2の凝縮装置と類似している。凝縮装置が水平位置にない時に、流体がリザーバ12から漏れ、凝縮処理が妨害されるのを防ぐために流入口1および8と流出口を兼ねた凝縮器7とは、蒸発チャンバ2の内側に突出して設けられている。この突出により、作動流体が流入口1および8と凝縮器7とから漏れるのが防止される。図3に示す種類の凝縮装置は、再充填なしで少なくとも12ヶ月動作するのがわかった。
【0092】
この実施例の動作モードは、上述した図2の実施例と同様である。
【0093】
さらに他の実施例を図4に示す。図2の凝縮装置の構成と類似するこの実施例では、流出口を兼ねた凝縮器7と熱的に接触する冷却要素13が設けられている。例えば、熱電冷却要素で構成可能な冷却要素13は、凝縮器7の表面に取り付けられている。冷却要素13により、ファンを用いるよりも、より効率的に熱を、凝縮器7から除去可能となる。冷却要素13による冷却効果が高まることにより、凝縮器7内での蒸気の過飽和が増し、作動流体の滴を急速に成長させることができる。冷却要素13の動作は、凝縮器7の表面温度が周囲温度より低くなるように制御可能であり、それにより、凝縮装置を高温環境を含む周囲温度の範囲にわたって効率的に使用可能となる。この実施例の動作は、周囲温度の変化に影響されることがない。
【0094】
凝縮器7の形状は、動作に影響する。図5に示す実施例において、凝縮器7は、符号14と付された要素により示される矩形断面を有している。この実施例において、矩形断面14は、凝縮器7の中間領域のことである。中間領域の両面において、凝縮器7は、いかなる断面、例えば円形となりうる。矩形断面形状とすることにより、温度冷却装置10からの冷気流9が当たる領域が広くなり、それにより、凝縮器7に対する冷却効率が増し、凝縮器7における蒸気の過飽和が助長され、滴の成長効率が改善される。凝縮器7は、側面が平坦な矩形断面の中間領域を有するものとして示されているが、矩形の短い側を、平坦とする代わりに丸め、長方形ではなく細長い長円形状の断面としてもよい。凝縮器7が形成される管の一部を単に好適に平らにすることにより、細長い長円形状の断面を形成できる。
【0095】
また、第2流入口8を、矩形または細長い長円形状の断面としてもよい。実際、矩形の高さと幅の比は、1〜100である。
【0096】
図2〜図5に示される各実施例において、第2流入口8は、凝縮器7と整列して位置し、第2流入口8の内側断面領域は、凝縮器7の内側断面領域よりも小さくなっている。
【0097】
如何なる理論にも縛られることなく、この配列により、エーロゾル粒子を含む試料気体(例えば空気)流は、蒸気流および搬送気体の中央に流入し、そのため、凝縮器7に流入する混合物は、搬送気体および蒸気の層により囲まれたナノ粒子を含む試料気体の中央の流れからなると考えられる。同心円層間での混合は、気体および蒸気が凝縮器7を移動する時に発生する。
【0098】
蒸発チャンバ2の主ボディ部の断面形状も、加熱要素3の断面形状と同様に矩形とすることができる。加熱要素3は、第1流入口1に流入する搬送気体流が作動流体の蒸気と飽和する効率を最適とするように、通常は位置するとともに向いている。
【0099】
図5に示す凝縮器7の矩形断面の幅が(例えば2mmより)小さい場合、凝縮された作動流体が凝縮器7の内部表面に蓄積し、それにより、凝縮器7が詰まる危険がある。その発生を防止するために、凝縮された作動流体を凝縮器7から除去する手段を設けることができる。そのようにする1つの方法は、毛管現象と差圧とを組み合わせ、凝縮器7の内部表面から凝縮された液体を除去することである。それを実現する配列を図6に示す。
【0100】
図6は、凝縮器7の断面図である。凝縮器の内部には、作動流体により濡れ可能であり、凝縮器の内部を中央路と細長い一対の流体収集チャンバ16とに分割するように作用する2つの強固な多孔質膜15が設けられている。使用に際し、蒸気流とナノ粒子を含む気体とが流れ、成長した滴が多孔質膜15の間の中央路に沿って流れると、多孔質膜15の表面上に作動流体の蒸気が凝縮する。このようにして形成された余分な液体は、多孔質膜15を介して即座に吸収され、毛管現象とポンプ(図示せず)により維持される負圧との組み合わせにより流体収集チャンバ16に流れる。流体は、流体収集チャンバ16から流出口17を介して除去され、廃棄収集チャンバ(図示せず)に流れるか、または、図3に示すような作動流体のリザーバ12を有する凝縮装置の場合、リザーバ12に再循環される。
【0101】
凝縮器の温度を安定させるために、流体収集チャンバ16内の液体の温度を制御することが好適である。これは、図4に示すような外部の冷却要素(例えば熱電冷却要素)を用いることによりなされるか、または、図7に示すような熱交換器により液体を循環させることにより達成される。
【0102】
図7は、作動流体循環および温度制御装置に接続された流体収集チャンバ16を有する凝縮器(凝縮器の残りの部分は示していない)の一部略断面図である。
【0103】
各流体収集チャンバ16は、追加的な流出口18を有し、2つの流出口は、長管により接続されている。流入口17および流出口18は、長管によりポンプ19および温度制御装置20に接続されている。また、流入口17および流出口18、連結管である長管、ポンプ19および温度制御装置20は回路をなし、作動流体が循環されるようになっている。流体収集チャンバ16を介して回路を流れる作動流体は、温度制御装置20により一定の所定温度に維持され、このようにして、凝縮器の内面温度が制御される。
【0104】
回路には、追加的なポンプ(図示せず)またはその他の液体送り手段により、作動流体の一部を、管21を介して蒸発チャンバ2の主ボディ内にある作動流体のリザーバ12に流すことができる弁(図示せず)を有している。
【0105】
図7に示す管の連結は、単に例示的なものであり、凝縮器により液体をさらに均一に冷却できるように配置することもできる。例えば、ある配置では、作動流体は、温度制御装置20から流入口17に流れ、流出口18からポンプ19へ流出される。
【0106】
また、左右の流体収集チャンバ16は、異なる温度に維持される。これにより、凝縮器内の作動流体の蒸気がさらに過飽和となり、必要に応じて、滴の成長率および大きさを増減できる。この場合、各流体収集チャンバは、それぞれの温度制御サイクルを有している。流体収集チャンバ内の液体温度は、試行錯誤により実験的にまたは核生成理論により見つけられる。
【0107】
2つの流体収集チャンバ16を異なる温度に維持することにより、他の重要な利点が得られる。凝縮器内の過飽和が十分に大きくなると、異なる大きさのナノ粒子は、凝縮器を移動するにつれて異なる位置に滴を形成することができ、従って、異なる大きさのナノ粒子上に形成された滴が、種々の大きさに成長する。例えば、50nmの粒子は、0.5μmの滴を生成するが、100nmの粒子は、1μmの滴を生成する。これにより、ナノ粒子の大きさは、滴の大きさから得られ、エーロゾルの大きさ分布を特性づける方法の基礎が容易に形成される。
【0108】
また、凝縮器の内面温度は、不均一であり、例えば、凝縮器の長さに比例して線形に低下する。これにより、凝縮器の長さに基づき作動流体の蒸気の過飽和が徐々に増加し、従って、異なる大きさのナノ粒子を異なる大きさの滴まで成長させる凝縮装置の性能が高まる。大きなナノ粒子は、(凝縮器の前方において)早期に滴を形成しやすく、一方、より大きな過飽和を必要とする小さな粒子は、凝縮器の後方において後で滴を形成しやすく、結果的に、小さな粒子は、成長時間が短くなり、従って、大きなナノ粒子と比較して、小さな大きさの滴に成長する。これにより、凝縮器内で形成される滴の大きさとナノ粒子の大きさとの間の相関関係を確立することができる。この関係を、滴の大きさを分析することにより、ナノ粒子の大きさを評価することに用いることができる。
【0109】
本発明の凝縮装置における過飽和は、壁の温度、凝縮装置の部材の寸法、搬送気体の流速、および凝縮装置を流れる試料気体流により制御される。これらパラメータを変更することにより、当業者は、過飽和状態を選択することができる。過飽和と滴を形成できる最小のナノ粒子の大きさとには、公知の関係がある。従って、これらパラメータの1つまたはいくつか、例えば、加熱要素3の温度を変更することにより、凝縮装置の検出下限を変更することができる。これは、ナノ粒子の大きさ分布と、種々の大きさにおけるナノ粒子の割合とを決定する際に大いに役立つ。また、所定の検出下限、例えば、100nm、30nm、10nm、3nm、または、可変検出下限の凝縮装置とすることができる。これは、ナノ粒子の大きさ分布を得るためのエーロゾル粒子の大きさの基礎となる。
【0110】
また、異なる過飽和状態とするように設定された本発明の複数の凝縮装置を、互いに直列にまたは並列に連結することができる。直列配置により、異なる大きさのナノ粒子が異なる大きさの滴に成長できる。第1の凝縮器が第2の凝縮器よりも低い過飽和に設定されていると、大きな粒子は第1の凝縮器内で滴を形成するが、小さな粒子は第2の凝縮器内でのみ滴を形成し、一方、以前に形成された滴はさらに成長して非常に大きくなる。これは、第2および第3の凝縮器にも当てはまる。このように、複数の凝縮器により、複数の大きさの滴を形成することができる。これにより、例えば、光学的粒子計数器を用いて滴の大きさ分布を分析することにより、ナノ粒子の大きさ分布を読み取ることができる。
【0111】
凝縮器を並列に配置した場合、問題のナノ粒子流は、いくつかの平行な流れに分割され、それらの流れは、異なる凝縮器に流れる。凝縮器は、異なる大きさの検出下限を有するように、異なる過飽和値に設定されるべきである。これにより、それらの凝縮器内で成長した滴の数を分析することにより、ナノ粒子の個数粒度分布を読み取ることができる。
【0112】
また、凝縮装置の温度およびその他のパラメータを変更することができ、従って、所定の測定サイクル間の検出下限とともに過飽和を変更できる。これにより、粒子の累積的な大きさ分布を得ることができる。
【0113】
本発明の他の実施例による凝縮装置を図8に例示的に示す。この実施例では、凝縮装置は、制御型電源5により給電される加熱要素3を含む蒸発チャンバ(飽和チャンバ)2を具えている。加熱要素3は、制御型電源5に接続された温度センサ4に取り付けられ、作動流体、例えば、半揮発性化合物に浸された多孔質支持体6と密着されている。蒸発チャンバ2は、流入口1と、凝縮器7に開き、延びてノズル22となっている流出口とを有している。凝縮器7には、問題のナノ粒子を含む気体試料が凝縮器7に導入される流入口8が設けられている。ノズル22は、凝縮器7に延び、流入口8の下流側で凝縮器7に開いている。凝縮器7には、流出口11および冷却部材13が設けられている。
【0114】
図8の実施例は次のように動作する。清浄空気(搬送気体)の流れが、流れ発生装置、例えばポンプ(図示せず)により流入口1を介して蒸発チャンバ2に送られる。蒸発チャンバ2内では、作動流体に浸された多孔質支持体6を加熱要素3が加熱し、蒸気が発生する。蒸気を含む空気流は、ノズル22を介して凝縮器7に送られ、空気流は流入口8を介して流入するナノ粒子を含む非加熱の試料気体流と混合されて冷却される。ノズル22は、熱蒸気で飽和された空気流を、ナノ粒子を含む試料気体流の中心に流すように設計されており、そのため、熱蒸気で飽和された流れは、冷たい試料気体層により包囲される。組み合わされた気体流は、凝縮器7の壁の温度を制御する冷却要素13により冷却される。凝縮器7内では、熱蒸気で飽和された空気と冷たい試料気体との混合、および、凝縮器7の壁による冷却の結果、作動流体が過飽和となる。これにより、作動流体の蒸気が空気中のナノ粒子上で凝縮し、約1μmの滴が形成されることとなる。これらの滴は、流出口11を介して光学的粒子計数器に送られ、個々に計数される。
【0115】
粒子の消失を低減するために、ノズル22および凝縮器7は、円筒対称形となっており、ノズル22は、凝縮器7の軸に沿って位置し、ノズル端が第2の流入口8を超えて、下流に延びている。これにより、冷たい試料気体流を、蒸気を含む搬送気体流の周りに形成することができる。
【0116】
本発明の凝縮装置の利点は、信用性のあるデータを提供し、かつ、公知の凝縮計数器よりも格段に小型化できることである。
【0117】
本発明の各実施例における好ましい作動流体は、半揮発性のフタル酸ジメチルである。半揮発性の化合物を用いる主要な利点は、作動流体の消費が非常に少なくなることである。本発明の凝縮装置は、10ヶ月以上充填が不要で動作することがわかった。
【0118】
流速、蒸発チャンバの温度、および、空気中の問題の粒子を凝縮器内に導入する方法の選択は、通常、粒子の特質および濃度により設定される。凝縮器7の流出口11からの全ての流れは、しばしば、0.1〜4リットル/分である。清浄搬送気体流は、全ての流れの10%〜90%である。蒸発チャンバの温度は、フタル酸ジメチルのために、通常、80℃〜150℃とされる。
【0119】
加熱要素の電力消費を低くするために、作動流体により濡れ可能な多孔性媒体が取り付けられた薄膜ヒータを用いることができる。多孔性媒体の一部を十分長くし、蒸発チャンバ2の底部において、作動流体に接触させることが好ましい。
【0120】
蒸発チャンバ2および凝縮器7を、如何なる金属、ガラス、またはセラミック、または(蒸発チャンバの場合には)PTFEのようなプラスチックを含む種々の材料で構成することができるが、空気またはその他の搬送気体における酸化に対して不活性または抵抗性であり、作動流体と化学的に反応しない材料を用いたり、表面加工したりすることが好ましい。パイレックスガラス、石英、セラミックおよびステンレス剛が、チャンバおよびそれらの要素の様々な変更に用いられた。
【0121】
また、問題の粒子を含む試料気体流を流入口1を介して、清浄空気を流入口8を介して導入してもよい。これは、金属粒子のような温度が一定の粒子には好ましい。しかしながら、有機化合物で形成されたエーロゾル粒子は、加熱要素により発生される高温に影響され、従って、流入口8を介して導入されるべきである。
【0122】
本発明の他の実施例による凝縮装置を、図10に示す。この実施例において、蒸発チャンバ2は、図8の実施例と同様の設計となっており、混合チャンバ(中間チャンバ)25は、飽和チャンバである蒸発チャンバ2と凝縮器7との間に設けられている。混合チャンバ25は、下流および上流のサブチャンバへの中央穴を有するパーティション24により分割されている。ノズル22は、上流のサブチャンバへ延び、ノズル22と整列している円筒状バッフルは、下流のサブチャンバの端から上流方向へ延びている。これらの要素を、凝縮装置の他の部分と同じ材料で構成することができる。混合チャンバ25およびパーティション24は、円筒対称形であるか、または、断面が矩形となっている。この実施例により、最も小さい1nmのナノ粒子の検出粒度を実現できる。第3の流入口23が設けられており、円筒状バッフルを包囲する環状の空間に開いている。
【0123】
この実施例では、問題のエーロゾル試料は、流入口8から流れ、清浄空気流は、流入口23から導入される。混合チャンバにより、問題のエーロゾル試料流を、作動流体の蒸気を含む搬送気体の中核流と流入口23からの清浄空気により形成された外側層との間に挟むことができる。この種の凝縮装置を用いることにより、挟まれた気体層が円筒対称形となる時に最良の結果を得られることがわかった。
【0124】
作動流体を頻繁に充填する必要がなく、凝縮装置の動作寿命を延ばすのが好ましい。充填間の動作寿命を大幅に延ばすことは、粒子検出器を通過し、空気中の粒子を含む滴からの作動流体を収集および再循環させる手段と2つの凝縮ユニットとを組み合わせることにより実現可能である。このようなアセンブリは、2つの凝縮ユニットと、流れを再方向付けする三方向弁を有するエーロゾル流操作装置とで構成できる。このようなアセンブリで用いられる凝縮装置は、上述した特定の実施例と僅かに異なっており、好適な凝縮装置の一例を図11に示す。図11の実施例において、流入口1には、粒子計数器から再循環された空気中の粒子を含む極小の滴が浮遊している気体(例えば空気)が流入する。再循環された空気中の粒子が凝縮器に続けて流れ、問題の粒子を含む試料気体が汚染されるのを防止するために、蒸発チャンバ2内の蒸発チャンバの空気流に対し、多孔質媒体26が設けられている。多孔質媒体26は、2つの機能を行うことができるように選択されている。第1には、多孔質媒体は、作動流体により浸されることが可能となっていなければならず、そのため、加熱された時には、蒸気源として作用でき、第2には、フィルタとして機能することができなければならず、微小粒子を含む微小滴を収集し、それにより、多孔質媒体26の下流領域における蒸気の汚染が防止される。上述した他の実施例では、加熱要素3は、多孔質媒体26の表面に近接して位置し、堆積した作動流体が蒸発される。しかしながら、加熱要素3と多孔質媒体26との熱的接触は、流入口1を介して蒸発チャンバ2に流入する気体による加熱効果のために、本実施例では重要ではない。
【0125】
多孔質媒体26は、蒸発チャンバ2の壁とともに密閉したシール部材を形成すべく位置し、そのため、流入口1からの全気体が濾過され、空気中の全ての粒子が捕捉されるようになっていることが、上述から理解されるべきである。多孔質支持体26に収集された作動流体の滴は、再蒸発され、多孔質媒体26の下流側にある蒸発チャンバ2に蒸気として放出される。
【0126】
上述した種類の2つの凝縮装置を備えるアセンブリは、殆どまたは全く作動流体を消費せず、従って、充填する必要がない。このようなアセンブリを図12に示す。
【0127】
図12に示すアセンブリは、それぞれが図11に示す凝縮装置である2つの凝縮装置27および28と、光学的粒子計数器29とを具えている。3つの3方向弁30、31および32と、2つの開閉弁33および34は、流体流れを方向付けし、作動流体を再循環可能とする。
【0128】
図12に示すアセンブリは,次のように機能する。
【0129】
問題のナノ粒子を含む空気流は、3方向弁30を適切に調節することにより、共通の流入口35を介して一方の凝縮装置(例えば凝縮装置28)に流される。凝縮装置内のナノ粒子上に形成された微小滴は、開閉弁34が閉じられている間、3方向弁31により光学的粒子計数器29に流される。計数された後、微小滴は、3方向弁32により他方の凝縮装置27へ流される。凝縮装置27では、微小滴は、多孔質媒体に収集され、濾過された清浄空気は、開閉弁33を開くことにより流出口35を介して周囲に放出される。凝縮装置27内の蒸発チャンバは、加熱要素に電圧が印可されていないので、冷たいままであり、従って、多孔質媒体に収集された作動流体は保持される。
【0130】
所定期間が過ぎると、凝縮装置27は加熱され、弁の位置が調節され、凝縮装置28を冷却可能となり、そのため、作動流体の滴を収集することができるようになる。以前に動作していなかった凝縮装置27は、その後、作動モードとなり、多孔質媒体により以前に捕捉された作動流体は加熱されて気化し、上述したような気体試料流と混合される蒸気となる。凝縮器および粒子計数器を通過後、粒子および蒸気を含んだ空気流は、凝縮装置28に流れ、空気が濾過され、凝縮装置27に関する上述の説明と同様にして作動流体が収集される。その後、このサイクルが繰り返される。
【0131】
凝縮器を切り替えるのに必要な時間は、試行錯誤により経験的に設定可能である。通常は、数百時間動作させた後に、弁を切り替えることのみが必要である。従って、このシステムは、殆どエネルギーを必要とせず動作し、かつ、簡単に実現可能とされる。
【0132】
必要な場合、追加的な特別の気体フィルタを流出口35および36に取り付け、多孔質媒体による濾過後、気体流に残る作動流体の蒸気を捕捉することができる。しかしながら、半揮発性化合物の蒸気圧力は大変低いので、フタル酸ジメチルのような半揮発性の作動流体を用いると、多くの適用では、追加的なフィルタを用いる必要がない。
【0133】
上述した各実施例において、凝縮チャンバに、作動流体センサ、例えば、充填剤入りのガラス毛管または露点型センサ(図示せず)を取り付けることができる。例えば、チャンバ内に設けられたセンサにより、作動流体の減少を監視することができる。
【0134】
図13〜図16には、本発明の凝縮装置において用いられるその他の種類の凝縮器を示してある。この実施例では、凝縮器の断面は矩形となっている。
【0135】
矩形断面の凝縮器を用いることにより、凝縮器の大きさをかなり小さくすることができる。しかしながら、凝縮器を矩形とし、特に、凝縮器の流入口および流出口を円形断面の管とすることによる潜在的な問題は、凝縮器内での流速が不均一となることである。これにより、粒子の一部はその他のものよりも、凝縮器内で時間を費やしてしまい、従って、凝縮器内で粒子が均一に成長しなくなる。これにより、粒子の数および大きさを正確に測定できなくなる。図13〜図16は、凝縮器を流れる蒸気を含む気体をおおむね均一な流速とする矩形の凝縮器を示している。この実施例では、管状の一対の流れ分配器が設けられ、一方が矩形の凝縮器の一方の側部に取り付けられている。一方の流れ分配器は、蒸発チャンバと流体的に連結して(例えば接続されて)おり、他方の流れ分配器は、粒子検出器と流体的に連結して(例えば接続されて)いる。
【0136】
このように、図13に示すように、矩形の凝縮器103には、第1流れ分配器102および第2流れ分配器104が取り付けられており、それらは、凝縮器103と流体的に連結されている。作動流体で飽和された熱気体(例えば空気)は、流入口101を介して第1流れ分配器102に流入する。流れ分配器102は、均一な流れを凝縮器103に供給するように設計されている。従って、第1流れ分配器102の流入口101と対向する端部は塞がれている(図15参照)。凝縮器103の流出口には、第2流れ分配器104が取り付けられ、凝縮器103の流出口における流れの不均一が減少される。気体流は、流出口105を介して第2流れ分配器104から放出される。
【0137】
図14は、第1流れ分配器102、凝縮器103および第2流れ分配器104の相対位置を示している。
【0138】
図15は、凝縮器103、第1流れ分配器102および第2流れ分配器104内の流れの軌道を概略的に示している。この実施例において、軌道106、107および108を流れる空気の塊はおおむね同じ速度であり、従って、矩形の凝縮器103内でおおむね同じ時間だけ滞留し、結果として、ほぼ同じ大きさの滴が形成される。
【0139】
滞留時間を均一にすることは、流れ分配器の断面の内部領域が、凝縮器の断面の内部領域よりも十分大きくなるように、流れ分配器を設計することにより実現される。一例として、流れ分配器の断面が、内径Dtの円形であり、凝縮器の内側高さがHcであり、内側幅がWcであると、πDt2>Hc*Wcとなる。πDt2/(Hc*Wc)の比は、1.1より大きく、好ましくは2より大きく、さらに好ましくは3より大きい。
【0140】
流れ分配器の壁に、凝縮器に開いている細長いスロットまたは直線配列された穴を設けることにより、流れ分配器102および104の内部と、矩形の凝縮器の内部とを流体的に連結することができる。流れ分配器102および104と凝縮器103との間に細長いスロットを設けることが好ましい。図16の縦断面図は、スロット109および110を概略的に示している。この場合、凝縮器内の流れの均一性は、凝縮器の高さHcではなく、スロットの幅Wsを含む式により制御されるので(Hc>Ws)、流れ分配器の内径を小さくすることができる。Hc/Wcの比は、1.1より大きく、好ましくは2より大きく、さらに好ましくは3より大きい。
【0141】
他の実施例では、流れ分配器は、2つのスロットの代わりに、矩形の凝縮器103の流入口および流出口に沿って均一に分散された穴を有している。穴の数Nhは、1より大きく、好ましくは4より大きく、さらに好ましくは10より大きい。穴の直径Dhは十分に小さく、式πDt2>Nh*πDh2から求められる。πDt2/(Nh*πDh2)の比は、1.1より大きく、好ましくは2より大きく、さらに好ましくは3より大きい。
【0142】
図13〜図16に示すように設けられた凝縮器のある実施例では、流れ分配器102および104を、内径7mmで長さ40mmのステンレス剛管で製造した。凝縮器103を、Wc=20mm、Hc=1.4mmおよびLc=30mmの寸法であるステンレス剛シートで製造した。しかしながら、流れ分配器を、例えばPTFE、アルミニウム、他の好適な金属、ガラス、セラミックまたはプラスチック材料で製造することもできる。
【0143】
流れ分配器の断面形状を、矩形、三角形、楕円形、多角形、または単純な幾何学的図形を組み合わせた形状としてもよい。
【0144】
図17〜図19は、蒸発チャンバおよび関連する作動流体リザーバを示している。
【0145】
図17に示す蒸発チャンバ(気化装置)は、PTFEで形成され、内部室216を有するボディ200を具えている。蒸発チャンバは、一対の流入口220(図17には図示しておらず、図18を参照されたい)と、凝縮器(図示せず)への接続手段202とを具えている。
【0146】
PTFEで形成されたボディ200の一側面には加熱要素が取り付けられている。加熱要素は、PTFEで形成されたボディ200の壁に取り外し可能に固定される取り付け部206と、内部室216に延びるロッド210とを有している。ホルダ204は、取り付け部206を定位置に保持し、Oリングは、取り付け部206とボディ200の壁との間のシール部材である。もう1つのOリングは、取り付け部206とロッド210との間のシール部材である。
【0147】
ロッド部212の内部は中空であり、金属製の加熱ワイヤ222および熱電対224が設けられている(図20参照)。加熱ワイヤ222および熱電対224は、例えば、半田またはエポキシ樹脂が充填された金属である熱的充填剤222により所定位置に固定される。
【0148】
加熱ワイヤ222および熱電対224は、コントローラ(図示せず)に接続される。
【0149】
加熱要素の下側において、蒸発チャンバのボディは、フタル酸ジメチルのような作動流体が流れる凹部214を有している。凹部214は、管218(図18参照)を介して作動流体のリザーバ216に接続されている。
【0150】
図20に示すように、ロッド部は、この実施例では、石英ファイバフィルタ、グラスファイバフィルタ、または、ポリマーまたは金属フィルタのような多孔質素材である多孔質材料のスリーブ226により囲まれている。多孔質素材のスリーブ226は、凹部214に延び、凹部214から作動流体を吸い出す軸として作動する尾部228を有している。スリーブ226は、作動流体が蒸発できる孔と、スリーブ226の尾部228を通すように下側に形成された開口とが設けられたクリップ230により、ロッド部上の所定位置に保持される。凹部228は、不活性材料、例えばステンレス剛で形成された軸ホルダ231により囲まれている。
【0151】
この実施例において、加熱要素は、多孔質支持部と直接的に接触しており、それにより、印可される必要な熱が低下するとともに、作動流体を蒸発させてチャンバ内に飽和蒸気を形成するのにかかる時間が短くなる。
【0152】
実施例
本発明による装置のいくつかの例が組み立てられて試験されており、それらを以下に示す。
【0153】
実施例1
図8に示すように構成されたある例において、蒸発チャンバ(飽和チャンバ)2を、(内径12mmで)長さ30mmのステンレス剛で形成した。流入口、ノズルおよび流出口には、内径3mmのステンレス剛管を用いた。冷却要素を、凝縮器の表面から15mmの位置に設けた5V DCの小型ファンで構成した。凝縮器を、内径6mmで長さ60mmのステンレス剛管で形成し、加熱要素を、蒸発チャンバ2のステンレス剛製の円筒部の底部周辺に位置するように十分長い石英ファイバ材料で被覆されたNiCr加熱要素で構成した。約0.5mlのフタル酸ジメチルを、作動流体として蒸発チャンバ2に注入した。ナノ粒子上に形成された微小滴を、MetOneレーザ光学粒子計数器で計数した。SMPS(TSI社製)、小型のSAC寸法分光計(Naneum社製)、および小型の3007CPC(TSI社のmodel3007)に対して、装置を試験した。酸化クロムのナノ粒子および大気エーロゾルを試験に用いた。試験では、本発明の装置により、ナノ粒子を直径1.2μmまで拡大できるとともに、検出範囲の下限を4nmとすることができることがわかった。
【0154】
実施例2
MetOneレーザ光学粒子計数器に連結された図2に示す装置を用いて測定されたエーロゾル粒子数密度(N)と、TSI社製の小型3007CPCを用いて測定されたエーロゾル粒子数密度(N)との比較を行った。流入口1を介して蒸発チャンバ2に流入する清浄空気流を0.3リットル/分に設定し、流入口8を介して流入する試料気体流を0.5リットル/分に設定した。酸化クロムのナノ粒子および大気エーロゾルを比較試験に用いた。
【0155】
その結果を図9に示してあり、本発明の装置のデータ点を黒い四角で示し、TSI社製の3007CPCのデータ点を白抜きの菱形で示してある。図9において、Dは、標準的な方法で測定した場合の平均直径(nm)である。
【0156】
本発明の装置により、ナノ粒子の直径を1.2μmまで拡大できることがわかった。本発明の装置の検出下限は、3nmであった。図9から明らかなように、本発明の装置の検出下限は、CPC3007(TSI社製)の検出下限よりも低くなっている。
【0157】
等価物
上述した本発明の特定の実施例に対する種々の変更および代替を、本発明の原理から逸脱することなく可能であることが容易に明らかである。このような全ての変更および代替は、この出願に含まれるものである。
【技術分野】
【0001】
本発明は、粒子計数器とともに用いられる凝縮装置に関する。特に、本発明は、気体混入ナノ粒子の有効径を大きくでき、それにより、光学粒子計数器がそれら粒子を検出できるようにする凝縮装置に関する。
【背景技術】
【0002】
空気中に偶発的に排出されるナノ粒子の健康の影響に対する大きな関心がある。例えば、近年の英国における呼吸器疾患およびアレルギーが500%増加したことは、ディーゼルエンジンやその他の燃焼過程により排出される粒子と部分的に関連している。主な焦点は、ディーゼル排気であるが、化石燃料による発電、焼却、原子力発電および航空機排気ガスのような他の潜在的な源に注意が向いている。ガス排出処理を含む全ての重工業は、ナノ粒子を排出するという潜在的な問題を有している。このような処理は、溶錬、焼成、ガラス製造、溶接、半田付け、原子力発電および焼却を含む。また、粉末洗剤の酵素、粉末塗装、使い捨ておむつに用いられる繊維、および、その他の製品が問題を発生させると懸念する民間会社もある。さらに、米国の環境保護庁は、ガソリンエンジンの排出に関して大いに懸念している。
【0003】
ナノ粒子は、有毒作用を発生させると知られている。例えば、ナノ粒子は、人間の血液脳関門を妨害し、金ナノ粒子は、母から胎児へ胎盤を介して移動するものである。直径が約20nmのPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)粒子での初期の研究では、50μg/m3以下の不活性不溶性物質材料の大気中濃度でも、ラットには致命的であったことを示した。さらに、ナノチューブは、石英粉塵よりも、ラットに毒性反応を発生させる。
【0004】
健康の見地からの関心に加え、大気中のナノ粒子を低減または制御することは、超小型電子技術、薬剤、医療、レーザー、およびファイバー光学産業等における数多くのクリーンルームでの基準を維持するのに重要である。
【0005】
微粒子は、下記の表1に示すように分類される。
「ナノ粒子」という用語は、1nm〜0.1μm(100nm)の範囲における空気力学的な大きさを有する粒子に関して用いられる。
【0006】
球形の粒子では、空気力学的な粒子の大きさとは、粒子の直径のことである。空気中の実際の粒子は、複雑な形状となっている。非球形の粒子では、「直径」という用語は、厳密には当てはまらない。例えば、破片またはファイバは、異なる方向において異なる寸法を有している。同一形状の粒子でも、異なる化学物質で構成され、異なる密度である場合がある。形状および密度が異なることにより、粒子の大きさの定義がかなり混同する。
【0007】
従って、「空気力学的な粒子の大きさ」または「空気力学的直径」という用語は、任意の形状および密度を有する実際には非球形粒子を表す単一パラメータを提供するために用いられる。ここで用いられるように、用語「空気力学的直径」とは、問題の粒子のように、空気(標準的な温度および圧力)中で同じ慣性特性(最終沈降速度)を有する1g/cm3の密度を有する球形粒子の直径のことである。カスケード衝突体のような慣性抽出器具により、空気力学的直径を設定できる。「空気力学的直径」という用語は、いかなる形状および密度の固まりおよび集合体を含む全ての粒子にとって好都合である。しかしながら、非球形粒子は、通常、球形粒子よりも遅い最終沈降速度を有しているので、空気力学的直径は、実際の幾何学的大きさではない。他の好都合な同様の直径は、問題の粒子のように、同じ拡散率を有する1g/cm3の球として定義される拡散直径または熱力学的直径である。
【0008】
大気中のナノ粒子を調査および監視することは、十分に安価および強固であり、広い範囲で好都合で用いられるのに好適な、ナノ粒子範囲を測定可能な器具が不足していることにより阻まれていた。
【0009】
粒子を検出および測定するために、レーザ光を用いてナノ粒子を測定するいくつかの器具が知られている。しかしながら、光学的な測定器具は、ナノ粒子の大きさの範囲の粒子を検出するのには、容易に用いることができないので、粒子を大きく「成長」させて検出可能とする技術が開発され、この技術が凝縮粒子計数器の基礎となっている。凝縮粒子計数器(CPCs)は、空気中の粒子の試料に、蒸発した液体を含むチャンバを、次いで、凝縮器を通過させることにより動作し、凝縮器では、蒸発した液体が空気中の粒子上に凝縮され、測定可能な大きさの滴が形成される。このような器具の一例は、国際公開WO02/029382号公報(Ahn他)に開示されている。国際公開WO02/029382号公報に開示されたCPCは、不織布のような材料で形成された多孔質吸収支持体と整列する円筒状の蒸発チャンバを具えている。蒸発チャンバの一端では、多孔質吸収支持体がイソブタノールのような揮発性液体のリザーバと接触しており、そのため、液体が毛管現象により吸収支持体に沿って移動し、かつ、染み渡るようになっている。蒸発チャンバの外面は、イソブタノールを吸収支持体から蒸発させ、蒸気で蒸発チャンバを満たすように、蒸発チャンバを加熱する加熱要素により包囲されている。空気中の粒子を含む大気試料は、リザーバの端で蒸発チャンバに導入され、この蒸発チャンバを介して、イソブタノール蒸気を空気中の粒子上に凝縮させ、光学粒子計数器を用いて測定可能な滴を形成する凝縮器に流される。
【0010】
国際公開WO02/029382号公報に開示された原理を利用した市販のCPCの一例は、米国ミネソタ州ショアビュー(Shoreview)にあるTSI社から入手可能なモデル3025A超微細凝縮粒子計数器(Model 3025A Ultrafine Condensation Particle Counter)である。
【0011】
他の公知の装置は、TSI社(www.tsi.com)の小型CPC3007であり、以下に、図1を参照して、その動作を詳細に記載する。
【0012】
現在の凝縮粒子計数器は、多くの欠点を被っている。例えば、作動流体を加熱するための高消費電力と、使用前の長い準備時間(10分〜20分)とが必要になる。蒸発チャンバを外部の加熱要素により加熱し、蒸発チャンバを包囲する全体的なケースを加熱して、器具を作動温度にしなければならないので、これらの欠点が少なくとも一部に生じる。さらに、公知のCPCでは、作動流体(イソブタノール)を比較的多く消費するので、作動流体を、頻繁に、時には、各使用の前に補給しなければならない。TSI社のUS3007小型凝縮粒子計数器の場合でも、作動流体が充填された作動液カートリッジを、定期的に交換しなければならない。公知のCPCのさらに他の欠点は、用いられる作動流体(例えばイソブタノール)が不快な臭いであるとともに、比較的高いコストとなってしまうことである。
【0013】
このように現在では、作動流体を補給することなく、長期間使用でき、準備時間が短縮し、かつ、小型化に寄与する凝縮粒子計数器が必要とされている。
【発明の概要】
【0014】
本発明は、凝縮粒子計数器に用いられる場合に、公知のCPCに関連する上述した全ての問題を解消または少なくとも減少しうる凝縮装置を提供するものである。
【0015】
第1の態様では、本発明は、気体が含まれる粒子の寸法を大きくし、気体が含まれる粒子を粒子検出器により検出可能とする装置であって、蒸発チャンバおよび凝縮器を具えており、蒸発チャンバは、気体を蒸発チャンバに流入させる流入口と、蒸気を含む気体を蒸発チャンバから流出させる流出口とを有しており、蒸発チャンバに、加熱要素および多孔質支持体を設け、加熱要素は、多孔質支持体と直接的に接触しており、多孔質支持体は、気化可能な物質を保持し、加熱要素は、気化可能な物質を気化させて、蒸発チャンバ内で蒸気を発生させるように加熱可能であり、凝縮器は、蒸発チャンバの流出口と流体的に連通しており、かつ、粒子検出器に接続される流出口を有し、蒸発チャンバからの蒸気を含んだ気体が凝縮器内へ流れ、凝縮器内の気体が含まれた粒子上に気化可能な物質が凝縮し、粒子の寸法が大きくされ、単一の粒子検出器により検出可能となるように構成した装置を提供している。
【0016】
ある実施例では、蒸発チャンバは、少なくとも2つの流入口を有し、一方は、気体が含まれた粒子を含んだ試料気体を蒸発チャンバに流入させ、他方は、おおむね粒子を含まない搬送気体源と接続可能とされる。
【0017】
他の実施例では、凝縮器は、少なくとも2つの流入口を有し、一方の流入口は、蒸発チャンバと流体的に連通しており、他方の流入口は、気体が含まれた粒子を含む試料気体を凝縮器に流入させる。
【0018】
本発明の第2の態様では、気体が含まれる粒子の寸法を大きくし、気体が含まれる粒子を粒子検出器により検出可能とする装置であって、気化可能な物質源と、気化可能な物質を気化させて蒸気とする加熱手段と、気体が含まれる粒子を含む試料気体を流入させる流入口と、粒子検出器と接続される流出口が設けられた凝縮器とを具え、気体が含まれる粒子上の蒸気が凝縮器内で凝縮し、粒子の寸法を大きくし、粒子検出器により検出可能とするように構成された装置において、気化可能な物質は、フタル酸ジメチル、フタル酸ジオクチルおよびジメチルスルホキシドから選択されることを特徴とする装置が提供される。
【0019】
さらに他の態様では、本発明は、気体が含まれる粒子の寸法を大きくし、気体が含まれる粒子を粒子検出器により検出可能とする凝縮装置であって、蒸発チャンバと、蒸発チャンバと流体的に連通し、粒子検出器に接続される流出口を有する凝縮器と、蒸発チャンバ内にそれぞれ設けられる加熱要素および多孔質支持体と:多孔質支持体は、気化可能な物質を保持し、加熱要素は、気化可能な物質を気化させ、蒸発チャンバ内に蒸気を発生させるように加熱可能であり、蒸気を凝縮器に流すために、搬送気体流を蒸発チャンバに流す第1の流入口と、多孔質支持体の下流側にあり、気体が含まれる粒子を含む試料気体流が導入される第2の流入口とを具え、試料気体内において気体が含まれた粒子上の気化可能な物質が凝縮器内で凝縮し、粒子の寸法が大きくされ、粒子検出器により検出可能となるように構成した凝縮装置である。
【0020】
本出願の導入部で上述したように、特に、粒子検出の光学的方法に基づいた多くの粒子計数器は、約300nmより小さい粒子経を有する粒子を効率的に検出および計数することができない。本発明の凝縮装置により、より寸法の小さい(例えば、3nmよりも小さい空気力学的な粒子経の)粒子を検出でき、気化可能で凝縮可能な物質を粒子上で凝縮し粒子を成長させることにより、上記したことが実現される。
【0021】
気化可能な物質は、液体または気化可能な固体である。常温において、気化可能な物質が固体である場合、固体状態から昇華する物質というよりも、まず、溶けて液体となり、次いで、液体から蒸気となる物質であることが好ましい。
【0022】
気化可能な物質として用いられる固体材料の例は、固形状の炭化水素、および、例えばステアリン酸のような脂肪酸である長鎖カルボン酸を含む。
【0023】
しかしながら、現在では、気化可能な物質は、液体が好ましい。
【0024】
用いられる液体は、水やプロパノール、イソプロパノール、および、イソブタノール、または、高沸点の有機液体を含む。導入部で上述したように、公知の凝縮粒子計数器の欠点の1つは、気化可能な物質として用いられる液体が比較的短時間で消費されてしまい、従って、新しい液体を頻繁に注ぎ足さなければならないことである。いくつかの公知の凝縮粒子計数器では、凝縮装置が用いられる度に、液体を注ぎ足す必要がある。
【0025】
公知の凝縮粒子計数器の欠点を解消するために、常温において、少なくとも110℃の沸点を有する液体を気化可能な物質として用いることが好ましい。
【0026】
好ましい気化可能な液体の1つのグループは、フタル酸ジメチル、フタル酸ジオクチルおよびジメチルスルホキシドからなる。フタル酸ジメチルのようなより沸点の高い液体を用いることにより、液体の消費量率が大幅に減り、液体を頻繁に足す必要がなくなる。
【0027】
気化可能な物質が液体であり、蒸発チャンバが液体のリザーバを含んでいたり連結されていたりする場合には、凝縮装置を傾けると(例えば移動中)、液体が蒸発チャンバの流入口または流出口から漏れる可能性がある。この漏れが発生するのを防止または最小限とするために、蒸発チャンバの流入口および流出口に、液体の障害物として作用するリップまたはリムを設けることができる。リムまたはリップの高さは、リザーバに保持される液体量と対応している。リップまたはリムは、蒸発チャンバに延びる流入または流出管の端部により画定または提供される。一例では、リムまたはリップの高さは1mm〜8mmであり、好ましくは2mm〜5mmである。
【0028】
搬送気体は、空気、純気体または混合気体である。例えば、搬送気体を、空気の代わりに窒素ガスとしてもよい。搬送気体は、濾過され、粒子やその他の不純物が蒸発チャンバを介して凝縮器に搬送されないようになっているのが好ましい。搬送気体を、例えば、気体シリンダのような粒子を含まない気体源から供給することができる。選択的または追加的に、フィルタを蒸発チャンバの外部に設けることができる。例えば、フィルタを第1の流入口自体と交差する位置に設けたり、または、第1の流入口の上流に設けることにより、双方の場合とも、蒸発チャンバに流入する搬送気体には、不純物、特に微粒子の不純物が含まれなくなる。フィルタの例は、HEPAフィルタや詳細を説明する必要のない公知のフィルタを含む。
【0029】
他の配置では、搬送気体は、蒸発チャンバに流入した後で濾過される。例えば、ある実施例では、フィルタは、気化可能な物質のための多孔質支持体からなる、または、多孔質支持体を具える。この実施例では、多孔質支持体は、上流および下流の室に蒸発チャンバを分割し、蒸発チャンバの内部に亘って延びるフィルタ膜として機能する。第1の流入口を介して上流の室に流入する搬送気体は、搬送気体が多孔質支持体を通過する時に除去される微粒子の不純物を含み、その際、多孔質支持体にある気化可能な物質が気化され、濾過された搬送気体により蒸気が送られる。このように、多孔質支持体の下流側では、微粒子の不純物が存在しない。「微粒子の不純物」とは、検出および計数される以外の粒子のことである。
【0030】
多孔質支持体を、種々の形状とすることができるとともに、種々の材料で形成することができる。例えば、多孔質支持体を、多孔質セラミック材料やガラス繊維布、石英ファイバフィルタ石綿または綿織物のような多孔質素材で形成することができる。多孔質材料は、気化可能な物質を気化させるために用いられる温度で安定していなければならず、気化可能な物質が液体である場合、好ましくは、物質により濡れ可能でとされなければならない。
【0031】
温度センサ(例えば熱電対)は、通常、蒸発チャンバ内に設けられ、チャンバ内部の温度を検出する。温度センサは、加熱要素と接触または近接しているのが好ましい。温度センサは、加熱要素および/または多孔質支持体により囲まれるように設けられる。通常、温度センサは、温度制御装置に接続される。
【0032】
加熱要素は種々の形態をとることができるが、この場合、加熱要素は、蒸発チャンバ内に設けられ、(商業的に入手可能な公知の凝縮粒子計数器の場合)チャンバの外面を囲むというよりはむしろ多孔質支持体に近接している。蒸発チャンバ内に加熱要素を設ける大きな利点は、装置の準備期間が大幅に短くなるとともに消費電力がかなり小さくなることである。このように、本発明の凝縮器を含むCPCは、公知のCPCで動作温度に到達するのに必要な10分〜20分に比べ、1分以下で動作温度に温められる。
【0033】
最も好ましくは、加熱要素は、多孔質支持体と直接的に接触している。
【0034】
例えば、多孔質支持体を加熱要素で囲むことができる。
【0035】
ある実施例では、加熱要素は、ロッド部(例えば円筒状のロッド)と、ロッド部(例えば円筒状のロッド)を囲む多孔質支持体とを具えている。例えば、多孔質支持体は、加熱要素のロッド部(例えば円筒状のロッド)に適合するスリーブを具えている。このような構成形態は、多孔質支持体が上述したような多孔質素材で構成されている時に用いられるのが特に好ましい。
【0036】
多孔質支持体(例えばスリーブ)は、下流側に延びる部分を有しており、使用に際し、気化可能な物質(液体の場合)のリザーバに延びるようになっている。
【0037】
加熱要素のロッド部は、加熱ワイヤ、または加熱プローブおよび選択的な熱電対が設けられる中空内部を有している。加熱ワイヤまたは加熱プローブと中空のロッドの内面との間の熱的接触を確実に良好とするために、熱的な導電性充填剤を用いて、加熱ワイヤまたは加熱プローブおよび熱電対(存在する場合)を所定位置に保持するようにしてもよい。熱的な導電性充填剤の例は、半田、その他の可融合金、および、金属粒子充填樹脂(例えばエポキシ樹脂)のような熱的な導電性樹脂を含む。
【0038】
上述した種類の加熱要素が組み込まれた気化装置は、新規であり、本発明のさらに他の態様を有している。すなわち、他の態様では、凝縮粒子計数器に用いられる気化装置であって、凝縮粒子計数器内の蒸発チャンバの壁に取り付けるための取り付け部と、用いられる蒸発チャンバの内部に延びるように設けられたロッド部とを具える加熱要素と、ロッド部を囲んで接触し、気化可能な物質を保持するまたは保持可能な多孔質支持体と、多孔質支持体をロッド部の所定位置に保持する選択的な保持手段とを具える気化装置が提供される。
【0039】
加熱要素のロッド部および多孔質支持体を、上述したものとすることができる。
【0040】
保持手段は、所定位置に多孔質支持体を保持するように、多孔質支持体に適合するクリップまたは穴あきスリーブを具える、または、からなるものである。
【0041】
蒸発チャンバの断面形状は可変であり、例えば、円形または矩形の断面となりうる。
【0042】
本発明の装置に、計数される気体が含まれる粒子を含む試料気体流が導入される第2の流入口を設けることができる。第2の流入口は、蒸発チャンバ、蒸発チャンバと凝縮器との間の中間チャンバ、または凝縮器に開くように設けられる。
【0043】
ある実施例では、蒸発チャンバに開くように第2の流入口が設けられている。第2の流入口は、蒸発チャンバに延びるノズルを有する場合もある。第2の流入口が蒸発チャンバに位置する場合、第2の流入口は、例えば、流入口の縦軸が凝縮器の縦軸と整列するように、凝縮器と連通する流出開口と整列するのが好ましい。例えば、円形の場合、第2の流入口が流出開口(円形の場合)の直径よりも小さい直径となるように、第2の流入口は、流出開口の断面領域よりも小さい断面領域を有しているのが好ましい。この実施例において、いかなる理論にも依存することなく、試料気体の流れまたは噴流は、蒸発チャンバから流出する時に、搬送気体および蒸気の同心円層に包囲され、2つの同心円層は、凝縮器を移動する時に混合される。
【0044】
他の実施例では、凝縮器に開くように第2の流入口が設けられている。蒸発チャンバの流出開口には、凝縮器に延び、第2の流入口と並んで位置する、または、第2の流入口の下流側に位置するノズルを設けることが好ましい。この配列では、如何なる理論にも依存することなく、蒸発チャンバからの搬送気体流および蒸気は、凝縮器に流入する時に、試料気体の同心円層により包囲され、2つの同心円層は、凝縮器を移動する時に混合される。
【0045】
第2の流入口が凝縮器に開いている場合、試料気体の一部または全ては、凝縮器に流入する前に蒸気と飽和される。この実施例では、第2の流入口は、補助的な蒸発チャンバに接続される。
【0046】
さらに他の実施例では、第2の流入口は、蒸気チャンバと凝縮器との間の中間チャンバに開くように設けられ、中間チャンバは、分割壁により上流および下流のサブチャンバに分割され、分割壁の中央の穴は、サブチャンバを連通させ、それにより、第2の流入口は、上流のサブチャンバに開いており、第3の流入口が下流のサブチャンバに開き、第3の流入口は、濾過された気体の供給部に接続可能とされ、蒸発チャンバの流出開口から凝縮器内に延び、第2の流入口と並んで上流側のサブチャンバの位置に、または、第2の流入口の下流側の位置にノズルが設けられ、下流のサブチャンバは、ノズルおよび分割壁の中央穴と整列する円筒状のバッフルを含み、第3のノズルは、円筒状のバッフルを囲む空間に開いている。
【0047】
上記の配列では、如何なる理論に依存することなく、蒸発チャンバからの搬送気体流および蒸気は、ノズルから上流の中間サブチャンバに流入する時に、試料気体の同心円層により包囲される。搬送気体/蒸気と試料気体との2つの同心円層が分割壁の中央穴を介して下流の中間チャンバに流入すると、第3の流入口を介して流入した濾過された搬送気体の他の同心円層により包囲される。このようにして、一時的に、搬送気体および蒸気の中核流、気体が含まれる粒子を含む試料気体の中間層、および、濾過された搬送気体の外層からなる気体の三層流が形成される。気体の三層流は、その後、中間チャンバから円筒状のバッフルの内部を介して、これら三層が混合される凝縮器へ流出する。
【0048】
上述した各実施例では、加熱された搬送気体、試料気体、気体が含まれた粒子、および蒸気の混合物が凝縮器を通過する際、気体は凝縮器内で冷却され、気化可能な物質の蒸気と過飽和とされ、粒子の表面に凝縮する。気化可能な物質が液体である場合、滴が粒子上またはその周りに形成され、一方、気化可能な物質が常温で通常の固体である場合には、冷却されて、粒子を含むまたは保持する気泡となる。このように、粒子は、3nm〜1μmを超える大きさまで効率的に大きくされる。粒子を大きくすることにより、光学粒子計数器のような光学粒子検出器により検出可能となる。
【0049】
通常、凝縮器は、高熱伝導性の材料で十分に長く形成され、搬送気体、試料気体、蒸気および検出されるべき粒子の混合物が十分に冷却され、気化可能な物質が粒子上で凝縮し、検出可能な大きさ(例えば1μm以上)に成長する。従って、凝縮器は、アルミニウムまたはステンレス剛のような金属材料で管状に形成される。凝縮器および装置のその他の部材の壁厚は、可能な限り薄くなっているが、高圧または減圧(例えば10バール)で装置を用いる場合、このような圧力に耐えうるように、壁を十分厚くする必要がある。
【0050】
凝縮器内の気体、蒸気および粒子の混合物の冷却を補助するために、冷却手段を設ける場合がある。
【0051】
ある実施例では、冷却手段は、凝縮器の外面に空気流をそれぞれ送る1つ以上のファンを具えている。ある実施例では1つのファンである。他の実施例では2つのファンである。
【0052】
選択的に、ファンを空気温度制御装置の一部としてもよい。温度制御装置により、凝縮器の表面を冷却する空気を、凝縮チャンバを包囲する空気温度により影響されない規定温度に維持することができる。
【0053】
または、冷却要素を、凝縮器の外面と接触して設ける場合もある。冷却要素は、例えば、熱電冷却装置(例えばペルチェ冷却装置)である。
【0054】
さらに冷却するために、断面領域に対する円周の比が大きくなるように、凝縮器の断面を形成してもよい。
【0055】
凝縮器は、円筒部の体積に対する表面積の比よりも大きい体積に対する表面積の比を有するのが好ましい。体積に対する表面積の比を大きくすることにより、凝縮器を、さらに効率的に急速に冷却することができ、それにより、凝縮器の寸法を小さくすることができる。
【0056】
凝縮器は、長さ(凝縮器の流入口と流出口との間の距離に対応する寸法)、幅(長さと直交する寸法)および高さ(長さおよび高さと直交する寸法)を有するものとして定義される。円形断面の管状の凝縮器の場合、幅および高さは同じであり、かつ、管の直径と一致している。正方形の断面を有する矩形の凝縮器の場合も、幅および高さが同じである。しかしながら、本願では、凝縮器の幅および高さを同一としていなく、「高さ」という語は、2つの寸法のうちの短い方を意味している。
【0057】
凝縮器の体積に対する表面積の比を、種々の方法で高めることができる。例えば、凝縮器の少なくとも一部を、一部が平坦となった断面としたり、細長い長円形または矩形断面、すなわち、凝縮器の高さが幅よりもおおむね短い断面とすることができる。ある実施例では、凝縮器はおおむね矩形断面であり、高さが幅の半分より短くなっている。
【0058】
他の実施例では、凝縮器は、環状または一部が環状である凝縮器のボディを具えている。凝縮器の環状のボディは、内側シリンダと外側シリンダとの間の環状空隙を流れる気体を含んだ熱蒸気と、外側シリンダの外面の周りまたは外面とともに、内側シリンダの内部を流れる冷却用空気とを含む2つの同心円状のシリンダで形成される。
【0059】
粒子の大きさを正確に測定することができるようにするために、凝縮器内での各粒子の滞留時間をおおむね同じにすることが確実に重要である。これは、凝縮器を流れる粒子の流速および流路が、理想的にできるだけ均一とすべきことを意味する。
【0060】
非円筒状の凝縮器(例えば矩形の凝縮器)が一列に並んだ円筒状の流入口および流出口に接続された場合、特に、凝縮器の(本願で規定するような)幅が流入口および流出口の直径よりも大きい場合、流入口および流出口間で不均一の流れとなる可能性がある。この潜在的な問題を解消するために、凝縮器(例えば、おおむね矩形の凝縮器)に、凝縮器の長さ(流れ方向)に対しておおむね直角に整列する一対の流れ分配管を設けることができる。流れ分配管は、凝縮器の流入口および流出口に接続され、それぞれは、凝縮器の幅に亘って延び、かつ、凝縮器の内部に開く細長いスロットまたは穴の列が形成されている。
【0061】
また、本発明の他の態様では、上述した本発明の装置で用いられる凝縮器であって、流入口、流出口、および、内側長さ、内側幅および内側高さを有する中空内部を有する凝縮器のボディ部と、凝縮器のボディ部の流入口に接続され、凝縮器のボディ部の内側幅に亘って延びる流入流れ分配管と、凝縮器のボディ部の流入口に接続され、凝縮器のボディ部の内側幅に亘って延びる流出流れ分配管とを具え、凝縮器のボディ部の内側高さは、流入分配管および流出分配管のそれぞれの対応する内側高さよりも低くなっており、流入分配管および流出分配管のそれぞれの壁には、凝縮器のボディ部の中空内部と連通する1つ以上のスロットまたは穴が設けられており、流入分配管から凝縮器の中空内部を介して流出分配管に至る流路が形成される凝縮器が提供される。
【0062】
使用に際し、流入流れ分配管には、蒸発チャンバの流出口が取り付けられるか、または、蒸発チャンバの流出口が流体的に連結され、一方、流出流れ分配管には、粒子検出器が取り付けられるか、または流出検出器が流体的に連結される。
【0063】
気体流が凝縮器のボディを介して粒子検出器へおおむね均一に流れるように、流れ分配管が設けられ、スロットまたは穴が位置決めされている。
【0064】
流れ分配管を、例えば、円形断面、長円断面または多角形断面(正多角形または非正多角形)としてもよい。ある実施例では、流れ分配管の断面は円形である。
【0065】
各流れ分配管の内側の断面領域は、凝縮器のボディの内側断面領域(内側幅×内側高さ)よりも大きいのが好ましい。一例として、流れ分配器の断面が内側径Dtの円形で、凝縮器の内側高さがHcかつ内側幅がWcの場合、πDt2>Hc*Wcとなる。πDt2/(Hc*Wc)の比は、通常、1.1より大きく、好ましくは2より大きく、さらに好ましくは3より大きい。
【0066】
上述したように、流れ分配器102および104の内部と矩形の凝縮器の内部との間の流体的な連結は、流れ分配管の壁に、凝縮器のボディの中空内部に開いている細長いスロットまたは(好ましくは線形の)穴の列を形成することにより実現される。流れ分配管と凝縮器のボディの内部とは、各流れ分配管の壁にある細いスロットにより流体的に連結される。凝縮器内の流れの均一性は、スロット幅(Ws)に対する凝縮器の内側高さ(Hc)の比に基づくので、スロットを細くすることにより、流れ分配管の内径を小さくすることができる。この文脈において、スロット幅とは、凝縮器の内側高さと同じ方向の寸法のことである(反対に、「長さ」として参照されるスロットの「長さ」は、凝縮器の内側幅と同じ方向の寸法のことである)。通常、Hc/Wcの比は、1.1より大きく、好ましくは2より大きく、さらに好ましくは3より大きい。
【0067】
他の実施例では、流れ分配管の壁は、スロットの代わりに、矩形の凝縮器103の流入口および流出口に沿って均一に形成された穴を含む。穴の数Nhは、1より大きく、好ましくは4より大きく、さらに好ましくは10より大きい。穴Dhの直径は、十分に小さくあるべきであり、式πDt2>Nh*πDh2で表される。πDt2>Nh*πDh2の比は、1.1より大きく、好ましくは2より大きく、さらに好ましくは3より大きい。
【0068】
流れ分配管を、種々の材料、例えば、ステンレス剛管、PTFE、アルミニウム、またはその他の好適な金属、ガラス、セラミックまたはプラスチック材料で形成できる。凝縮器のボディを、例えば、金属の鋼鉄であるステンレス剛のような熱伝導材料で形成するのが好ましい。
【0069】
凝縮器が、特に、小さな内部断面領域または幅(例えば2mmより小さい)を有する場合の1つの潜在的な問題は、凝縮器の壁にある凝縮物が障害物となりうることである。この問題を解消するために、凝縮した物質を凝縮器の内部壁から除去する手段を設ける場合がある。例えば、凝縮器は、その全長または一部に亘って延びる1つ以上の排出ダクトを有し、排出ダクトは、液体凝縮物が通過可能な半浸透性の壁または膜により凝縮器の内部から分離され、かつ、排出ダクトから液体凝縮物を抽出するためにポンプに接続可能な1つ以上の流出口を有する。半浸透性の膜は、定期的に作動流体で満たされ、そのため、気体流が膜を通過できないようになっている。このような配置により、気化可能な物質が凝縮器の内部壁に凝縮すると、堆積して凝縮器を妨害する代わりに、半浸透性の壁を介して排出ダクトに抽出され、凝縮器の内部から除去される。抽出されると、凝縮物は、後の廃棄のために廃棄物保管室へ送られるか、または、蒸発チャンバへ再循環される。
【0070】
1つまたはそれ以上の長手方向に延びる半浸透性の壁または膜により凝縮器の少なくとも長さの一部に亘って、凝縮器の内部を分割することにより、排出ダクトを形成することができる。半浸透性の壁または膜には、凝縮器の内部から排出ダクトへ凝縮物を流す毛細管が設けられる。例えば、壁または膜を、0.5mmより小さい、例えば1〜10μmの毛細径を有するセラミックまたはステンレス剛フィルタ材料で形成することができる。
【0071】
本発明の凝縮装置は、通常は、1つの粒子を検出でき、および/または、1つの粒子を計数できる粒子検出器に接続されるように設計される。
【0072】
さらに、本発明の凝縮装置は、凝縮粒子計数器の一部をなすように設計され、そのため、粒子計数器、例えば、英国カンタベリー市にあるナニューム社(Naneum Limited)から入手可能な「SAC1」粒子計数器に接続できるようになっている。
【0073】
従って、他の態様では、本発明は、上述した本発明の凝縮装置を備える凝縮粒子計数器を提供している。
【0074】
他の態様では、本発明は、上述した本発明の凝縮装置を備える凝縮粒子計数器を用いてナノ粒子を検出および計数する方法を提供している。
【0075】
本発明のさらに他の態様および特徴は、図2〜図12に示される以下の特定の実施例から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0076】
【図1】図1は、公知の凝縮装置の略側断面図である。
【図2】図2は、本発明の第1の実施例による凝縮装置の略図である。
【図3】図3は、本発明の第2の実施例による凝縮装置の略図である。
【図4】図4は、本発明の第3の実施例による凝縮装置の略図である。
【図5】図5は、本発明の第4の実施例による凝縮装置の略図である。
【図6】図6は、図2〜図5のいずれか1つに示した流出口を兼ねた凝縮器の代替となる作動流体除去手段が設けられた、流出口を兼ねた変形例における凝縮器の矩形断面形状の略側断面図である。
【図7】図7は、図2〜図5のいずれか1つの実施例における流出口を兼ねた凝縮器の代替となる作動流体除去手段が設けられた凝縮器の略側断面図である。
【図8】図8は、本発明の第5の実施例による凝縮装置の略図である。
【図9】図9は、MetOne(登録商標)レーザー光学粒子計数器(黒い四角点)およびTSI社の小型3007CPC(白い菱形)が取り付けられた図2の凝縮チャンバで測定されたエーロゾル粒子数密度(N)を比較するグラフである。
【図10】図10は、本発明の第6の実施例による凝縮装置の略図である。
【図11】図11は、本発明の第7の実施例による凝縮装置の略図である。
【図12】図12は、本発明の第8の実施例による凝縮装置および粒子計数アッセンブリの略図であり、アッセンブリは作動流体を再利用できるようになっている。
【図13】図13は、凝縮器の入口および出口に流れ分配器を有する矩形の凝縮器の略図である。
【図14】図14は、凝縮器の入口および出口に流れ分配器を有する矩形の凝縮器の断面(垂直面)図である。
【図15】図15は、凝縮器の入口および出口に流れ分配器を有する矩形の凝縮器の断面(水平面)図である。
【図16】図16は、凝縮器の入口にスロットを有する流れ分配器と、凝縮器の出口にスロットを有する他の流れ分配器とを有する矩形の凝縮器の断面(垂直面)図である。
【図17】図17は、本発明の他の実施例による蒸発チャンバの断面図である。
【図18】図18は、加熱要素が略され、作動流体リザーバが設けられた、異なる角度から見た図17の蒸発チャンバを示す略断面図である。
【図19】図19は、図18に示す蒸発チャンバの平面を示す略断面図である。
【図20】図20は、図17〜図19の実施例に用いられる加熱要素および多孔質支持体の詳細な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0077】
非限定的な例で記載される特定の実施例を参照して、本発明の詳細を説明する。
【0078】
図1は、粒子計数器と組み合わせて用いられる公知の凝縮装置の略側断面図である。このような公知の凝縮装置の1つは、TSI社(www.tsi.com)の小型CPC3007に見られる装置である。この凝縮装置は、揮発性の作動流体に浸されるカートリッジ2aの形状である多孔質支持体を有する蒸発チャンバ1aを具えている。蒸発チャンバ1aは、円筒形状であり、カートリッジ2aの外形よりも大きい内径を有している。蒸発チャンバ1aには、流入口4a、流出口5a、および、蒸発チャンバ1aの外壁を包囲する加熱要素3aが設けられている。蒸発チャンバ1aの温度は、センサ6aにより測定され、蒸発チャンバ1aの外壁にある加熱要素3aに接続されたインタフェース8aを介して、制御ユニット7aにより制御される。凝縮器9aは、蒸発チャンバ1aと流出口5aとの間に設けられている。
【0079】
小さな気体混入粒子(例えば空気中の粒子)を含む空気流は、ポンプ(図示せず)により流入口4aを介して蒸発チャンバ1aに引き込まれる。蒸発チャンバ1aを通過する時、空気流は加熱され、作動流体の蒸発により形成された蒸気で飽和される。蒸気で飽和された空気流は、次いで、凝縮器9aに流れ、空気が冷却され、空気中の粒子上で作動流体が凝縮する。その結果、粒子は、凝縮により、容易に検出可能な約1μmの大きさまで成長する。大きくなった粒子は、流出口5aから放出され、粒子を計数する光学粒子計数器に送られる。
【0080】
図1に示す凝縮装置を、10nm〜600nmの範囲の大きさの粒子を検出および計数するために用いることができる。しかしながら、この凝縮装置は、多くの欠点を被っている。
【0081】
1つの大きな欠点は、作動流体を定期的または頻繁に交換しなければならないことである。
【0082】
さらに他の欠点は、動作状態になるまでの準備にかなり時間がかかることである。上述したTSI社のCPC3007の場合、凝縮装置は、使用可能になるまで、600秒の準備時間を要する。
【0083】
他の欠点は、凝縮装置のレイアウトが小型化に容易に寄与しないことである。凝縮装置を小型化すると、小型の作動流体用のカートリッジを用いることが必要となり、それにより、さらに頻繁に充填する必要が生じる。このように、小型化すると、充填することなく凝縮装置を使用可能となる期間が短くなる。
【0084】
さらに他の欠点は、上述したTSI社のCPC3007は、上昇圧力の環境で使用することができず、また、製品仕様により水平に保たれた場合のみ動作する。
【0085】
図1に示すCPCのカートリッジ2a内の作動流体が相対的に急激に減少すると、蒸発チャンバ1a内の空気中に存在する作動流体の蒸気が低濃度となるので、凝縮器9aの性能に影響する。蒸気濃度が低くなると、蒸気は、比較的大きな粒子上で好適に凝縮し、そのため、小さな粒子は検出されずに計数されない。例えば、検出下限は、作動流体が減少するために、10nm〜15nmまたは20nmまで高まる。実際、減少の程度または比率を実際に監視することは非常に難しいので、多くの小粒子は検出されず計数されない可能性がある。
【0086】
本発明の凝縮装置は、上記した公知のCPCで確認された問題を解消または少なくとも低減させるものである。
【0087】
本発明の第1の実施例による凝縮装置を図2に示す。凝縮装置は、
−関連する全てのエーロゾル粒子が除去された清浄な気体媒質、例えば、清浄空気のための1つの流入口1(「第1流入口」)を有する蒸発チャンバ2と、
−問題のナノ粒子を含む試料気体(例えば空気)の流れを蒸発チャンバ2に引き込み、第1流入口1から離れて、例えば、第1流入口1が蒸発チャンバ2の下部に位置する時には蒸発チャンバ2の上部に位置する他の流入口8(「第2流入口」)と、
−温度センサ4と熱的に十分に緊密に接触し、作動流体により濡れ可能な多孔質支持体6により覆われる加熱要素3と、
−多孔質支持体6は、低平衡の蒸気圧力の作動流体、例えば、フタル酸ジメチルのような半揮発性有機化合物に浸され、作動流体を十分高い蒸気密度のままに維持するレベルに多孔質支持体6の表面温度を保つ温度制御装置5と、
−高熱伝導率材料で構成され、問題のナノ粒子上に作動流体の滴が形成され、単一の粒子計数器により検出および計数可能とさせる大きさに滴を成長させるのに十分長い流出口を兼ねた凝縮器7と、
凝縮器7は、第2流入口8と近接してまたは対向して位置し、第1および第2流入口を介して蒸発チャンバ2に流入する搬送気体流と試料気体流とを効率的に混合し、第2流入口8と整列して位置し、
−凝縮器7を効果的に冷却できる位置に設けられ、凝縮器7の表面温度を、作動流体滴の形成および成長を維持するレベルに保つ温度冷却装置10と、
を具えている。温度冷却装置10は、凝縮器7の効果的な冷却が維持されうる位置に配置される。
【0088】
使用に際し、フィルタ(図示せず)で濾過され、検出可能な(量の)エーロゾル粒子を全く(または殆ど)含まない清浄搬送気体(例えば空気)流が、第1流入口1から蒸発チャンバ2に流入する。蒸発チャンバ2では、加熱要素3が温度センサ4と良好に熱的に接触して位置しており、温度センサ4に連結された温度制御装置5は、作動流体を十分に蒸発させ、問題の粒子上に作動流体を凝縮させ続けるのに必要な状況を発生させる所定温度に制御する。作動流体は、加熱要素3上に設けられたカバー6の形態である多孔質支持体6に含まれる。円筒状の加熱要素の場合、カバーは、加熱要素の面により覆われ、作動流体で浸される。その結果、第1流入口1を介して導入された清浄空気流は、作動流体の蒸気で飽和され、凝縮器7へ向かって移動する。問題のナノ粒子を含む気体(例えば空気)の試料は、第2流入口8を介して蒸発チャンバ2に導入される。第2流入口8と凝縮器7への開口との間の領域において、飽和した熱蒸気と、問題のナノ粒子を含む試料気体の非加熱流とが混合されるので、作動流体蒸気が過飽和となる。従って、この領域では、問題の粒子上で作動流体の不均一核形成が発生し始める。蒸気とナノ粒子を含む試料気体との混合物が凝縮器7に流入すると、凝縮器7の壁により気体および蒸気が冷却されるために、さらに過飽和となる。余分な熱は、温度冷却装置10により凝縮器7の表面から除去される。図2には、ブロワにより発生される冷気流9を示してある。凝縮器7では、作動流体の滴が、検出可能な大きさ、例えば1μmまで、ナノ粒子上で成長する。これらの滴は、例えば、凝縮器の流出口11に連結された光学粒子計数器(図示せず)を用いて計数可能である。従って、問題の各ナノ粒子は、個々に検出される。
【0089】
図2に示す凝縮装置の例のように、内径が10mmの小型で円筒状の蒸発チャンバ2は、PTFEで構成され、外径が4mmのステンレス銅管で形成された流入口1および8と、外径が8mmのステンレス剛管で形成された流出口を兼ねた凝縮器7とを有している。K型の熱電対を温度センサ4として用いた。使用した加熱要素3は、フタル酸ジメチルに浸された多孔質のSiO2層により覆われたNiCrヒーターであった。粒子は、MetOneレーザー粒子計数器位(Hach ULTRA Analytics)を用いて計数された。
【0090】
温度は、デジトロンの温度制御装置5により、温度を制御した。このように構成された凝縮装置は、ナノ粒子の直径を1μm〜2μmまで拡大できることがわかった。この凝縮装置は、再充填なしで、少なくとも2ヶ月間にわたって使用された。
【0091】
本発明の他の実施例を図3に示す。図3の凝縮装置は、再充填なしで装置の動作可能時間を延ばすために設けられた作動流体のリザーバ12が設けられている点を除いて、図2の凝縮装置と類似している。凝縮装置が水平位置にない時に、流体がリザーバ12から漏れ、凝縮処理が妨害されるのを防ぐために流入口1および8と流出口を兼ねた凝縮器7とは、蒸発チャンバ2の内側に突出して設けられている。この突出により、作動流体が流入口1および8と凝縮器7とから漏れるのが防止される。図3に示す種類の凝縮装置は、再充填なしで少なくとも12ヶ月動作するのがわかった。
【0092】
この実施例の動作モードは、上述した図2の実施例と同様である。
【0093】
さらに他の実施例を図4に示す。図2の凝縮装置の構成と類似するこの実施例では、流出口を兼ねた凝縮器7と熱的に接触する冷却要素13が設けられている。例えば、熱電冷却要素で構成可能な冷却要素13は、凝縮器7の表面に取り付けられている。冷却要素13により、ファンを用いるよりも、より効率的に熱を、凝縮器7から除去可能となる。冷却要素13による冷却効果が高まることにより、凝縮器7内での蒸気の過飽和が増し、作動流体の滴を急速に成長させることができる。冷却要素13の動作は、凝縮器7の表面温度が周囲温度より低くなるように制御可能であり、それにより、凝縮装置を高温環境を含む周囲温度の範囲にわたって効率的に使用可能となる。この実施例の動作は、周囲温度の変化に影響されることがない。
【0094】
凝縮器7の形状は、動作に影響する。図5に示す実施例において、凝縮器7は、符号14と付された要素により示される矩形断面を有している。この実施例において、矩形断面14は、凝縮器7の中間領域のことである。中間領域の両面において、凝縮器7は、いかなる断面、例えば円形となりうる。矩形断面形状とすることにより、温度冷却装置10からの冷気流9が当たる領域が広くなり、それにより、凝縮器7に対する冷却効率が増し、凝縮器7における蒸気の過飽和が助長され、滴の成長効率が改善される。凝縮器7は、側面が平坦な矩形断面の中間領域を有するものとして示されているが、矩形の短い側を、平坦とする代わりに丸め、長方形ではなく細長い長円形状の断面としてもよい。凝縮器7が形成される管の一部を単に好適に平らにすることにより、細長い長円形状の断面を形成できる。
【0095】
また、第2流入口8を、矩形または細長い長円形状の断面としてもよい。実際、矩形の高さと幅の比は、1〜100である。
【0096】
図2〜図5に示される各実施例において、第2流入口8は、凝縮器7と整列して位置し、第2流入口8の内側断面領域は、凝縮器7の内側断面領域よりも小さくなっている。
【0097】
如何なる理論にも縛られることなく、この配列により、エーロゾル粒子を含む試料気体(例えば空気)流は、蒸気流および搬送気体の中央に流入し、そのため、凝縮器7に流入する混合物は、搬送気体および蒸気の層により囲まれたナノ粒子を含む試料気体の中央の流れからなると考えられる。同心円層間での混合は、気体および蒸気が凝縮器7を移動する時に発生する。
【0098】
蒸発チャンバ2の主ボディ部の断面形状も、加熱要素3の断面形状と同様に矩形とすることができる。加熱要素3は、第1流入口1に流入する搬送気体流が作動流体の蒸気と飽和する効率を最適とするように、通常は位置するとともに向いている。
【0099】
図5に示す凝縮器7の矩形断面の幅が(例えば2mmより)小さい場合、凝縮された作動流体が凝縮器7の内部表面に蓄積し、それにより、凝縮器7が詰まる危険がある。その発生を防止するために、凝縮された作動流体を凝縮器7から除去する手段を設けることができる。そのようにする1つの方法は、毛管現象と差圧とを組み合わせ、凝縮器7の内部表面から凝縮された液体を除去することである。それを実現する配列を図6に示す。
【0100】
図6は、凝縮器7の断面図である。凝縮器の内部には、作動流体により濡れ可能であり、凝縮器の内部を中央路と細長い一対の流体収集チャンバ16とに分割するように作用する2つの強固な多孔質膜15が設けられている。使用に際し、蒸気流とナノ粒子を含む気体とが流れ、成長した滴が多孔質膜15の間の中央路に沿って流れると、多孔質膜15の表面上に作動流体の蒸気が凝縮する。このようにして形成された余分な液体は、多孔質膜15を介して即座に吸収され、毛管現象とポンプ(図示せず)により維持される負圧との組み合わせにより流体収集チャンバ16に流れる。流体は、流体収集チャンバ16から流出口17を介して除去され、廃棄収集チャンバ(図示せず)に流れるか、または、図3に示すような作動流体のリザーバ12を有する凝縮装置の場合、リザーバ12に再循環される。
【0101】
凝縮器の温度を安定させるために、流体収集チャンバ16内の液体の温度を制御することが好適である。これは、図4に示すような外部の冷却要素(例えば熱電冷却要素)を用いることによりなされるか、または、図7に示すような熱交換器により液体を循環させることにより達成される。
【0102】
図7は、作動流体循環および温度制御装置に接続された流体収集チャンバ16を有する凝縮器(凝縮器の残りの部分は示していない)の一部略断面図である。
【0103】
各流体収集チャンバ16は、追加的な流出口18を有し、2つの流出口は、長管により接続されている。流入口17および流出口18は、長管によりポンプ19および温度制御装置20に接続されている。また、流入口17および流出口18、連結管である長管、ポンプ19および温度制御装置20は回路をなし、作動流体が循環されるようになっている。流体収集チャンバ16を介して回路を流れる作動流体は、温度制御装置20により一定の所定温度に維持され、このようにして、凝縮器の内面温度が制御される。
【0104】
回路には、追加的なポンプ(図示せず)またはその他の液体送り手段により、作動流体の一部を、管21を介して蒸発チャンバ2の主ボディ内にある作動流体のリザーバ12に流すことができる弁(図示せず)を有している。
【0105】
図7に示す管の連結は、単に例示的なものであり、凝縮器により液体をさらに均一に冷却できるように配置することもできる。例えば、ある配置では、作動流体は、温度制御装置20から流入口17に流れ、流出口18からポンプ19へ流出される。
【0106】
また、左右の流体収集チャンバ16は、異なる温度に維持される。これにより、凝縮器内の作動流体の蒸気がさらに過飽和となり、必要に応じて、滴の成長率および大きさを増減できる。この場合、各流体収集チャンバは、それぞれの温度制御サイクルを有している。流体収集チャンバ内の液体温度は、試行錯誤により実験的にまたは核生成理論により見つけられる。
【0107】
2つの流体収集チャンバ16を異なる温度に維持することにより、他の重要な利点が得られる。凝縮器内の過飽和が十分に大きくなると、異なる大きさのナノ粒子は、凝縮器を移動するにつれて異なる位置に滴を形成することができ、従って、異なる大きさのナノ粒子上に形成された滴が、種々の大きさに成長する。例えば、50nmの粒子は、0.5μmの滴を生成するが、100nmの粒子は、1μmの滴を生成する。これにより、ナノ粒子の大きさは、滴の大きさから得られ、エーロゾルの大きさ分布を特性づける方法の基礎が容易に形成される。
【0108】
また、凝縮器の内面温度は、不均一であり、例えば、凝縮器の長さに比例して線形に低下する。これにより、凝縮器の長さに基づき作動流体の蒸気の過飽和が徐々に増加し、従って、異なる大きさのナノ粒子を異なる大きさの滴まで成長させる凝縮装置の性能が高まる。大きなナノ粒子は、(凝縮器の前方において)早期に滴を形成しやすく、一方、より大きな過飽和を必要とする小さな粒子は、凝縮器の後方において後で滴を形成しやすく、結果的に、小さな粒子は、成長時間が短くなり、従って、大きなナノ粒子と比較して、小さな大きさの滴に成長する。これにより、凝縮器内で形成される滴の大きさとナノ粒子の大きさとの間の相関関係を確立することができる。この関係を、滴の大きさを分析することにより、ナノ粒子の大きさを評価することに用いることができる。
【0109】
本発明の凝縮装置における過飽和は、壁の温度、凝縮装置の部材の寸法、搬送気体の流速、および凝縮装置を流れる試料気体流により制御される。これらパラメータを変更することにより、当業者は、過飽和状態を選択することができる。過飽和と滴を形成できる最小のナノ粒子の大きさとには、公知の関係がある。従って、これらパラメータの1つまたはいくつか、例えば、加熱要素3の温度を変更することにより、凝縮装置の検出下限を変更することができる。これは、ナノ粒子の大きさ分布と、種々の大きさにおけるナノ粒子の割合とを決定する際に大いに役立つ。また、所定の検出下限、例えば、100nm、30nm、10nm、3nm、または、可変検出下限の凝縮装置とすることができる。これは、ナノ粒子の大きさ分布を得るためのエーロゾル粒子の大きさの基礎となる。
【0110】
また、異なる過飽和状態とするように設定された本発明の複数の凝縮装置を、互いに直列にまたは並列に連結することができる。直列配置により、異なる大きさのナノ粒子が異なる大きさの滴に成長できる。第1の凝縮器が第2の凝縮器よりも低い過飽和に設定されていると、大きな粒子は第1の凝縮器内で滴を形成するが、小さな粒子は第2の凝縮器内でのみ滴を形成し、一方、以前に形成された滴はさらに成長して非常に大きくなる。これは、第2および第3の凝縮器にも当てはまる。このように、複数の凝縮器により、複数の大きさの滴を形成することができる。これにより、例えば、光学的粒子計数器を用いて滴の大きさ分布を分析することにより、ナノ粒子の大きさ分布を読み取ることができる。
【0111】
凝縮器を並列に配置した場合、問題のナノ粒子流は、いくつかの平行な流れに分割され、それらの流れは、異なる凝縮器に流れる。凝縮器は、異なる大きさの検出下限を有するように、異なる過飽和値に設定されるべきである。これにより、それらの凝縮器内で成長した滴の数を分析することにより、ナノ粒子の個数粒度分布を読み取ることができる。
【0112】
また、凝縮装置の温度およびその他のパラメータを変更することができ、従って、所定の測定サイクル間の検出下限とともに過飽和を変更できる。これにより、粒子の累積的な大きさ分布を得ることができる。
【0113】
本発明の他の実施例による凝縮装置を図8に例示的に示す。この実施例では、凝縮装置は、制御型電源5により給電される加熱要素3を含む蒸発チャンバ(飽和チャンバ)2を具えている。加熱要素3は、制御型電源5に接続された温度センサ4に取り付けられ、作動流体、例えば、半揮発性化合物に浸された多孔質支持体6と密着されている。蒸発チャンバ2は、流入口1と、凝縮器7に開き、延びてノズル22となっている流出口とを有している。凝縮器7には、問題のナノ粒子を含む気体試料が凝縮器7に導入される流入口8が設けられている。ノズル22は、凝縮器7に延び、流入口8の下流側で凝縮器7に開いている。凝縮器7には、流出口11および冷却部材13が設けられている。
【0114】
図8の実施例は次のように動作する。清浄空気(搬送気体)の流れが、流れ発生装置、例えばポンプ(図示せず)により流入口1を介して蒸発チャンバ2に送られる。蒸発チャンバ2内では、作動流体に浸された多孔質支持体6を加熱要素3が加熱し、蒸気が発生する。蒸気を含む空気流は、ノズル22を介して凝縮器7に送られ、空気流は流入口8を介して流入するナノ粒子を含む非加熱の試料気体流と混合されて冷却される。ノズル22は、熱蒸気で飽和された空気流を、ナノ粒子を含む試料気体流の中心に流すように設計されており、そのため、熱蒸気で飽和された流れは、冷たい試料気体層により包囲される。組み合わされた気体流は、凝縮器7の壁の温度を制御する冷却要素13により冷却される。凝縮器7内では、熱蒸気で飽和された空気と冷たい試料気体との混合、および、凝縮器7の壁による冷却の結果、作動流体が過飽和となる。これにより、作動流体の蒸気が空気中のナノ粒子上で凝縮し、約1μmの滴が形成されることとなる。これらの滴は、流出口11を介して光学的粒子計数器に送られ、個々に計数される。
【0115】
粒子の消失を低減するために、ノズル22および凝縮器7は、円筒対称形となっており、ノズル22は、凝縮器7の軸に沿って位置し、ノズル端が第2の流入口8を超えて、下流に延びている。これにより、冷たい試料気体流を、蒸気を含む搬送気体流の周りに形成することができる。
【0116】
本発明の凝縮装置の利点は、信用性のあるデータを提供し、かつ、公知の凝縮計数器よりも格段に小型化できることである。
【0117】
本発明の各実施例における好ましい作動流体は、半揮発性のフタル酸ジメチルである。半揮発性の化合物を用いる主要な利点は、作動流体の消費が非常に少なくなることである。本発明の凝縮装置は、10ヶ月以上充填が不要で動作することがわかった。
【0118】
流速、蒸発チャンバの温度、および、空気中の問題の粒子を凝縮器内に導入する方法の選択は、通常、粒子の特質および濃度により設定される。凝縮器7の流出口11からの全ての流れは、しばしば、0.1〜4リットル/分である。清浄搬送気体流は、全ての流れの10%〜90%である。蒸発チャンバの温度は、フタル酸ジメチルのために、通常、80℃〜150℃とされる。
【0119】
加熱要素の電力消費を低くするために、作動流体により濡れ可能な多孔性媒体が取り付けられた薄膜ヒータを用いることができる。多孔性媒体の一部を十分長くし、蒸発チャンバ2の底部において、作動流体に接触させることが好ましい。
【0120】
蒸発チャンバ2および凝縮器7を、如何なる金属、ガラス、またはセラミック、または(蒸発チャンバの場合には)PTFEのようなプラスチックを含む種々の材料で構成することができるが、空気またはその他の搬送気体における酸化に対して不活性または抵抗性であり、作動流体と化学的に反応しない材料を用いたり、表面加工したりすることが好ましい。パイレックスガラス、石英、セラミックおよびステンレス剛が、チャンバおよびそれらの要素の様々な変更に用いられた。
【0121】
また、問題の粒子を含む試料気体流を流入口1を介して、清浄空気を流入口8を介して導入してもよい。これは、金属粒子のような温度が一定の粒子には好ましい。しかしながら、有機化合物で形成されたエーロゾル粒子は、加熱要素により発生される高温に影響され、従って、流入口8を介して導入されるべきである。
【0122】
本発明の他の実施例による凝縮装置を、図10に示す。この実施例において、蒸発チャンバ2は、図8の実施例と同様の設計となっており、混合チャンバ(中間チャンバ)25は、飽和チャンバである蒸発チャンバ2と凝縮器7との間に設けられている。混合チャンバ25は、下流および上流のサブチャンバへの中央穴を有するパーティション24により分割されている。ノズル22は、上流のサブチャンバへ延び、ノズル22と整列している円筒状バッフルは、下流のサブチャンバの端から上流方向へ延びている。これらの要素を、凝縮装置の他の部分と同じ材料で構成することができる。混合チャンバ25およびパーティション24は、円筒対称形であるか、または、断面が矩形となっている。この実施例により、最も小さい1nmのナノ粒子の検出粒度を実現できる。第3の流入口23が設けられており、円筒状バッフルを包囲する環状の空間に開いている。
【0123】
この実施例では、問題のエーロゾル試料は、流入口8から流れ、清浄空気流は、流入口23から導入される。混合チャンバにより、問題のエーロゾル試料流を、作動流体の蒸気を含む搬送気体の中核流と流入口23からの清浄空気により形成された外側層との間に挟むことができる。この種の凝縮装置を用いることにより、挟まれた気体層が円筒対称形となる時に最良の結果を得られることがわかった。
【0124】
作動流体を頻繁に充填する必要がなく、凝縮装置の動作寿命を延ばすのが好ましい。充填間の動作寿命を大幅に延ばすことは、粒子検出器を通過し、空気中の粒子を含む滴からの作動流体を収集および再循環させる手段と2つの凝縮ユニットとを組み合わせることにより実現可能である。このようなアセンブリは、2つの凝縮ユニットと、流れを再方向付けする三方向弁を有するエーロゾル流操作装置とで構成できる。このようなアセンブリで用いられる凝縮装置は、上述した特定の実施例と僅かに異なっており、好適な凝縮装置の一例を図11に示す。図11の実施例において、流入口1には、粒子計数器から再循環された空気中の粒子を含む極小の滴が浮遊している気体(例えば空気)が流入する。再循環された空気中の粒子が凝縮器に続けて流れ、問題の粒子を含む試料気体が汚染されるのを防止するために、蒸発チャンバ2内の蒸発チャンバの空気流に対し、多孔質媒体26が設けられている。多孔質媒体26は、2つの機能を行うことができるように選択されている。第1には、多孔質媒体は、作動流体により浸されることが可能となっていなければならず、そのため、加熱された時には、蒸気源として作用でき、第2には、フィルタとして機能することができなければならず、微小粒子を含む微小滴を収集し、それにより、多孔質媒体26の下流領域における蒸気の汚染が防止される。上述した他の実施例では、加熱要素3は、多孔質媒体26の表面に近接して位置し、堆積した作動流体が蒸発される。しかしながら、加熱要素3と多孔質媒体26との熱的接触は、流入口1を介して蒸発チャンバ2に流入する気体による加熱効果のために、本実施例では重要ではない。
【0125】
多孔質媒体26は、蒸発チャンバ2の壁とともに密閉したシール部材を形成すべく位置し、そのため、流入口1からの全気体が濾過され、空気中の全ての粒子が捕捉されるようになっていることが、上述から理解されるべきである。多孔質支持体26に収集された作動流体の滴は、再蒸発され、多孔質媒体26の下流側にある蒸発チャンバ2に蒸気として放出される。
【0126】
上述した種類の2つの凝縮装置を備えるアセンブリは、殆どまたは全く作動流体を消費せず、従って、充填する必要がない。このようなアセンブリを図12に示す。
【0127】
図12に示すアセンブリは、それぞれが図11に示す凝縮装置である2つの凝縮装置27および28と、光学的粒子計数器29とを具えている。3つの3方向弁30、31および32と、2つの開閉弁33および34は、流体流れを方向付けし、作動流体を再循環可能とする。
【0128】
図12に示すアセンブリは,次のように機能する。
【0129】
問題のナノ粒子を含む空気流は、3方向弁30を適切に調節することにより、共通の流入口35を介して一方の凝縮装置(例えば凝縮装置28)に流される。凝縮装置内のナノ粒子上に形成された微小滴は、開閉弁34が閉じられている間、3方向弁31により光学的粒子計数器29に流される。計数された後、微小滴は、3方向弁32により他方の凝縮装置27へ流される。凝縮装置27では、微小滴は、多孔質媒体に収集され、濾過された清浄空気は、開閉弁33を開くことにより流出口35を介して周囲に放出される。凝縮装置27内の蒸発チャンバは、加熱要素に電圧が印可されていないので、冷たいままであり、従って、多孔質媒体に収集された作動流体は保持される。
【0130】
所定期間が過ぎると、凝縮装置27は加熱され、弁の位置が調節され、凝縮装置28を冷却可能となり、そのため、作動流体の滴を収集することができるようになる。以前に動作していなかった凝縮装置27は、その後、作動モードとなり、多孔質媒体により以前に捕捉された作動流体は加熱されて気化し、上述したような気体試料流と混合される蒸気となる。凝縮器および粒子計数器を通過後、粒子および蒸気を含んだ空気流は、凝縮装置28に流れ、空気が濾過され、凝縮装置27に関する上述の説明と同様にして作動流体が収集される。その後、このサイクルが繰り返される。
【0131】
凝縮器を切り替えるのに必要な時間は、試行錯誤により経験的に設定可能である。通常は、数百時間動作させた後に、弁を切り替えることのみが必要である。従って、このシステムは、殆どエネルギーを必要とせず動作し、かつ、簡単に実現可能とされる。
【0132】
必要な場合、追加的な特別の気体フィルタを流出口35および36に取り付け、多孔質媒体による濾過後、気体流に残る作動流体の蒸気を捕捉することができる。しかしながら、半揮発性化合物の蒸気圧力は大変低いので、フタル酸ジメチルのような半揮発性の作動流体を用いると、多くの適用では、追加的なフィルタを用いる必要がない。
【0133】
上述した各実施例において、凝縮チャンバに、作動流体センサ、例えば、充填剤入りのガラス毛管または露点型センサ(図示せず)を取り付けることができる。例えば、チャンバ内に設けられたセンサにより、作動流体の減少を監視することができる。
【0134】
図13〜図16には、本発明の凝縮装置において用いられるその他の種類の凝縮器を示してある。この実施例では、凝縮器の断面は矩形となっている。
【0135】
矩形断面の凝縮器を用いることにより、凝縮器の大きさをかなり小さくすることができる。しかしながら、凝縮器を矩形とし、特に、凝縮器の流入口および流出口を円形断面の管とすることによる潜在的な問題は、凝縮器内での流速が不均一となることである。これにより、粒子の一部はその他のものよりも、凝縮器内で時間を費やしてしまい、従って、凝縮器内で粒子が均一に成長しなくなる。これにより、粒子の数および大きさを正確に測定できなくなる。図13〜図16は、凝縮器を流れる蒸気を含む気体をおおむね均一な流速とする矩形の凝縮器を示している。この実施例では、管状の一対の流れ分配器が設けられ、一方が矩形の凝縮器の一方の側部に取り付けられている。一方の流れ分配器は、蒸発チャンバと流体的に連結して(例えば接続されて)おり、他方の流れ分配器は、粒子検出器と流体的に連結して(例えば接続されて)いる。
【0136】
このように、図13に示すように、矩形の凝縮器103には、第1流れ分配器102および第2流れ分配器104が取り付けられており、それらは、凝縮器103と流体的に連結されている。作動流体で飽和された熱気体(例えば空気)は、流入口101を介して第1流れ分配器102に流入する。流れ分配器102は、均一な流れを凝縮器103に供給するように設計されている。従って、第1流れ分配器102の流入口101と対向する端部は塞がれている(図15参照)。凝縮器103の流出口には、第2流れ分配器104が取り付けられ、凝縮器103の流出口における流れの不均一が減少される。気体流は、流出口105を介して第2流れ分配器104から放出される。
【0137】
図14は、第1流れ分配器102、凝縮器103および第2流れ分配器104の相対位置を示している。
【0138】
図15は、凝縮器103、第1流れ分配器102および第2流れ分配器104内の流れの軌道を概略的に示している。この実施例において、軌道106、107および108を流れる空気の塊はおおむね同じ速度であり、従って、矩形の凝縮器103内でおおむね同じ時間だけ滞留し、結果として、ほぼ同じ大きさの滴が形成される。
【0139】
滞留時間を均一にすることは、流れ分配器の断面の内部領域が、凝縮器の断面の内部領域よりも十分大きくなるように、流れ分配器を設計することにより実現される。一例として、流れ分配器の断面が、内径Dtの円形であり、凝縮器の内側高さがHcであり、内側幅がWcであると、πDt2>Hc*Wcとなる。πDt2/(Hc*Wc)の比は、1.1より大きく、好ましくは2より大きく、さらに好ましくは3より大きい。
【0140】
流れ分配器の壁に、凝縮器に開いている細長いスロットまたは直線配列された穴を設けることにより、流れ分配器102および104の内部と、矩形の凝縮器の内部とを流体的に連結することができる。流れ分配器102および104と凝縮器103との間に細長いスロットを設けることが好ましい。図16の縦断面図は、スロット109および110を概略的に示している。この場合、凝縮器内の流れの均一性は、凝縮器の高さHcではなく、スロットの幅Wsを含む式により制御されるので(Hc>Ws)、流れ分配器の内径を小さくすることができる。Hc/Wcの比は、1.1より大きく、好ましくは2より大きく、さらに好ましくは3より大きい。
【0141】
他の実施例では、流れ分配器は、2つのスロットの代わりに、矩形の凝縮器103の流入口および流出口に沿って均一に分散された穴を有している。穴の数Nhは、1より大きく、好ましくは4より大きく、さらに好ましくは10より大きい。穴の直径Dhは十分に小さく、式πDt2>Nh*πDh2から求められる。πDt2/(Nh*πDh2)の比は、1.1より大きく、好ましくは2より大きく、さらに好ましくは3より大きい。
【0142】
図13〜図16に示すように設けられた凝縮器のある実施例では、流れ分配器102および104を、内径7mmで長さ40mmのステンレス剛管で製造した。凝縮器103を、Wc=20mm、Hc=1.4mmおよびLc=30mmの寸法であるステンレス剛シートで製造した。しかしながら、流れ分配器を、例えばPTFE、アルミニウム、他の好適な金属、ガラス、セラミックまたはプラスチック材料で製造することもできる。
【0143】
流れ分配器の断面形状を、矩形、三角形、楕円形、多角形、または単純な幾何学的図形を組み合わせた形状としてもよい。
【0144】
図17〜図19は、蒸発チャンバおよび関連する作動流体リザーバを示している。
【0145】
図17に示す蒸発チャンバ(気化装置)は、PTFEで形成され、内部室216を有するボディ200を具えている。蒸発チャンバは、一対の流入口220(図17には図示しておらず、図18を参照されたい)と、凝縮器(図示せず)への接続手段202とを具えている。
【0146】
PTFEで形成されたボディ200の一側面には加熱要素が取り付けられている。加熱要素は、PTFEで形成されたボディ200の壁に取り外し可能に固定される取り付け部206と、内部室216に延びるロッド210とを有している。ホルダ204は、取り付け部206を定位置に保持し、Oリングは、取り付け部206とボディ200の壁との間のシール部材である。もう1つのOリングは、取り付け部206とロッド210との間のシール部材である。
【0147】
ロッド部212の内部は中空であり、金属製の加熱ワイヤ222および熱電対224が設けられている(図20参照)。加熱ワイヤ222および熱電対224は、例えば、半田またはエポキシ樹脂が充填された金属である熱的充填剤222により所定位置に固定される。
【0148】
加熱ワイヤ222および熱電対224は、コントローラ(図示せず)に接続される。
【0149】
加熱要素の下側において、蒸発チャンバのボディは、フタル酸ジメチルのような作動流体が流れる凹部214を有している。凹部214は、管218(図18参照)を介して作動流体のリザーバ216に接続されている。
【0150】
図20に示すように、ロッド部は、この実施例では、石英ファイバフィルタ、グラスファイバフィルタ、または、ポリマーまたは金属フィルタのような多孔質素材である多孔質材料のスリーブ226により囲まれている。多孔質素材のスリーブ226は、凹部214に延び、凹部214から作動流体を吸い出す軸として作動する尾部228を有している。スリーブ226は、作動流体が蒸発できる孔と、スリーブ226の尾部228を通すように下側に形成された開口とが設けられたクリップ230により、ロッド部上の所定位置に保持される。凹部228は、不活性材料、例えばステンレス剛で形成された軸ホルダ231により囲まれている。
【0151】
この実施例において、加熱要素は、多孔質支持部と直接的に接触しており、それにより、印可される必要な熱が低下するとともに、作動流体を蒸発させてチャンバ内に飽和蒸気を形成するのにかかる時間が短くなる。
【0152】
実施例
本発明による装置のいくつかの例が組み立てられて試験されており、それらを以下に示す。
【0153】
実施例1
図8に示すように構成されたある例において、蒸発チャンバ(飽和チャンバ)2を、(内径12mmで)長さ30mmのステンレス剛で形成した。流入口、ノズルおよび流出口には、内径3mmのステンレス剛管を用いた。冷却要素を、凝縮器の表面から15mmの位置に設けた5V DCの小型ファンで構成した。凝縮器を、内径6mmで長さ60mmのステンレス剛管で形成し、加熱要素を、蒸発チャンバ2のステンレス剛製の円筒部の底部周辺に位置するように十分長い石英ファイバ材料で被覆されたNiCr加熱要素で構成した。約0.5mlのフタル酸ジメチルを、作動流体として蒸発チャンバ2に注入した。ナノ粒子上に形成された微小滴を、MetOneレーザ光学粒子計数器で計数した。SMPS(TSI社製)、小型のSAC寸法分光計(Naneum社製)、および小型の3007CPC(TSI社のmodel3007)に対して、装置を試験した。酸化クロムのナノ粒子および大気エーロゾルを試験に用いた。試験では、本発明の装置により、ナノ粒子を直径1.2μmまで拡大できるとともに、検出範囲の下限を4nmとすることができることがわかった。
【0154】
実施例2
MetOneレーザ光学粒子計数器に連結された図2に示す装置を用いて測定されたエーロゾル粒子数密度(N)と、TSI社製の小型3007CPCを用いて測定されたエーロゾル粒子数密度(N)との比較を行った。流入口1を介して蒸発チャンバ2に流入する清浄空気流を0.3リットル/分に設定し、流入口8を介して流入する試料気体流を0.5リットル/分に設定した。酸化クロムのナノ粒子および大気エーロゾルを比較試験に用いた。
【0155】
その結果を図9に示してあり、本発明の装置のデータ点を黒い四角で示し、TSI社製の3007CPCのデータ点を白抜きの菱形で示してある。図9において、Dは、標準的な方法で測定した場合の平均直径(nm)である。
【0156】
本発明の装置により、ナノ粒子の直径を1.2μmまで拡大できることがわかった。本発明の装置の検出下限は、3nmであった。図9から明らかなように、本発明の装置の検出下限は、CPC3007(TSI社製)の検出下限よりも低くなっている。
【0157】
等価物
上述した本発明の特定の実施例に対する種々の変更および代替を、本発明の原理から逸脱することなく可能であることが容易に明らかである。このような全ての変更および代替は、この出願に含まれるものである。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
気体が含まれる粒子の寸法を大きくし、前記気体が含まれる粒子を粒子検出器により検出可能とする装置であって、
蒸発チャンバおよび凝縮器を具えており、
前記蒸発チャンバは、気体を前記蒸発チャンバに流入させる流入口と、蒸気を含む気体を前記蒸発チャンバから流出させる流出口とを有しており、
前記蒸発チャンバに、加熱要素および多孔質支持体を設け、前記加熱要素は、前記多孔質支持体と直接的に接触しており、前記多孔質支持体は、気化可能な物質を保持し、前記加熱要素は、前記気化可能な物質を気化させて、前記蒸発チャンバ内で蒸気を発生させるように加熱可能であり、
前記凝縮器は、前記蒸発チャンバの流出口と流体的に連通しており、かつ、前記粒子検出器に接続される流出口を有し、
前記蒸発チャンバからの蒸気を含んだ気体が前記凝縮器内へ流れ、前記凝縮器内の気体が含まれる粒子上に前記気化可能な物質が凝縮し、前記粒子の寸法が大きくされ、前記粒子検出器により検出可能となるように構成した装置。
【請求項2】
請求項1に記載の装置であって、前記蒸発チャンバは、少なくとも2つの流入口を有し、一方は、気体が含まれた粒子を含んだ試料気体を前記蒸発チャンバに流入させ、他方は、おおむね粒子を含まない搬送気体源と接続可能とされた装置。
【請求項3】
請求項1に記載の装置であって、前記凝縮器は、少なくとも2つの流入口を有し、一方の流入口は、前記蒸発チャンバと流体的に連通しており、他方の流入口は、気体が含まれた粒子を含む試料気体を前記凝縮器に流入させるようになっている装置。
【請求項4】
気体が含まれる粒子の寸法を大きくし、前記気体が含まれる粒子を粒子検出器により検出可能とする装置であって、
気化可能な物質源と、
前記気化可能な物質を気化させて蒸気とする加熱手段と、
気体が含まれる粒子を含む試料気体を流入させる流入口と、
前記粒子検出器と接続される流出口が設けられた前記凝縮器とを具え、
気体が含まれる粒子上の蒸気が前記凝縮器内で凝縮し、前記粒子の寸法を大きくし、前記粒子検出器により検出可能とするように構成された装置において、
前記気化可能な物質は、フタル酸ジメチル、フタル酸ジオクチルおよびジメチルスルホキシドから選択されることを特徴とする装置。
【請求項5】
気体が含まれる粒子の寸法を大きくし、前記気体が含まれる粒子を粒子検出器により検出可能とする装置であって、
蒸発チャンバと、
前記蒸発チャンバと流体的に連通し、粒子検出器に接続される流出口を有する凝縮器と、
前記蒸発チャンバ内にそれぞれ設けられる加熱要素および多孔質支持体と、前記多孔質支持体は、気化可能な物質を保持し、前記加熱要素は、前記気化可能な物質を気化させ、前記蒸発チャンバ内で蒸気を発生させるように加熱可能であり、
蒸気を前記凝縮器に流すために、搬送気体流を前記蒸発チャンバに流す第1の流入口と、
前記多孔質支持体の下流側にあり、気体が含まれる粒子を含む試料気体流が導入される第2の流入口とを具え、
前記試料気体内において気体が含まれる粒子上の前記気化可能な物質が前記凝縮器内で凝縮し、前記粒子の寸法が大きくされ、前記粒子検出器により検出可能となるように構成した装置。
【請求項6】
前記気化可能な物質は、大気圧での沸点が少なくとも110℃(例えば少なくとも120℃)の液体である、請求項5に記載の装置。
【請求項7】
前記気化可能な物質は、フタル酸ジメチルである、請求項4または6に記載の装置。
【請求項8】
前記搬送気体は空気である、請求項2、5および6のいずれか1項に記載の装置。
【請求項9】
前記多孔質支持体は、多孔質セラミック材料または多孔質素材で形成された、請求項1〜3および請求項5〜8のいずれか1項に記載の装置。
【請求項10】
前記多孔質支持体は、前記加熱要素を包囲する、請求項1〜3および請求項5〜9のいずれか1項に記載の装置。
【請求項11】
前記蒸発チャンバ内に温度センサを設けてある、請求項1〜3および請求項5〜10のいずれか1項に記載の装置。
【請求項12】
前記第2の流入口を、前記蒸発チャンバに開くように設けてある、請求項5または請求項5を引用する請求項6ないし11のいずれかに記載の装置。
【請求項13】
前記第2の流入口は、前記蒸発チャンバに延びるノズルを有し、および/または、前記第2の流入口は、前記凝縮器と連通する流出開口と整列している、請求項12に記載の装置。
【請求項14】
前記第2の流入口は、前記凝縮器と連通する流出開口と整列しており、かつ、前記流出開口の断面領域よりも小さい断面領域を有している、請求項13に記載の装置。
【請求項15】
前記第2の流入口を、前記凝縮器に開くように設けてある、請求項5〜10のいずれか1項に記載の装置。
【請求項16】
前記蒸発チャンバの流出開口に、前記第2の流入口と並んで、または、前記第2の流入口の下流側で、前記凝縮器に延びるノズルを設けてある、請求項15に記載の装置。
【請求項17】
請求項5〜10のいずれか1項に記載の装置であって、
前記第2の流入口は、前記蒸気チャンバと前記凝縮器との間の中間チャンバに開くように設けられ、
前記中間チャンバは、分割壁により上流および下流のサブチャンバに分割され、前期分割壁の中央の穴は、サブチャンバを連通させ、それにより、前記第2の流入口は、前記上流のサブチャンバに開き、
第3の流入口が前記下流のサブチャンバに開いており、前記第3の流入口は、濾過された気体の供給部に接続可能とされ、
前記蒸発チャンバの流出開口から前記凝縮器内に延び、前記第2の流入口と並んで上流側のサブチャンバの位置に、または、前記第2の流入口の下流側の位置にノズルが設けられ、
前記下流のサブチャンバは、前記ノズルおよび前記分割壁の中央穴と整列する円筒状のバッフルを含み、前記第3のノズルは、前記円筒状のバッフルを囲む空間に開いている装置。
【請求項18】
前記凝縮器内の気体、蒸気および粒子の混合物の冷却を補助する冷却手段を設けてある、請求項1〜17のいずれか1項に記載の装置。
【請求項19】
前記冷却手段は、空気流を前記凝縮器の外面に流す1つ以上のファン(例えば1つまたは2つのファン)を具えている、請求項18に記載の装置。
【請求項20】
前記凝縮器は、円筒部の体積比に対する表面積よりも大きい体積比に対する表面積を有している、請求項1〜19のいずれか1項に記載の装置。
【請求項21】
おおむね平坦な断面を有する領域を前記凝縮器に設けた、請求項20に記載の装置。
【請求項22】
前記凝縮器は、おおむね矩形断面である、請求項20または21に記載の装置。
【請求項23】
前記冷却手段は、前記凝縮器の外面と接触して位置する冷却要素となっている、請求項18に記載の装置。
【請求項24】
前記冷却手段は、熱電冷却装置を備えている(またはからなる)、請求項18に記載の装置。
【請求項25】
前記凝縮器の内壁から凝縮された物質を除去する手段を前記凝縮器に設けてある、請求項1〜24のいずれか1項に記載の装置。
【請求項26】
請求項25に記載の装置であって、凝縮された物質を除去する手段は、全長にわたって延びる1つ以上の排出ダクトを具え、前記排出ダクトは、液体の凝縮物が通過することが可能な浸透性の壁または膜により、前記凝縮器の内部から分離されており、前記排出ダクトは、前記排出ダクトから液体の凝縮物を抽出するために、ポンプに接続可能な1つ以上の流出口を有している装置。
【請求項27】
前記排出ダクトは、前記凝縮器の少なくとも一部の内部を、1つ以上の長手方向に延びる浸透性の壁または膜により分割することにより形成される、請求項26に記載の装置。
【請求項28】
前記浸透性の壁または膜に、前記凝縮器の内部から前記排出ダクトに凝縮物を流す毛細管を設けてある、請求項27に記載の装置。
【請求項29】
前記壁または膜を、(a)0.1mmより小さい寸法の毛細管を有するセラミックまたはステンレス剛のファイバー材料、または、(b)多孔質材料で形成する、請求項28に記載の装置。
【請求項30】
前記多孔質支持体の温度、および/または、前記凝縮器の温度、または、前記凝縮器の一部の温度を変化させる手段を含み、対象の粒子の検出可能な下限検出寸法を制御し、それにより、ナノ粒子の寸法を分布させるようにした、請求項1〜29のいずれか1項に記載の装置。
【請求項31】
前記蒸発チャンバの前記流入口および流出口のぞれぞれに、前記気化可能な物質が液体の場合、前記気化可能な物質の漏れに対する障害物として作用するリップまたはリムを設けてある、請求項1〜30のいずれか1項に記載の装置。
【請求項32】
前記リップまたはリムは、前記蒸発チャンバに延びる流入管または流出管の端部により画定または提供される、請求項31に記載の装置。
【請求項33】
前記リムまたはリップの高さは1mm〜8mmであり、好ましくは2mm〜5mmである、請求項32に記載の装置。
【請求項34】
請求項1〜33のいずれか1項に記載の本発明の装置で用いられる凝縮器であって、
流入口、流出口、および、内側長さ、内側幅および内側高さを有する中空内部を具える凝縮器のボディ部と、
前記凝縮器のボディ部の流入口に接続され、前記凝縮器のボディ部の内側幅に亘って延びる流入流れ分配管と、
前記凝縮器のボディ部の流出口に接続され、前記凝縮器のボディ部の内側幅に亘って延びる流出流れ分配管とを具え、
前記凝縮器のボディ部の内側高さは、前記流入分配管および流出分配管のそれぞれの対応する内側高さよりも低くなっており、
前記流入分配管および流出分配管のそれぞれの壁には、前記凝縮器のボディ部の中空内部と連通する1つ以上のスロットまたは穴が設けられており、前記流入分配管から前記凝縮器の中空内部を介して前記流出分配管に至る流路が形成される凝縮器。
【請求項35】
各分配管の内側断面領域は、前記凝縮器のボディ部の内側断面領域(内側幅×内側高さ)よりも大きい、請求項34に記載の凝縮器。
【請求項36】
前記凝縮器のボディ部の内側断面領域(内側幅×内側高さ)に対する各分配管の内側断面領域の比は、1.1より大きく、好ましくは2より大きく、さらに好ましくは3より大きい、請求項35に記載の凝縮器。
【請求項37】
前記分配管の壁は、前記凝縮器のボディ部の中空内部に開いた細長いスロットを有し、前記スロット幅に対する前記凝縮器のボディ部の内側高さの比は、1.1より大きく、好ましくは、2より大きく、さらに好ましくは3より大きい、請求項34〜36のいずれか1項に記載の凝縮器。
【請求項38】
請求項34〜37のいずれか1項に記載の凝縮器が設けられた、請求項1〜33のいずれか1項に記載の装置。
【請求項39】
凝縮粒子計数器に用いられる気化装置であって、
前記凝縮粒子計数器内の蒸発チャンバの壁に取り付けるための取り付け部と、用いられる前記蒸発チャンバの内部に延びるように設けられたロッド部とを具える加熱要素と、
前記ロッド部を囲んで接触し、気化可能な物質を保持するまたは保持可能な多孔質支持体と、
前記多孔質支持体を前記ロッド部の所定位置に保持する選択的な保持手段とを具える気化装置。
【請求項40】
前記ロッド部は円筒状である、請求項39に記載の気化装置。
【請求項41】
前記多孔質支持体は、前記ロッド部に適合するスリーブを具えている、請求項39または40に記載の気化装置。
【請求項42】
多孔質である前記スリーブを、多孔質素材で形成した、請求項41に記載の気化装置。
【請求項43】
前記多孔質支持体は、下流側に延びる部分を有しており、使用に際し、気化可能な液体物質のリザーバに延びるようになっている、請求項39〜42のいずれか1項に記載の気化装置。
【請求項44】
前記加熱要素の前記ロッド部は、加熱ワイヤまたは加熱プローブおよび選択的な熱電対が設けられる中空内部を有している、請求項39〜43のいずれか1項に記載の気化装置。
【請求項45】
前記加熱ワイヤまたは加熱プローブおよび熱電対(存在する場合)を、前記中空内部の所定位置に保持するために、熱導電性充填剤を用いるようにした、請求項44に記載の気化装置。
【請求項46】
熱導電性充填剤は、半田、その他の可融合金、および、金属粒子充填樹脂(例えばエポキシ樹脂)のような熱導電性樹脂から選択される、請求項45に記載の気化装置。
【請求項47】
前記保持手段は、所定位置に前記多孔質支持体を保持するように、前記多孔質支持体に適合するクリップまたは穴あきスリーブを具える、または、からなる、請求項39〜46のいずれか1項に記載の気化装置。
【請求項48】
前記加熱要素および多孔質支持体、または、前記加熱手段は、請求項39〜47のいずれか1つに記載された、請求項1〜33および請求項38のいずれか1項に記載の装置。
【請求項49】
添付の図2〜20を参照して十分に記載された凝縮装置。
【請求項50】
請求項1〜49のいずれか1項に記載された装置、凝縮器、または、気化装置を備える凝縮粒子計数器。
【請求項51】
粒子検出器に接続された、請求項1〜33および請求項38のいずれか1項に記載された装置を備えるアセンブリ。
【請求項52】
前記粒子検出器は、1つの粒子を検出できる、請求項51に記載のアセンブリ。
【請求項53】
前記粒子検出器は、粒子計数器である、請求項51に記載のアセンブリ。
【請求項54】
請求項1〜33および請求項38のいずれか1項に記載の装置を備える凝縮粒子計数器を用いて、ナノ粒子を検出および計数する方法。
【請求項55】
直列または並列に接続された、請求項1〜33および請求項38のいずれか1項に記載の凝縮装置を複数備えるアセンブリ。
【請求項56】
前記複数の凝縮装置を直列または並列に接続し、各凝縮装置は、ナノ粒子の異なる下限検出寸法で動作するようになっている、請求項55に記載のアセンブリ。
【請求項57】
請求項33に記載の装置における前記多孔質支持体の温度を変化させて下限検出寸法を変更することにより、ナノ粒子の寸法を分布させる方法。
【請求項1】
気体が含まれる粒子の寸法を大きくし、前記気体が含まれる粒子を粒子検出器により検出可能とする装置であって、
蒸発チャンバおよび凝縮器を具えており、
前記蒸発チャンバは、気体を前記蒸発チャンバに流入させる流入口と、蒸気を含む気体を前記蒸発チャンバから流出させる流出口とを有しており、
前記蒸発チャンバに、加熱要素および多孔質支持体を設け、前記加熱要素は、前記多孔質支持体と直接的に接触しており、前記多孔質支持体は、気化可能な物質を保持し、前記加熱要素は、前記気化可能な物質を気化させて、前記蒸発チャンバ内で蒸気を発生させるように加熱可能であり、
前記凝縮器は、前記蒸発チャンバの流出口と流体的に連通しており、かつ、前記粒子検出器に接続される流出口を有し、
前記蒸発チャンバからの蒸気を含んだ気体が前記凝縮器内へ流れ、前記凝縮器内の気体が含まれる粒子上に前記気化可能な物質が凝縮し、前記粒子の寸法が大きくされ、前記粒子検出器により検出可能となるように構成した装置。
【請求項2】
請求項1に記載の装置であって、前記蒸発チャンバは、少なくとも2つの流入口を有し、一方は、気体が含まれた粒子を含んだ試料気体を前記蒸発チャンバに流入させ、他方は、おおむね粒子を含まない搬送気体源と接続可能とされた装置。
【請求項3】
請求項1に記載の装置であって、前記凝縮器は、少なくとも2つの流入口を有し、一方の流入口は、前記蒸発チャンバと流体的に連通しており、他方の流入口は、気体が含まれた粒子を含む試料気体を前記凝縮器に流入させるようになっている装置。
【請求項4】
気体が含まれる粒子の寸法を大きくし、前記気体が含まれる粒子を粒子検出器により検出可能とする装置であって、
気化可能な物質源と、
前記気化可能な物質を気化させて蒸気とする加熱手段と、
気体が含まれる粒子を含む試料気体を流入させる流入口と、
前記粒子検出器と接続される流出口が設けられた前記凝縮器とを具え、
気体が含まれる粒子上の蒸気が前記凝縮器内で凝縮し、前記粒子の寸法を大きくし、前記粒子検出器により検出可能とするように構成された装置において、
前記気化可能な物質は、フタル酸ジメチル、フタル酸ジオクチルおよびジメチルスルホキシドから選択されることを特徴とする装置。
【請求項5】
気体が含まれる粒子の寸法を大きくし、前記気体が含まれる粒子を粒子検出器により検出可能とする装置であって、
蒸発チャンバと、
前記蒸発チャンバと流体的に連通し、粒子検出器に接続される流出口を有する凝縮器と、
前記蒸発チャンバ内にそれぞれ設けられる加熱要素および多孔質支持体と、前記多孔質支持体は、気化可能な物質を保持し、前記加熱要素は、前記気化可能な物質を気化させ、前記蒸発チャンバ内で蒸気を発生させるように加熱可能であり、
蒸気を前記凝縮器に流すために、搬送気体流を前記蒸発チャンバに流す第1の流入口と、
前記多孔質支持体の下流側にあり、気体が含まれる粒子を含む試料気体流が導入される第2の流入口とを具え、
前記試料気体内において気体が含まれる粒子上の前記気化可能な物質が前記凝縮器内で凝縮し、前記粒子の寸法が大きくされ、前記粒子検出器により検出可能となるように構成した装置。
【請求項6】
前記気化可能な物質は、大気圧での沸点が少なくとも110℃(例えば少なくとも120℃)の液体である、請求項5に記載の装置。
【請求項7】
前記気化可能な物質は、フタル酸ジメチルである、請求項4または6に記載の装置。
【請求項8】
前記搬送気体は空気である、請求項2、5および6のいずれか1項に記載の装置。
【請求項9】
前記多孔質支持体は、多孔質セラミック材料または多孔質素材で形成された、請求項1〜3および請求項5〜8のいずれか1項に記載の装置。
【請求項10】
前記多孔質支持体は、前記加熱要素を包囲する、請求項1〜3および請求項5〜9のいずれか1項に記載の装置。
【請求項11】
前記蒸発チャンバ内に温度センサを設けてある、請求項1〜3および請求項5〜10のいずれか1項に記載の装置。
【請求項12】
前記第2の流入口を、前記蒸発チャンバに開くように設けてある、請求項5または請求項5を引用する請求項6ないし11のいずれかに記載の装置。
【請求項13】
前記第2の流入口は、前記蒸発チャンバに延びるノズルを有し、および/または、前記第2の流入口は、前記凝縮器と連通する流出開口と整列している、請求項12に記載の装置。
【請求項14】
前記第2の流入口は、前記凝縮器と連通する流出開口と整列しており、かつ、前記流出開口の断面領域よりも小さい断面領域を有している、請求項13に記載の装置。
【請求項15】
前記第2の流入口を、前記凝縮器に開くように設けてある、請求項5〜10のいずれか1項に記載の装置。
【請求項16】
前記蒸発チャンバの流出開口に、前記第2の流入口と並んで、または、前記第2の流入口の下流側で、前記凝縮器に延びるノズルを設けてある、請求項15に記載の装置。
【請求項17】
請求項5〜10のいずれか1項に記載の装置であって、
前記第2の流入口は、前記蒸気チャンバと前記凝縮器との間の中間チャンバに開くように設けられ、
前記中間チャンバは、分割壁により上流および下流のサブチャンバに分割され、前期分割壁の中央の穴は、サブチャンバを連通させ、それにより、前記第2の流入口は、前記上流のサブチャンバに開き、
第3の流入口が前記下流のサブチャンバに開いており、前記第3の流入口は、濾過された気体の供給部に接続可能とされ、
前記蒸発チャンバの流出開口から前記凝縮器内に延び、前記第2の流入口と並んで上流側のサブチャンバの位置に、または、前記第2の流入口の下流側の位置にノズルが設けられ、
前記下流のサブチャンバは、前記ノズルおよび前記分割壁の中央穴と整列する円筒状のバッフルを含み、前記第3のノズルは、前記円筒状のバッフルを囲む空間に開いている装置。
【請求項18】
前記凝縮器内の気体、蒸気および粒子の混合物の冷却を補助する冷却手段を設けてある、請求項1〜17のいずれか1項に記載の装置。
【請求項19】
前記冷却手段は、空気流を前記凝縮器の外面に流す1つ以上のファン(例えば1つまたは2つのファン)を具えている、請求項18に記載の装置。
【請求項20】
前記凝縮器は、円筒部の体積比に対する表面積よりも大きい体積比に対する表面積を有している、請求項1〜19のいずれか1項に記載の装置。
【請求項21】
おおむね平坦な断面を有する領域を前記凝縮器に設けた、請求項20に記載の装置。
【請求項22】
前記凝縮器は、おおむね矩形断面である、請求項20または21に記載の装置。
【請求項23】
前記冷却手段は、前記凝縮器の外面と接触して位置する冷却要素となっている、請求項18に記載の装置。
【請求項24】
前記冷却手段は、熱電冷却装置を備えている(またはからなる)、請求項18に記載の装置。
【請求項25】
前記凝縮器の内壁から凝縮された物質を除去する手段を前記凝縮器に設けてある、請求項1〜24のいずれか1項に記載の装置。
【請求項26】
請求項25に記載の装置であって、凝縮された物質を除去する手段は、全長にわたって延びる1つ以上の排出ダクトを具え、前記排出ダクトは、液体の凝縮物が通過することが可能な浸透性の壁または膜により、前記凝縮器の内部から分離されており、前記排出ダクトは、前記排出ダクトから液体の凝縮物を抽出するために、ポンプに接続可能な1つ以上の流出口を有している装置。
【請求項27】
前記排出ダクトは、前記凝縮器の少なくとも一部の内部を、1つ以上の長手方向に延びる浸透性の壁または膜により分割することにより形成される、請求項26に記載の装置。
【請求項28】
前記浸透性の壁または膜に、前記凝縮器の内部から前記排出ダクトに凝縮物を流す毛細管を設けてある、請求項27に記載の装置。
【請求項29】
前記壁または膜を、(a)0.1mmより小さい寸法の毛細管を有するセラミックまたはステンレス剛のファイバー材料、または、(b)多孔質材料で形成する、請求項28に記載の装置。
【請求項30】
前記多孔質支持体の温度、および/または、前記凝縮器の温度、または、前記凝縮器の一部の温度を変化させる手段を含み、対象の粒子の検出可能な下限検出寸法を制御し、それにより、ナノ粒子の寸法を分布させるようにした、請求項1〜29のいずれか1項に記載の装置。
【請求項31】
前記蒸発チャンバの前記流入口および流出口のぞれぞれに、前記気化可能な物質が液体の場合、前記気化可能な物質の漏れに対する障害物として作用するリップまたはリムを設けてある、請求項1〜30のいずれか1項に記載の装置。
【請求項32】
前記リップまたはリムは、前記蒸発チャンバに延びる流入管または流出管の端部により画定または提供される、請求項31に記載の装置。
【請求項33】
前記リムまたはリップの高さは1mm〜8mmであり、好ましくは2mm〜5mmである、請求項32に記載の装置。
【請求項34】
請求項1〜33のいずれか1項に記載の本発明の装置で用いられる凝縮器であって、
流入口、流出口、および、内側長さ、内側幅および内側高さを有する中空内部を具える凝縮器のボディ部と、
前記凝縮器のボディ部の流入口に接続され、前記凝縮器のボディ部の内側幅に亘って延びる流入流れ分配管と、
前記凝縮器のボディ部の流出口に接続され、前記凝縮器のボディ部の内側幅に亘って延びる流出流れ分配管とを具え、
前記凝縮器のボディ部の内側高さは、前記流入分配管および流出分配管のそれぞれの対応する内側高さよりも低くなっており、
前記流入分配管および流出分配管のそれぞれの壁には、前記凝縮器のボディ部の中空内部と連通する1つ以上のスロットまたは穴が設けられており、前記流入分配管から前記凝縮器の中空内部を介して前記流出分配管に至る流路が形成される凝縮器。
【請求項35】
各分配管の内側断面領域は、前記凝縮器のボディ部の内側断面領域(内側幅×内側高さ)よりも大きい、請求項34に記載の凝縮器。
【請求項36】
前記凝縮器のボディ部の内側断面領域(内側幅×内側高さ)に対する各分配管の内側断面領域の比は、1.1より大きく、好ましくは2より大きく、さらに好ましくは3より大きい、請求項35に記載の凝縮器。
【請求項37】
前記分配管の壁は、前記凝縮器のボディ部の中空内部に開いた細長いスロットを有し、前記スロット幅に対する前記凝縮器のボディ部の内側高さの比は、1.1より大きく、好ましくは、2より大きく、さらに好ましくは3より大きい、請求項34〜36のいずれか1項に記載の凝縮器。
【請求項38】
請求項34〜37のいずれか1項に記載の凝縮器が設けられた、請求項1〜33のいずれか1項に記載の装置。
【請求項39】
凝縮粒子計数器に用いられる気化装置であって、
前記凝縮粒子計数器内の蒸発チャンバの壁に取り付けるための取り付け部と、用いられる前記蒸発チャンバの内部に延びるように設けられたロッド部とを具える加熱要素と、
前記ロッド部を囲んで接触し、気化可能な物質を保持するまたは保持可能な多孔質支持体と、
前記多孔質支持体を前記ロッド部の所定位置に保持する選択的な保持手段とを具える気化装置。
【請求項40】
前記ロッド部は円筒状である、請求項39に記載の気化装置。
【請求項41】
前記多孔質支持体は、前記ロッド部に適合するスリーブを具えている、請求項39または40に記載の気化装置。
【請求項42】
多孔質である前記スリーブを、多孔質素材で形成した、請求項41に記載の気化装置。
【請求項43】
前記多孔質支持体は、下流側に延びる部分を有しており、使用に際し、気化可能な液体物質のリザーバに延びるようになっている、請求項39〜42のいずれか1項に記載の気化装置。
【請求項44】
前記加熱要素の前記ロッド部は、加熱ワイヤまたは加熱プローブおよび選択的な熱電対が設けられる中空内部を有している、請求項39〜43のいずれか1項に記載の気化装置。
【請求項45】
前記加熱ワイヤまたは加熱プローブおよび熱電対(存在する場合)を、前記中空内部の所定位置に保持するために、熱導電性充填剤を用いるようにした、請求項44に記載の気化装置。
【請求項46】
熱導電性充填剤は、半田、その他の可融合金、および、金属粒子充填樹脂(例えばエポキシ樹脂)のような熱導電性樹脂から選択される、請求項45に記載の気化装置。
【請求項47】
前記保持手段は、所定位置に前記多孔質支持体を保持するように、前記多孔質支持体に適合するクリップまたは穴あきスリーブを具える、または、からなる、請求項39〜46のいずれか1項に記載の気化装置。
【請求項48】
前記加熱要素および多孔質支持体、または、前記加熱手段は、請求項39〜47のいずれか1つに記載された、請求項1〜33および請求項38のいずれか1項に記載の装置。
【請求項49】
添付の図2〜20を参照して十分に記載された凝縮装置。
【請求項50】
請求項1〜49のいずれか1項に記載された装置、凝縮器、または、気化装置を備える凝縮粒子計数器。
【請求項51】
粒子検出器に接続された、請求項1〜33および請求項38のいずれか1項に記載された装置を備えるアセンブリ。
【請求項52】
前記粒子検出器は、1つの粒子を検出できる、請求項51に記載のアセンブリ。
【請求項53】
前記粒子検出器は、粒子計数器である、請求項51に記載のアセンブリ。
【請求項54】
請求項1〜33および請求項38のいずれか1項に記載の装置を備える凝縮粒子計数器を用いて、ナノ粒子を検出および計数する方法。
【請求項55】
直列または並列に接続された、請求項1〜33および請求項38のいずれか1項に記載の凝縮装置を複数備えるアセンブリ。
【請求項56】
前記複数の凝縮装置を直列または並列に接続し、各凝縮装置は、ナノ粒子の異なる下限検出寸法で動作するようになっている、請求項55に記載のアセンブリ。
【請求項57】
請求項33に記載の装置における前記多孔質支持体の温度を変化させて下限検出寸法を変更することにより、ナノ粒子の寸法を分布させる方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
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【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【公表番号】特表2011−521213(P2011−521213A)
【公表日】平成23年7月21日(2011.7.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−507986(P2011−507986)
【出願日】平成21年5月8日(2009.5.8)
【国際出願番号】PCT/GB2009/001147
【国際公開番号】WO2009/136166
【国際公開日】平成21年11月12日(2009.11.12)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.パイレックス
【出願人】(510295789)ナニューム リミテッド (1)
【氏名又は名称原語表記】NANEUM LIMITED
【公表日】平成23年7月21日(2011.7.21)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年5月8日(2009.5.8)
【国際出願番号】PCT/GB2009/001147
【国際公開番号】WO2009/136166
【国際公開日】平成21年11月12日(2009.11.12)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.パイレックス
【出願人】(510295789)ナニューム リミテッド (1)
【氏名又は名称原語表記】NANEUM LIMITED
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