浮遊粒子状物質の採取装置
【課題】簡易な構成で、フィルタ交換の煩わしさを解消することができる浮遊粒子状物質の採取装置を提供することを目的とする。
【解決手段】浮遊粒子状物質の採取装置は、試料大気中に含まれる浮遊粒子状物質のうち粒径が予め定められた値以下である微小粒子を含む浮遊粒子状物質含有空気を得る少なくとも１つ以上の分級手段と、上記浮遊粒子状物質含有空気から上記微小粒子を採取する複数の採取手段と、上記浮遊粒子状物質を含む試料大気を吸引するための吸引手段と、上記吸引手段によって吸引される上記試料大気の流量を調節する流量制御手段と、上記浮遊粒子状物質含有空気中の上記微小粒子が、予め定められたタイミングで異なる上記採取手段によって採取されるように上記試料大気の流れを選択的に切替える切替手段と、上記切替手段に切替指示を出力する切替制御手段とを備える。
【解決手段】浮遊粒子状物質の採取装置は、試料大気中に含まれる浮遊粒子状物質のうち粒径が予め定められた値以下である微小粒子を含む浮遊粒子状物質含有空気を得る少なくとも１つ以上の分級手段と、上記浮遊粒子状物質含有空気から上記微小粒子を採取する複数の採取手段と、上記浮遊粒子状物質を含む試料大気を吸引するための吸引手段と、上記吸引手段によって吸引される上記試料大気の流量を調節する流量制御手段と、上記浮遊粒子状物質含有空気中の上記微小粒子が、予め定められたタイミングで異なる上記採取手段によって採取されるように上記試料大気の流れを選択的に切替える切替手段と、上記切替手段に切替指示を出力する切替制御手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浮遊粒子状物質の採取装置に関し、より詳しくは、特に人の健康に影響の大きい浮遊粒子状物質の採取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大気中には、種々の粒径の浮遊粒子状物質(ＳＰＭ：Suspended Particulate Matter)が存在する。浮遊粒子状物質は、その大きさが微小なため、人が呼吸するに際し、気道で濾過されずに、吸引され、肺に沈降することから、特に人に対する毒性が高い。近年、浮遊粒子状物質が、人の健康に強い影響を及ぼすことが様々報告され、高い関心が持たれている。
【０００３】
例えば、米国では、浮遊粒子状物質の標準測定方法（Federal Register Vol.62, No.138／Appendix L：略称FRM法、以下、単にFMR法と称す）が制定されており、非常に多くの実験データが蓄積され、特に疫学用データとして有用性が高いものとなっている。なお、一般的に、大気中の浮遊粒子状物質は、粒径２．５μｍ程度を境として粗大粒子（coarse particle，以下ＣＰと略すことがある）と微小粒子（fine particle，以下ＦＰと略すことがある）とに区切られている。
【０００４】
なお、非特許文献１には、上記FRM法に基づいて、大気中に浮遊する浮遊粒子状物質の内、微小粒子の質量濃度の測定に用いる試料採取装置、つまり基準サンプラの構成等が示されている。
【０００５】
ここで、FRM法による測定法について簡単に説明する。FRM法による測定法は、大気採取装置（サンプラ）により、フィルタ上に浮遊粒子状物質を採取し、その重量を精密天秤により秤量する。具体的には、FRM法による測定では、サンプラにより、分級装置で分級して、ＦＰを２４時間連続的にフィルタ上に採取する。その後、人手により、ＦＰが採取されたフィルタをサンプラから取り出し、当該フィルタを実験室に持ち帰り、所定の条件下でコンディショニングを行った後、精密天秤による重量濃度の測定が行われている。なお、採取が終わった後、つまりサンプラからＦＰが採取されたフィルタが取り出された後は、サンプラ本体に別のフィルタ、つまりＦＰが採取されていない新たなフィルタがセットされ、粒子状物質の採取を引き続き行う。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】日本工業規格 ＪＩＳ Ｋ ８８５１（２００８年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した非特許文献１に記載のサンプラは、以下のような問題があった。例えば、上記サンプラを用いて、微小粒子の重量濃度の日平均値の測定を目的とする場合を仮に想定する。この場合、ある期間（例えば１ヶ月間）、決められた時刻に毎日フィルタ交換をする必要が生じる。具体的には、例えば、日データを取るために２４時間の開始時刻を午前０時となければならない。そして、次回フィルタ交換の時間は２４時間後の翌午前０時となるので、夜間にフィルタ交換を行わなければならない。すなわち、上記サンプラにおいて、正確な測定を行うためには、毎日必ず決められた時刻（上述の例であると午前０時）にフィルタ交換をしなければならず、手間がかかり、煩わしいといった問題があった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡易な構成で、フィルタ交換の煩わしさを解消することができる浮遊粒子状物質の採取装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明は、浮遊粒子状物質を含む試料大気を吸引し当該試料大気から浮遊粒子状物質を採取する浮遊粒子状物質の採取装置である。上記浮遊粒子状物質の採取装置は、上記試料大気中に含まれる浮遊粒子状物質のうち粒径が予め定められた値以下である微小粒子を含む浮遊粒子状物質含有空気を得る少なくとも１つ以上の分級手段と、上記浮遊粒子状物質含有空気から上記微小粒子を採取する複数の採取手段と、上記浮遊粒子状物質を含む試料大気を吸引するための吸引手段と、上記吸引手段によって吸引される上記試料大気の流量を調節する流量制御手段と、上記浮遊粒子状物質含有空気中の上記微小粒子が、予め定められたタイミングで異なる上記採取手段によって採取されるように上記試料大気の流れを選択的に切替える切替手段と、上記切替手段に切替指示を出力する切替制御手段とを備える。
【００１０】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記切替手段は、１つの上記分級手段から排出された上記浮遊粒子状物質含有空気が、つまり当該浮遊粒子状物質含有空気中の上記微小粒子が、第１の上記採取手段と第２の上記採取手段とによって交互に採取されるように、予め定められたタイミングで上記試料大気の流れを選択的に切替えることを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は、上記第１の発明において、上記切替手段は、上記浮遊粒子状物質含有空気が、つまり、上記浮遊粒子状物質含有空気中の上記微小粒子が、上記第１の上記分級手段に対応する第１の上記採取手段によって採取された後に、第２の上記分級手段に対応する第２の上記採取手段によって上記微小粒子が採取されるように、予め定められたタイミングで上記試料大気の流れを選択的に切替えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、微小粒子が採取されたフィルタ交換の煩わしさを解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る採取装置１を示す図
【図２】第１の実施形態に係る採取装置１の変形例を示す図
【図３】第２の実施形態に係る採取装置３を示す図
【図４】第２の実施形態に係る採取装置３の変形例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
本発明の第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係る浮遊粒子状物質の採取装置を示す図である。
【００１５】
まず、第１の実施形態に係る浮遊粒子状物質の採取装置１の概要について簡単に説明する。なお、以下、浮遊粒子状物質の採取装置１を単に採取装置１と称することがある。
【００１６】
第１の実施形態に係る採取装置１は、粒径が所定値以下である微小粒子と粒径が上記所定値を超える粗大粒子とからなる、大気中の浮遊粒子状物質のうち上記微小粒子をフィルタにより採取するものである。なお、微小粒子と粗大粒子の境界となる上記所定値は特に限定されるものではないが、例えば、２．５μｍとされる。
【００１７】
まず、サンプルインレット２１から吸引された試料大気７１は、分級手段２２によって、浮遊粒子状物質含有空気７２と粗大粒子含有空気（図示せず）とに分級される。次いで、浮遊粒子状物質含有空気７２は、上流ライン３２を通りＡフィルタ４１またはＢフィルタ４２へ導かれる。また、採取装置１には、上流回転バルブ３１および下流回転バルブ５４が備わっているので、浮遊粒子状物質含有空気７２を何れか一方のフィルタに導くことができる。つまり、採取装置１には、上流回転バブル３１および下流回転バルブ５４が備わっているので、浮遊粒子状物質含有空気７２に含まれる粒子状物質は、交互に、Ａフィルタ４１またはＢフィルタ４２上に採取されることになる。また、詳細は後述するが、上流回転バブル３１および下流回転バルブ５４にはモーター３５、５１が接続されており、また当該モーター３５、５１は予め定められた条件（例えば、２４時間ごと）で駆動し、それに伴って上流回転バブル３１および下流回転バルブ５４も駆動し、何れか一方のフィルタ（具体的には、フィルタＡ４１またはフィルタＢ４２）上に粒子状物質が採取されることになる。そして、各フィルタによって微小粒子が採取された後の空気は、採取装置１の外に排出される。
【００１８】
本実施形態に係る採取装置１は、浮遊粒子状物質含有空気７２に含まれる粒子状物質を採取するフィルタを上流回転バルブ３１および下流回転バルブ５４によって予め定められた条件に従って自動的に切りかえることによって、切りかわってから後の時間にフィルタ交換をしに行けばよく、日データを取るために、午前０時にフィルタを取りに行く必要はない。
【００１９】
なお、以下の説明において、浮遊粒子状物質含有空気７２に含まれる微小粒子がＡフィルタ４１によって採取され、そして当該微小粒子が採取された後の空気が採取装置１の外に排出されるような流れを採取Ａルートと称す。一方、浮遊粒子状物質含有空気７２に含まれる微小粒子がＢフィルタ４２によって採取され、そして当該微小粒子が採取された後の空気が採取装置１の外に排出されるような流れを採取Ｂルートと称す。
【００２０】
次に、第１の実施形態に係る採取装置１の構成について詳説する。図１に示すように、採取装置１は、分級手段２２と、上流ライン３２と、上流回転バルブ３１と、上流Ａライン３３と、上流Ｂライン３４と、Ａフィルタ４１と、Ｂフィルタ４２と、下流回転バルブ５４と、下流Ａライン５２と、下流Ｂライン５３と、下流ライン５５と、を備えている。
【００２１】
なお、上述したように２つの採取ルートを区別するために、採取Ａルート、採取Ｂルートと記載したので、採取装置１の構成についても、構成の名称は、採取ルートに対応する名称とした。つまり、上記採取Ａルートに含まれる採取装置１における構成は、上流Ａライン３３と、Ａフィルタ４１と、下流Ａライン５２である。より具体的に説明すると、採取Ａルートとは、上流ライン３２を通る浮遊粒子状物質含有空気７２が、当該上流ライン３２からＡフィルタ４１に続く上流Ａライン３３に導かれ、Ａフィルタ４１によって微小粒子が採取された後の空気（以下、排出空気５６と称す）が下流Ａライン５２から下流ライン５５に導かれるルートのことである。同様に、採取Ｂルートについても同様の考え方で採取装置１の構成の名称を付与してある。
【００２２】
分級手段２２は、浮遊粒子状物質を含む試料大気７１を吸引し、吸引した試料大気７１中の浮遊粒子状物質を、例えば、分級比（質量基準）が５０％となるような粒子の空気力学的粒径を閾値として、粒径が当該閾値以下の微小粒子と、粒径が当該閾値を超える粗大粒子とに分級する。上記閾値は特に限定されるものではないが、例えば、２．５μｍとされる。なお、分級手段２２の種類は特に限定されるものではないが、例えば、インパクタ或いはサイクロンを分級手段として採用した場合、粗大粒子はその多くが慣性衝突によって試料大気から除去され、これにより、粗大粒子の多くが除去された浮遊粒子状物質含有空気７２を得る。また、バーチャルインパタを採用した場合には、分級手段２２は、上記閾値を超える粒子を分級比で５０％以上の割合（質量割合）で含む粗大粒子含有空気と、上記閾値以下の粒子を分級比で５０％以上の割合（質量割合）で含む浮遊粒子状物質含有空気７２とに分ける。これによって、分級手段２２は、サンプルインレット２１で吸引される試料大気７１に含まれる浮遊粒子状物質を分級することができる。なお、分級手段２２における吸引力は、図１に示すように、例えば、Ａフィルタ４１およびＢフィルタ４２よりも下流側に設けられた吸引ポンプ８６で発生させればよい。また、当該吸引ポンプ８６の吸引力は、後述するＣＰＵ８７または流量制御部８５によって制御される。
【００２３】
なお、分級手段２２には、図１に示すように、浮遊粒子状物質含有空気７２をＡフィルタ４１およびＢフィルタ４２に導く上流ライン３２が接続されている。
【００２４】
上流回転バルブ３１は、浮遊粒子状物質含有空気７２をフィルタＡ４１およびフィルタＢ４２に交互に送り込むために、上流ライン３２を、フィルタＡ４１に続く上流ラインＡ３３またはフィルタＢ４２に続く上流Ｂライン３４に切替える。
【００２５】
具体的には、図１に示すように、上流回転バルブ３１によって、上流ライン３２が、Ａフィルタ４１に続く上流Ａライン３３に接続された場合、上流ライン３２を通る浮遊粒子状物質含有空気７２は、当該上流ライン３２から上流Ａライン３３に導かれる（図１に示した矢印７３）。一方、図１に示すように、上流回転バルブ３１によって、上流ライン３２が、Ｂフィルタ４２に続く上流Ｂライン３４（図１に示した矢印７４方向）に接続された場合、上流ライン３２を通る浮遊粒子状物質含有空気７２は、当該上流ライン３２から上流Ｂライン３４に導かれる。
【００２６】
Ａフィルタ４１は、浮遊粒子状物質含有空気７２から微小粒子を採取するものである。また、Ａフィルタ４１は、フッ化炭素系樹脂で構成されるものが好ましく、浮遊粒子状物質含有空気７２から微粒子を採取できるものであればよい。具体的には、粒子捕集効率は、０．３μｍの粒子の捕集効率が９９．７％以上のものであり、吸湿率及びガス吸着が０．０１％以下のものである。なお、Ｂフィルタ４２についても同様である。
【００２７】
また、図１に示すように、Ａフィルタ４１には下流Ａライン５２が、Ｂフィルタ４２には下流Ｂライン５３がそれぞれ接続されている。そして、排出空気５６を採取装置１の外に排出するための下流ライン５５に、上記下流Ａライン５２および上記下流Ｂライン５３が交互に下流回転バルブ５４によって接続される。なお、図１では、採取Ａルートの例を示した。
【００２８】
このように、上流回転バルブ３１および下流回転バルブ５４によって、どのラインに接続されるか否かによって、浮遊粒子状物質含有空気７２に含まれる粒子状物質を採取するフィルタが異なることになる。なお、上流回転バルブ３１および下流回転バルブ５４は、上記採取Ａルートおよび上記採取Ｂルートが形成されるように同期して駆動するようにすればよい。また、採取装置１は、上流回転バルブ３１および下流回転バルブ５４の何れか一方によって、上記採取Ａルートおよび上記採取Ｂルートが形成されるようにしてもよい。
【００２９】
なお、上述した上流回転バルブ３１および下流回転バルブ５４には、例えば、それぞれモーター３５、５１が備わっている。また、上流回転バルブ３１は、上流ライン３２中の空気が上流Ａライン３３または上流Ｂライン４２に流れるように制御できるものであればよい。つまり、上流回転バルブ３１は、上流ライン３２を上流Ａライン３３または上流Ｂライン４２に接続できるバルブであればよく、駆動方式（電動式、エア駆動式等）は問わず、周知のバルブを用いることができる。例えば、円筒形の弁箱の中で円板状の弁体が回転し、流れの方向に対する弁体の角度を変えて流れを調整するバタフライ弁、円球の一部が貫通したボールを回転させることによって開閉を行うボールバルブ等が挙げられる。また、同様に、下流回転バルブ３１は、下流Ａライン５２または下流Ｂライン５３中の空気が下流ライン５５に流れるように制御できるものであればよい。
【００３０】
また、上述した例では、上流回転バルブ３１は、上流ライン３２中を流れる浮遊粒子状物質含有空気７２が上流Ａライン３３または上流Ｂライン４２に流れるように制御する（言い換えると、流れを切替える）ものであった。しかしながら、上流ライン３２中の浮遊粒子状物質含有空気７２を送るラインの数、およびフィルタの数は、上述した例に限られない。例えば、採取装置１に、Ａフィルタ４１およびＢフィルタ４２の２つではなく、粒子状物質を採取するためのフィルタの数を増やしてもよい。より具体的に説明すると、例えば、採取装置１に粒子状物質を採取するためのフィルタの数を４つにしてもよい。つまり、採取装置１は、上記Ａフィルタ４１、ＢフィルタＢ４２、に加え、例えば図示しないＣフィルタの合計３つのフィルタを備えてもよい。この場合、上流回転バルブ３１は、浮遊粒子状物質含有空気７２をＡフィルタ４１、Ｂフィルタ４２、Ｃフィルタの順に送り込むことができるように、上流ライン３２を各フィルタに続くラインに切りかえ、浮遊粒子状物質含有空気７２の流れを制御すればよい。また、下流回転バルブ５４も各フィルタ（Ａフィルタ４１、Ｂフィルタ４２、図示しないＣフィルタ）のうち何れか１つのフィルタからの排出空気５６が下流ライン５５に流れるようにそれぞれのラインに接続し、当該排気空気５６の流れを切替えればよい。
【００３１】
つまり、大気中に浮遊する浮遊粒子状物質の内、微小粒子の質量濃度の測定に用いる試料採取装置を目的とする装置の設計の範囲内で、採取装置１において、フィルタを複数備え、図１に示した採取Ａルートおよび採取Ｂルートだけではなく、さらに採取ルートを形成してもよい。
【００３２】
なお、採取装置１には、図１に示すように大気測定手段８１、排出空気測定手段８２、防塵フィルタ８３、流量センサ８４、流量制御部８５、ＣＰＵ（中央処理装置）８７等を備えてもよい。
【００３３】
大気測定手段１２は、分級手段２１に吸引される前の大気の相対湿度、温度、および圧力を測定する。つまり、測定装置１の外部における大気の相対湿度、温度、および圧力（気圧）を測定する。大気測定手段１２は、図１に示されているように、例えば、温度計、気圧センサである。
【００３４】
混合空気測定手段２９は、排出空気５６の温度および圧力を測定する。排出空気測定手段１２は、図１に示されているように、例えば、温度計、気圧センサである。
【００３５】
防塵フィルタ８３は、排出空気５６に含まれる実質的に全ての浮遊粒子状物質を除去する。そして、排出空気５６は、防塵フィルタ８３によって清浄な空気となって採取装置１から装置外（大気に）排出される。
【００３６】
流量センサ８４、採取装置１から排出される排出空気５６の流量を測定する。
【００３７】
また、ＣＰＵ８７は、大気測定手段８１によって測定された大気の相対湿度、温度および圧力、並びに、排出空気測定手段８２によって測定された湿度、温度、および圧力に関する情報を取得する。そして、ＣＰＵ８７は、当該情報および流量センサ８４から得られる排出空気５６の流量に関する情報に基づいて所定の演算を行い、制御信号を流量制御部８５に出力する。そして、排出空気５６の流量は、流量制御部８５（例えば、弁やバルブ等）によって制御される。なお、ＣＰＵ８７は、当該情報および流量センサ８４から得られる排出空気５６の流量に関する情報に基づいて所定の演算を行い、制御信号を吸引ポンプ８６に出力し、排出空気５６の流量を吸引ポンプ８６によって制御してもよい。
【００３８】
なお、ＣＰＵ８７は、湿度、温度、および圧力に関する情報および流量センサ８４から得られる排出空気５６の流量に関する情報に基づいて所定の演算を行い、制御信号を流量制御部８５や吸引ポンプ８６に出力したが、流量制御部８５が所定の演算を行ってもよい。つまり、例えば、流量制御部８５は、図示しない中央処理装置を有し、湿度、温度、および圧力に関する情報、流量センサ８４から得られる排出空気５６の流量に関する情報に基づいて所定の演算を行い、排出空気５６の流量を制御してもよいし、制御信号を吸引ポンプ８６に出力してもよい。
【００３９】
なお、ＣＰＵ８７は、図示しない記憶部に記憶されている所定のプログラムを実行することにより、モーター３５、５１を制御する。例えば、装置１にＡフィルタＡおよびＢフィルタ４２の２つのフィルタが備わっている場合、ＣＰＵ８７は、２４時間毎にモーター３５、５１を自動的に制御する。
【００４０】
このように本実施形態の係る装置１によれば、微小粒子が採取されたフィルタ交換の煩わしさを解消することができる。ここで、より具体的な場面を想定して以下、説明する。例えば、粒子状物質の重量濃度の日平均値の測定を目的として、採取装置１を用いて大気中の粒子状物質を２４時間連続的に一定期間採取する場合を仮に想定する。また、２４時間の開始時刻は午前０時と仮に想定する。この場合、例えば、モーター３５、５１の駆動条件を２４時間で１回駆動するように設定しておけば、粒子状物質が、採取Ａルートで２４時間採取され、（２４時間後の）翌午前０時には、自動的に採取Ｂルートに切りかわって粒子状物質が当該採取Ｂルートで２４時間採取されることになる。
【００４１】
言い換えると、上記採取Ａルート、上記採取Ｂルートのように各採取ルートが自動的に切りかわらなければ、粒子状物質を２４時間連続的に一定期間採取する場合、決まった時刻（上述の例であると午前０時）に必ずフィルタを回収および交換をし、かつ採取ルートも人手で切りかえなければならない。すなわち、本実施形態に係る採取装置１のように、採取Ａルートで２４時間採取された後は、自動的に採取Ｂルートに切りかわって粒子状物質が当該採取Ｂルートで２４時間採取されることになるので、Ａフィルタ４１の回収および交換は、採取Ｂルートで粒子状物質が採取されている間（採取Ａルートでの採取が終了してから２４時間以内）に行えば良いことになる。
【００４２】
また、採取Ｂルートで２４時間採取され、（２４時間後の）翌午前０時には、自動的に採取Ａルートに切りかわって粒子状物質が当該採取Ｂルートで２４時間採取されることになるので、Ｂフィルタ４２の回収および交換は、採取Ａルートで採取される間に行えば良いことになる。したがって、毎日必ず同じ時刻（上述の例であると午前０時）に微小粒子が採取されたフィルタ交換しなければならないといった、フィルタ交換の煩わしさを解消することができる。
【００４３】
なお、一例として、微小粒子を採取Ａルートおよび採取Ｂルートにより採取する例を説明したが、採取Ａルートおよび採取Ｂルートだけではなく、さらに採取ルートがあってもよいことを上述した。例えば、採取Ａルートおよび採取Ｂルートに加え、採取Ｃルートがあった場合、採取Ａルートで２４時間採取された後は、自動的に採取Ｂルートに切りかわって粒子状物質が当該採取Ｂルートで２４時間採取され、さらに２４時間後には採取ルートＣで粒子状物質が採取されることになる。すなわち、採取ＡルートにおけるＡフィルタ４１の回収および交換は、採取Ｂルートおよび採取Ｃルートで粒子状物質が採取される間（採取ルートＡでの採取が終了してから４８時間以内）に行えば良いことになる。
【００４４】
さらに、一例として、モーター３５、５１の駆動条件を２４時間で１回駆動するように設定した場合を例に説明したが、モーター３５、５１の駆動条件は、２４時間に限られないことは言うまでもない。つまり、１２時間ごとに微小粒子を採取したい場合は、モーター３５、５１の駆動条件を１２時間に設定すればよいように、所望の条件に設定すればよい。
【００４５】
なお、上述した第１の実施形態に係る採取装置１では、ラインは上流回転バルブ３５および下流回転バブル５４によって切りかわる態様を説明したが、電磁弁を用いても上述した採取装置１を実現できる。以下、図２を参照しつつ、第１の実施形態に係る採取装置１の変形例を説明する。図２は、第１の実施形態の変形例に係る採取装置２を示す図である。なお、図１と同様の構成については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００４６】
図２に示すように、採取装置２の分級手段２２には、浮遊粒子状物質含有空気７２を直接Ａフィルタ４１およびＢフィルタ４２に導けるように、２つに分岐した上流ライン３６が接続されている。また、Ａフィルタ４１およびＢフィルタ４２には、当該各フィルタによって微小粒子が採取された後の空気（排出空気５６）を採取装置２の外に排出できるように、２つに分岐した下流ライン３７が接続されている。
【００４７】
そして、図２に示すように、Ａフィルタ４１の上流側に電磁弁（上流Ａ電磁弁６２）６２、下流側に電磁弁（下流Ａ電磁弁６４）が備わっている。同様に、Ｂフィルタ４２の上流側に電磁弁（上流Ｂ電磁弁６６）、下流側に電磁弁（下流Ｂ電磁弁６８）が備わっている。なお、各電磁弁６２、６４、６６、６８にはそれぞれモーター６１、６３、６５、６７が備わっており、当該各モーターによって各電磁弁の開閉が行われる。また、各モーターは予め定められた条件で駆動し、それに伴って各電磁弁の開閉が行われる。
【００４８】
このようにしても、採取装置２において、上述した第１の実施形態に係る採取装置１と同様の効果を実現することができる。つまり、Ａフィルタ４１の上流Ａ電磁弁６２と下流Ａ電磁弁６４とを開にして、Ｂフィルタ４２の上流Ｂ電磁弁６２と下流Ｂ電磁弁６４とを閉にすれば、上述した第１の実施形態に係る採取装置１のような採取Ａルートが形成されることになる。同様に、Ａフィルタ４１の上流Ａ電磁弁６２と下流Ａ電磁弁６４とを閉にして、Ｂフィルタ４２の上流Ｂ電磁弁６２と下流Ｂ電磁弁６４とを開にすれば、上述した第１の実施形態に係る採取装置１のような採取Ｂルートが形成されることになる。
【００４９】
なお、上流ライン３６および下流ライン３７は、上述したようなそれぞれ２つに分岐したラインに限られず、複数に分岐したラインを用いてもよい。そして、分岐した数に応じたフィルタ、電磁弁、およびモーターを備えることにより、採取Ａルートおよび採取Ｂルートだけではなく、さらに採取ルートを形成することができる。
【００５０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図３は、本実施形態に係る浮遊粒子状物質採取装置３（以下、単に採取装置３と称すことがある）を示す図である。また、第１実施形態と同様の構成については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。なお、第２の実施形態に係る採取装置３において、上述の第１の実施形態と異なる点は以下の通りである。
【００５１】
図３に示すように、第２の実施形態に係る採取装置３は、第１の実施形態に係る採取装置１と異なり、分級手段を複数備えている（例えば、図３に示すようにＡ分級手段２４およびＢ分級手段２６）。具体的には、Ａ分級手段２４には、浮遊粒子状物質含有空気７２をＡフィルタ４１に直接導くための上流Ａライン３８が接続されている。また、Ｂ分級手段２６には、浮遊粒子状物質含有空気７２をＢフィルタ４２に直接導くための上流Ｂライン３９が接続されている。つまり、図３に示すように、第２の実施形態に係る採取装置３は、上述した第１の実施形態と異なり、浮遊粒子状物質含有空気７２をＡフィルタ４１およびＢフィルタ４２の何れか一方に送り込むための上流回転バルブ３１を備えていない（図１参照）。なお、他の構成は、上述した第１の実施形態に係る採取装置１と同様である。
【００５２】
また、図３に示すように、第２の実施形態に係る採取装置３おいても、Ａフィルタ４１には下流Ａライン５２が、Ｂフィルタ４２には下流Ｂライン５３がそれぞれ接続されている。そして、各フィルタによって微小粒子が採取された後の空気（つまり、排出空気５６）を採取装置３の外に排出するための下流ライン５５に、下流Ａライン５２および下流Ｂライン５３の何れか一方が下流回転バルブ５４によって予め定められた条件で自動的に接続されることになる。
【００５３】
また、採取装置３の構成についても、構成の名称は、採取ルートに対応する名称としている。つまり、採取Ａルートに含まれる採取装置３における構成は、Ａ分級手段２４と、上流Ａライン３８と、Ａフィルタ４１と、下流Ａライン５２である。より具体的に説明すると、採取Ａルートとは、上流Ａライン３８を通る浮遊粒子状物質含有空気７２が、当該上流Ａライン３８からＡフィルタ４１に直接導かれ、Ａフィルタ４１によって微小粒子が採取された後の空気（排出空気５６）が下流Ａライン５２から下流ライン５５に導かれるルートのことである。同様に、採取Ｂルートについても同様の考え方で採取装置３の構成の名称を付与してある。
【００５４】
例えば、下流回転バルブ５４によって、下流ライン５５が下流Ａライン５２に接続されていた場合、Ａ分級手段２４によって分級された浮遊粒子状物質含有空気７２は、当該Ａ分級手段２４に接続された上流Ａライン３８によって、Ａフィルタ４１に直接導かれる。一方、下流回転バルブ５４によって、下流ライン５５が下流Ｂライン５３に接続されていた場合、Ｂ分級手段２６によって分級された浮遊粒子状物質含有空気７２は、当該Ｂ分級手段２６に接続された下流Ｂライン５３によって、Ｂフィルタ４２に直接導かれる。つまり、第２の実施形態に係る採取装置３は、下流回転バルブ５４がどのラインに接続されるか否かに浮遊粒子状物質含有空気７２に含まれる粒子状物質を採取するフィルタが異なることになる。なお、図３では、採取Ａルートの例を示した。
【００５５】
なお、大気中に浮遊する浮遊粒子状物質の内、微小粒子の質量濃度の測定に用いる試料採取装置を目的とする装置の設計の範囲内で、採取装置３において、分級手段および当該分級手段に対応するフィルタおよびラインを複数備え、採取Ａルート、および採取Ｂルートだけではなく、さらに採取ルートがあってもよい。この場合、下流回転バルブ５４は、各フィルタのうち何れか１つのフィルタからの排出空気５６を装置外に排出できるように、当該各フィルタからのラインを下流ライン５５に接続できるような構成にすればよい。
【００５６】
以上説明したように、第２の実施形態に係る採取装置３によっても、上述した第１の実施形態に係る採取装置１と同様の効果を実現することができる。さらに、第２の実施形態に係る採取装置３は、浮遊粒子状物質含有空気７２を分級手段から直接フィルタに導く。言い換えると、第２の実施形態に係る採取装置３は、上述した第１の実施形態に係る採取装置１
のように、分級手段からフィルタまでの間に、上流回転バルブや電磁弁が備わっていない。従って、第２の実施形態に係る採取装置３においては、上流回転バルブや電磁弁に浮遊粒子状物質含有空気７２に含まれる粒子状物質が付着することを防ぐことができる。その結果、浮遊粒子状物質含有空気７２に含まれる粒子状物質をロスすることなく、各フィルタ上に採取することが可能となる。
【００５７】
なお、上述した第２の実施形態に係る採取装置３では、ラインは下流回転バブル５４によって切りかわる態様を説明したが、電磁弁を用いても上述した採取装置３を実現できる。以下、図４を参照しつつ、第２の実施形態に係る採取装置３の変形例を説明する。図４は、第２の実施形態の変形例に係る採取装置４を示す図である。なお、図３と同様の構成については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００５８】
図４に示すように、Ａフィルタ４１およびＢフィルタ４２には、当該各フィルタによって微小粒子が採取された後の空気（排出空気５６）を採取装置４の外に排出できるように、２つに分岐した下流ライン３７が接続されている。
【００５９】
そして、図４に示すように、Ａフィルタ４１の下流側に電磁弁（下流Ａ電磁弁６４）、Ｂフィルタ４２の下流側に電磁弁（下流Ｂ電磁弁６８）が備わっている。なお、各電磁弁６４、６８にはそれぞれモーター６３、６７が備わっており、当該各モーターによって各電磁弁の開閉が行われる。また、各モーターは予め定められた条件で駆動し、それに伴って各電磁弁の開閉が行われる。
【００６０】
このようにしても、採取装置４において、上述した第２の実施形態に係る採取装置３と同様の効果を実現することができる。なお、下流ライン３７は、上述したようなそれぞれ２つに分岐したラインに限られず、複数に分岐したラインを用いてもよい。そして、分岐した数に応じたフィルタ、電磁弁、およびモーターを備えることにより、採取Ａルートおよび採取Ｂルートだけではなく、さらに採取ルートを形成することができる。
【００６１】
以上、本発明を詳細に説明してきたが、上述の説明はあらゆる点において本発明の一例にすぎず、その範囲を限定しようとするものではない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明にかかる粒子状物質の採取装置は、簡易な構成で、フィルタ交換の煩わしさを解消することができる、人の健康に影響の大きい微小浮遊粒子状物質の採取装置等に有用である。
【符号の説明】
【００６３】
１、２、３、４…採取装置
２２…分級手段
２４…Ａ分級手段
２６…Ｂ分級手段
３２…上流ライン
３３、３９…上流Ａライン
３４、３９…上流Ｂライン
３１…上流回転バルブ
６２…上流Ａ電磁弁
６６…上流Ｂ電磁弁
４１…Ａフィルタ
４２…Ｂフィルタ
５４…下流回転バルブ
６４…下流Ａ電磁弁
６８…下流Ｂ電磁弁
３７、５５…下流ライン
５２…下流Ａライン
５３…下流Ｂライン
８５…流量制御部
８６…吸引ポンプ
８７…ＣＰＵ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浮遊粒子状物質の採取装置に関し、より詳しくは、特に人の健康に影響の大きい浮遊粒子状物質の採取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大気中には、種々の粒径の浮遊粒子状物質(ＳＰＭ：Suspended Particulate Matter)が存在する。浮遊粒子状物質は、その大きさが微小なため、人が呼吸するに際し、気道で濾過されずに、吸引され、肺に沈降することから、特に人に対する毒性が高い。近年、浮遊粒子状物質が、人の健康に強い影響を及ぼすことが様々報告され、高い関心が持たれている。
【０００３】
例えば、米国では、浮遊粒子状物質の標準測定方法（Federal Register Vol.62, No.138／Appendix L：略称FRM法、以下、単にFMR法と称す）が制定されており、非常に多くの実験データが蓄積され、特に疫学用データとして有用性が高いものとなっている。なお、一般的に、大気中の浮遊粒子状物質は、粒径２．５μｍ程度を境として粗大粒子（coarse particle，以下ＣＰと略すことがある）と微小粒子（fine particle，以下ＦＰと略すことがある）とに区切られている。
【０００４】
なお、非特許文献１には、上記FRM法に基づいて、大気中に浮遊する浮遊粒子状物質の内、微小粒子の質量濃度の測定に用いる試料採取装置、つまり基準サンプラの構成等が示されている。
【０００５】
ここで、FRM法による測定法について簡単に説明する。FRM法による測定法は、大気採取装置（サンプラ）により、フィルタ上に浮遊粒子状物質を採取し、その重量を精密天秤により秤量する。具体的には、FRM法による測定では、サンプラにより、分級装置で分級して、ＦＰを２４時間連続的にフィルタ上に採取する。その後、人手により、ＦＰが採取されたフィルタをサンプラから取り出し、当該フィルタを実験室に持ち帰り、所定の条件下でコンディショニングを行った後、精密天秤による重量濃度の測定が行われている。なお、採取が終わった後、つまりサンプラからＦＰが採取されたフィルタが取り出された後は、サンプラ本体に別のフィルタ、つまりＦＰが採取されていない新たなフィルタがセットされ、粒子状物質の採取を引き続き行う。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】日本工業規格 ＪＩＳ Ｋ ８８５１（２００８年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した非特許文献１に記載のサンプラは、以下のような問題があった。例えば、上記サンプラを用いて、微小粒子の重量濃度の日平均値の測定を目的とする場合を仮に想定する。この場合、ある期間（例えば１ヶ月間）、決められた時刻に毎日フィルタ交換をする必要が生じる。具体的には、例えば、日データを取るために２４時間の開始時刻を午前０時となければならない。そして、次回フィルタ交換の時間は２４時間後の翌午前０時となるので、夜間にフィルタ交換を行わなければならない。すなわち、上記サンプラにおいて、正確な測定を行うためには、毎日必ず決められた時刻（上述の例であると午前０時）にフィルタ交換をしなければならず、手間がかかり、煩わしいといった問題があった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡易な構成で、フィルタ交換の煩わしさを解消することができる浮遊粒子状物質の採取装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明は、浮遊粒子状物質を含む試料大気を吸引し当該試料大気から浮遊粒子状物質を採取する浮遊粒子状物質の採取装置である。上記浮遊粒子状物質の採取装置は、上記試料大気中に含まれる浮遊粒子状物質のうち粒径が予め定められた値以下である微小粒子を含む浮遊粒子状物質含有空気を得る少なくとも１つ以上の分級手段と、上記浮遊粒子状物質含有空気から上記微小粒子を採取する複数の採取手段と、上記浮遊粒子状物質を含む試料大気を吸引するための吸引手段と、上記吸引手段によって吸引される上記試料大気の流量を調節する流量制御手段と、上記浮遊粒子状物質含有空気中の上記微小粒子が、予め定められたタイミングで異なる上記採取手段によって採取されるように上記試料大気の流れを選択的に切替える切替手段と、上記切替手段に切替指示を出力する切替制御手段とを備える。
【００１０】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記切替手段は、１つの上記分級手段から排出された上記浮遊粒子状物質含有空気が、つまり当該浮遊粒子状物質含有空気中の上記微小粒子が、第１の上記採取手段と第２の上記採取手段とによって交互に採取されるように、予め定められたタイミングで上記試料大気の流れを選択的に切替えることを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は、上記第１の発明において、上記切替手段は、上記浮遊粒子状物質含有空気が、つまり、上記浮遊粒子状物質含有空気中の上記微小粒子が、上記第１の上記分級手段に対応する第１の上記採取手段によって採取された後に、第２の上記分級手段に対応する第２の上記採取手段によって上記微小粒子が採取されるように、予め定められたタイミングで上記試料大気の流れを選択的に切替えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、微小粒子が採取されたフィルタ交換の煩わしさを解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る採取装置１を示す図
【図２】第１の実施形態に係る採取装置１の変形例を示す図
【図３】第２の実施形態に係る採取装置３を示す図
【図４】第２の実施形態に係る採取装置３の変形例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
本発明の第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係る浮遊粒子状物質の採取装置を示す図である。
【００１５】
まず、第１の実施形態に係る浮遊粒子状物質の採取装置１の概要について簡単に説明する。なお、以下、浮遊粒子状物質の採取装置１を単に採取装置１と称することがある。
【００１６】
第１の実施形態に係る採取装置１は、粒径が所定値以下である微小粒子と粒径が上記所定値を超える粗大粒子とからなる、大気中の浮遊粒子状物質のうち上記微小粒子をフィルタにより採取するものである。なお、微小粒子と粗大粒子の境界となる上記所定値は特に限定されるものではないが、例えば、２．５μｍとされる。
【００１７】
まず、サンプルインレット２１から吸引された試料大気７１は、分級手段２２によって、浮遊粒子状物質含有空気７２と粗大粒子含有空気（図示せず）とに分級される。次いで、浮遊粒子状物質含有空気７２は、上流ライン３２を通りＡフィルタ４１またはＢフィルタ４２へ導かれる。また、採取装置１には、上流回転バルブ３１および下流回転バルブ５４が備わっているので、浮遊粒子状物質含有空気７２を何れか一方のフィルタに導くことができる。つまり、採取装置１には、上流回転バブル３１および下流回転バルブ５４が備わっているので、浮遊粒子状物質含有空気７２に含まれる粒子状物質は、交互に、Ａフィルタ４１またはＢフィルタ４２上に採取されることになる。また、詳細は後述するが、上流回転バブル３１および下流回転バルブ５４にはモーター３５、５１が接続されており、また当該モーター３５、５１は予め定められた条件（例えば、２４時間ごと）で駆動し、それに伴って上流回転バブル３１および下流回転バルブ５４も駆動し、何れか一方のフィルタ（具体的には、フィルタＡ４１またはフィルタＢ４２）上に粒子状物質が採取されることになる。そして、各フィルタによって微小粒子が採取された後の空気は、採取装置１の外に排出される。
【００１８】
本実施形態に係る採取装置１は、浮遊粒子状物質含有空気７２に含まれる粒子状物質を採取するフィルタを上流回転バルブ３１および下流回転バルブ５４によって予め定められた条件に従って自動的に切りかえることによって、切りかわってから後の時間にフィルタ交換をしに行けばよく、日データを取るために、午前０時にフィルタを取りに行く必要はない。
【００１９】
なお、以下の説明において、浮遊粒子状物質含有空気７２に含まれる微小粒子がＡフィルタ４１によって採取され、そして当該微小粒子が採取された後の空気が採取装置１の外に排出されるような流れを採取Ａルートと称す。一方、浮遊粒子状物質含有空気７２に含まれる微小粒子がＢフィルタ４２によって採取され、そして当該微小粒子が採取された後の空気が採取装置１の外に排出されるような流れを採取Ｂルートと称す。
【００２０】
次に、第１の実施形態に係る採取装置１の構成について詳説する。図１に示すように、採取装置１は、分級手段２２と、上流ライン３２と、上流回転バルブ３１と、上流Ａライン３３と、上流Ｂライン３４と、Ａフィルタ４１と、Ｂフィルタ４２と、下流回転バルブ５４と、下流Ａライン５２と、下流Ｂライン５３と、下流ライン５５と、を備えている。
【００２１】
なお、上述したように２つの採取ルートを区別するために、採取Ａルート、採取Ｂルートと記載したので、採取装置１の構成についても、構成の名称は、採取ルートに対応する名称とした。つまり、上記採取Ａルートに含まれる採取装置１における構成は、上流Ａライン３３と、Ａフィルタ４１と、下流Ａライン５２である。より具体的に説明すると、採取Ａルートとは、上流ライン３２を通る浮遊粒子状物質含有空気７２が、当該上流ライン３２からＡフィルタ４１に続く上流Ａライン３３に導かれ、Ａフィルタ４１によって微小粒子が採取された後の空気（以下、排出空気５６と称す）が下流Ａライン５２から下流ライン５５に導かれるルートのことである。同様に、採取Ｂルートについても同様の考え方で採取装置１の構成の名称を付与してある。
【００２２】
分級手段２２は、浮遊粒子状物質を含む試料大気７１を吸引し、吸引した試料大気７１中の浮遊粒子状物質を、例えば、分級比（質量基準）が５０％となるような粒子の空気力学的粒径を閾値として、粒径が当該閾値以下の微小粒子と、粒径が当該閾値を超える粗大粒子とに分級する。上記閾値は特に限定されるものではないが、例えば、２．５μｍとされる。なお、分級手段２２の種類は特に限定されるものではないが、例えば、インパクタ或いはサイクロンを分級手段として採用した場合、粗大粒子はその多くが慣性衝突によって試料大気から除去され、これにより、粗大粒子の多くが除去された浮遊粒子状物質含有空気７２を得る。また、バーチャルインパタを採用した場合には、分級手段２２は、上記閾値を超える粒子を分級比で５０％以上の割合（質量割合）で含む粗大粒子含有空気と、上記閾値以下の粒子を分級比で５０％以上の割合（質量割合）で含む浮遊粒子状物質含有空気７２とに分ける。これによって、分級手段２２は、サンプルインレット２１で吸引される試料大気７１に含まれる浮遊粒子状物質を分級することができる。なお、分級手段２２における吸引力は、図１に示すように、例えば、Ａフィルタ４１およびＢフィルタ４２よりも下流側に設けられた吸引ポンプ８６で発生させればよい。また、当該吸引ポンプ８６の吸引力は、後述するＣＰＵ８７または流量制御部８５によって制御される。
【００２３】
なお、分級手段２２には、図１に示すように、浮遊粒子状物質含有空気７２をＡフィルタ４１およびＢフィルタ４２に導く上流ライン３２が接続されている。
【００２４】
上流回転バルブ３１は、浮遊粒子状物質含有空気７２をフィルタＡ４１およびフィルタＢ４２に交互に送り込むために、上流ライン３２を、フィルタＡ４１に続く上流ラインＡ３３またはフィルタＢ４２に続く上流Ｂライン３４に切替える。
【００２５】
具体的には、図１に示すように、上流回転バルブ３１によって、上流ライン３２が、Ａフィルタ４１に続く上流Ａライン３３に接続された場合、上流ライン３２を通る浮遊粒子状物質含有空気７２は、当該上流ライン３２から上流Ａライン３３に導かれる（図１に示した矢印７３）。一方、図１に示すように、上流回転バルブ３１によって、上流ライン３２が、Ｂフィルタ４２に続く上流Ｂライン３４（図１に示した矢印７４方向）に接続された場合、上流ライン３２を通る浮遊粒子状物質含有空気７２は、当該上流ライン３２から上流Ｂライン３４に導かれる。
【００２６】
Ａフィルタ４１は、浮遊粒子状物質含有空気７２から微小粒子を採取するものである。また、Ａフィルタ４１は、フッ化炭素系樹脂で構成されるものが好ましく、浮遊粒子状物質含有空気７２から微粒子を採取できるものであればよい。具体的には、粒子捕集効率は、０．３μｍの粒子の捕集効率が９９．７％以上のものであり、吸湿率及びガス吸着が０．０１％以下のものである。なお、Ｂフィルタ４２についても同様である。
【００２７】
また、図１に示すように、Ａフィルタ４１には下流Ａライン５２が、Ｂフィルタ４２には下流Ｂライン５３がそれぞれ接続されている。そして、排出空気５６を採取装置１の外に排出するための下流ライン５５に、上記下流Ａライン５２および上記下流Ｂライン５３が交互に下流回転バルブ５４によって接続される。なお、図１では、採取Ａルートの例を示した。
【００２８】
このように、上流回転バルブ３１および下流回転バルブ５４によって、どのラインに接続されるか否かによって、浮遊粒子状物質含有空気７２に含まれる粒子状物質を採取するフィルタが異なることになる。なお、上流回転バルブ３１および下流回転バルブ５４は、上記採取Ａルートおよび上記採取Ｂルートが形成されるように同期して駆動するようにすればよい。また、採取装置１は、上流回転バルブ３１および下流回転バルブ５４の何れか一方によって、上記採取Ａルートおよび上記採取Ｂルートが形成されるようにしてもよい。
【００２９】
なお、上述した上流回転バルブ３１および下流回転バルブ５４には、例えば、それぞれモーター３５、５１が備わっている。また、上流回転バルブ３１は、上流ライン３２中の空気が上流Ａライン３３または上流Ｂライン４２に流れるように制御できるものであればよい。つまり、上流回転バルブ３１は、上流ライン３２を上流Ａライン３３または上流Ｂライン４２に接続できるバルブであればよく、駆動方式（電動式、エア駆動式等）は問わず、周知のバルブを用いることができる。例えば、円筒形の弁箱の中で円板状の弁体が回転し、流れの方向に対する弁体の角度を変えて流れを調整するバタフライ弁、円球の一部が貫通したボールを回転させることによって開閉を行うボールバルブ等が挙げられる。また、同様に、下流回転バルブ３１は、下流Ａライン５２または下流Ｂライン５３中の空気が下流ライン５５に流れるように制御できるものであればよい。
【００３０】
また、上述した例では、上流回転バルブ３１は、上流ライン３２中を流れる浮遊粒子状物質含有空気７２が上流Ａライン３３または上流Ｂライン４２に流れるように制御する（言い換えると、流れを切替える）ものであった。しかしながら、上流ライン３２中の浮遊粒子状物質含有空気７２を送るラインの数、およびフィルタの数は、上述した例に限られない。例えば、採取装置１に、Ａフィルタ４１およびＢフィルタ４２の２つではなく、粒子状物質を採取するためのフィルタの数を増やしてもよい。より具体的に説明すると、例えば、採取装置１に粒子状物質を採取するためのフィルタの数を４つにしてもよい。つまり、採取装置１は、上記Ａフィルタ４１、ＢフィルタＢ４２、に加え、例えば図示しないＣフィルタの合計３つのフィルタを備えてもよい。この場合、上流回転バルブ３１は、浮遊粒子状物質含有空気７２をＡフィルタ４１、Ｂフィルタ４２、Ｃフィルタの順に送り込むことができるように、上流ライン３２を各フィルタに続くラインに切りかえ、浮遊粒子状物質含有空気７２の流れを制御すればよい。また、下流回転バルブ５４も各フィルタ（Ａフィルタ４１、Ｂフィルタ４２、図示しないＣフィルタ）のうち何れか１つのフィルタからの排出空気５６が下流ライン５５に流れるようにそれぞれのラインに接続し、当該排気空気５６の流れを切替えればよい。
【００３１】
つまり、大気中に浮遊する浮遊粒子状物質の内、微小粒子の質量濃度の測定に用いる試料採取装置を目的とする装置の設計の範囲内で、採取装置１において、フィルタを複数備え、図１に示した採取Ａルートおよび採取Ｂルートだけではなく、さらに採取ルートを形成してもよい。
【００３２】
なお、採取装置１には、図１に示すように大気測定手段８１、排出空気測定手段８２、防塵フィルタ８３、流量センサ８４、流量制御部８５、ＣＰＵ（中央処理装置）８７等を備えてもよい。
【００３３】
大気測定手段１２は、分級手段２１に吸引される前の大気の相対湿度、温度、および圧力を測定する。つまり、測定装置１の外部における大気の相対湿度、温度、および圧力（気圧）を測定する。大気測定手段１２は、図１に示されているように、例えば、温度計、気圧センサである。
【００３４】
混合空気測定手段２９は、排出空気５６の温度および圧力を測定する。排出空気測定手段１２は、図１に示されているように、例えば、温度計、気圧センサである。
【００３５】
防塵フィルタ８３は、排出空気５６に含まれる実質的に全ての浮遊粒子状物質を除去する。そして、排出空気５６は、防塵フィルタ８３によって清浄な空気となって採取装置１から装置外（大気に）排出される。
【００３６】
流量センサ８４、採取装置１から排出される排出空気５６の流量を測定する。
【００３７】
また、ＣＰＵ８７は、大気測定手段８１によって測定された大気の相対湿度、温度および圧力、並びに、排出空気測定手段８２によって測定された湿度、温度、および圧力に関する情報を取得する。そして、ＣＰＵ８７は、当該情報および流量センサ８４から得られる排出空気５６の流量に関する情報に基づいて所定の演算を行い、制御信号を流量制御部８５に出力する。そして、排出空気５６の流量は、流量制御部８５（例えば、弁やバルブ等）によって制御される。なお、ＣＰＵ８７は、当該情報および流量センサ８４から得られる排出空気５６の流量に関する情報に基づいて所定の演算を行い、制御信号を吸引ポンプ８６に出力し、排出空気５６の流量を吸引ポンプ８６によって制御してもよい。
【００３８】
なお、ＣＰＵ８７は、湿度、温度、および圧力に関する情報および流量センサ８４から得られる排出空気５６の流量に関する情報に基づいて所定の演算を行い、制御信号を流量制御部８５や吸引ポンプ８６に出力したが、流量制御部８５が所定の演算を行ってもよい。つまり、例えば、流量制御部８５は、図示しない中央処理装置を有し、湿度、温度、および圧力に関する情報、流量センサ８４から得られる排出空気５６の流量に関する情報に基づいて所定の演算を行い、排出空気５６の流量を制御してもよいし、制御信号を吸引ポンプ８６に出力してもよい。
【００３９】
なお、ＣＰＵ８７は、図示しない記憶部に記憶されている所定のプログラムを実行することにより、モーター３５、５１を制御する。例えば、装置１にＡフィルタＡおよびＢフィルタ４２の２つのフィルタが備わっている場合、ＣＰＵ８７は、２４時間毎にモーター３５、５１を自動的に制御する。
【００４０】
このように本実施形態の係る装置１によれば、微小粒子が採取されたフィルタ交換の煩わしさを解消することができる。ここで、より具体的な場面を想定して以下、説明する。例えば、粒子状物質の重量濃度の日平均値の測定を目的として、採取装置１を用いて大気中の粒子状物質を２４時間連続的に一定期間採取する場合を仮に想定する。また、２４時間の開始時刻は午前０時と仮に想定する。この場合、例えば、モーター３５、５１の駆動条件を２４時間で１回駆動するように設定しておけば、粒子状物質が、採取Ａルートで２４時間採取され、（２４時間後の）翌午前０時には、自動的に採取Ｂルートに切りかわって粒子状物質が当該採取Ｂルートで２４時間採取されることになる。
【００４１】
言い換えると、上記採取Ａルート、上記採取Ｂルートのように各採取ルートが自動的に切りかわらなければ、粒子状物質を２４時間連続的に一定期間採取する場合、決まった時刻（上述の例であると午前０時）に必ずフィルタを回収および交換をし、かつ採取ルートも人手で切りかえなければならない。すなわち、本実施形態に係る採取装置１のように、採取Ａルートで２４時間採取された後は、自動的に採取Ｂルートに切りかわって粒子状物質が当該採取Ｂルートで２４時間採取されることになるので、Ａフィルタ４１の回収および交換は、採取Ｂルートで粒子状物質が採取されている間（採取Ａルートでの採取が終了してから２４時間以内）に行えば良いことになる。
【００４２】
また、採取Ｂルートで２４時間採取され、（２４時間後の）翌午前０時には、自動的に採取Ａルートに切りかわって粒子状物質が当該採取Ｂルートで２４時間採取されることになるので、Ｂフィルタ４２の回収および交換は、採取Ａルートで採取される間に行えば良いことになる。したがって、毎日必ず同じ時刻（上述の例であると午前０時）に微小粒子が採取されたフィルタ交換しなければならないといった、フィルタ交換の煩わしさを解消することができる。
【００４３】
なお、一例として、微小粒子を採取Ａルートおよび採取Ｂルートにより採取する例を説明したが、採取Ａルートおよび採取Ｂルートだけではなく、さらに採取ルートがあってもよいことを上述した。例えば、採取Ａルートおよび採取Ｂルートに加え、採取Ｃルートがあった場合、採取Ａルートで２４時間採取された後は、自動的に採取Ｂルートに切りかわって粒子状物質が当該採取Ｂルートで２４時間採取され、さらに２４時間後には採取ルートＣで粒子状物質が採取されることになる。すなわち、採取ＡルートにおけるＡフィルタ４１の回収および交換は、採取Ｂルートおよび採取Ｃルートで粒子状物質が採取される間（採取ルートＡでの採取が終了してから４８時間以内）に行えば良いことになる。
【００４４】
さらに、一例として、モーター３５、５１の駆動条件を２４時間で１回駆動するように設定した場合を例に説明したが、モーター３５、５１の駆動条件は、２４時間に限られないことは言うまでもない。つまり、１２時間ごとに微小粒子を採取したい場合は、モーター３５、５１の駆動条件を１２時間に設定すればよいように、所望の条件に設定すればよい。
【００４５】
なお、上述した第１の実施形態に係る採取装置１では、ラインは上流回転バルブ３５および下流回転バブル５４によって切りかわる態様を説明したが、電磁弁を用いても上述した採取装置１を実現できる。以下、図２を参照しつつ、第１の実施形態に係る採取装置１の変形例を説明する。図２は、第１の実施形態の変形例に係る採取装置２を示す図である。なお、図１と同様の構成については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００４６】
図２に示すように、採取装置２の分級手段２２には、浮遊粒子状物質含有空気７２を直接Ａフィルタ４１およびＢフィルタ４２に導けるように、２つに分岐した上流ライン３６が接続されている。また、Ａフィルタ４１およびＢフィルタ４２には、当該各フィルタによって微小粒子が採取された後の空気（排出空気５６）を採取装置２の外に排出できるように、２つに分岐した下流ライン３７が接続されている。
【００４７】
そして、図２に示すように、Ａフィルタ４１の上流側に電磁弁（上流Ａ電磁弁６２）６２、下流側に電磁弁（下流Ａ電磁弁６４）が備わっている。同様に、Ｂフィルタ４２の上流側に電磁弁（上流Ｂ電磁弁６６）、下流側に電磁弁（下流Ｂ電磁弁６８）が備わっている。なお、各電磁弁６２、６４、６６、６８にはそれぞれモーター６１、６３、６５、６７が備わっており、当該各モーターによって各電磁弁の開閉が行われる。また、各モーターは予め定められた条件で駆動し、それに伴って各電磁弁の開閉が行われる。
【００４８】
このようにしても、採取装置２において、上述した第１の実施形態に係る採取装置１と同様の効果を実現することができる。つまり、Ａフィルタ４１の上流Ａ電磁弁６２と下流Ａ電磁弁６４とを開にして、Ｂフィルタ４２の上流Ｂ電磁弁６２と下流Ｂ電磁弁６４とを閉にすれば、上述した第１の実施形態に係る採取装置１のような採取Ａルートが形成されることになる。同様に、Ａフィルタ４１の上流Ａ電磁弁６２と下流Ａ電磁弁６４とを閉にして、Ｂフィルタ４２の上流Ｂ電磁弁６２と下流Ｂ電磁弁６４とを開にすれば、上述した第１の実施形態に係る採取装置１のような採取Ｂルートが形成されることになる。
【００４９】
なお、上流ライン３６および下流ライン３７は、上述したようなそれぞれ２つに分岐したラインに限られず、複数に分岐したラインを用いてもよい。そして、分岐した数に応じたフィルタ、電磁弁、およびモーターを備えることにより、採取Ａルートおよび採取Ｂルートだけではなく、さらに採取ルートを形成することができる。
【００５０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図３は、本実施形態に係る浮遊粒子状物質採取装置３（以下、単に採取装置３と称すことがある）を示す図である。また、第１実施形態と同様の構成については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。なお、第２の実施形態に係る採取装置３において、上述の第１の実施形態と異なる点は以下の通りである。
【００５１】
図３に示すように、第２の実施形態に係る採取装置３は、第１の実施形態に係る採取装置１と異なり、分級手段を複数備えている（例えば、図３に示すようにＡ分級手段２４およびＢ分級手段２６）。具体的には、Ａ分級手段２４には、浮遊粒子状物質含有空気７２をＡフィルタ４１に直接導くための上流Ａライン３８が接続されている。また、Ｂ分級手段２６には、浮遊粒子状物質含有空気７２をＢフィルタ４２に直接導くための上流Ｂライン３９が接続されている。つまり、図３に示すように、第２の実施形態に係る採取装置３は、上述した第１の実施形態と異なり、浮遊粒子状物質含有空気７２をＡフィルタ４１およびＢフィルタ４２の何れか一方に送り込むための上流回転バルブ３１を備えていない（図１参照）。なお、他の構成は、上述した第１の実施形態に係る採取装置１と同様である。
【００５２】
また、図３に示すように、第２の実施形態に係る採取装置３おいても、Ａフィルタ４１には下流Ａライン５２が、Ｂフィルタ４２には下流Ｂライン５３がそれぞれ接続されている。そして、各フィルタによって微小粒子が採取された後の空気（つまり、排出空気５６）を採取装置３の外に排出するための下流ライン５５に、下流Ａライン５２および下流Ｂライン５３の何れか一方が下流回転バルブ５４によって予め定められた条件で自動的に接続されることになる。
【００５３】
また、採取装置３の構成についても、構成の名称は、採取ルートに対応する名称としている。つまり、採取Ａルートに含まれる採取装置３における構成は、Ａ分級手段２４と、上流Ａライン３８と、Ａフィルタ４１と、下流Ａライン５２である。より具体的に説明すると、採取Ａルートとは、上流Ａライン３８を通る浮遊粒子状物質含有空気７２が、当該上流Ａライン３８からＡフィルタ４１に直接導かれ、Ａフィルタ４１によって微小粒子が採取された後の空気（排出空気５６）が下流Ａライン５２から下流ライン５５に導かれるルートのことである。同様に、採取Ｂルートについても同様の考え方で採取装置３の構成の名称を付与してある。
【００５４】
例えば、下流回転バルブ５４によって、下流ライン５５が下流Ａライン５２に接続されていた場合、Ａ分級手段２４によって分級された浮遊粒子状物質含有空気７２は、当該Ａ分級手段２４に接続された上流Ａライン３８によって、Ａフィルタ４１に直接導かれる。一方、下流回転バルブ５４によって、下流ライン５５が下流Ｂライン５３に接続されていた場合、Ｂ分級手段２６によって分級された浮遊粒子状物質含有空気７２は、当該Ｂ分級手段２６に接続された下流Ｂライン５３によって、Ｂフィルタ４２に直接導かれる。つまり、第２の実施形態に係る採取装置３は、下流回転バルブ５４がどのラインに接続されるか否かに浮遊粒子状物質含有空気７２に含まれる粒子状物質を採取するフィルタが異なることになる。なお、図３では、採取Ａルートの例を示した。
【００５５】
なお、大気中に浮遊する浮遊粒子状物質の内、微小粒子の質量濃度の測定に用いる試料採取装置を目的とする装置の設計の範囲内で、採取装置３において、分級手段および当該分級手段に対応するフィルタおよびラインを複数備え、採取Ａルート、および採取Ｂルートだけではなく、さらに採取ルートがあってもよい。この場合、下流回転バルブ５４は、各フィルタのうち何れか１つのフィルタからの排出空気５６を装置外に排出できるように、当該各フィルタからのラインを下流ライン５５に接続できるような構成にすればよい。
【００５６】
以上説明したように、第２の実施形態に係る採取装置３によっても、上述した第１の実施形態に係る採取装置１と同様の効果を実現することができる。さらに、第２の実施形態に係る採取装置３は、浮遊粒子状物質含有空気７２を分級手段から直接フィルタに導く。言い換えると、第２の実施形態に係る採取装置３は、上述した第１の実施形態に係る採取装置１
のように、分級手段からフィルタまでの間に、上流回転バルブや電磁弁が備わっていない。従って、第２の実施形態に係る採取装置３においては、上流回転バルブや電磁弁に浮遊粒子状物質含有空気７２に含まれる粒子状物質が付着することを防ぐことができる。その結果、浮遊粒子状物質含有空気７２に含まれる粒子状物質をロスすることなく、各フィルタ上に採取することが可能となる。
【００５７】
なお、上述した第２の実施形態に係る採取装置３では、ラインは下流回転バブル５４によって切りかわる態様を説明したが、電磁弁を用いても上述した採取装置３を実現できる。以下、図４を参照しつつ、第２の実施形態に係る採取装置３の変形例を説明する。図４は、第２の実施形態の変形例に係る採取装置４を示す図である。なお、図３と同様の構成については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００５８】
図４に示すように、Ａフィルタ４１およびＢフィルタ４２には、当該各フィルタによって微小粒子が採取された後の空気（排出空気５６）を採取装置４の外に排出できるように、２つに分岐した下流ライン３７が接続されている。
【００５９】
そして、図４に示すように、Ａフィルタ４１の下流側に電磁弁（下流Ａ電磁弁６４）、Ｂフィルタ４２の下流側に電磁弁（下流Ｂ電磁弁６８）が備わっている。なお、各電磁弁６４、６８にはそれぞれモーター６３、６７が備わっており、当該各モーターによって各電磁弁の開閉が行われる。また、各モーターは予め定められた条件で駆動し、それに伴って各電磁弁の開閉が行われる。
【００６０】
このようにしても、採取装置４において、上述した第２の実施形態に係る採取装置３と同様の効果を実現することができる。なお、下流ライン３７は、上述したようなそれぞれ２つに分岐したラインに限られず、複数に分岐したラインを用いてもよい。そして、分岐した数に応じたフィルタ、電磁弁、およびモーターを備えることにより、採取Ａルートおよび採取Ｂルートだけではなく、さらに採取ルートを形成することができる。
【００６１】
以上、本発明を詳細に説明してきたが、上述の説明はあらゆる点において本発明の一例にすぎず、その範囲を限定しようとするものではない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明にかかる粒子状物質の採取装置は、簡易な構成で、フィルタ交換の煩わしさを解消することができる、人の健康に影響の大きい微小浮遊粒子状物質の採取装置等に有用である。
【符号の説明】
【００６３】
１、２、３、４…採取装置
２２…分級手段
２４…Ａ分級手段
２６…Ｂ分級手段
３２…上流ライン
３３、３９…上流Ａライン
３４、３９…上流Ｂライン
３１…上流回転バルブ
６２…上流Ａ電磁弁
６６…上流Ｂ電磁弁
４１…Ａフィルタ
４２…Ｂフィルタ
５４…下流回転バルブ
６４…下流Ａ電磁弁
６８…下流Ｂ電磁弁
３７、５５…下流ライン
５２…下流Ａライン
５３…下流Ｂライン
８５…流量制御部
８６…吸引ポンプ
８７…ＣＰＵ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮遊粒子状物質を含む試料大気を吸引し当該試料大気から浮遊粒子状物質を採取する浮遊粒子状物質の採取装置であって、
前記試料大気中に含まれる浮遊粒子状物質のうち粒径が予め定められた値以下である微小粒子を含む浮遊粒子状物質含有空気を得る少なくとも１つ以上の分級手段と、
前記浮遊粒子状物質含有空気から前記微小粒子を採取する複数の採取手段と、
前記浮遊粒子状物質を含む試料大気を吸引するための吸引手段と、
前記吸引手段によって吸引される前記試料大気の流量を調節する流量制御手段と、
前記浮遊粒子状物質含有空気中の前記微小粒子が、予め定められたタイミングで異なる前記採取手段によって採取されるように前記試料大気の流れを選択的に切替える切替手段と、
前記切替手段に切替指示を出力する切替制御手段とを備える、浮遊粒子状物質の採取装置。
【請求項２】
前記切替手段は、１つの前記分級手段から排出された前記浮遊粒子状物質含有空気が第１の前記採取手段と第２の前記採取手段とによって交互に採取されるように、予め定められたタイミングで前記試料大気の流れを選択的に切替えることを特徴とする、請求項１に記載の浮遊粒子状物質の採取装置。
【請求項３】
前記切替手段は、前記浮遊粒子状物質含有空気が第１の前記分級手段に対応する第１の前記採取手段によって採取された後に、第２の前記分級手段に対応する第２の前記採取手段によって前記微小粒子が採取されるように、予め定められたタイミングで前記試料大気の流れを選択的に切替えることを特徴とする、請求項１に記載の浮遊粒子状物質の採取装置。
【請求項１】
浮遊粒子状物質を含む試料大気を吸引し当該試料大気から浮遊粒子状物質を採取する浮遊粒子状物質の採取装置であって、
前記試料大気中に含まれる浮遊粒子状物質のうち粒径が予め定められた値以下である微小粒子を含む浮遊粒子状物質含有空気を得る少なくとも１つ以上の分級手段と、
前記浮遊粒子状物質含有空気から前記微小粒子を採取する複数の採取手段と、
前記浮遊粒子状物質を含む試料大気を吸引するための吸引手段と、
前記吸引手段によって吸引される前記試料大気の流量を調節する流量制御手段と、
前記浮遊粒子状物質含有空気中の前記微小粒子が、予め定められたタイミングで異なる前記採取手段によって採取されるように前記試料大気の流れを選択的に切替える切替手段と、
前記切替手段に切替指示を出力する切替制御手段とを備える、浮遊粒子状物質の採取装置。
【請求項２】
前記切替手段は、１つの前記分級手段から排出された前記浮遊粒子状物質含有空気が第１の前記採取手段と第２の前記採取手段とによって交互に採取されるように、予め定められたタイミングで前記試料大気の流れを選択的に切替えることを特徴とする、請求項１に記載の浮遊粒子状物質の採取装置。
【請求項３】
前記切替手段は、前記浮遊粒子状物質含有空気が第１の前記分級手段に対応する第１の前記採取手段によって採取された後に、第２の前記分級手段に対応する第２の前記採取手段によって前記微小粒子が採取されるように、予め定められたタイミングで前記試料大気の流れを選択的に切替えることを特徴とする、請求項１に記載の浮遊粒子状物質の採取装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−５９０１３（Ｐ２０１１−５９０１３Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１０９０１（Ｐ２００９−２１０９０１）
【出願日】平成２１年９月１１日（２００９．９．１１）
【出願人】（５９１０８１３２１）紀本電子工業株式会社 (19)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１１日（２００９．９．１１）
【出願人】（５９１０８１３２１）紀本電子工業株式会社 (19)
【Ｆターム（参考）】
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