浮遊粒子状物質発生装置
【課題】空気力学的粒径が特に２．５μｍ以下の浮遊粒子状物質を含む浮遊粒子状物質含有空気を安定して得ることができる浮遊粒子状物質発生装置の提供。
【解決手段】多数の浮遊粒子状物質を発生させる装置であって、浮遊粒子状物質の基となる粒子状物質を溶質とする溶液を供給する溶液供給部と、第１電位が付与され、溶液供給部から供給された溶液を液滴として先端の孔から放出する毛細管状の第１電極と、第１電位に対して所定の電位差を有する第２電位が付与され、孔に対し所定の間隔をおいて対向配置され、粒子状物質を含む液滴が通過可能な構造を有する第２電極と、第１電極と第２電極に所定の電位差を発生させる電圧印加部と、第１電極から第２電極に向かう空気流を発生させる空気流発生部とを備える。
【解決手段】多数の浮遊粒子状物質を発生させる装置であって、浮遊粒子状物質の基となる粒子状物質を溶質とする溶液を供給する溶液供給部と、第１電位が付与され、溶液供給部から供給された溶液を液滴として先端の孔から放出する毛細管状の第１電極と、第１電位に対して所定の電位差を有する第２電位が付与され、孔に対し所定の間隔をおいて対向配置され、粒子状物質を含む液滴が通過可能な構造を有する第２電極と、第１電極と第２電極に所定の電位差を発生させる電圧印加部と、第１電極から第２電極に向かう空気流を発生させる空気流発生部とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中に浮遊する粒子状物質の濃度測定装置の動作確認に主として用いられる浮遊粒子状物質発生装置に関し、特に２．５μｍ以下の微小粒子を含む浮遊粒子状物質含有空気を安定して得ることができる浮遊粒子状物質発生装置に関したものである。
【背景技術】
【０００２】
大気中には、種々の粒径の浮遊粒子状物質が存在する。粒径が１０μｍ以下の浮遊粒子状物質は、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。このような理由で、公害対策基本法に基づく大気汚染に関する環境基準では、大気中の浮遊粒子状物質は、粒径が１０μｍ以下のものと規定されている。そして、従来からこの規定に従って、粒径１０μｍ以下の浮遊粒子状物質の重量を測定する装置が市販されている。なお、本明細書では、浮遊粒子状物質と記載するものは粒径１０μｍ以下の粒子状物質とは限らずに、大気中に浮遊する粒子状物質とする。
【０００３】
大気中の浮遊粒子状物質には、粒径２．５μｍ程度を境として粗大粒子状物質（coarse particle，以下ＣＰと略すことがある）と微小粒子状物質（fine particle，以下ＦＰと略すことがある）とが存在する。
【０００４】
ＣＰは、海塩粒子や土壌に由来する砂塵など自然に生じるものを含んでいる。これに対し、ＦＰは工場等から排出されるばいじんやディーゼル車等の発生源から直接大気に放出される一次生成粒子と、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等のガス状物質が大気中で粒子状物質に変化する二次生成粒子がある。最近、都市部における大気中の浮遊粒子状物質の粒径についての人体に及ぼす疫学調査の結果、ＦＰは低濃度においても、心血管疾患、肺がん、喘息などの疾患に影響すると考えられ、ＦＰの重量濃度の増加が死亡率を増加させていると考えられている。
【０００５】
そこで、従来、粒径の小さいＦＰを捕集し、捕集したＦＰの重量濃度（１ｍ2の大気中に含まれるＦＰの重量）を測定する測定装置が開発されている。測定装置の一例として、例えば、一定量の大気中に含まれるＦＰを連続的に測定する装置がある。この測定装置は、ＦＰを含む試料大気を吸引し、吸引した試料大気に含まれるＦＰをテープフィルタ上に捕集し、捕集したＦＰをβ線吸収法で重量測定する。当該測定装置で大気中のＦＰの質量を測定することにより、大気の汚染状態を把握し、対策を練ることができる。なお、β吸収法の他に、TEOM(Tapered Element Oscillating Microbalance)、光散乱法も知られている。
【０００６】
上記測定装置は、非常に精密な機械であるため、定期的な検査、メンテナンスが欠かせない。従来は、上記測定装置の動作を検査および校正するために、例えば、所定量のＦＰと重量が等しい等価膜がテープフィルタ上に設置された状態で、β線吸収法で重量測定が行われる。これにより、β線吸収法を用いた重量測定部の動作を検査し、必要に応じて重量測定部の校正を行うことができる。等価膜をフィルタ上に設置して行う校正は、静的校正と呼ばれる。
【０００７】
しかしながら、上記の静的校正は、測定装置全体を作動させた状態で行われるものではないため、重量測定部以外の部分、例えば、吸引ポンプ、テープフィルタ移動機構等の動作を検査、校正することはできない。従って、測定装置全体を作動させた状態で装置全体の動作を検査、校正（いわゆる動的校正）するために、ＦＰを安定して測定装置に供給する装置の登場が望まれている。
【０００８】
なお、非特許文献１には、超音波噴霧器に関する記載がある。この超音波噴霧器は、シリンジポンプからチャンバー内に供給された液体を、圧電結晶振動子で振動させてオリフィスから空気流とともにエアロゾルとして放出するものである。しかしながら、この超音波噴霧器では、１〜１０μｍの液体粒子を放出することができるが、同じ粒径の液体粒子を長時間に渡って安定して放出することが難しい。また、この超音波噴霧器では、１μｍ未満の微小粒子を放出することは難しい。さらに、装置全体として大きくなり、持ち運びが不便で、微小粒子状物質の連続重量測定装置に簡単に現場で接続して動的校正装置として使用することが難しい。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ウィリアム シー. ハインズ（William C. Hinds）著、「エアロ ゾル テクノロジー プロパティーズ， ビヘイビアー， アンド メジャーメント オブ エアーボーン パーティクルズ セカンド エディション（Aerosol Technology Properties, Behavior, and Measurement of Airborne Particles Second Edition） 」、（カナダ）、ジョン ウィレイ アンド サンズ， インク.（John Wiley & Son s, Inc.）、1998
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、空気力学的粒径が特に２．５μｍ以下の浮遊粒子状物質を含む浮遊粒子状物質含有空気を安定して得ることができる浮遊粒子状物質発生装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、多数の浮遊粒子状物質を発生させる装置であって、
上記浮遊粒子状物質の基となる粒子状物質を溶質とする溶液を供給する溶液供給部と、
第１電位が付与され、上記溶液供給部から供給された溶液を液滴として先端の孔から放出する毛細管状の第１電極と、
上記第１電位に対して所定の電位差を有する第２電位が付与され、上記孔に対し所定の間隔をおいて対向配置され、上記粒子状物質を含む液滴が通過可能な構造を有する第２電極と、
上記第１電極と上記第２電極に上記所定の電位差を発生させる電圧印加部と、
上記第１電極から上記第２電極に向かう空気流を発生させる空気流発生部とを備え、
上記第１電極から放出された液滴は上記電位差によって上記第２電極に引っ張られて飛行し、飛行中の上記液滴は上記空気流に触れることで乾燥しつつ微細分離を繰り返し、当該微細分離の繰り返しにより、分散した多数の液滴が生じ、当該多数の液滴は上記空気流に乗って上記第２電極を通過し、通過後も上記微細分離を繰り返し、当該微細分離の繰り返しにより、分散した多数の浮遊粒子状物質が生じることを特徴とする。
【００１２】
第１の発明によれば、第１電極内の溶液は第１電極に対応する電荷が付与されて帯電する。第１電極から放出された液滴は電位差によって第２電極に引っ張られて飛行し、飛行中の液滴は空気流に触れることで乾燥しつつ微細分離する。微細分離の原理は、乾燥によって粒子径が小さくなることで液滴表面の電荷密度が高くなり、電荷同士の反発力によって液滴が分裂することによる。当該微細分離が繰り返されるにより、分散した多数の液滴が生じ、当該多数の液滴は空気流に乗って上記第２電極を通過する。第２電極を通過した多数の液滴は、通過後も上記微細分離を繰り返し、当該微細分離の繰り返しにより、分散した多数の浮遊粒子状物質が生じる。これは、エレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）の原理を利用したものである。これにより、空気力学的粒径が特に２．５μｍ以下の略同一径の固体粒子を含む浮遊粒子状物質含有空気を長時間に渡って安定して得ることができる。１μｍ以下の略同一径の微小粒子状物質を含む微小粒子状物質含有空気を長時間に渡って安定して得ることも可能である。なお、本発明において得られる浮遊粒子状物質は２．５μｍ以下の粒子状物質に限定されず、２．５μｍを超える粒子状物質であってもよい。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、
上記浮遊粒子状物質の飛行中に当該浮遊粒子状物質の光学特性を検知し、当該光学特性に基づき、上記浮遊粒子状物質の粒子濃度を測定する粒子濃度測定部をさらに備えたことを特徴とする。
【００１４】
第２の発明によれば、浮遊粒子状物質の光学特性に基づき、第２電極を通過した浮遊粒子状物質の粒子濃度が測定される。ここで言う「光学特性」は特に限定されないが、例えば、光散乱特性、光吸収特性である。また、ここで言う「粒子濃度」は、単位体積（１ｍ3）の空気に含まれる発生した浮遊粒子状物質の個数あるいは重量である。発生した浮遊粒子状物質の粒径および密度は定常的であるため、数濃度と重量濃度の算出が可能である。粒子濃度測定部は、例えば、発生した浮遊粒子状物質の個数を当該浮遊粒子状物質の光散乱特性に基づいて算出し、算出された個数に基づく重量換算によって得た重量を空気の体積で除算することにより、重量濃度を算出することができる。
【００１５】
第３の発明は、第２の発明において、
上記粒子濃度測定部で測定された浮遊粒子状物質の粒子濃度に基づき、上記溶液供給部の溶液供給量または上記空気流発生部の空気流量の少なくともいずれか一方をフィードバック制御することを特徴とする。
【００１６】
第３の発明によれば、発生した浮遊粒子状物質の粒子濃度が、予め定められた粒子濃度より大きすぎれば溶液供給量または空気流量の少なくともいずれか一方を減らし、発生した浮遊粒子状物質の粒子濃度が、予め定められた粒子濃度より小さすぎければ溶液供給量または空気流量の少なくともいずれか一方を増やすフィードバック制御をすることができる。このフィードバック制御により、浮遊粒子状物質の粒子濃度を、予め定められた粒子濃度に調節することができる。
【００１７】
第４の発明は、第１の発明において、
大気中の浮遊粒子状物質を捕集して、捕集した上記浮遊粒子状物質の重量濃度を測定する測定装置の動作を確認するための装置であり、当該測定装置に接続可能に構成されていることを特徴とする。
【００１８】
第４の発明によれば、ＦＰの質量測定装置全体を作動させた状態で当該測定装置全体の動作を検査、校正（いわゆる動的校正）するために、ＦＰを安定して当該測定装置に供給することができる。
【００１９】
第５の発明は、第１の発明において、
上記浮遊粒子状物質は、硫酸マグネシウムであることを特徴とする。
【００２０】
第５の発明によれば、他の物質を用いる場合よりも、比較的多くの浮遊粒子状物質を長時間安定して発生させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、空気力学的粒径が特に２．５μｍ以下の固体粒子状物質を含む浮遊粒子状物質含有空気を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る微小粒子状物質発生装置の構成を示す図
【図２】図１における第２電極のバリエーションを示す図
【図３】第１電極と第２電極間の電位差に応じて変化する微小粒子状物質の個数を示す図
【図４】溶質の種類に応じて変化する微小粒子状物質の個数を示す図
【図５】本発明の第２実施形態に係る微小粒子状物質発生装置の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る浮遊粒子状物質発生装置について、図面を参照しつつ説明する。図１は、第１実施形態に係る浮遊粒子状物質発生装置の構成を示す図である。図２は、図１における第２電極のバリエーションを示す図である。
【００２４】
第１実施形態に係る浮遊粒子状物質発生装置１（以下、発生装置１と略称する）は、多数の微小粒子状物質を発生させる装置である。本明細書における「浮遊粒子状物質」には、粒径２．５μｍ程度を境として粗大粒子状物質（coarse particle，以下ＣＰと略すことがある）と微小粒子状物質（fine particle，以下ＦＰと略すことがある）とが存在する。「微小粒子状物質」は、２．５μｍ以下、特に１μｍ以下の微小粒子を意味する。
【００２５】
発生装置１は、溶液供給部２と、第１電極３と、第２電極４と、電圧印加部５と、空気流発生部６とを備えている。
【００２６】
溶液供給部２は、粒子状物質（例えば、微小粒子状物質）を溶質とする溶液を第１電極３に供給する。溶液供給部２は、送液ポンプ１２を有しており、送液ポンプ１２の回転数を調節することにより、溶液の供給量（Ｌ／ｍｉｎ）を調節することができる。溶質とする粒子状物質の種類は特に限定されるものではないが、好ましくは、例えば、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ4）とすることができる。なお、粒子状物質は他の物質でもよく、例えば、硝酸カルシウム（Ｃａ（ＮＯ3）2）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）であってもよい。溶媒についても特に限定されるものではないが、例えば、水とエタノールを１：１の割合で混合したものとすることができる。エタノールを混合することによって溶媒が乾燥し、固体粒子にし易くする。
【００２７】
第１電極３は、第１電位Ｖ1が付与され、溶液供給部２から供給された溶液を液滴として先端の孔１３から放出するニードル管状の電極である。第１電極３は、例えば金属製である。
【００２８】
第２電極４は、第１電位Ｖ1に対して所定の電位差ＶSを有する第２電位Ｖ2が付与される。第２電極４は、孔１３に対し所定の間隔をおいて対向配置され、空気流に乗った微小粒子状物質が通過可能な間隙１８または孔部１４を有する。第２電極４は、例えば金属製である。
【００２９】
第２電極４の形態は、特に限定されるものではないが、例えば、図２（Ａ）〜（Ｅ）に示されるいずれか形態とすることができる。図２（Ａ）に示される第２電極４は、互いに平行で且つ間隙１８をあけて設けられた２本の棒状部１９で構成されている。間隙１８の幅は、例えば、５〜１５ｍｍ程度とされるが、特に限定はされない。
【００３０】
図２（Ｂ）に示される第２電極４は、中心部に孔部１４が形成された金属製の円板状部５０である。なお、図２（Ｂ）に示される孔部１４は円形状であるが、これに代えて三角形状、四角形状、５角以上の多角形状のいずれであってもよい。孔部１４の径は、例えば１５ｍｍとされるが、この値に限定されない。
【００３１】
図２（Ｃ）に示される第２電極４は、リング状部４０と、リング状部４０の開口部４１に位置するように当該リング状部４０に装着されたメッシュ状部４２とを含む。メッシュ状部４２は、例えば、図２（Ｃ）に示されるように、４本の金属線材４３をメッシュ状に組み合わせた構造とすることができる。孔部１４は、４本の金属線材４３で囲まれる正方形状の領域である。リング状部４０の内径は例えば６０ｍｍとされ、外径は例えば７６ｍｍとされるが、これらの値に限定されない。また、メッシュ状部４２を構成する平行な線材４３の間隔は例えば１５ｍｍとされるが、この値に限定されない。
【００３２】
図２（Ｄ）に示される第２電極４は、リング状部４０と、リング状部４０の開口部４１に位置するように当該リング状部４０に装着された放射状部４４とを含む。放射状部４４は、例えば、図２（Ｄ）に示されるように、六角形状の金属線材４５の各頂点に直線状の金属線材４６が組み合わされた構造とすることができる。なお、六角形状の金属線材４５に代えて、三角形状、四角形状、五角形状、或いは七角以上の角を有する多角形状の線材を設けてもよい。いずれの多角形状を採用する場合でも、各頂点に直線状の線材が組み合わされる。孔部１４は、図２（Ｄ）に示される例では、六角形状の金属線材４５で囲まれる領域である。
【００３３】
図２（Ｅ）に示される第２電極４は、リング状部４０と、リング状部４０の開口部４１に位置するように当該リング状部４０に装着された放射状部４７とを含む。放射状部４７は、例えば、図２（Ｅ）に示されるように、円形状の金属線材４８の周囲に４本の直線状の線材４９が組み合わされた構造とすることができる。なお、直線状の線材４９の本数は４本に限定されず、例えば、２本、３本、或いは５本以上であってもよい。なお、図２（Ｅ）に示される直線状の線材４９の太さは、図２（Ｄ）に示される直線状の線材４６よりも太くなっているが、図２（Ｄ）と同じく細い線材であってもよい。孔部１４は、図２（Ｅ）に示される例では、六角形状の金属線材４５で囲まれる領域である。円形状の金属線材４８の内径は、例えば１５ｍｍとされるが、この値に限定されない。
【００３４】
電圧印加部５は、第１電極３と第２電極４に所定の電位差ＶSを発生させる。第１電極３には、例えば、第２電極４に対して例えば５〜７ボルトの間の任意の電位が付与される。逆に、第２電極４に、第１電極３に対して例えば５〜７ボルトの間の任意の電位が付与されてもよい。
【００３５】
第１電極３と第２電極４は、第１流通管７内に収められている。第１流通管７は、第２流通管８に接続され、第２流通管８は第３流通管９に接続されている。第２流通管８は、第１流通管７および第３流通管９よりも細くなっている。第３流通管９は、ＦＰの質量測定装置（図示せず）に接続される。第２流通管８には、流量センサ１０が設けられている。流量センサ１０は、第３流通管９内を流れる空気の量（Ｌ／ｍｉｎ）を測定する。流量センサ１０は、ＣＰＵ１１に接続されている。ＣＰＵ１１は、流量センサ１０から入力した流量データに基づき、電圧印加部５の印加電圧、溶液供給部２の溶液供給量（Ｌ／ｍｉｎ）、および空気流発生部６の空気流量を制御する。第１電極３の先端と第２電極４の間隔は、例えば１ｃｍ程度とされる。
【００３６】
空気流発生部６は、第１電極３から第２電極４に向かう空気流を発生させる。空気流は乾燥手段によりできるだけ乾燥させた空気流であることが好ましい。空気流発生部６は、例えば、送風ファンで構成することができる。なお、空気流は、装置外部の空気を微粒子除去フィルタで除去したクリーンな空気であることが好ましい。第３流通管９内を流れる空気の量が、例えば２０Ｌ／ｍｉｎとなるように、送風ファンの回転数が制御される。
【００３７】
次に、発生装置１の動作について説明する。
まず、溶液供給部２から溶液が第１電極３に供給される。次いで、第１電極３から放出された液滴は電位差によって第２電極４に引っ張られて飛行する。飛行中の液滴は空気流に触れることで乾燥しつつ微細分離を繰り返し、当該微細分離の繰り返しにより、常圧下で分散した多数の液滴になる。当該多数の液滴は空気流に乗って間隙１８または孔部１４を通過する。当該多数の液滴は、間隙１８または孔部１４を通過後も微細分離を繰り返し、当該微細分離の繰り返しにより、分散した多数の浮遊粒子状物質が生じる。微細分離の原理は、乾燥によって粒子径が小さくなることで液滴表面の電荷密度が高くなり、電荷同士の反発力によって液滴が分裂することによる。当該微細分離が繰り返されるにより、常圧下で分散した多数の微小粒子状物質が生じる。これにより、発生装置１によれば、２．５μｍ以下、特に１μｍ以下の略同一径の浮遊粒子状物質を含む浮遊粒子状物質含有空気を長時間に渡って安定して得ることができる。以上が、発生装置１の主な動作である。
【００３８】
図３は電圧印加部５の印加電圧と発生した微小粒子状物質の濃度との関係を示す図である。図３に示されるように、印加電圧（電位差）が６．０〜６．５ｋＶである時に、微小粒子状物質の濃度が最大になる。よって、印加電圧（電位差）は６．０〜６．５ｋＶが好ましいことが分かる。
なお、濃度測定は、空気流量を２０Ｌ／ｍｉｎとし、水とエタノールを１：１で混合してなる溶媒に０．１％濃度で硫酸マグネシウムを溶かした溶液を用い、溶液流量を１０μＬ／ｍｉｎ、とした条件の下で行った。
【００３９】
図４は、溶質の種類と発生した微小粒子状物質の濃度との関係を示す図である。図４に示されるように、溶質が硫酸マグネシウムである時に、微小粒子状物質の濃度が最大になる。よって、溶質は硫酸マグネシウムが好ましいことが分かる。
なお、濃度測定は、空気流量を２０Ｌ／ｍｉｎとし、水とエタノールを１：１で混合してなる溶媒に０．１％濃度で硫酸マグネシウムを溶かした溶液を用い、溶液流量を１０μＬ／ｍｉｎ、線型０．４７５とした条件の下で行った。
【００４０】
発生装置１は、大気中の浮遊粒子状物質（例えば微小粒子状物質）を捕集し捕集した浮遊粒子状物質の重量濃度を測定する測定装置の動作を確認、校正するために、測定装置に浮遊粒子状物質を供給する装置であり、当該測定装置に接続可能に構成されている。ここに言う「浮遊粒子状物質の重量濃度」とは、単位体積（１ｍ3）の大気中に含まれる浮遊粒子状物質の重量である。
【００４１】
よって、発生装置１によれば、浮遊粒子状物質の重量濃度測定装置全体を作動させた状態で当該測定装置全体の動作を検査、校正（いわゆる動的校正）するために、浮遊粒子状物質（例えば、粒径が２．５μｍ以下の微小粒子状物質）を安定して当該測定装置に供給することができる。
【００４２】
（第２実施形態）
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５は、第２実施形態に係る浮遊粒子状物質発生装置の構成を示す図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、図１と同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００４３】
第２実施形態に係る浮遊粒子状物質発生装置１５（以下、発生装置１５と称する）が第１実施形態と異なる点は、粒子濃度測定部１６をさらに備えたことであり、その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００４４】
粒子濃度算出部１６は、間隙１８または孔部１４を通過した浮遊粒子状物質の光学特性を検知し、当該光学特性に基づき、間隙１８または孔部１４を通過した浮遊粒子状物質の数濃度及び重量濃度を算出する。ここで言う「光学特性」は特に限定されないが、例えば、光散乱特性、光吸収特性である。また、ここで言う「粒子濃度」は、単位体積（１ｍ3）の空気に含まれる発生した浮遊粒子状物質の個数（数濃度）あるいは重量（重量濃度）である。発生した浮遊粒子状物質の粒径および密度は定常的であるため、数濃度と重量濃度の算出が可能である。粒子濃度測定部１６は、第２流通管８に設けられた光学検出部１７から出力された光学データに基づき、浮遊粒子状物質の数濃度及び重量濃度を算出する。粒子濃度測定部１６は、例えば、発生した浮遊粒子状物質の個数を当該浮遊粒子状物質の光散乱特性または光吸収特性に基づいて算出し、算出された個数に基づく重量換算によって得た重量を空気の体積流量で除算することにより、重量濃度を算出することができる。
【００４５】
ＣＰＵ１１は、個数算出部１６で算出された個数に基づき、溶液供給部２の溶液供給量または空気流発生部６の空気流量の少なくともいずれか一方をフィードバック制御する。
【００４６】
発生装置１５によれば、浮遊粒子状物質の光学特性に基づき、間隙１８または孔部１４を通過した浮遊粒子状物質の粒子濃度が算出される。
【００４７】
また、発生装置１５によれば、発生した浮遊粒子状物質の粒子濃度が、予め定められた粒子濃度より大きすぎれば溶液供給量または空気流量の少なくともいずれか一方を減らし、発生した浮遊粒子状物質の粒子濃度が、予め定められた粒子濃度より小さすぎれば溶液供給量または空気流量の少なくともいずれか一方を増やすフィードバック制御をすることができる。このフィードバック制御により、発生する微小粒子状物質の粒子濃度を、予め定められた粒子濃度に調節することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、特に２．５μｍ以下の固体微小粒子を含む微小粒子含有空気を長時間に渡って安定して得ることができる微小粒子状物質発生装置等に利用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１、１５ 微小粒子状物質発生装置
２ 溶液供給部
３ 第１電極
４ 第２電極
４０ リング状部
４１ 開口部
４２ メッシュ状部
４３，４６，４９ 直線状の金属線材
４４，４７ 放射状部
４５ 六角形状の金属線材
４８ 円形状の金属線材
５０ 円板状部
５ 電圧印加部
６ 空気流発生部
７ 第１流通管
８ 第２流通管
９ 第３流通管
１０ 流量センサ
１１ ＣＰＵ
１２ 送流ポンプ
１３ 孔
１４ 孔部
１６ 粒子濃度測定部
１７ 光学検出部
１８ 間隙
１９ 棒状部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中に浮遊する粒子状物質の濃度測定装置の動作確認に主として用いられる浮遊粒子状物質発生装置に関し、特に２．５μｍ以下の微小粒子を含む浮遊粒子状物質含有空気を安定して得ることができる浮遊粒子状物質発生装置に関したものである。
【背景技術】
【０００２】
大気中には、種々の粒径の浮遊粒子状物質が存在する。粒径が１０μｍ以下の浮遊粒子状物質は、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。このような理由で、公害対策基本法に基づく大気汚染に関する環境基準では、大気中の浮遊粒子状物質は、粒径が１０μｍ以下のものと規定されている。そして、従来からこの規定に従って、粒径１０μｍ以下の浮遊粒子状物質の重量を測定する装置が市販されている。なお、本明細書では、浮遊粒子状物質と記載するものは粒径１０μｍ以下の粒子状物質とは限らずに、大気中に浮遊する粒子状物質とする。
【０００３】
大気中の浮遊粒子状物質には、粒径２．５μｍ程度を境として粗大粒子状物質（coarse particle，以下ＣＰと略すことがある）と微小粒子状物質（fine particle，以下ＦＰと略すことがある）とが存在する。
【０００４】
ＣＰは、海塩粒子や土壌に由来する砂塵など自然に生じるものを含んでいる。これに対し、ＦＰは工場等から排出されるばいじんやディーゼル車等の発生源から直接大気に放出される一次生成粒子と、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等のガス状物質が大気中で粒子状物質に変化する二次生成粒子がある。最近、都市部における大気中の浮遊粒子状物質の粒径についての人体に及ぼす疫学調査の結果、ＦＰは低濃度においても、心血管疾患、肺がん、喘息などの疾患に影響すると考えられ、ＦＰの重量濃度の増加が死亡率を増加させていると考えられている。
【０００５】
そこで、従来、粒径の小さいＦＰを捕集し、捕集したＦＰの重量濃度（１ｍ2の大気中に含まれるＦＰの重量）を測定する測定装置が開発されている。測定装置の一例として、例えば、一定量の大気中に含まれるＦＰを連続的に測定する装置がある。この測定装置は、ＦＰを含む試料大気を吸引し、吸引した試料大気に含まれるＦＰをテープフィルタ上に捕集し、捕集したＦＰをβ線吸収法で重量測定する。当該測定装置で大気中のＦＰの質量を測定することにより、大気の汚染状態を把握し、対策を練ることができる。なお、β吸収法の他に、TEOM(Tapered Element Oscillating Microbalance)、光散乱法も知られている。
【０００６】
上記測定装置は、非常に精密な機械であるため、定期的な検査、メンテナンスが欠かせない。従来は、上記測定装置の動作を検査および校正するために、例えば、所定量のＦＰと重量が等しい等価膜がテープフィルタ上に設置された状態で、β線吸収法で重量測定が行われる。これにより、β線吸収法を用いた重量測定部の動作を検査し、必要に応じて重量測定部の校正を行うことができる。等価膜をフィルタ上に設置して行う校正は、静的校正と呼ばれる。
【０００７】
しかしながら、上記の静的校正は、測定装置全体を作動させた状態で行われるものではないため、重量測定部以外の部分、例えば、吸引ポンプ、テープフィルタ移動機構等の動作を検査、校正することはできない。従って、測定装置全体を作動させた状態で装置全体の動作を検査、校正（いわゆる動的校正）するために、ＦＰを安定して測定装置に供給する装置の登場が望まれている。
【０００８】
なお、非特許文献１には、超音波噴霧器に関する記載がある。この超音波噴霧器は、シリンジポンプからチャンバー内に供給された液体を、圧電結晶振動子で振動させてオリフィスから空気流とともにエアロゾルとして放出するものである。しかしながら、この超音波噴霧器では、１〜１０μｍの液体粒子を放出することができるが、同じ粒径の液体粒子を長時間に渡って安定して放出することが難しい。また、この超音波噴霧器では、１μｍ未満の微小粒子を放出することは難しい。さらに、装置全体として大きくなり、持ち運びが不便で、微小粒子状物質の連続重量測定装置に簡単に現場で接続して動的校正装置として使用することが難しい。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ウィリアム シー. ハインズ（William C. Hinds）著、「エアロ ゾル テクノロジー プロパティーズ， ビヘイビアー， アンド メジャーメント オブ エアーボーン パーティクルズ セカンド エディション（Aerosol Technology Properties, Behavior, and Measurement of Airborne Particles Second Edition） 」、（カナダ）、ジョン ウィレイ アンド サンズ， インク.（John Wiley & Son s, Inc.）、1998
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、空気力学的粒径が特に２．５μｍ以下の浮遊粒子状物質を含む浮遊粒子状物質含有空気を安定して得ることができる浮遊粒子状物質発生装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、多数の浮遊粒子状物質を発生させる装置であって、
上記浮遊粒子状物質の基となる粒子状物質を溶質とする溶液を供給する溶液供給部と、
第１電位が付与され、上記溶液供給部から供給された溶液を液滴として先端の孔から放出する毛細管状の第１電極と、
上記第１電位に対して所定の電位差を有する第２電位が付与され、上記孔に対し所定の間隔をおいて対向配置され、上記粒子状物質を含む液滴が通過可能な構造を有する第２電極と、
上記第１電極と上記第２電極に上記所定の電位差を発生させる電圧印加部と、
上記第１電極から上記第２電極に向かう空気流を発生させる空気流発生部とを備え、
上記第１電極から放出された液滴は上記電位差によって上記第２電極に引っ張られて飛行し、飛行中の上記液滴は上記空気流に触れることで乾燥しつつ微細分離を繰り返し、当該微細分離の繰り返しにより、分散した多数の液滴が生じ、当該多数の液滴は上記空気流に乗って上記第２電極を通過し、通過後も上記微細分離を繰り返し、当該微細分離の繰り返しにより、分散した多数の浮遊粒子状物質が生じることを特徴とする。
【００１２】
第１の発明によれば、第１電極内の溶液は第１電極に対応する電荷が付与されて帯電する。第１電極から放出された液滴は電位差によって第２電極に引っ張られて飛行し、飛行中の液滴は空気流に触れることで乾燥しつつ微細分離する。微細分離の原理は、乾燥によって粒子径が小さくなることで液滴表面の電荷密度が高くなり、電荷同士の反発力によって液滴が分裂することによる。当該微細分離が繰り返されるにより、分散した多数の液滴が生じ、当該多数の液滴は空気流に乗って上記第２電極を通過する。第２電極を通過した多数の液滴は、通過後も上記微細分離を繰り返し、当該微細分離の繰り返しにより、分散した多数の浮遊粒子状物質が生じる。これは、エレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）の原理を利用したものである。これにより、空気力学的粒径が特に２．５μｍ以下の略同一径の固体粒子を含む浮遊粒子状物質含有空気を長時間に渡って安定して得ることができる。１μｍ以下の略同一径の微小粒子状物質を含む微小粒子状物質含有空気を長時間に渡って安定して得ることも可能である。なお、本発明において得られる浮遊粒子状物質は２．５μｍ以下の粒子状物質に限定されず、２．５μｍを超える粒子状物質であってもよい。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、
上記浮遊粒子状物質の飛行中に当該浮遊粒子状物質の光学特性を検知し、当該光学特性に基づき、上記浮遊粒子状物質の粒子濃度を測定する粒子濃度測定部をさらに備えたことを特徴とする。
【００１４】
第２の発明によれば、浮遊粒子状物質の光学特性に基づき、第２電極を通過した浮遊粒子状物質の粒子濃度が測定される。ここで言う「光学特性」は特に限定されないが、例えば、光散乱特性、光吸収特性である。また、ここで言う「粒子濃度」は、単位体積（１ｍ3）の空気に含まれる発生した浮遊粒子状物質の個数あるいは重量である。発生した浮遊粒子状物質の粒径および密度は定常的であるため、数濃度と重量濃度の算出が可能である。粒子濃度測定部は、例えば、発生した浮遊粒子状物質の個数を当該浮遊粒子状物質の光散乱特性に基づいて算出し、算出された個数に基づく重量換算によって得た重量を空気の体積で除算することにより、重量濃度を算出することができる。
【００１５】
第３の発明は、第２の発明において、
上記粒子濃度測定部で測定された浮遊粒子状物質の粒子濃度に基づき、上記溶液供給部の溶液供給量または上記空気流発生部の空気流量の少なくともいずれか一方をフィードバック制御することを特徴とする。
【００１６】
第３の発明によれば、発生した浮遊粒子状物質の粒子濃度が、予め定められた粒子濃度より大きすぎれば溶液供給量または空気流量の少なくともいずれか一方を減らし、発生した浮遊粒子状物質の粒子濃度が、予め定められた粒子濃度より小さすぎければ溶液供給量または空気流量の少なくともいずれか一方を増やすフィードバック制御をすることができる。このフィードバック制御により、浮遊粒子状物質の粒子濃度を、予め定められた粒子濃度に調節することができる。
【００１７】
第４の発明は、第１の発明において、
大気中の浮遊粒子状物質を捕集して、捕集した上記浮遊粒子状物質の重量濃度を測定する測定装置の動作を確認するための装置であり、当該測定装置に接続可能に構成されていることを特徴とする。
【００１８】
第４の発明によれば、ＦＰの質量測定装置全体を作動させた状態で当該測定装置全体の動作を検査、校正（いわゆる動的校正）するために、ＦＰを安定して当該測定装置に供給することができる。
【００１９】
第５の発明は、第１の発明において、
上記浮遊粒子状物質は、硫酸マグネシウムであることを特徴とする。
【００２０】
第５の発明によれば、他の物質を用いる場合よりも、比較的多くの浮遊粒子状物質を長時間安定して発生させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、空気力学的粒径が特に２．５μｍ以下の固体粒子状物質を含む浮遊粒子状物質含有空気を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る微小粒子状物質発生装置の構成を示す図
【図２】図１における第２電極のバリエーションを示す図
【図３】第１電極と第２電極間の電位差に応じて変化する微小粒子状物質の個数を示す図
【図４】溶質の種類に応じて変化する微小粒子状物質の個数を示す図
【図５】本発明の第２実施形態に係る微小粒子状物質発生装置の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る浮遊粒子状物質発生装置について、図面を参照しつつ説明する。図１は、第１実施形態に係る浮遊粒子状物質発生装置の構成を示す図である。図２は、図１における第２電極のバリエーションを示す図である。
【００２４】
第１実施形態に係る浮遊粒子状物質発生装置１（以下、発生装置１と略称する）は、多数の微小粒子状物質を発生させる装置である。本明細書における「浮遊粒子状物質」には、粒径２．５μｍ程度を境として粗大粒子状物質（coarse particle，以下ＣＰと略すことがある）と微小粒子状物質（fine particle，以下ＦＰと略すことがある）とが存在する。「微小粒子状物質」は、２．５μｍ以下、特に１μｍ以下の微小粒子を意味する。
【００２５】
発生装置１は、溶液供給部２と、第１電極３と、第２電極４と、電圧印加部５と、空気流発生部６とを備えている。
【００２６】
溶液供給部２は、粒子状物質（例えば、微小粒子状物質）を溶質とする溶液を第１電極３に供給する。溶液供給部２は、送液ポンプ１２を有しており、送液ポンプ１２の回転数を調節することにより、溶液の供給量（Ｌ／ｍｉｎ）を調節することができる。溶質とする粒子状物質の種類は特に限定されるものではないが、好ましくは、例えば、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ4）とすることができる。なお、粒子状物質は他の物質でもよく、例えば、硝酸カルシウム（Ｃａ（ＮＯ3）2）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）であってもよい。溶媒についても特に限定されるものではないが、例えば、水とエタノールを１：１の割合で混合したものとすることができる。エタノールを混合することによって溶媒が乾燥し、固体粒子にし易くする。
【００２７】
第１電極３は、第１電位Ｖ1が付与され、溶液供給部２から供給された溶液を液滴として先端の孔１３から放出するニードル管状の電極である。第１電極３は、例えば金属製である。
【００２８】
第２電極４は、第１電位Ｖ1に対して所定の電位差ＶSを有する第２電位Ｖ2が付与される。第２電極４は、孔１３に対し所定の間隔をおいて対向配置され、空気流に乗った微小粒子状物質が通過可能な間隙１８または孔部１４を有する。第２電極４は、例えば金属製である。
【００２９】
第２電極４の形態は、特に限定されるものではないが、例えば、図２（Ａ）〜（Ｅ）に示されるいずれか形態とすることができる。図２（Ａ）に示される第２電極４は、互いに平行で且つ間隙１８をあけて設けられた２本の棒状部１９で構成されている。間隙１８の幅は、例えば、５〜１５ｍｍ程度とされるが、特に限定はされない。
【００３０】
図２（Ｂ）に示される第２電極４は、中心部に孔部１４が形成された金属製の円板状部５０である。なお、図２（Ｂ）に示される孔部１４は円形状であるが、これに代えて三角形状、四角形状、５角以上の多角形状のいずれであってもよい。孔部１４の径は、例えば１５ｍｍとされるが、この値に限定されない。
【００３１】
図２（Ｃ）に示される第２電極４は、リング状部４０と、リング状部４０の開口部４１に位置するように当該リング状部４０に装着されたメッシュ状部４２とを含む。メッシュ状部４２は、例えば、図２（Ｃ）に示されるように、４本の金属線材４３をメッシュ状に組み合わせた構造とすることができる。孔部１４は、４本の金属線材４３で囲まれる正方形状の領域である。リング状部４０の内径は例えば６０ｍｍとされ、外径は例えば７６ｍｍとされるが、これらの値に限定されない。また、メッシュ状部４２を構成する平行な線材４３の間隔は例えば１５ｍｍとされるが、この値に限定されない。
【００３２】
図２（Ｄ）に示される第２電極４は、リング状部４０と、リング状部４０の開口部４１に位置するように当該リング状部４０に装着された放射状部４４とを含む。放射状部４４は、例えば、図２（Ｄ）に示されるように、六角形状の金属線材４５の各頂点に直線状の金属線材４６が組み合わされた構造とすることができる。なお、六角形状の金属線材４５に代えて、三角形状、四角形状、五角形状、或いは七角以上の角を有する多角形状の線材を設けてもよい。いずれの多角形状を採用する場合でも、各頂点に直線状の線材が組み合わされる。孔部１４は、図２（Ｄ）に示される例では、六角形状の金属線材４５で囲まれる領域である。
【００３３】
図２（Ｅ）に示される第２電極４は、リング状部４０と、リング状部４０の開口部４１に位置するように当該リング状部４０に装着された放射状部４７とを含む。放射状部４７は、例えば、図２（Ｅ）に示されるように、円形状の金属線材４８の周囲に４本の直線状の線材４９が組み合わされた構造とすることができる。なお、直線状の線材４９の本数は４本に限定されず、例えば、２本、３本、或いは５本以上であってもよい。なお、図２（Ｅ）に示される直線状の線材４９の太さは、図２（Ｄ）に示される直線状の線材４６よりも太くなっているが、図２（Ｄ）と同じく細い線材であってもよい。孔部１４は、図２（Ｅ）に示される例では、六角形状の金属線材４５で囲まれる領域である。円形状の金属線材４８の内径は、例えば１５ｍｍとされるが、この値に限定されない。
【００３４】
電圧印加部５は、第１電極３と第２電極４に所定の電位差ＶSを発生させる。第１電極３には、例えば、第２電極４に対して例えば５〜７ボルトの間の任意の電位が付与される。逆に、第２電極４に、第１電極３に対して例えば５〜７ボルトの間の任意の電位が付与されてもよい。
【００３５】
第１電極３と第２電極４は、第１流通管７内に収められている。第１流通管７は、第２流通管８に接続され、第２流通管８は第３流通管９に接続されている。第２流通管８は、第１流通管７および第３流通管９よりも細くなっている。第３流通管９は、ＦＰの質量測定装置（図示せず）に接続される。第２流通管８には、流量センサ１０が設けられている。流量センサ１０は、第３流通管９内を流れる空気の量（Ｌ／ｍｉｎ）を測定する。流量センサ１０は、ＣＰＵ１１に接続されている。ＣＰＵ１１は、流量センサ１０から入力した流量データに基づき、電圧印加部５の印加電圧、溶液供給部２の溶液供給量（Ｌ／ｍｉｎ）、および空気流発生部６の空気流量を制御する。第１電極３の先端と第２電極４の間隔は、例えば１ｃｍ程度とされる。
【００３６】
空気流発生部６は、第１電極３から第２電極４に向かう空気流を発生させる。空気流は乾燥手段によりできるだけ乾燥させた空気流であることが好ましい。空気流発生部６は、例えば、送風ファンで構成することができる。なお、空気流は、装置外部の空気を微粒子除去フィルタで除去したクリーンな空気であることが好ましい。第３流通管９内を流れる空気の量が、例えば２０Ｌ／ｍｉｎとなるように、送風ファンの回転数が制御される。
【００３７】
次に、発生装置１の動作について説明する。
まず、溶液供給部２から溶液が第１電極３に供給される。次いで、第１電極３から放出された液滴は電位差によって第２電極４に引っ張られて飛行する。飛行中の液滴は空気流に触れることで乾燥しつつ微細分離を繰り返し、当該微細分離の繰り返しにより、常圧下で分散した多数の液滴になる。当該多数の液滴は空気流に乗って間隙１８または孔部１４を通過する。当該多数の液滴は、間隙１８または孔部１４を通過後も微細分離を繰り返し、当該微細分離の繰り返しにより、分散した多数の浮遊粒子状物質が生じる。微細分離の原理は、乾燥によって粒子径が小さくなることで液滴表面の電荷密度が高くなり、電荷同士の反発力によって液滴が分裂することによる。当該微細分離が繰り返されるにより、常圧下で分散した多数の微小粒子状物質が生じる。これにより、発生装置１によれば、２．５μｍ以下、特に１μｍ以下の略同一径の浮遊粒子状物質を含む浮遊粒子状物質含有空気を長時間に渡って安定して得ることができる。以上が、発生装置１の主な動作である。
【００３８】
図３は電圧印加部５の印加電圧と発生した微小粒子状物質の濃度との関係を示す図である。図３に示されるように、印加電圧（電位差）が６．０〜６．５ｋＶである時に、微小粒子状物質の濃度が最大になる。よって、印加電圧（電位差）は６．０〜６．５ｋＶが好ましいことが分かる。
なお、濃度測定は、空気流量を２０Ｌ／ｍｉｎとし、水とエタノールを１：１で混合してなる溶媒に０．１％濃度で硫酸マグネシウムを溶かした溶液を用い、溶液流量を１０μＬ／ｍｉｎ、とした条件の下で行った。
【００３９】
図４は、溶質の種類と発生した微小粒子状物質の濃度との関係を示す図である。図４に示されるように、溶質が硫酸マグネシウムである時に、微小粒子状物質の濃度が最大になる。よって、溶質は硫酸マグネシウムが好ましいことが分かる。
なお、濃度測定は、空気流量を２０Ｌ／ｍｉｎとし、水とエタノールを１：１で混合してなる溶媒に０．１％濃度で硫酸マグネシウムを溶かした溶液を用い、溶液流量を１０μＬ／ｍｉｎ、線型０．４７５とした条件の下で行った。
【００４０】
発生装置１は、大気中の浮遊粒子状物質（例えば微小粒子状物質）を捕集し捕集した浮遊粒子状物質の重量濃度を測定する測定装置の動作を確認、校正するために、測定装置に浮遊粒子状物質を供給する装置であり、当該測定装置に接続可能に構成されている。ここに言う「浮遊粒子状物質の重量濃度」とは、単位体積（１ｍ3）の大気中に含まれる浮遊粒子状物質の重量である。
【００４１】
よって、発生装置１によれば、浮遊粒子状物質の重量濃度測定装置全体を作動させた状態で当該測定装置全体の動作を検査、校正（いわゆる動的校正）するために、浮遊粒子状物質（例えば、粒径が２．５μｍ以下の微小粒子状物質）を安定して当該測定装置に供給することができる。
【００４２】
（第２実施形態）
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５は、第２実施形態に係る浮遊粒子状物質発生装置の構成を示す図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、図１と同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００４３】
第２実施形態に係る浮遊粒子状物質発生装置１５（以下、発生装置１５と称する）が第１実施形態と異なる点は、粒子濃度測定部１６をさらに備えたことであり、その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００４４】
粒子濃度算出部１６は、間隙１８または孔部１４を通過した浮遊粒子状物質の光学特性を検知し、当該光学特性に基づき、間隙１８または孔部１４を通過した浮遊粒子状物質の数濃度及び重量濃度を算出する。ここで言う「光学特性」は特に限定されないが、例えば、光散乱特性、光吸収特性である。また、ここで言う「粒子濃度」は、単位体積（１ｍ3）の空気に含まれる発生した浮遊粒子状物質の個数（数濃度）あるいは重量（重量濃度）である。発生した浮遊粒子状物質の粒径および密度は定常的であるため、数濃度と重量濃度の算出が可能である。粒子濃度測定部１６は、第２流通管８に設けられた光学検出部１７から出力された光学データに基づき、浮遊粒子状物質の数濃度及び重量濃度を算出する。粒子濃度測定部１６は、例えば、発生した浮遊粒子状物質の個数を当該浮遊粒子状物質の光散乱特性または光吸収特性に基づいて算出し、算出された個数に基づく重量換算によって得た重量を空気の体積流量で除算することにより、重量濃度を算出することができる。
【００４５】
ＣＰＵ１１は、個数算出部１６で算出された個数に基づき、溶液供給部２の溶液供給量または空気流発生部６の空気流量の少なくともいずれか一方をフィードバック制御する。
【００４６】
発生装置１５によれば、浮遊粒子状物質の光学特性に基づき、間隙１８または孔部１４を通過した浮遊粒子状物質の粒子濃度が算出される。
【００４７】
また、発生装置１５によれば、発生した浮遊粒子状物質の粒子濃度が、予め定められた粒子濃度より大きすぎれば溶液供給量または空気流量の少なくともいずれか一方を減らし、発生した浮遊粒子状物質の粒子濃度が、予め定められた粒子濃度より小さすぎれば溶液供給量または空気流量の少なくともいずれか一方を増やすフィードバック制御をすることができる。このフィードバック制御により、発生する微小粒子状物質の粒子濃度を、予め定められた粒子濃度に調節することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、特に２．５μｍ以下の固体微小粒子を含む微小粒子含有空気を長時間に渡って安定して得ることができる微小粒子状物質発生装置等に利用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１、１５ 微小粒子状物質発生装置
２ 溶液供給部
３ 第１電極
４ 第２電極
４０ リング状部
４１ 開口部
４２ メッシュ状部
４３，４６，４９ 直線状の金属線材
４４，４７ 放射状部
４５ 六角形状の金属線材
４８ 円形状の金属線材
５０ 円板状部
５ 電圧印加部
６ 空気流発生部
７ 第１流通管
８ 第２流通管
９ 第３流通管
１０ 流量センサ
１１ ＣＰＵ
１２ 送流ポンプ
１３ 孔
１４ 孔部
１６ 粒子濃度測定部
１７ 光学検出部
１８ 間隙
１９ 棒状部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の浮遊粒子状物質を発生させる装置であって、
前記浮遊粒子状物質の基となる粒子状物質を溶質とする溶液を供給する溶液供給部と、
第１電位が付与され、前記溶液供給部から供給された溶液を液滴として先端の孔から放出する毛細管状の第１電極と、
前記第１電位に対して所定の電位差を有する第２電位が付与され、前記孔に対し所定の間隔をおいて対向配置され、前記粒子状物質を含む液滴が通過可能な構造を有する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極に前記所定の電位差を発生させる電圧印加部と、
前記第１電極から前記第２電極に向かう空気流を発生させる空気流発生部とを備え、
前記第１電極から放出された液滴は前記電位差によって前記第２電極に引っ張られて飛行し、飛行中の前記液滴は前記空気流に触れることで乾燥しつつ微細分離を繰り返し、当該微細分離の繰り返しにより、分散した多数の液滴が生じ、当該多数の液滴は前記空気流に乗って前記第２電極を通過し、通過後も前記微細分離を繰り返し、当該微細分離の繰り返しにより、分散した多数の浮遊粒子状物質が生じることを特徴とする浮遊粒子状物質発生装置。
【請求項２】
前記浮遊粒子状物質の飛行中に当該浮遊粒子状物質の光学特性を検知し、当該光学特性に基づき、前記浮遊粒子状物質の粒子濃度を測定する粒子濃度測定部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の浮遊粒子状物質発生装置。
【請求項３】
前記粒子濃度測定部で測定された浮遊粒子状物質の粒子濃度に基づき、前記溶液供給部の溶液供給量または前記空気流発生部の空気流量の少なくともいずれか一方をフィードバック制御することを特徴とする請求項２に記載の浮遊粒子状物質発生装置。
【請求項４】
大気中の浮遊粒子状物質を捕集して、捕集した前記浮遊粒子状物質の重量濃度を測定する測定装置の動作を確認するための装置であり、当該測定装置に接続可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の浮遊粒子状物質発生装置。
【請求項５】
前記浮遊粒子状物質は、硫酸マグネシウムであることを特徴とする請求項１に記載の浮遊粒子状物質発生装置。
【請求項１】
多数の浮遊粒子状物質を発生させる装置であって、
前記浮遊粒子状物質の基となる粒子状物質を溶質とする溶液を供給する溶液供給部と、
第１電位が付与され、前記溶液供給部から供給された溶液を液滴として先端の孔から放出する毛細管状の第１電極と、
前記第１電位に対して所定の電位差を有する第２電位が付与され、前記孔に対し所定の間隔をおいて対向配置され、前記粒子状物質を含む液滴が通過可能な構造を有する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極に前記所定の電位差を発生させる電圧印加部と、
前記第１電極から前記第２電極に向かう空気流を発生させる空気流発生部とを備え、
前記第１電極から放出された液滴は前記電位差によって前記第２電極に引っ張られて飛行し、飛行中の前記液滴は前記空気流に触れることで乾燥しつつ微細分離を繰り返し、当該微細分離の繰り返しにより、分散した多数の液滴が生じ、当該多数の液滴は前記空気流に乗って前記第２電極を通過し、通過後も前記微細分離を繰り返し、当該微細分離の繰り返しにより、分散した多数の浮遊粒子状物質が生じることを特徴とする浮遊粒子状物質発生装置。
【請求項２】
前記浮遊粒子状物質の飛行中に当該浮遊粒子状物質の光学特性を検知し、当該光学特性に基づき、前記浮遊粒子状物質の粒子濃度を測定する粒子濃度測定部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の浮遊粒子状物質発生装置。
【請求項３】
前記粒子濃度測定部で測定された浮遊粒子状物質の粒子濃度に基づき、前記溶液供給部の溶液供給量または前記空気流発生部の空気流量の少なくともいずれか一方をフィードバック制御することを特徴とする請求項２に記載の浮遊粒子状物質発生装置。
【請求項４】
大気中の浮遊粒子状物質を捕集して、捕集した前記浮遊粒子状物質の重量濃度を測定する測定装置の動作を確認するための装置であり、当該測定装置に接続可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の浮遊粒子状物質発生装置。
【請求項５】
前記浮遊粒子状物質は、硫酸マグネシウムであることを特徴とする請求項１に記載の浮遊粒子状物質発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−５９０１４（Ｐ２０１１−５９０１４Ａ）
【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２００９−２１０９０２（Ｐ２００９−２１０９０２）
【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)
【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)
[ Back to top ]