KR101034340B1

KR101034340B1 - 분급장치 및 미립자 측정장치

Info

Publication number: KR101034340B1
Application number: KR1020087016453A
Authority: KR
Inventors: 다이지 오쿠다; 히로시 오쿠다; 후지오 이노우에
Original assignee: 시마쯔 코퍼레이션
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2011-05-16
Also published as: EP1965191A1; WO2007072942A1; EP1965191A4; EP1965191B1; JP4561835B2; JPWO2007072942A1; WO2007072942A9; US20090173670A1; US7880109B2; KR20080081022A

Abstract

소정의 입경범위를 분급하여 추출하는 분급장치를 제공한다. 바람직한 실시예에 있어서, 중심 전극(3)과 외측 전극(4)에 의해 하전 미립자를 전기 이동도에 의해 분급하는 전계를 발생하고 있다. 하우징(1)의 상부에는 시스 가스 공급부(7)가 설치되어 있다. 분급 영역(5)에서 외측 전극(4)측에 도입구(11a)를 갖고, 그 도입구(11a)로부터 대전 에어로솔을 일정 전류로 공급하는 에어로솔 공급부(11)가 설치되어 있다. 분급 영역(5)에서 시스 가스류의 하류측에는 외측 전극(4)측에 배출구(13a)를 갖고, 분급된 대전 에어로솔 안의 하전 미립자의 소정입경 이상의 부분을 시스 가스의 일부와 함께 일정 전류로 배출하는 대입경측 배출부(13)가 설치된다. 케이싱(1)의 하부에는, 시스 가스와 함께 보내져 온 남은 하전 미립자수를 전기량으로서 검출하는 검출기(18)가 배치되어 있다.

분급장치, 중심 전극, 외측 전극, 하우징, 분급 영역

Description

분급장치 및 미립자 측정장치{CLASSIFYING SYSTEM AND FINE PARTICLE MEASURING DEVICE}

본 발명은, 환경 가스에 포함되는 미립자의 소정의 입경 범위를 추출하는 분급장치 및 이 분급 장치에서 얻어진 미립자수를 측정하는 장치, 예를 들면 자동차 배기가스에 포함되는 미립자수를 실시간으로 측정하는 미립자 측정장치에 관한 것이다.

에어로솔이라 함은, 일반적으로 분산매체가 기체이고, 분산질이 액체 또는 고체의 콜로이드로서, 예를 들면 자동차 배기가스 등을 말한다.

미립자수를 분급하는 장치로서는, 측정 대상 에어로솔 안의 미립자를 대전시키고, 대전한 하전(荷電) 미립자의 전장(電場)중에서의 이동 속도의 차이를 이용하여 분급하는 것이 알려져 있다. 또한 미립자를 측정하는 장치로서는, 미립자 분급한 후에 전기 이동도 등을 측정하는 전기 이동도 측정 장치가 알려져 있다. 전기 이동도와 미립자 지름 사이에는 일정한 관계가 있기 때문에, 전기 이동도를 지정하는 것으로 미립자 지름을 지정할 수 있다.

전기 이동도 측정 장치에는, 특정한 전기 이동도 및 그 바로 근방의 전기 이 동도를 갖는 미립자를 골라낼 수 있는 미분형 전기 이동도 측정 장치(DMA:Differential mobility analyzer)(특허문헌 1참조.)와, 어느 전기 이동도보다도 작은 전기 이동도를 갖는 미립자를 골라낼 수 있는 적분형 전기 이동도 측정 장치가 있다.

자동차 배기가스에 포함되는 미립자의 입경 분포 모드에는, 일반적으로, 미립자 지름으로서 10nm부근을 중심으로 하여 퍼짐을 갖는 뉴 클레이(Nuclei)모드와, 70nm부근을 중심으로 하여 거의 30∼100nm의 범위의 퍼짐을 갖는 어큐물레이션(Accumulation)모드와 같은, 2가지의 특징적인 미립자 지름분포가 있다. 이것들은 그 생성 메커니즘이나 조성이 다르기 때문에, 2가지의 입경 분포 모드는 서로 분리를 하고, 각각의 미립자수 전체를 실시간으로 측정하는 것이 요구되고 있다.

어큐물레이션 모드의 입경 분포 모드를 측정하기 위해서는, 예를 들면 30∼100nm의 범위의 입경을 갖는 미립자는 일정한 투과율로 투과시키고, 그 입경 범위의 양측의 입경을 갖는 미립자는 투과시키지 않는 투과 특성을 갖는 측정기가 필요하다.

[특허문헌1] :특허 제3459359호

[발명의 개시]

[발명이 해결하고자 하는 과제]

미분형 전기 이동도 측정 장치에서도, 시스 가스, 에어로솔 가스 및 검지 가스(입자수 검지기로 이끌리는 가스)의 유량비를 바꾸는 것으로, 넓은 범위를 갖는 입경 범위를 투과시키는 사다리꼴형의 투과 특성을 얻을 수 있지만, 그 경우라도 투과할 수 있는 입경 범위는 예를 들면 80∼100nm으로 좁고, 어큐물레이션 모드의 입경 분포 모드와 같은 예를 들면 30∼100nm와 같은 넓은 입경 범위를 동시에 측정하거나 추출하는 것이 곤란하다.

본 발명은 미립자의 소정의 입경 범위를 분급하여 추출하는 분급장치와, 분급 장치에서 얻어진 에어로솔의 입경 범위의 입자수를 동시에 측정할 수 있는 미립자 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명의 분급장치는, 전기 이동도 측정 장치의 기본원리를 사용하면서 넓은 입경 범위의 미립자를 분급하는 것으로, 하전 미립자를 전기 이동도에 의해 분급하는 전계를 발생하여 분급 영역을 형성하기 위해 서로 대향하여 배치된 한 쌍의 대향 전극과, 분급 영역의 일단측으로부터 분급 영역으로 비하전 가스를 시스 가스로서 공급하는 시스 가스 공급부와, 상기 대향 전극의 한쪽의 전극 또는 그 전극의 근방에 도입구를 가지고, 그 도입구로부터 대전 에어로솔을 공급하는 에어로솔 공급부와, 시스 가스류의 하류측에 있어서 상기 한쪽의 전극 또는 그 전극의 근방에 배출구를 가지고, 분급된 상기 대전 에어로솔 안의 하전 미립자의 소정입경 이상의 부분을 시스 가스의 일부와 함께 배출하는 대입경측 배출부와, 상기 분급 영역의 타단측에 배치되고, 남은 하전 미립자를 시스 가스와 함께 내보내는 방출구를 구비하고 있다.

분급된 대전 에어로솔 안의 하전 미립자의 소정입경 이상의 부분을 시스 가스의 일부와 함께 배출할 때, 입경 분포 폭을 일정하게 유지하는 하나의 방법은, 배출 유량을 일정하게 하는 방법이다.

상기의 「그 전극의 근방」이란 그 전극과 같은 측에서 전극에 가까운 위치를 의미하고 있다. 즉, 도입구의 설치 위치에 관해서는 분급 영역에 대전 에어로솔을 공급하는 작용을 할 수 있는 위치임을 의미하고, 대입경측 배출부의 배출구의 설치 위치에 관해서는 분급된 대전 에어로솔 안의 소정입경 이상의 부분을 시스 가스의 일부와 함께 배출하는 작용을 할 수 있는 위치임을 의미하고 있다.

상기의 「대전 에어로솔」이란 대전기를 거쳐 이 분급장치에 공급되는 에어로솔이다. 대전 에어로솔에는 대전해서 하전 미립자가 된 것과 대전하지 않은 미립자가 포함되어 있다. 대전기를 거치기 전의 에어로솔이 포함되고 있던 전체 미립자 중 하전 미립자가 된 것의 비율이 대전율이다.

본 발명은 에어로솔 안의 하전 미립자의 입경 분포 중, 대입경측 뿐만아니라, 소입경측도 제거한 소정의 입경 범위에 있어서의 미립자를 추출하거나 또는 미립자수를 구하고자 하는 것이다.

그 때문에 본 발명의 분급장치는, 상기 방출구를 통해 내보내진 하전 미립자의 입자 분포 폭을 조정하는 입자지름 선택 수단을 더 구비하는 것이 바람직하다.

그 입자지름 선택 수단은, 대입경측 배출부로부터 배출되는 가스 유량 및 / 또는 대향 전극에 인가되는 전압에 의해 입자 분포 폭을 선택하는 수단이다. 여기에서의 「및 / 또는 」이란, 가스 유량 및 전압의 한쪽 또는 양쪽을 포함하는 것을 의미하고 있다.

상기 입자지름 선택 수단의 일례는, 대입경측 배출부의 하류에 접속된 펌프의 유량을 제어하여 하전 미립자의 소정입경 이상의 부분을 시스 가스의 일부와 함께 배출하는 것이다. 이 경우, 펌프의 유량을 크게 하면 배출되는 입경의 범위는 입경이 큰 측에서 넓어지고, 배출구로부터는 입경이 큰 측의 하전입자가 넓은 범위에서 제거된 상태에서 내보내진다. 또한 펌프의 유량을 작게 하면 배출되는 입경의 범위는 큰 측에서 넓어지지 않고, 방출구로부터는 입경이 큰 측의 하전입자가 좁은 범위에서 제거된 상태로 내보내진다.

상기 입자지름 선택 수단의 다른 예는 상기 대향 전극에 접속된 전원 장치를 제어하여 하전 미립자의 소정 입경이하의 부분을 전극에 흡착시키는 것이다. 이 경우, 인가전압을 크게 하면 전극에 흡착되는 입경의 범위가 입경이 작은 측에서 넓어지고, 방출구로부터는 입경이 작은 측의 하전 미립자가 넓은 범위에서 제거된 상태에서 내보내지게 된다. 또한 인가전압을 작게 하면 전극에 흡착되는 입경의 범위가 작은 측에서 넓어지지 않기 때문에, 방출구로부터는 입경이 작은 측의 하전 미립자가 좁은 범위에서 제거된 상태로 내보내진다.

이와 같이, 소정 입경 범위보다도 대입경측의 미립자는 대입경측 배출부로부터 제거되는 것으로, 소입경측의 미립자는 분급 영역에서 분급되어 대향 전극의 다른 쪽의 전극에 흡인되어 흡착됨으로써 제거되는 것이다.

대입경측 배출부로부터 제거되는 대입경측의 입경 및 대향 전극의 다른 쪽의 전극에 의해 제거되는 소입경측의 입경은, 분급 영역에 공급되는 시스 가스 유량 Qc, 에어로솔 공급부로부터 도입구를 거쳐 분급 영역에 공급되는 대전 에어로솔 가스 유량 Qa, 대입경측 배출부로부터 배출하는 유량 Qe 및 대향 전극에 인가하는 전압을 조정함으로써 설정할 수 있다. 이러한 입자의 입경조정은, 방출구에 접속되는 검출기로 이끌린 가스를, 종래의 미분형 전기 이동도 측정 장치로 이끌어 그 입경 분포를 측정하면서 행할 수 있다.

또한 소입경측의 미립자의 제거를 보다 확실하게 하기 위해, 시스 가스류의 하류측에 있어서 대향 전극의 다른 쪽의 전극 또는 그 전극의 근방에 배출구를 갖고, 소정 입경이하의 하전 미립자로 전극에 흡착되지 않은 것을 시스 가스의 일부와 함께 그 배출구로부터 배출하는 소입경측 배출부를 더 구비하도록 해도 된다. 소입경측 배출부를 구비하여 소입경측의 입자를 제거할 경우, 전극에 미립자를 흡착하여 소입경측의 입자를 제거하는 상기의 방법과 병용해도 되고, 어느 한쪽을 단독으로 사용해도 된다. 또한, 양쪽 방법을 병용하는 것으로, 소입경측의 미립자의 제거는 보다 확실하게 행할 수 있다.

상기의 소입경측 배출부의 배출구의 설치 위치에 관해서, 「그 전극의 근방 」이란 그 전극과 같은 측에서 전극에 가까운 위치를 의미하고, 분급된 대전 에어로솔 안의 하전 미립자의 소정입경 이하의 부분을 시스 가스의 일부와 함께 배출하는 작용을 할 수 있는 위치임을 의미하고 있다.

상기 입자지름 선택 수단은, 상기의 소입경측 배출부의 하류에 접속된 펌프의 유량을 제어하는 것으로 내보내지는 미립자의 입경을 제어하도록 해도 된다. 이 경우, 펌프의 유량을 크게 하면 배출되는 입경의 범위는 입경이 작은 측에서 넓어지고, 방출구로부터는 입경이 작은 측의 하전입자가 넓은 범위에서 제거된 상태로 내보내진다. 또한 펌프의 유량을 작게 하면 배출되는 입경의 범위는 작은 측에서 넓어지지 않고, 방출구로부터는 입경이 작은 측의 하전입자가 좁은 범위에서 제거된 상태로 내보내진다.

분급한 하전 미립자가 장치의 벽면 등에 부착되면 방출구로부터 정확하게 회수할 수 없는 경우가 있기 때문에, 수속 전극을 분급 영역과 방출구 사이에 서로 대향하여 배치하고, 분급된 하전 미립자를 수속시켜서 방출구로 이끌도록 분급 영역 형성용의 전극과는 역방향의 전계를 발생시키도록 해도 된다.

또한 수속 전극에 의해 수속된 하전 미립자 부분만을 검출기로 이끌고, 하전 미립자를 포함하지 않는 부분의 시스 가스는 검출기로 이끌지 않도록 하기 위해, 수속 전극과 방출구 사이에, 수속된 하전 미립자를 시스 가스류의 일부와 함께 선택적으로 내보내 방출구로 이끄는 방출구용 슬릿을 설치하도록 해도 된다.

상기 검출기의 바람직한 일례로서, 하전 미립자수를 전기량으로서 측정하는 패러데이컵 일렉트로메터(Faraday cup electrometer)를 들 수 있다.

본 발명은 에어로솔의 입경 분포 중, 대입경측 뿐만아니라, 소입경측도 제거한 소정의 입경 범위에 있는 미립자를 구하고자 하는 것이다.

그래서 본 발명의 미립자 측정장치는, 본 발명의 분급장치와, 상기 방출구의 하류에 설치되어, 시스 가스와 함께 보내져 온 남은 입자수를 검출하는 검출기를 구비하고 있다.

그 경우, 집속 전극을 분급 영역과 방출구 사이에 서로 대향하여 배치하고, 분급된 하전 미립자를 수속시켜서 방출구로 이끌도록 분급 영역 형성용의 전극과는 역방향의 전계를 발생시키도록 하면, 지금까지는 분급된 상태의 하전 미립자를 모두 검출하는 데에는 큰 검출기가 필요했지만, 작은 검출기로도 검출할 수 있게 된다.

또한, 수속 전극에 의해 수속된 하전 미립자 부분만을 검출기로 이끄는 방출구용 슬릿을 설치하도록 하면, 검출기로 이끌리는 시스 가스 유량을 적게할 수 있기 때문에, 검출기의 크기를 더 작게 할 수 있다.

본 발명의 미립자 측정장치에서 최종적으로 구하고자 하는 물리량은, 대전되기 전의 에어로솔 안의 소정범위의 미립자로서, 검출기에서 얻어지는 출력은 대전 후의 에어로솔 안의 하전 미립자수에 대응한 전기량이다. 그 때문에 검출기에 의한 출력을 대전 전의 에어로솔 안의 미립자수로 변환하는 처리가 필요하게 된다. 이 계산은 측정 대상이 되는 에어로솔에 대해, 이 측정 장치의 대전기로 대전시켰을 때의 대전율을 미리 구해둠으로써 행할 수 있다. 그 계산을 자동적으로 행하게 하기 위해, 이 측정 장치가 측정 대상이 되는 에어로솔에 대해 미리 구해진 대전율을 유지하고, 검출기에서 측정된 전기량에 의거하여 측정된 에어로솔의 미립자수 농도를 산출하는 데이터 처리장치를 구비하는 것이 바람직하다.

또한 「대전율」은, 대전 전의 에어로솔 안의 전체 미립자수와, 대전 후의 에어로솔로부터 하전 미립자를 제거한 후의 에어로솔 안의 전체 미립자수의 비율로부터 구할 수 있다. 대전 에어로솔로부터의 하전 미립자의 제거는 대전 에어로솔을 전계에 통과시킴으로써 행할 수 있다. 또한 대전하고 있지 않은 에어로솔 안의 전체 미립자수는, 예를 들면 빛의 산란을 이용한 계수계에 의해 구할 수 있다.

대전율을 유지하고, 검출기에서 측정된 전기량에 의거하여 측정된 에어로솔의 입자수 농도를 산출하는 데이터 처리장치를 구비하고 있는 경우에는, 에어로솔의 입자수 농도를 자동적으로 온라인으로 구할 수 있게 된다.

[발명의 효과]

본 발명의 분급장치는, 대향 전극, 시스 가스 공급부, 에어로솔 공급부 및 방출구를 구비하여 전기 이동도 측정 장치의 기본원리에 따라 대전 에어로솔 안의 하전 미립자를 분급하는 것이지만, 분급된 하전 미립자의 소정입경 이상의 부분을 대입경측 배출부에 의해 제거하도록 했다. 그리고, 대향 전극의 다른 쪽의 전극에 흡인되어 흡착되는 것 등에 의해 소입경측의 미립자가 제거되는 것과 합하면, 대전 에어로솔 안의 소정범위의 미립자를 추출하거나, 소정범위의 입경을 갖는 하전 미립자의 총량을 측정하거나 할 수 있다.

이 때, 추출되는 미립자의 입경 범위는, 제거하고자 하는 대입경측의 입경 범위와 소입경측의 입경 범위를, 시스 가스 유량, 대전 에어로솔 가스 유량, 대입경측 배출부로부터의 배출 유량 또는 인가전압 중 어느 하나에 의해 설정하면, 측정범위를 예를 들어 30∼100nm와 같은 충분히 넓은 범위로 설정할 수 있다.

도 1은 분급장치의 일 실시예를 개략도에 나타내는 도면으로, 도 1a는 수직단면도, 도 1b는 도 1(a)의 X-X'에 있어서의 수평 단면도이다.

도 2는 미립자 측정장치의 일 실시예를 개략도에 나타내는 도면으로, 도 2a는 수직단면도, 도 2b는 도 2a의 X-X'에 있어서의 수평 단면도이다.

도 3a는 미립자 지름이 100nm와 120nm의 하전 미립자에 대해, 시스 가스 유량을 100L/분, 대입경측 배출부(13)의 배출 유량을 5.OL/분으로 하고, 에어로솔 가스 유량을 0.8L/분으로 했을 경우의 미립자 궤적을 나타낸 시뮬레이션 결과의 도다.

도 3b는 미립자 지름이 100nm와 120nm의 하전 미립자에 대해서, 시스 가스 유량을 100L/분, 대입경측 배출부(13)의 배출 유량을 5.OL/분으로 하고, 에어로솔 가스 유량을 0.9L/분으로 했을 경우의 미립자 궤적을 나타낸 시뮬레이션 결과의 도다.

도 3c는 미립자 지름이 100nm와 120nm의 하전 미립자에 대해서, 시스 가스 유량을 100L/분, 대입경측 배출부(13)의 배출 유량을 5.OL/분으로 하고, 에어로솔 가스 유량을 1.OL/분으로 했을 경우의 미립자 궤적을 나타낸 시뮬레이션 결과의 도다.

도 3d는 미립자 지름이 100nm와 120nm의 하전 미립자에 대해서, 시스 가스 유량을 100L/분, 대입경측 배출부(13)의 배출 유량을 5.OL/분으로 하고, 에어로솔 가스 유량을 1.1L/분으로 했을 경우의 미립자 궤적을 나타낸 시뮬레이션 결과의 도다.

도 3e는 미립자 지름이 100nm와 120nm의 하전 미립자에 대해서, 시스 가스 유량을 100L/분, 대입경측 배출부(13)의 배출 유량을 5.OL/분으로 하고, 에어로솔 가스 유량을 1.2L/분으로 했을 경우의 미립자 궤적을 나타낸 시뮬레이션 결과의 도다.

도 4a는 미립자 지름이 20, 21, 22, 100 및 120nm의 하전 미립자에 대해서, 에어로솔 가스 유량을 1.OL/분, 대입경측 배출부(13)의 배출 유량을 5.OL/분으로 하고, 시스 가스 유량을 96L/분으로 했을 때의 미립자 궤적을 나타낸 시뮬레이션 결과의 도다.

도 4b는 동 시뮬레이션 결과의 배출구에서의 미립자 궤적을 나타낸 도면이다.

도 4c는 미립자 지름이 20, 21, 22, 100 및 120nm의 하전 미립자에 대해서, 에어로솔 가스 유량을 1.OL/분, 대입경측 배출부(13)의 배출 유량을 5.OL/분으로 하고, 시스 가스 유량을 100L/분으로 했을 때의 미립자 궤적을 나타낸 시뮬레이션 결과의 도면이다.

도 4d는 동 시뮬레이션 결과의 배출구에서의 미립자 궤적을 나타낸 도면이다.

도 4e는 미립자 지름이 20, 21, 22, 100 및 120nm의 하전 미립자에 대해서, 에어로솔 가스 유량을 1.OL/분, 대입경측 배출부(13)의 배출 유량을 5.OL/분으로 하고, 시스 가스 유량을 104L/분으로 했을 때의 미립자 궤적을 나타낸 시뮬레이션 결과의 도면이다.

도 4f는 동 시뮬레이션 결과의 배출구에서의 미립자 궤적을 나타낸 도면이다.

도 5는 시스 가스 유량을 100L/분, 에어로솔 가스 유량을 1.OL/분으로 하고, 대입경측 배출부의 배출 유량을 변화시켰을 경우의 투과율의 변화를 나타내는 그래 프다.

도 6a는 시스 가스 유량 100L/분, 에어로솔 가스 유량 1.OL/분, 대입경측 배출부의 배출 유량 5.OL/분에서의 미립자 지름이 20, 21, 100 및 120nm의 하전 미립자의 궤적을 나타내는 시뮬레이션 결과의 도다.

도 6b는 동 시뮬레이션 결과의 배출구에서의 미립자 궤적을 나타낸 도면이다.

도 7은 운전 조건과 입자특성(투과율 특성)의 관계 결과이며, 세로축은 에어로솔 공급부로부터 공급된 에어로솔에 포함되는 미립자 중, 방출구로부터 내보내지는 비율(투과율)을 나타내고, 가로축은 내보내지는 입경 nm을 나타내고 있다.

도 8은 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면으로, 도 8a는 수직 단면도, 도 8b는 도 8a의 X-X'에 있어서의 수평 단면도, 도 8c는 도 8b의 파선부에 있어서의 입경 분포의 개략도를 나타낸다.

도 9는 또 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면으로, 도 9a는 수직 단면도, 도 9b는 도 9a의 X-X'에 있어서의 수평 단면도를 나타낸다.

도 10은 본 발명의 분급장치에 하전 기구, 가스 공급 기구 및 입자 포집부를 접속한 입자 포집장치의 개략도이다.

도 11은 본 발명의 분급장치에 하전 기구, 가스 공급 기구 및 유량계측기구를 접속한 입자 선별 장치의 개략도다.

[부호의 설명]

1 : 하우징 3 : 중심전극

4 : 외측 전극 5 : 분급 영역

7 : 시스 가스 공급부 9 : 정류자

11 : 에어로솔 공급부 11a : 도입구

12,24 : 수속 전극 13 : 대입경측 배출부

13a : 배출구 14 : 소입경측 배출부

14a : 배출구 16 : 방출구용 슬릿

17 : 시스 가스 배출부 19 : 절연체

21,22 23 : 펌프 26 : 데이터 처리장치

35 : 방출구 31 : 전원 장치

33 : 제어부

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

이하에 본 발명을 실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 분급장치의 일 실시예의 개략도를 나타내고 있으며, 도 1a는 수직 단면도, 도 1b는 도 1a의 X-X'에 있어서의 수평 단면도이다.

원통 모양의 하우징(1)의 내부에는, 원기둥 모양의 중심 전극(3)이 하우징(1)의 중심축과 일치하도록 설치되어 있다. 하우징(1)의 내면은 외측 전극(4)으로 되어 있고, 중심 전극(3)과 외측 전극(4)에 의해 대향 전극을 구성하고 있다. 중심 전극(3)과 외측 전극(4)은 하전 미립자를 전기 이동도에 의해 분급하는 전계를 발생하고 있으며, 양쪽 전극(3, 4) 사이에 형성되는 회전체 모양의 공간이 분급 영역(5)으로 되어 있다. 양쪽 전극(3, 4)은 전원 장치(31)에 접속되고, 전원 장 치(31)는 제어부(33)에 접속되어 있다. 양쪽 전극(3, 4) 사이에 전압을 인가하는 전원 장치(31)는 제어부(33)에 의해 제어할 수 있으며, 이것은 입자지름 선택 수단의 하나이다.

하우징(1)의 상부에는 비하전 가스를 시스 가스로서 일정 유량으로 도입하기 위한 시스 가스 공급부(7)가 설치된다. 또한 분급 영역(5)의 상단에는 시스 가스를 층류화하기 위한 절연체제의 정류자(9)가 설치되어 있고, 정류자(9)를 거친 시스 가스가 분급 영역(5)에 공급된다.

분급 영역(5)에서 외측 전극(4)측에는 도입구(11a)가 설치되고, 그 도입구(11a)로부터는 시스 가스류를 가로지르는 방향으로 대전 에어로솔이 일정 유량으로 공급된다. 도입구(11a)는 에어로솔 공급부(11)에 접속되어 있다.

분급 영역(5)의 외측 전극(4)측에서 시스 가스류의 하류측에는 배출구(13a)를 가지고, 분급된 대전 에어로솔 안의 하전 미립자의 소정입경 이상의 부분을 시스 가스의 일부와 함께 배출하는 대입경측 배출부(13)가 설치된다. 대입경측 배출부(13)로부터 배출되는 유량은 일정 유량으로 할 수 있다.

하우징(1)의 하부, 즉 시스 가스류의 하류측에는, 분급 영역(5)의 하단의 외측에 남은 하전 미립자를 시스 가스와 함께 내보내는 방출구(35)(시스 가스 배출부(17))가 설치되어 있다.

대입경측 배출부(13) 및 방출구(35)의 하류에는 흡인 기구로서의 펌프(21, 23)가 각각 설치되어 있고, 펌프 21로부터는 3.5∼5.5L/분의 유량으로, 펌프 23으로부터는 90∼100L/분의 유량으로 하우징(1)의 내부로부터 가스를 배기한다. 또한 시스 가스 공급부(7) 및 에어로솔 공급부(11)에는 각각 유량계가 설치되어 있고, 시스 가스의 유량은 약 100L/분, 에어로솔의 유량은 0.5∼1.5L/분으로 설정된다.

펌프 21은 제어부(33)에 접속되고 있으며, 펌프 21과 그것을 제어하는 제어부(33)에 의해 조정하는 수단은 입자지름 선택 수단의 하나다.

중심 전극(3)의 상단은 절연 부재 10과 절연체제의 정류자(9)에 의해 하우징(1)에 지지되고, 중심 전극(3)의 하단은 절연 부재 19와 시스 가스의 흐름을 층류화하는 정류자를 겸하는 지지 부재(15)에 의해 하우징(1)에 지지되고 있는 것에 의해, 중심 전극(3)과 외부 전극(4)이 되는 하우징(1) 사이가 전기적으로 절연되어 있다.

중심 전극(3)의 직경은 25mm, 외측 전극(4)의 내측의 직경은 33mm이며, 분급 영역(5)의 원기둥 모양 부분에서는 중심 전극(3)과 외측 전극(4)의 간격은 약 4mm정도로 일정하게 된다. 양쪽 전극(3, 4) 사이에는 1000∼1500V의 분급 전압이 인가된다.

도입구(11a)와 배출구(13a)는 폭이 0.5mm로, 외측 전극(4)의 내주면을 따라 중심 전극(3)을 감는 링 모양으로 형성되어 있다. 양쪽 입구 11a, 13a사이의 거리는 100mm정도이다. 또한 도입구(11a) 및 배출구(13a)는 슬릿 모양이어도 된다.

다음에 동 실시예의 동작을 설명한다. 양쪽 전극(3, 4) 사이에 전압을 인가하면, 분급 영역(5)에는 하전 미립자를 전기 이동도에 의해 분급하는 수평방향의 전계가 발생한다.

이 실시예에서는, 예를 들면 에어로솔 공급부(11)의 도입구(11a)로부터 분급 영역(5)으로 도입된 에어로솔 중, 입경 20nm정도의 하전 미립자는 마주보는 측(對岸)의 중심 전극(3) 가까이에 도달하고, 20nm보다도 입경이 작은 하전 미립자는 중심 전극(3)에 포착되어 제거된다. 그리고 입경이 20nm보다도 큰 하전 미립자는 시스 가스류의 중앙부근에서 도입구(11a)를 구비하는 외측 전극(4) 근방까지의 사이에 분포된다.

배출구(13a)는 도입구(11a)와 같은 외측 전극(4)의 하류측에 설치되어 있고, 거기서부터 대전 에어로솔 안의 하전 미립자의 소정입경 이상의 부분을 시스 가스와 함께 흡인하여 배기하는 것으로, 일정 미립자 지름(예를 들면 100nm)보다도 큰 미립자가 제거된다.

이에 따라 방출구(35)로부터는 일정 미립자 지름이 제거된 미립자를 추출할 수 있다. 추출된 미립자는, 반도체의 에칭 프로세스나 의약품 등에 응용할 수 있다.

전술한 바와 같이 일정 입자경보다도 큰 미립자를 제거하는 것을 실현하기 위해서는, 예를 들어, 입경 20nm의 하전 미립자가 마주보는 측에 도달하는 비교적 작은 분급 전압에 있어서, 입경 100nm부근의 하전 미립자의 분포가 시스 가스류 안에 있어서 입경 130nm부근의 하전 미립자와 완전히 분리되어 분포되고 있는 것, 또한 입경 100nm을 넘는 미립자가 분포되고 있는 가스류만을 배출구(13a)로부터 배제하는 것이 필요하다.

그 때문에, DMA로서 고분해 가능상태를 실현하도록 분급 전계를 설정한 후, 시스 가스 유량 Qc, 대전 에어로솔 가스 유량 Qa 및 대입경측 배출부(13)로부터의 배출 유량 Qe을 조절한다. 시스 가스 유량/에어로솔 가스 유량비는 100/1정도가 적당한 것이 이하에 나타내는 유체의 계산기 시뮬레이션의 결과로 알았다. 시뮬레이션에는 FIDAP(Fluent사 제품)이라는 소프트를 사용했다.

또한 입자분포를 측정하는 미립자 측정장치로서는 도 2에 나타내는 구성으로 했다.

도 1의 분급장치에 있어서, 방출구(35)(시스 가스 배출부(17))의 하류에는 시스 가스와 함께 보내져 온 남은 하전 미립자수를 전기량으로서 검출하는 검출기(18)가 배치되어 있다.

대입경측 배출부(13) 및 검출기(18)의 하류에는 흡인 기구로서 펌프(21, 23)가 각각 설치되어 있으며, 펌프 21로부터는 3.5∼5.5L/분의 유량으로, 펌프 23으로부터는 90∼100L/분의 유량으로 하우징(1)의 내부로부터 가스를 배기한다. 또한 시스 가스 공급부(7) 및 에어로솔 공급부(11)에는 각각 유량계가 설치되어 있고, 시스 가스의 유량은 약 100L/분, 에어로솔의 유량은 0.5∼1.5L/분으로 설정했다.

시뮬레이션의 결과를 도 3 내지 도 6에 나타낸다. 시뮬레이션에 필요한 감도 조건으로부터, 에어로솔 가스 유량을 0.8∼1.2L/분의 범위에서, 시스 가스 유량을 96∼104L/분의 범위에서 변화시키고, 미립자 지름이 20, 21, 22, 100, 120, 150nm인 것에 대해 입자궤도를 산출했다.

일반적인 DMA제품에서는 검출기로서 패러데이컵 일렉트로메터를 사용하여, 가스 유량이 3L/분 정도 이하의 것을 측정 대상으로 하고 있기 때문에, 공급된 시스 가스 유량이 100L/분 정도의 것을 모두 검출기에 통과시킬 때는, 검출기의 미립 자 포집재로서 가스 유량이 100L/분에 대응할 수 있는 것을 선정한다.

도 3a∼도 3e는, 입자경이 100nm와 120nm의 하전 미립자에 대해서, 시스 가스 유량 Qc을 100L/분, 대입경측 배출부(13)의 배출 유량 Qe을 5.OL/분으로 하고, 에어로솔 가스 유량 Qa을 1L/분의 전후에서 변화시켰을 때의 미립자 궤적을 나타낸 것이다. 도 3a는 에어로솔 가스 유량이 0.8L/분(1L/분에 대하여 -20％), 도 3b는 에어로솔 가스 유량이 0.9L/분(1L/분에 대하여 -10％), 도 3c는 에어로솔 가스 유량이 1.OL/분, 도 3d는 에어로솔 가스 유량이 1.1L/분(1L/분에 대하여 +10％), 도 3e는 에어로솔 가스가 유량 1.2L/분(1L/분에 대하여 +20％)이다.

에어로솔 가스 유량이 감소하는 경우에는 분급성능(분해능)은 저하하지 않지만, 에어로솔 가스 유량이 1.2L/분까지 증가하면, 이제는 입경 100nm의 하전 미립자와 입경 120nm의 하전 미립자를 완전히 분리할 수는 없고, 에어로솔 가스 유량이 분해 성능에 현저한 영향을 주는 것을 알 수 있다. 한편, 이 정도의 에어로솔 가스 유량의 변화에서는, 미립자 지름이 20nm등의 작은 영역에서는 그다지 큰 영향은 보이지 않는다.

도 4a∼도 4f는, 입자경이 20, 21, 22, 100 및 120nm의 하전 미립자에 대해서, 에어로솔 가스 유량을 1.OL/분, 대입경측 배출부(13)의 배출 유량을 5.OL/분으로 하고, 시스 가스 유량을 100L/분의 전후에서 변화시켰을 때의 미립자 궤적을 나타낸 것이다. 도 4a는 시스 가스 유량이 96L/분(100L/분에 대하여 -4％), 도 4c는 시스 가스 유량이 100L/분, 도 4e는 시스 가스 유량이 104L/분(100L/분에 대하여 +4％)이며, 도 4b, 도 4d, 도 4f는 각각 도 4a, 도 4c, 도 4e에서의 대입경측 배출 부(13)의 배출구에서의 미립자 궤적을 나타내고 있다.

이 결과로부터, 시스 가스 유량은 100L/분을 기준으로 하여 ±4％정도 변화해도, 분해 성능에는 그다지 큰 영향은 없는 것을 알 수 있다.

도 5는 시스 가스 유량을 100L/분, 에어로솔 가스 유량을 1.OL/분으로 하고, 대입경측 배출부(13)에 접속되는 펌프 21의 배출 유량을 변화시켰을 경우의 투과율(대입경측 배출부(13)에 의해 배출되지 않고 검출기에 도달하는 비율이며, 1.0은 전혀 배출되지 않는 것을 나타내고, 0은 모두 배출되는 것을 나타낸다.)의 변화를 나타낸다. 가로축은 배출 유량(L/분), 세로축은 투과율이다.

도 5의 결과로부터, 대입경측 배출부(13)의 배출 유량이 4.9∼5.1L/분의 범위에서는, 입경 100nm의 하전 미립자와 입경 120nm의 하전 미립자를 분리할 수 있고, 배출 유량이 3.8∼5.1L/분의 범위에서는, 입경 100nm의 하전 미립자와 입경 150nm의 하전 미립자를 분리할 수 있는 것을 알 수 있다.

다음에 도 6에, 기본조건 하(시스 가스 유량 100L/분, 에어로솔 가스 유량 1.OL/분)에서, 배출 유량을 5L/분으로 했을 경우의 하전 미립자의 궤적을 시뮬레이션한 결과를 나타낸다. 도 6a는 미립자 지름이 20, 21, 100 및 120nm의 하전 미립자의 궤적을 구하여 나타낸 것이며, 도 6b는 배출구(13a) 부근을 확대한 것이다. 이와 같이, 배출 유량을 5.OL/분으로 하면, 입경 100nm의 하전 미립자와 입경 120nm의 하전 미립자를 분리할 수 있음을 시뮬레이션에 의해 확인할 수 있다.

이상의 시뮬레이션의 결과로부터, 시스 가스 유량 Qc, 에어로솔 가스 유량 Qa 및 대입경측 배출부의 배출 유량 Qe을 파라미터로서 조정함으로써, 원하는 입경 범위의 미소 입자를 선택적으로 측정할 수 있음을 알 수 있다. 본 발명의 미립자 측정장치는, 분급 영역(5)에 인가하는 전계를 설정하고, 이것들의 파라미터를 조정하여 원하는 입경 범위의 미소 입자를 측정하는 것이며, 본 발명의 분급 장치는 그것들의 원하는 입경 범위에 있어서의 미소 입자를 추출하는 것이다.

다음에 시스 가스 유량 Qc, 대입경측 배출부로부터의 배출 유량 Qe 및 분급 영역에 인가되는 전압 V을 운전 파라미터로서 변화시키고, 그것들의 운전 조건과 방출구(35)(시스 가스 배출부(17))로부터 내보내진 입자특성(투과율 특성)과의 관계 결과를 설명한다.

도 7의 세로축은 에어로솔 공급부(11)로부터 공급된 에어로솔에 포함되는 미립자 중, 방출구(35)로부터 내보내지는 비율(투과율)을 나타내고, 가로축은 내보내지는 입경 nm을 나타내고 있다. 투과율이 0인 경우는 그 입경에 있어서의 입자가 거의 100％제거되고 있는 것을 의미한다.

그래프 우단에 나타낸 범례에 있어서, 각 도트의 설명중, 「Qc」는 시스 가스 유량 slm(standard L/m), 「Qe」는 배출구(13a)로부터 배출되는 가스 유량 (sLm), 또한 괄호 안의 숫자는 분급 전압을 나타낸다. 시스 가스 배출량 Qc은 60sLm로 일정하게 했다.

Qe가 같을 경우, 전압이 높으면 입경이 작은 것이 제거되기 쉬워진다. 한편, 전압이 같을 경우, Qe를 증가시킴으로써 입경이 큰 것이 제거되기 쉬워지고, 이 도면으로부터 사다리꼴 전달함수가 실현되고 있는 것을 알 수 있다.

이 결과로부터, 운전 조건을 변화시키는 것으로 검지되는 입자의 입경 범위 를 용이하게 변화시킬 수 있는 것을 알 수 있으며, 또한 어큐물레이션 모드 입자 뿐만아니라, 뉴 클레이 입자만의 포착도 가능한 것을 알 수 있다.

도 2의 실시예로 되돌아 와 설명하면 검출기(18)에는 데이터 처리장치(26)가 접속되어 있다. 데이터 처리장치(26)는 측정 대상이 되는 자동차 배기가스 등의 에어로솔에 대해 미리 구해진 대전율을 유지하고, 검출기(18)에서 측정된 전기량에 의거하여 측정된 에어로솔의 미립자수 농도를 산출하는 것이다. 미립자 측정장치가 데이터 처리장치(26)를 구비함으로써, 측정한 에어로솔의 입자수 농도를 자동적으로 온라인으로 구할 수 있게 된다.

후술하는 실시예의 미립자 측정장치에 있어서도 이 데이터 처리장치(26)를 구비하도록 해도 된다.

도 8은 다른 실시예로서 소입경측 배출부를 구비한 미립자 측정장치를 개략적으로 나타내고 있으며, 도 8a는 수직 단면도, 도 8b는 도 8a의 X-X'에 있어서의 수평 단면도, 도 8c는 도 8b의 파선부에 있어서의 입경 분포의 개략도를 나타낸다.

하우징(1) 및 내부에 설치되는 중심 전극(3)의 구성은 도 1 및 도 2의 실시예와 같다. 도 8의 실시예에서는, 분급 영역(5)의 중심 전극(3)측에서 시스 가스류의 하류측에는 배출구(14a)를 가지고, 분급된 대전 에어로솔 안의 하전 미립자의 소정입경 이하의 부분을 시스 가스의 일부와 함께 일정 유량으로 배출하는 소입경측 배출부(14)를 더 구비하고 있다. 소입경측 배출부(14)의 하류에는 시스 가스와 하전 미립자를 배출하기 위한 배기기구로서 펌프 22가 설치되어 있고, 일정 유량으로 분급 영역(5)으로부터 가스를 배출한다. 또한, 소입경측 배출부(14)와, 그 유량 을 조정하는 펌프 22와, 펌프 22를 제어하는 제어부(33)는 입자지름 선택 수단의 하나이다.

소입경측 배출부(14)의 배출 유량은 소정의 입경이하, 예를 들면 입경 20nm이하의 하전 미립자를 확실하게 배출하도록 설정된다. 소입경측의 하전 미립자는 분급되어서 중심 전극(3)에 흡착됨으로써 제거할 수도 있지만, 소입경측 배출부(14)를 구비함으로써, 보다 확실하게 제거할 수 있게 된다.

소입경측 배출부(14)를 구비하여 소입경측의 입자를 제거할 경우, 전극에 미립자를 흡착하여 소입경측의 입자를 제거하는 상기의 방법과 병용해도 되고, 어느 한쪽을 단독으로 사용해도 된다. 또한, 양쪽 방법을 병용하는 것으로, 소입경측의 미립자의 제거는 보다 확실하게 행할 수 있다.

도 8에서는 시스 가스 배출부(17)(방출구(35))의 하류에 검출기(18)를 구비하고 있지만, 검출기(18)를 구비하지 않고 도 1에 나타내는 분급장치로서, 소정의 입경 분포 폭의 미립자를 추출하도록 해도 된다.

도 9는 또 다른 실시예로서 집속 전극을 구비한 미립자 측정장치를 개략적으로 나타내고 있으며, 도 9a는 수직 단면도, 도 9b는 도 9a의 X-X'에 있어서의 수평 단면도이다.

하우징(1) 및 그 내부에 설치되는 중심 전극(3)의 구성은 도 1의 실시예와 동일하다. 도 9의 실시예에서는, 수속 전극 12, 24를 분급 영역(5)과 검출기(18) 사이에, 서로 대향하여 배치하고, 분급된 하전 미립자를 수속시키도록 분급 영역 형성용의 전극 3, 4와는 역방향의 전계를 발생시키도록 하고 있다. 수속 전극 12는 전극 4와 일체가 된 외측 전극으로, 전극 4와 동 전위이며, 이 실시예에서는 모두 접지 전위가 되고 있다. 수속 전극 24는 전극 3과 같이 중심전극이지만, 전극 3의 하부에 절연 부재(19)를 통해 배치되고 있다. 전극 3과 수속 전극 24는 각각 동심(同芯) 케이블(25)을 통해 직류전압이 인가되고 있으며, 전극 3과 수속 전극 24는 서로 역전위의 관계로 되어있다.

또한, 수속 전극 12, 24에 의해 수속된 하전 미립자부분만을 방출구(35)로부터 추출하고, 또는 추출한 후에 검출기(18)로 이끌어 하전 미립자를 포함하지 않는 부분의 시스 가스는 검출기(18)로 이끌지 않도록 하기 위해, 수속 전극 12, 24와 검출기(18) 사이에는, 수속된 하전 미립자를 시스 가스류의 일부와 함께 선택적으로 추출하는 방출구용 슬릿(16)을 구비하고 있다. 방출구용 슬릿(16)은 수속된 하전 미립자를 넣기 위한 크기를 갖고, 외측 전극 12의 내주면측에 있어서, 중심전극 24을 둘러싸는 링 모양으로 형성되어 있다.

도 9의 실시예에 있어서도, 중심전극 24의 하단부의 절연 부재(20)를 통해 전극 3, 24을 하우징(1)에 의해 지지해 두는 것이 바람직하다.

이와 같이 수속 전극 12, 24를 구비하는 것에 의해, 분급된 하전 미립자를 수속시키기 때문에, 방출구용 슬릿(16)을 구비하지 않는 경우에도, 검출기(18)로서는 수속된 하전 미립자를 검출하면 되므로, 검출기(18)의 크기를 작게 할 수 있다.

또한, 방출구용 슬릿(16)을 구비하고 있는 경우에는, 검출기(18)로 이끌리는 시스 가스 유량을 적게 할 수 있기 때문에, 검출기(18)의 크기를 더욱 작게 할 수 있다.

또한 도 9의 실시예에서는 방출구(35)의 하류에 검출기(18)를 구비했지만, 도 1에 나타내는 바와 같이 검출기(18)를 구비하지 않는 분급장치로 해도 된다.

분급장치에 수속 전극을 구비하도록 하면, 하전 미립자가 장치의 벽면에 부착하여 방출구로부터 정확하게 회수할 수 있는 것을 방지할 수 있게 된다.

본 발명의 분급장치 및 미립자 측정장치에 의해, 최근, 뉴 클레이(Nuclei) 모드 입자의 건강영향을 염려가는 연구자도 여기저기 볼 수 있지만, 본 장치가 그 염려에 대해서도 유효한 측정 수단이 되는 것이 실증되었다. 또한 본 장치의 계측 이외의 산업용도 적응예로서, 의약품에 있어서의 미사일 드러그나 반도체 제조에 있어서의 표면 연마를 예로 드는 분야에 있어서, 본 장치는 분급 포집기로서 사용할 수 있다.

예를 들면 나노 사이즈의 의약품은 그 사이즈로부터 면역반응을 유인하지 않고, 세포에 의해 용이하게 흡수되므로, 표적 지향성을 부여하는 것으로 미사일 드러그로서 환부에 선택적으로 작용시킬 수 있는 것이 기대되고 있다. 또한 반도체 산업에 있어서의 실리콘 웨이퍼의 표면연마에는 입경이 일정한 나노 사이즈 연마 입자가 적합하다는 연구 결과가 보고되고 있다.

다음에 도 10 및 도 11에 있어서, 본 발명의 분급장치의 적용예를 나타낸다.

도 10은 본 발명의 분급장치에 하전 기구, 가스 공급 기구 및 입자 포집부를 접속한 입자포집 장치의 개략도다.

이 입자포집 장치는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 에어로솔을 하전하는 하 전 기구(41)와, 대전 에어로솔 안의 하전 입자를 전기 이동도에 의해 분급하는 분급 장치(42)와, 분급되어 추출된 입자를 포집하는 입자 포집부(44)와, 시스 가스를 공급하는 시스 가스 공급기구(43)가 접속되어 있다. 또한 분급 장치(42)의 대향 전극에는 전원 장치(31)가 접속되어 있다.

분급 장치(42)의 상부는 시스 가스 공급부(7)이며, 시스 가스 공급기구(43)와 접속되어, 비대전의 시스 가스를 유량 Qc으로 공급하도록 되어 있다.

또한 분급 장치(42)의 하전 기구(41)와의 접속부는 에어로솔 공급부(11)가 되고 있으며, 하전 기구(41)로 대전된 대전 에어로솔이 시료 가스 공급량 Qa으로 분급 장치(42)안에 공급되도록 되어 있다.

분급 장치(42)의 하류측에는, 가스를 분급 영역의 외부로 유량 Qe으로 배출하는 대입경측 배출부(13)가 설치된다.

대입경측 배출부(13)의 하류에는, 미립자를 제거하는 필터(45), 가스 유량 Qe을 측정하여 조정하는 유량 조정부(46), 펌프(47)가 구비되고, 이것들을 흐르는 가스는 유량 Qo으로 가스 배출부(48)로부터 배출된다.

또한 분급 장치(42)의 입자 포집부(44)와의 접속부는 시스 가스 배출부(17)(방출구(35))가 되고 있으며, 소정입경 범위의 미립자를 포함하는 시스 가스가 유량 Qs으로 배출되도록 되어 있다. 입자 포집부(44)의 하류는 유량 조정부(54)를 통해 가스 배출부(48)에 접속되어 있다.

시스 가스 공급기구(43)는, 상류에 해당하는 입자 포집부(44)로부터 하류에 해당하는 시스 가스 공급부(7)까지를 연결하는 유로와, 거기에 배치되는 펌프 등으 로 구성되어 있다. 입자 포집부(44)의 하류에는, 압력변동 쇠퇴기구(49)가 구비되고, 그 하류에는 순서대로, 시스 가스를 수송하는 펌프(50), 시스 가스를 실온 근방에 유지하는 냉각 탱크(51), 시스 가스에 혼입한 미립자를 제거하는 필터(52), 시스 가스류의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브(53)가 구비되고 있다.

본 장치에 있어서는 입자를 하전시키는 것으로, 도 10에 있어서의 입자 포집부(44)는 정전 스크러버에 의해 포집하여 배치적으로 회수하거나, 또는 티타니아(titania) 등 내열성의 입자이면, 코튼 필터 등으로 포집한 후, 필터를 소각하여 회수하거나 하는 방법을 사용할 수 있다. 이에 따라 소정 입경의 미립자를 포집하여, 분석 등에 이용할 수 있게 된다.

도 11은 본 발명의 분급장치에 하전 기구, 가스 공급 기구 및 유량계측기구를 접속한 입자선별 장치의 개략도다.

이 입자선별 장치는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 에어로솔을 하전하는 하전 기구(41)와, 대전 에어로솔 안의 하전입자를 전기 이동도에 의해 분급하는 분급 장치(42)와, 분급 되어서 추출된 입자의 유량을 조정하여 사용 장소로 보내는 유량제어기구(55)와, 시스 가스 공급기구(43)가 접속되어 있다.

또한 도 10과 마찬가지로, 분급 장치(42)의 상부는 시스 가스 공급부(7)가 되고 있으며, 시스 가스 공급기구(43)와 접속되어, 비대전의 시스 가스를 유량 Qc으로 공급하도록 되어 있다. 분급 장치(42)의 하전 기구(41)와의 접속부는 에어로솔 공급부(11)가 되고 있으며, 하전 기구(41)로 대전된 대전 에어로솔이 시료 가스 공급량 Qa으로 분급 장치(42)안에 공급되도록 되어 있다. 또한 분급 장치(42)의 대 향 전극에는 전원 장치(31)가 접속되어 있다.

대입경측 배출부(13)의 하류에는, 미립자를 제거하는 필터(45), 가스 유량 Qe를 측정하여 조정하는 유량 조정부(46), 펌프(47)가 구비되고, 이것들을 흐르는 가스는 시스 가스 공급기구(43)로 보내져 시스 가스로서 다시 이용된다. 또한 시스 가스의 모자란 분은 외부로부터 보급할 수 있도록 되어 있다.

또한 분급 장치(42)의 유량제어기구(55)로부터는 소정입경의 입자를 포함한은 가스가 추출되어, 고객사용 장소로 수송된다.

도 11에서는 원하는 입경 범위에 분급된 입자를 포함하는 에어 플로로서 사용자가 원하는 장소로 수송된다.

본 발명은 환경 가스에 포함되는 미립자의 소정의 입경 범위를 추출하는 분급장치나, 이 분급 장치에서 얻어진 미립자수를 측정하는 장치에 이용할 수 있다.

Claims

하전 미립자를 전기 이동도에 의해 분급하는 전계를 발생하여 분급 영역을 형성하기 위해 서로 대향하여 배치된 한 쌍의 대향 전극과,

상기 분급 영역의 일단측으로부터 분급 영역으로 비하전 가스를 시스 가스로서 공급하는 시스 가스 공급부와,

상기 대향 전극의 한쪽의 전극 또는 그 전극의 근방에 도입구를 가지고, 그 도입구로부터 대전 에어로솔을 공급하는 에어로솔 공급부와,

시스 가스류의 하류측에 있어서 상기 한쪽의 전극 또는 그 전극의 근방에 배출구를 갖고, 분급된 상기 대전 에어로솔 안의 하전 미립자의 소정입경 이상의 부분을 시스 가스의 일부와 함께 배출하는 대입경측 배출부와,

상기 분급 영역의 타단측에 배치되어, 남은 하전 미립자를 시스 가스와 함께 내보내는 방출구를 구비한 것을 특징으로 하는 분급장치.
제 1항에 있어서,

상기 대입경측 배출부는, 분급된 상기 대전 에어로솔 안의 하전 미립자의 소정입경 이상의 부분을 시스 가스의 일부와 함께 일정 유량으로 배출하는 것을 특징으로 하는 분급장치.
제 1항에 있어서,

상기 방출구로부터 내보내진 하전 미립자의 입자 분포 폭을 조정하는 입자지름 선택 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 분급장치.
제 3항에 있어서,

상기 입자지름 선택 수단은 상기 대입경측 배출부로부터 배출되는 가스 유량 및 / 또는 상기 대향 전극에 인가되는 전압에 의해 입자 분포 폭을 조정하는 것을 특징으로 하는 분급장치.
제 4항에 있어서,

상기 입자지름 선택 수단은 상기 대입경측 배출부의 하류에 접속된 펌프의 유량을 제어하여 하전 미립자의 소정입경 이상의 부분을 시스 가스의 일부와 함께 배출하는 것을 특징으로 하는 분급장치.
제 4항에 있어서,

상기 입자지름 선택 수단은 상기 대향 전극에 접속된 전원 장치를 제어하여 하전 미립자의 소정입경 이하의 부분을 전극에 흡착시키는 것을 특징으로 하는 분급장치.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

시스 가스류의 하류측에 있어서 상기 대향 전극의 다른 쪽의 전극 또는 그 전극의 근방에 배출구를 갖고, 소정입경 이하의 하전 미립자로 전극에 흡착되지 않은 것을 시스 가스의 일부와 함께 그 배출구로부터 배출하는 소입경측 배출부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 분급장치.
제 3항 내지 제 6항 중 어느 하나의 항에 있어서,

시스 가스류의 하류측에 있어서 상기 대향 전극의 다른 쪽의 전극 또는 그 전극 근방에 배출구를 갖고, 소정입경 이하의 하전 미립자로 전극에 흡착되지 않은 것을 시스 가스의 일부와 함께 그 배출구로부터 배출하는 소입경측 배출부를 더 구비하고,

상기 입자지름 선택 수단은 상기 소입경측 배출부의 하류에 접속된 펌프의 유량을 제어하여 배출되는 미립자의 입경을 제어하는 것을 특징으로 하는 분급장치.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 분급 영역과 상기 방출구 사이에 서로 대향하여 배치되고, 분급된 하전 미립자를 수속시켜서 상기 방출구로 이끌도록 상기 분급 영역 형성용의 전극과는 역방향의 전계를 발생시키는 수속 전극을 더 구비한 것을 특징으로 하는 분급장치.
제 9항에 있어서,

상기 수속 전극과 상기 방출구 사이에, 수속된 하전 미립자를 시스 가스류의 일부와 함께 선택적으로 추출하여 상기 방출구로 이끄는 방출구용 슬릿을 설치한 것을 특징으로 하는 분급장치.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 하나의 항에 기재한 분급장치와,

상기 방출구의 하류에 설치되고, 시스 가스와 함께 보내져 온 남은 입자수를 검출하는 검출기를 구비한 것을 특징으로 하는 미립자 측정장치.
제 11항에 있어서,

상기 검출기는 패러데이컵 일렉트로메터인 것을 특징으로 하는 미립자 측정장치.
제 11항에 있어서,

측정 대상이 되는 에어로솔에 대해 미리 구해진 대전율을 유지하고, 상기 검출기로 측정된 전기량에 의거하여 측정된 에어로솔의 미립자수 농도를 산출하는 데이터 처리장치를 구비한 것을 특징으로 하는 미립자 측정장치.