特許 5791857 捕集装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5791857

(24)【登録日】2015年8月14日

(45)【発行日】2015年10月7日

(54)【発明の名称】捕集装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 1/22 20060101AFI20150917BHJP

   G01N 1/02 20060101ALN20150917BHJP

【ＦＩ】

   G01N1/22 L

   !G01N1/02 C

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-528473(P2015-528473)

(86)(22)【出願日】2014年7月14日

(86)【国際出願番号】JP2014068735

【審査請求日】2015年6月4日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000181767

【氏名又は名称】柴田科学株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】506050123

【氏名又は名称】有限会社ヴェリタスシステム開発

(74)【代理人】

【識別番号】110001612

【氏名又は名称】きさらぎ国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】柴田 眞利

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 義浩

【審査官】 土岐 和雅

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１５６０６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２４７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１５３２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０１１２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 英国特許出願公開第２４０１１７４（ＧＢ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０２６９５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３０１７４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１９６８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 渡辺雄飛 , 鈴木義浩, 榎本孝紀 , 村田克, 名古屋俊士，強制送風式パッシブサンプラー(セミアクティブサンプラー)の個人曝露測定に向けた基礎検討について，日本労働衛生工学会・作業環境測定研究発表会抄録集，日本，２０１３年１２月１２日，No.53rd−34th，Page.28-29

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ１／００〜１／４４、Ｃ１２Ｍ１／００〜１／４２

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

捕集部材を用いて大気中の被捕集物質を捕集する捕集装置であって、
前記捕集部材を収容可能な収容空間を有し、該収容空間内に大気中の空気を流入可能な流入口及び前記収容空間内の空気が流出可能な流出口が形成された長尺状のハウジングと、
前記流入口から前記収容空間内に空気を流入させると共に、その空気を前記流出口に向かって流動させるよう、前記収容空間内に気体流を発生させる気体流発生部と、
前記気体流が流動する位置に前記捕集部材を保持する保持部と
を備え、
前記ハウジングは、前記収容空間を有する上流側ハウジングと、前記上流側ハウジングの下流側に連結される下流側ハウジングと、前記上流側ハウジング及び前記下流側ハウジングを連結する連結部とを備え、
前記連結部は、前記下流側ハウジングの外径よりも大きい内径を有する筒状の流出方向規制壁部を有し、
前記流入口は、前記保持部に保持された前記捕集部材よりも上流側に形成され、
前記流出口は、前記流出方向規制壁部の内面と、前記下流側ハウジングの外面との間に形成された隙間であり、前記保持部に保持された前記捕集部材よりも下流側において、該流出口から流出された空気が該流出口よりも下流側のハウジング外面に沿って流動するよう、下流側に向けて開口している
ことを特徴とする捕集装置。

【請求項2】

前記流出方向規制壁部は、前記下流側ハウジングの上端部及びその近傍の外面を取り囲むように、前記下流側ハウジングに向けて突出して設けられ、
前記流出方向規制壁部の内面と前記下流側ハウジングの上端部及びその近傍の外面との間に形成された隙間が、前記流出口として機能するよう構成されている。
ことを特徴とする請求項１に記載の捕集装置。

【請求項3】

前記気体流発生部は、前記気体流を発生させるファンと、前記ファンの駆動を制御する制御部と、前記ファンを駆動させるための電力を供給する電源部とを備え、
前記制御部及び前記電源部は、前記下流側ハウジングに収容されている
ことを特徴とする請求項１に記載の捕集装置。

【請求項4】

前記ハウジングは、上流側の端部側が閉塞された筒状に形成されており、
前記流入口は、前記ハウジングの周方向全域の４分の３以下の領域において、前記ハウジングの周方向に所定の間隔をおいて複数形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の捕集装置。

【請求項5】

前記保持部に保持された前記捕集部材よりも上流側に設けられ、前記気体流を乱流状態とさせるよう構成された乱流発生部をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の捕集装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、大気中に浮遊する揮発性有機化合物（ＶＯＣ）や半揮発性有機化合物（ＳＶＯＣ）などの被捕集物質を捕集部材に捕集させる捕集装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、大気中に浮遊するホルムアルデヒドなどの被捕集物質の捕集には、大気中に曝され、自然拡散により捕集を行なうパッシブサンプラが用いられている（特許文献１）。このパッシブサンプラは、パッシブサンプラ内に設けられた吸着剤や捕集剤によって、被捕集物質濃度を捕集内面において常にゼロとし、それよりも濃度の高い捕集大気中と接する捕集外面となる導入口と一定の濃度勾配を保つことにより、物質濃度の移動拡散現象を利用して、被捕集物質を捕集するものである。

【0003】

パッシブサンプラの単位面積当たりの捕集率、すなわち単位捕集速度Ｊは、濃度勾配（Ｃ／Ｌ）及び拡散する物質の分子拡散係数Ｄ［ｃｍ^２／ｓｅｃ］により決定され、これは、いわゆるＦｉｃｋの拡散第１法則式（Ｊ＝Ｄ×Ｃ／Ｌ）により表すことができる。ここで、Ｆｉｃｋの拡散第１法則式において、Ｃは周囲の濃度［μｇ／ｍｌ］を表し、Ｌは拡散長［ｃｍ］、すなわちパッシブサンプラの導入口から捕集面までの長さを表す。また、（ＳＲ＝Ａ×Ｄ×Ｃ／Ｌ）式に示すように、単位面積当たりの捕集率Ｊ（Ｊ＝Ｄ×Ｃ／Ｌ）に捕集面積Ａを掛けることにより、パッシブサンプラの総捕集速度ＳＲを求めることができる。一般にこれをサンプリングレートＳＲといい、パッシブサンプラのある特定の被捕集物質に対する固有捕集速度として知られている。このサンプリングレートＳＲは、［μｇ／（ｐｐｍ×ｍｉｎ）］などの次元単位で表現され、これにより、サンプリングレートＳＲの値と、捕集後の分析結果から得られた採取量Ｍ［μｇ］及び捕集時間ｔ［ｍｉｎ］の値とから、（Ｃ´＝Ｍ／（ＳＲ×ｔ））式に基づいて、大気中の被捕集物質の濃度Ｃ´を求めることができることが知られている。

【0004】

しかしながら、パッシブサンプラのサンプリングレートＳＲは、自然拡散により捕集を行なうものであるため、現場における風速の影響により定数値を示さず、特に微風速の場合には、サンプリングレートＳＲが著しく変動するという問題がある。これは、パッシブサンプラの周囲風速が小さくなることにより、拡散濃度勾配がパッシブサンプラから延伸してパッシブサンプラ外において濃度勾配を作ってしまい、拡散長Ｌの値が大きく変動するためであると考えられる。このような「拡散場の延伸」は、図８に示すように、風速が０．５ｍ／ｓｅｃ未満、特に０．１ｍ／ｓｅｃ以下の微風速において顕著となる。ここで、図８は、本出願人がパッシブサンプラを用いて検証した結果を示す、定常環境下におけるパッシブサンプラの捕集量と風速との関係を示すグラフであり、図８における縦軸、すなわち、パッシブサンプラの捕集量は、基準を明確にするために、ポンプを用いて捕集を行なうアクティブ法によって得られた捕集量との比［％］（パッシブサンプラの捕集量／アクティブ法による捕集量）によって表してある。

【0005】

このような「拡散場の延伸」を防止するために、例えばパッシブサンプラの膜厚を厚くしたり、開孔径や開口率を小さくしたりして拡散長Ｌを大きく取ることにより、延伸を見かけ上小さくすることが考えられる。しかしながら、延伸を０にすることは原理上不可能であり、かつ実際の測定環境において風速は常に変動しており、風速変動に応じ拡散長Ｌも変動してしまうため、パッシブサンプラにおいて見掛け上の拡散長Ｌを予測し定数化とすることは不可能に近い。これにより、パッシブサンプラを用いた大気中の被捕集物質の濃度を正確に測定する場合には、測定現場に応じてサンプリングレートＳＲを実測にて求め、あるいは、ポンプなどを用いるアクティブ法との比較をして、予め代表値としてサンプリングレートＳＲを求め、これを用いるという、概括的な算定手法を用いなければならず、測定が煩雑であり、また、アクティブ法より精度の低い下位の手法であるという問題がある。

【0006】

このような問題を解決可能な捕集装置として、本出願人は、例えば図９に示す捕集装置３００を提案している（特許文献２）。この捕集装置３００は、図９に示すように、パッシブサンプラ３０２をハウジング３１０内に収容可能に構成されると共に、ファン３２２等の流動手段によってハウジング３１０内に強制的に風速を発生させることができるよう構成されている。このような捕集装置３００によれば、現場における風速の影響を排除することができるため、被捕集物質の安定した捕集を実現することが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００３−１１４１７６号公報

【特許文献2】特開２０１２−２６９５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、従来の捕集装置３００は、図９に示すように、長手方向の一端部に流出口３１２が形成されているため、例えば作業者の胸ポケット等の狭い空間に収容した場合には、流出口３１２が閉塞されてしまい、被捕集物質の安定した捕集を行うことができないおそれがある。このため、従来の捕集装置３００では、例えば作業者の胸ポケット等に収容して、携帯しながら被捕集物質の捕集を行うという捕集方法を実行することが困難であるという問題がある。

【0009】

そこで、本発明は、例えば作業者の胸ポケット等に収容して、携帯しながら被捕集物質の捕集を行う場合であっても、問題無く被捕集物質の捕集を行うことができる捕集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】

【0010】

上記の目的を達成するため、本発明に係る捕集装置は、捕集部材を用いて大気中の被捕集物質を捕集する捕集装置であって、前記捕集部材を収容可能な収容空間を有し、該収容空間内に大気中の空気を流入可能な流入口及び前記収容空間内の空気が流出可能な流出口が形成された長尺状のハウジングと、前記流入口から前記収容空間内に空気を流入させると共に、その空気を前記流出口に向かって流動させるよう、前記収容空間内に気体流を発生させる気体流発生部と、前記気体流が流動する位置に前記捕集部材を保持する保持部とを備え、前記流入口は、前記保持部に保持された前記捕集部材よりも上流側に形成され、前記流出口は、前記保持部に保持された前記捕集部材よりも下流側に形成され、該流出口から流出された空気が該流出口よりも下流側のハウジング外面に沿って流動するよう、下流側に向けて開口していることを特徴とする。

【0011】

本発明に係る捕集装置において、前記ハウジングは、前記収容空間を有する上流側ハウジングと、前記上流側ハウジングの下流側に連結される下流側ハウジングと、前記上流側ハウジング及び前記下流側ハウジングを連結する連結部とを備え、前記連結部は、前記下流側ハウジングの上端部及びその近傍の外面を取り囲むように、前記下流側ハウジングに向けて突出して設けられた筒状の流出方向規制壁部を有し、前記流出方向規制壁部の内面と前記下流側ハウジングの上端部及びその近傍の外面との間に形成された隙間が、前記流出口として機能するよう構成されることが好ましい。

【0012】

この場合において、前記気体流発生部は、前記気体流を発生させるファンと、前記ファンの駆動を制御する制御部と、前記ファンを駆動させるための電力を供給する電源部とを備え、前記制御部及び前記電源部は、前記下流側ハウジングに収容されることが好ましい。

【0013】

また、本発明に係る捕集装置において、前記ハウジングは、上流側の端部が閉塞された筒状に形成されており、前記流入口は、前記ハウジングの周方向全域の４分の３以下の領域において、前記ハウジングの周方向に所定の間隔をおいて複数形成されることが好ましい。

【0014】

本発明に係る捕集装置は、前記保持部に保持された前記捕集部材よりも上流側に設けられ、前記気体流を乱流状態とさせるよう構成された乱流発生部をさらに備えることが好ましい。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係る捕集装置は、流出口が、流出口から流出された空気が流出口よりも下流側のハウジング外面に沿って流動するよう下流側に向けて開口していることにより、狭い空間に収容した場合であっても、流出口が閉塞されることがない。このため、本発明によれば、例えば作業者の胸ポケット等に収容して、携帯しながら被捕集物質の捕集を行う場合であっても、問題無く被捕集物質の捕集を行うことができる捕集装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１実施形態に係る捕集装置の概略構成を示す断面図である。

【図2】図１のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。

【図3】第１実施形態に係る捕集装置の流出口付近の概略構成を拡大して示す断面図である。

【図4】図３のＢ−Ｂ´線に沿った断面図である。

【図5】本発明の第２実施形態に係る捕集装置の概略構成を示す部分断面図である。

【図6】第２実施形態に係る捕集装置を図６に示すＣ方向から見た状態を示す側面図である。

【図7】本発明の第３実施形態に係る捕集装置の概略構成を示す部分断面図である。

【図8】パッシブサンプラの捕集量と風速との関係を示すグラフである。

【図9】従来の捕集装置の概略構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

次に、本発明の第１実施形態に係る捕集装置について、図１〜図４に基づいて説明する。第１実施形態に係る捕集装置１は、図１に示すように、捕集部材２を収容可能な収容空間１２を有し、収容空間１２内に大気中の空気を流入可能な流入口１４及び収容空間１２内の空気が流出可能な流出口１６が形成された長尺状のハウジング１０と、流入口１４から収容空間１２内に空気を流入させると共に、その空気を流出口１６に向かって流動させるよう、収容空間１２内に気体流を発生させる気体流発生部２０と、気体流が流動する位置に捕集部材２を保持する保持部３０と、捕集部材２よりも上流側において気体流を乱流状態とさせる乱流発生部１３とを備えている。

【0018】

ハウジング１０は、図１に示すように、収容空間１２を有する上流側ハウジング１０ａと、上流側ハウジング１０ａの下流側に連結される下流側ハウジング１０ｂと、上流側ハウジング１０ａ及び下流側ハウジング１０ｂを連結させる連結部１０ｃとを備え、これら上流側ハウジング１０ａ、連結部１０ｃ及び下流側ハウジング１０ｂが同軸となるよう連結されることにより、スティック型のハウジングを形成するよう構成されている。ハウジング１０は、ペンと同程度の大きさ、すなわち、十数ｃｍ程度の長手方向の長さを有し、かつ、数ｃｍ程度の径を有する小型のハウジングであり、例えば、流入口１４が露出するように作業者の胸ポケット等に収容して携帯することが可能に構成されている。なお、以下の説明において、上流側とは、収容空間１２内に発生する気体流の流動方向上流側、すなわち、ハウジング１０の長手方向の上端部側をいい、下流側とは、収容空間１２内に発生する気体流の流動方向下流側、すなわち、ハウジング１０の長手方向の下端部側をいう。

【0019】

上流側ハウジング１０ａは、図１に示すように、円筒状に形成されたハウジング本体１１ａと、上端部側が閉塞された円筒状に形成され、ハウジング本体１１ａの上端部側に着脱自在に取り付け可能に構成された蓋部材１１ｂとを備えている。捕集部材２を収容可能な収容空間１２は、これらハウジング本体１１ａ及び蓋部材１１ｂの内面によって規定されている。上流側ハウジング１０ａは、日光などの遮光効果を持たせるために遮光性を有する構成とすることが好ましいが、これに限定されるものではない。

【0020】

ハウジング本体１１ａは、上端部及び下端部が開放された円筒状に形成されており、捕集部材２を収納した状態において、十分な気体流を発生可能な径及び軸方向の長さを有している。ハウジング本体１１ａの上端部及びその近傍は、ハウジング本体１１ａの他の部分よりも外径が小さくなるように肉薄に形成されている。このハウジング本体１１ａの肉薄部の外面には、蓋部材１１ｂを取り付けるためのねじ（図示せず）が形成されている。ハウジング本体１１ａの下端部及びその近傍の外面には、連結部１０ｃを取り付けるためのねじ（図示せず）が形成されている。

【0021】

蓋部材１１ｂは、上端部が閉塞され、下端部が開放された円筒状に形成されており、ハウジング本体１１ａと概ね同じ径を有している。蓋部材１１ｂの下端部及びその近傍は、ハウジング本体１１ａの上端部及びその近傍の肉薄部が挿入可能となるように、蓋部材１１ｂの他の部分よりも内径が大きくなるように肉薄に形成されている。この蓋部材１１ｂの肉薄部の内面には、ハウジング本体１１ａの上端部及びその肉薄部に形成されたねじ（図示せず）と係合可能なねじ（図示せず）が形成されている。

【0022】

蓋部材１１ｂには、図２に示すように、上流側ハウジング１０ａの収容空間１２内に大気中の空気を流入させるための流入口１４が形成されている。流入口１４は、蓋部材１１ｂの外周面から内周面に亘って、蓋部材１１ｂの軸方向と交叉する方向に貫通する穴であり、蓋部材１１ｂの周方向全域の４分の３以下の領域において、周方向に所定の間隔をおいて複数（第１実施形態では３つ）形成されている。これら流入口１４は、図２に示すように、蓋部材１１ｂの軸と直交する断面において、それぞれ、これら流入口１４の各中心軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３が蓋部材１１ｂの中心軸Ｘ４と直交しないように、周方向に位置をずらして形成されている。各流入口１４は、大気中の空気を収容空間１２内に流入可能な径を有しており、気体流発生部２０の動作及び機能を阻害しないように構成されている。

【0023】

連結部１０ｃは、図３に示すように、上流側ハウジング１０ａのハウジング本体１１ａに連結可能に構成される連結本体部１７ａと、下流側ハウジング１０ｂに連結可能に構成される複数の連結柱１７ｂと、流出される空気の流出方向を規制可能に構成される流出方向規制壁部１７ｃとを備えている。

【0024】

連結本体部１７ａは、上端部及び下端部が開放された円筒状に形成されており、ハウジング本体１１ａの内径と概ね同じ内径を有し、かつ、ハウジング本体１１ａ及び下流側ハウジング１０ｂの外径よりも大きい外径を有している。すなわち、連結本体部１７ａは、その外面がハウジング本体１１ａ及び下流側ハウジング１０ｂの外面よりも周方向外側に位置するような、ハウジング本体１１ａ及び下流側ハウジング１０ｂよりも周方向外側に膨張した形状を有している。連結本体部１７ａは、その上端部及びその近傍の内面に、ハウジング本体１１ａの下端部及びその近傍に形成されたねじ（図示せず）と係合可能なねじ（図示せず）が形成されており、ハウジング本体１１ａに対して着脱自在に構成されている。

【0025】

連結柱１７ｂは、図３及び図４に示すように、小径の柱部材からなり、上端部が連結本体部１７ａの下面に連結され、下端部が下流側ハウジング１０ｂの上面に連結されるように、連結本体部１７ａの下面から下流側ハウジング１０ｂの上面に向けて突出して設けられている。この連結柱１７ｂは、図４に示すように、周方向に所定の間隔をおいて４本設けられており、空気の流動を妨げないよう構成されている。

【0026】

流出方向規制壁部１７ｃは、連結本体部１７ａの下端部の周縁全域から下流側（ハウジング１０の下端部側）に向けて突出して設けられた肉薄の円筒状に形成されている。流出方向規制壁部１７ｃは、連結本体部１７ａの下端部から下流側ハウジング１０ｂの上端部及びその近傍と重なる位置に至る軸方向の長さを有し、かつ、下流側ハウジング１０ｂの外径よりも大きい内径を有している。すなわち、流出方向規制壁部１７ｃは、その下端部及びその近傍によって下流側ハウジング１０ｂの上端部及びその近傍の外面を取り囲み、流出方向規制壁部１７ｃの下端部及びその近傍の内面と、下流側ハウジング１０ｂの上端部及びその近傍の外面との間に隙間（流出口１６）が形成されるように、連結本体部１７ａの下端部の周縁全域から下流側に向けて突出して設けられた環状の壁である。

【0027】

この流出方向規制壁部１７ｃは、連結本体部１７ａの内面と共に、上流側ハウジング１０ａの収容空間１２と連通する流路１２ａが形成されるよう構成されている。また、流出方向規制壁部１７ｃは、下流側ハウジング１０ｂの上端部及びその近傍の外面との間において、収容空間１２内の空気が流路１２ａを介して流出される流出口１６が画成されるよう構成されている。流出方向規制壁部１７ｃがこのように構成されることにより、流出口１６は、収容空間１２及び流路１２ａを介して流出口１６から流出された空気が、流出口１６よりも下流側の下流側ハウジング１０ｂの外面に沿って流動するよう、ハウジング１０の周方向全域に亘って、下流側に向けて開口している。

【0028】

下流側ハウジング１０ｂは、図１及び図３に示すように、上端及び下端が閉塞された円筒状に形成されており、流出方向規制壁部１７ｃの内径よりも小さい外径を有している。下流側ハウジング１０ｂは、連結部１０ｃに連結された際に、流出口１６から流出された空気が下流側ハウジング１０ｂの少なくとも上端部及びその近傍の外面に沿って流動することができる程度の長手方向の長さを有している。すなわち、下流側ハウジング１０ｂは、捕集装置１が例えば作業者の胸ポケット等の狭い空間に収容された場合であっても、流出口１６が閉塞されないよう、流出口１６をハウジング１０の下端部から離間させることが可能な長手方向の長さを有している。下流側ハウジング１０ｂは、その内部空間において気体流発生部２０の制御部２４及び電源部２６を収容可能に構成されている。

【0029】

気体流発生部２０は、図１及び図３に示すように、連結部１０ｃの流路１２ａに設けられたファン２２と、ファン２２の駆動を制御する制御部２４と、ファン２２を駆動させるための電力を供給する電源部２６とを備えている。このファン２２は、その駆動により、流入口１４から収容空間１２内に空気を流入させると共に、その空気を流出口１６に向かって一定の速度で流動させ、収容空間１２内に所定速度の気体流を発生させるように構成されている。ここで、ファン２２は、風速０．５ｍ／ｓｅｃ未満の気体流を発生可能なもので良く、比較的小型のものを用いることができる。制御部２４は、ファン２２のＯＮ／ＯＦＦ操作を実行可能に構成されている。電源部２６は、例えば乾電池等を用いることができ、低電力かつ小型なものを用いることができる。制御部２４及び電源部２６は、下流側ハウジング１０ｂの内部空間に収容されている。これらファン２２、制御部２４及び電源部２６は、周知のものを用いることができ、また、所定速度の気体流を発生させるように構成されていれば、細かい流速制御を持つ必要はない。

【0030】

保持部３０は、図１に示すように、上端部が上流側ハウジング１０ａの蓋部材１１ｂの上面に連結可能に構成され、下端部が捕集部材２を保持可能に構成された棒状の部材である。保持部３０は、上端部が蓋部材１１ｂに連結され、下端部において捕集部材２を保持した際に、捕集部材２が上流側ハウジング１０ａの収容空間１２内に収まるような長手方向の長さを有している。保持部３０の上端部は、ビス１８が螺入可能なねじ穴が軸方向に沿って形成されており、ビス１８による締結力によって、上流側ハウジング１０ａの中心軸と同軸となるように、蓋部材１１ｂに取り付けられるよう構成されている。保持部３０の上端部及びその近傍の周面には、螺旋気流発生部１５を取り付けるためのねじ（図示せず）が形成されている。

【0031】

乱流発生部１３は、図１及び図２に示すように、蓋部材１０ｂの周面に形成された流入口１４と、上流側ハウジング１０ａの内部において流入口１４と整合する位置に設けられ、流入口１４から流入された空気の流動方向を変更可能な螺旋気流発生部１５とから構成されている。螺旋気流発生部１５は、図１に示すように、ハウジング１０の下流側に向けて先細りとなる円錐台形状に形成されており、その上面から底面に亘って、保持部３０の上端部及びその近傍の周面に形成されたねじ（図示せず）と係合可能なねじ孔（図示せず）が形成されている。この螺旋気流発生部１５は、円錐面（すなわち、ハウジング１０の下流側に向けて先細りとなり、かつ、周方向に湾曲する曲面）が流入口１４と対向するように、保持部３０の上端部及びその近傍の周面上に取り付けられている。

【0032】

第１実施形態に係る乱流発生部１３によれば、各流入口１４が蓋部材１１ｂの中心軸Ｘ４と直交しないように周方向に位置をずらして形成されると共に、流入口１４と整合する位置に螺旋気流発生部１５が設けられることにより、流入口１４から流入した空気を螺旋気流発生部１５の円錐面に沿って流動させ、上流側ハウジング１０ａの収容空間１２内に螺旋気流を発生させることができるため、収容空間１２内を流動する気体流を乱流状態にさせることができる。

【0033】

次に、第１実施形態に係る捕集装置１を用いて大気中の被捕集物質を捕集する方法と、この捕集方法により捕集された被捕集物質の捕集量から大気中の被捕集物質の濃度を算出する方法ついて、説明する。

【0034】

第１実施形態に係る捕集装置１を用いて大気中の被捕集物質を捕集するためには、まず、蓋部材１１ｂをハウジング本体１１ａから取り外した後、気密袋から捕集部材２を取り出し、捕集部材２の端部を保持部３０に保持させる。次に、捕集部材２が上流側ハウジング１０ａの収容空間１２内に位置するように、蓋部材１１ｂをハウジング本体１１ａに装着させる。その後、気体流発生部２０の操作スイッチ（図示せず）を操作してファン２２を駆動させ、収容空間１２内に一定速度の気体流を発生させる。この際、乱流発生部１３によって、収容空間１２内の気体流が乱流状態となる。そして、捕集部材２の捕集面が被捕集物質を含有する気体流に曝され、移動拡散現象や吸着等により捕集部材２に被捕集物質が捕集される。所定の捕集時間経過後、ファン２２の駆動を停止させると共に、蓋部材１１ｂをハウジング本体１１ａから取り外し、捕集部材２を気密袋に回収する。その後、捕集部材２を測定室まで搬送すると共に、測定室において、周知の種々の方法により、捕集部材２に捕集された被捕集物質の捕集量Ｍを測定する。

【0035】

第１実施形態に係る捕集装置１を用いて大気中の被捕集物質の濃度を算出するためには、まず、Ｆｉｃｋの拡散第１法則式（Ｊ＝Ｄ×Ｃ／Ｌ）から、使用した捕集部材２の被捕集物質に対する単位捕集速度Ｊを算出する。ここで、第１実施形態に係る捕集装置１は、捕集部材２が曝される気体流を強制的に一定の速度で発生させることにより、測定環境における風速の影響を排除し、拡散長Ｌ、すなわち、捕集部材２の導入口から捕集面までの長さの値を一定にすることができるため、Ｆｉｃｋの拡散第１法則式を精度良く反映させて単位捕集速度Ｊを算出することができる。ここで、Ｆｉｃｋの拡散第１法則式において、Ｄは被捕集物質の分子拡散係数を表し、Ｃは周囲の濃度を表し、Ｃ／Ｌは濃度勾配を意味する。

【0036】

次に、Ｆｉｃｋの拡散第１法則式（Ｊ＝Ｄ×Ｃ／Ｌ）から求められた単位捕集速度Ｊの値と、捕集部材２の捕集面積Ａの値に基づいて、（ＳＲ＝Ａ×Ｄ×Ｃ／Ｌ）式から総捕集速度、すなわちサンプリングレートＳＲを算出する。このサンプリングレートＳＲは、特定の被捕集物質に対する捕集物質の固有捕集速度である。ここで、サンプリングレートＳＲの次元単位は、［μｇ／（ｐｐｍ×ｍｉｎ）］である。

【0037】

次に、（ＳＲ＝Ａ×Ｄ×Ｃ／Ｌ）式から求められたサンプリングレートＳＲの値と、捕集部材２により実際に捕集された被捕集物質の捕集量Ｍの値と、捕集時間ｔの値とに基づいて、（Ｃ´＝Ｍ／（ＳＲ×ｔ））式から大気中の被捕集物質の濃度Ｃ´を算出する。

【0038】

このような濃度測定方法によれば、Ｆｉｃｋの拡散第１法則式（Ｊ＝Ｄ×Ｃ／Ｌ）を精度良く反映させ、（ＳＲ＝Ａ×Ｄ×Ｃ／Ｌ）式によりほぼ全ての拡散する被捕集物質のサンプリングレートＳＲを理論上推測することが可能となる。また、サンプリングレートＳＲの推測が可能となることにより、（Ｃ´＝Ｍ／（ＳＲ×ｔ））式により大気中の被捕集物質の濃度を正確に算出することができるため、精度の高い濃度測定を可能とすることができる。

【0039】

以上述べたとおり、第１実施形態に係る捕集装置１は、捕集部材２を収容可能な収容空間１２を有し、収容空間１２内に大気中の空気を流入可能な流入口１４及び収容空間１２内の空気が流出可能な流出口１６が形成された長尺状のハウジング１０と、流入口１４から収容空間１２内に空気を流入させると共に、その空気を流出口１６に向かって流動させるよう、収容空間１２内に気体流を発生させる気体流発生部２０と、気体流が流動する位置に捕集部材２を保持する保持部３０とを備え、流入口１４は、保持部３０に保持された捕集部材２よりも上流側に形成され、流出口１６は、保持部３０に保持された捕集部材２よりも下流側に形成され、流出口１６から流出された空気が流出口１６よりも下流側のハウジング外面に沿って流動するよう、下流側に向けて開口している。このため、第１実施形態に係る捕集装置１によれば、流出口１６が、流出口１６から流出された空気が流出口１６よりも下流側のハウジング外面に沿って流動するよう下流側に向けて開口していることにより、例えば作業者の胸ポケット等の狭い空間に、流入口１４が胸ポケットの外部に位置し、流出口１６が胸ポケットの内部に位置するように収容して携帯した場合であっても、流出口１６が閉塞されることがない。このため、第１実施形態に係る捕集装置１によれば、例えば作業者の胸ポケット等に収容して、携帯しながら被捕集物質の捕集を行う場合であっても、問題無く被捕集物質の捕集を行うことができる。

【0040】

また、第１実施形態に係る捕集装置１は、上述したとおり、ハウジング１０が、収容空間１２を有する上流側ハウジング１０ａと、上流側ハウジング１０ａの下流側に連結される下流側ハウジング１０ｂと、上流側ハウジング１０ａ及び下流側ハウジング１０ｂを連結する連結部１０ｃとを備え、連結部１０ｃが、下流側ハウジング１０ｂの上端部及びその近傍の外面を取り囲むように、下流側ハウジング１０ｂに向けて突出して設けられた筒状の流出方向規制壁部１７ｃを有し、流出方向規制壁部１７ｃの内面と下流側ハウジング１０ｂの上端部及びその近傍の外面との間に形成された隙間が流出口１６として機能するよう構成されている。このような第１実施形態に係る捕集装置１によれば、流出口１６が、ハウジング１０の周方向全域に亘って形成されることとなるため、例えば作業者の胸ポケット等の狭い空間に収容した際に、流出口１６の一部が閉塞された場合であっても、問題無く排気を行い、空気流を発生させることができる。

【0041】

さらに、第１実施形態に係る捕集装置１は、上述したとおり、気体流発生部２０が、気体流を発生させるファン２２と、ファン２２の駆動を制御する制御部２４と、ファン２２を駆動させるための電力を供給する電源部２６とを備え、制御部２４及び電源部２６が、下流側ハウジング１０ｂに収容されている。このような第１実施形態に係る捕集装置１によれば、下流側ハウジング１０ｂが、流出口１６をハウジング１０の下端部から遠ざけ、流出口１６の閉塞を防止するためのスペーサとしての機能だけでなく、制御部２４及び電源部２６を収容する収容部材としての機能も有することとなるため、制御部２４及び電源部２６を下流側ハウジング１０ｂ以外の収容部材に収容させる場合と比べて、捕集装置１を小型化させることができる。

【0042】

またさらに、第１実施形態に係る捕集装置１は、上述したとおり、ハウジング１０が、上流側の端部が閉塞された筒状に形成されており、流入口１４が、ハウジング１０の周方向全域の４分の３以下の領域において、ハウジング１０の周方向に所定の間隔をおいて複数形成されている。このような第１実施形態に係る捕集装置１によれば、流入口１４が形成されていない領域（ハウジング１０の周方向全域の４分の１の領域）を作業者側に向け、流入口１４が形成されている領域（ハウジング１０の周方向全域の４分の３の領域）を作業者から離れる方向（大気側）に向けた状態で、例えば作業者の胸ポケットに捕集装置１を収容して携帯することができる。すなわち、ハウジング１０の周方向全域に流入口１４が形成される場合には、例えば作業者の胸ポケットに捕集装置１を収容して携帯する際に、一部の流入口１４が作業者と密着して閉塞されるおそれがあり、気体流を安定して発生させることができないおそれがある。これに対し、第１実施形態に係る捕集装置１は、例えば作業者の胸ポケットに捕集装置１を収容した際に作業者側に向く領域（ハウジング１０の周方向全域の４分の１の領域）に流入口１４が形成されていないため、流入口１４の予期せぬ部分的な閉塞を未然に防ぐことができる。

【0043】

また、第１実施形態に係る捕集装置１は、上述したとおり、保持部３０に保持された捕集部材２よりも上流側に設けられ、気体流を乱流状態とさせるよう構成された乱流発生部１３をさらに備えている。このような第１実施形態に係る捕集装置１によれば、ハウジング１０の収容空間１２内を流動する気体流の風速が０．５ｍ／ｓｅｃ未満の低風速であったとしても、安定した被捕集物質の捕集を可能とすることができる。すなわち、図９に示す従来の捕集装置３００では、図８に示すグラフの結果から、ハウジング３１０内を流動する気体流の風速を０．５ｍ／ｓｅｃ以上、特に１．０ｍ／ｓｅｃ以上にしなければ安定した捕集を行うことができず、風速が０．５ｍ／ｓｅｃ未満とならないように厳密な制御が必要である。そこで、本発明者は、例えば風速０．５ｍ／ｓｅｃ未満の低風速の場合であっても安定した被捕集物質の捕集を可能とすべく、鋭意研究を重ねた結果、ハウジング内を流動する気体流を乱流状態とさせることにより例えば風速０．５ｍ／ｓｅｃ未満の低風速であっても安定した被捕集物質の捕集を行うことができることを見出した。よって、第１実施形態に係る捕集装置１は、乱流発生部１３を備えることにより、ハウジング１０の収容空間１２内を流動する気体流の風速を０．５ｍ／ｓｅｃ以上とする必要がないため、大型のファンやバッテリーを用いる必要がなく、また、ファンの回転速度を抑えることができ、これにより、低騒音で小型化及び軽量化が可能な捕集装置とすることができる。

【0044】

さらに、第１実施形態に係る捕集装置１は、乾電池駆動のファン２２によりハウジング１０の収容空間１２内に気体流を発生させるという簡単な構造の装置であるため、電源の確保が困難な場所においても使用することができ、また、例えば高速道路、生産工場などの被捕集物質発生源からの拡散調査など、測定箇所を多数設定する調査手法において、コストを掛けずに実施することができる。

【0045】

本発明に係る捕集装置は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内において種々の改変を行なうことができる。

【0046】

例えば、図１では、捕集部材２として、チューブ型のパッシブサンプラを図示したが、これに限定されるものではなく、種々の捕集部材を用いることができ、また、ハウジングの形状は、使用する捕集部材の種類及び形状に応じて種々の改変を行なうことができる。さらに、第１実施形態に係る捕集装置１は、例えば、ニコチンが吸着可能なポリウレタンフォーム（ＰＵＦ）を捕集部材として使用した、環境中たばこ煙（ＥＴＳ）個人曝露量測定用の捕集装置であるとしても良い。

【0047】

第１実施形態に係る捕集装置１において、ハウジング１０は、上流側ハウジング１０ａ、下流側ハウジング１０ｂ及び連結部１０ｃを備えるものとして説明したが、これに限定されるものではない。本発明に係る捕集装置において、ハウジングは、捕集部材を収容可能な収容空間を有し、該収容空間内に大気中の空気を流入可能な流入口及び収容空間内の空気が流出可能な流出口が形成されたものであれば、種々のものを用いることができる。

【0048】

第１実施形態に係る捕集装置１において、流入口１４は、３つ形成され、その中心軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３がハウジング本体１１ａの中心軸Ｘ４と直交しないように周方向に位置をずらして形成されているとしたが、これに限定されず、流入口１４は少なくとも１つ形成されていれば良く、また、周方向に位置をずらして形成されなくても良い。すなわち、本発明に係る捕集装置において、流入口は、保持部に保持された捕集部材よりも上流側に形成され、ハウジングの収容空間内に大気中の空気を流入可能な構成であれば、いかなる構成を備えていても良い。

【0049】

第１実施形態に係る捕集装置１において、流出口１６は、流出方向規制壁部１７ｃの内面と、下流側ハウジング１０ｂの上端部及びその近傍の外面とにより画定されるものとして説明したが、これに限定されるものではない。本発明に係る捕集装置において、流出口は、保持部に保持された捕集部材よりも下流側に形成され、該流出口から流出された空気が該流出口よりも下流側のハウジング外面に沿って流動するよう、下流側に向けて開口するものであれば、いかなる構成を備えていても良い。

【0050】

第１実施形態に係る捕集装置１において、気体流発生部２０は、ファン２２、制御部２４及び電源部２６を備えるものとして説明したが、これに限定されず、ハウジングの流入口から収容空間内に空気を流入させると共に、その空気を流出口に向かって流動させるよう、収容空間内に気体流を発生させるものであれば、いかなる構成を備えていても良い。

【0051】

第１実施形態に係る捕集装置１において、保持部３０は、上端部が上流側ハウジング１０ａの蓋部材１１ｂの上面に連結可能に構成され、下端部が捕集部材２を保持可能に構成された棒状の部材であるものとして説明したが、これに限定されず、気体流が流動する位置に捕集部材を保持するものであれば、いかなる構成を備えていても良い。

【0052】

第１実施形態に係る捕集装置１において、乱流発生部１３は、流入口１４と、螺旋気流発生部１５とから構成されているとしたが、これに限定されず、乱流発生部は、ハウジング１０の収容空間１２内を流動する気体流を乱流状態とさせることが可能な構成であれば、種々の構成を採用することができる。また、本発明に係る捕集装置は、例えば図９に示す従来の捕集装置３００のように、乱流発生部を備えない構成としても良い。

【0053】

図５及び図６は、乱流発生部の第２の例（第２実施形態に係る捕集装置１００）を示し、図７は、乱流発生部の第３の例（第３実施形態に係る捕集装置２００）を示している。なお、第２及び第３実施形態に係る捕集装置１００，２００において、上流側ハウジングのハウジング本体及び蓋部材、流入口、並びに、乱流発生部以外の構成については、第１実施形態に係る捕集装置１の構成と同様であるため、その説明を省略する。また、第２及び第３実施形態に係る捕集装置１００，２００を用いて行う捕集方法及び濃度測定方法は、第１実施形態に係る捕集装置１を用いて行う捕集方法及び濃度測定方法と同様であるため、その説明を省略する。

【0054】

第２実施形態に係る捕集装置１００の上流側ハウジング１１０ａは、図５に示すように、円筒状に形成されたハウジング本体１１１ａと、ハウジング本体１１１ａの上流側の開口を閉塞する円盤状の蓋部材１１１ｂとを備えている。蓋部材１１１ｂには、図５及び図６に示すように、上流側の面（図５中、上側の面）から下流側の面（図５中、下側の面）に亘って、ハウジング本体１１１ａの軸方向に沿って貫通する３つの垂直流入口１１４ａと、ハウジング本体１１１ａの軸方向と交叉する方向に傾斜して貫通する３つの傾斜流入口１１４ｂが形成されている。これら垂直流入口１１４ａ及び傾斜流入口１１４ｂは、大気中の空気を収容空間１２内に流入可能な径を有しており、気体流発生部２０の動作及び機能を阻害しないように構成されている。これら垂直流入口１１４ａ及び傾斜流入口１１４ｂは、図６に示すように、蓋部材１１１ｂの中心を中心とする同一円の円周上に等間隔をおいて連なって交互に形成されている。

【0055】

第２実施形態に係る捕集装置１００において、傾斜流入口１１４ｂは、ハウジング本体１１１ａの軸方向と交叉する方向に貫通しているため、該傾斜流入口１１４ｂを通過してハウジング１０内に流入する空気の流れをハウジング本体１１１ａの軸方向と異ならせることができ、これにより、ハウジング１０内を流動する空気流の流れを乱し、乱流状態とすることができる。このように、第２実施形態に係る捕集装置１００においては、傾斜流入口１４ｂが乱流発生部として機能する。なお、第２実施形態に係る捕集装置１００において、垂直流入口１１４ａ及び傾斜流入口１１４ｂは、それぞれ３つずつ形成され、蓋部材１１１ｂの中心を中心とする同一円の円周上に等間隔をおいて連なって交互に形成されているとしたが、これに限定されず、ハウジング１０内を流動する気体流を乱流状態とすることができる構成であれば良く、傾斜流入口１１４ｂが少なくとも１つ形成されていれば良い。

【0056】

第３実施形態に係る捕集装置２００は、図７に示すように、第２実施形態に係る捕集装置１００の３つの傾斜流入口を垂直流入口とする代わりに、垂直流入口から流入された空気の流動方向を変更可能な板状の変更部材（乱流発生部）２１５を設けたものである。すなわち、第３実施形態に係る捕集装置２００の蓋部材２１１ｂは、第２実施形態に係る捕集装置１００の蓋部材１１１ｂと異なり、垂直流入口２１４のみが形成されている。

【0057】

乱流発生部２１５は、複数の板部材から構成されており、その一面が垂直流入口２１４と対向するように、ハウジング本体２１１ａの内面に垂直に立設されている。このような乱流発生部２１５によれば、垂直流入口２１４から流入した空気の流れを乱し、上流側ハウジング２１０ａの収容空間１２内を流動する気体流を乱流状態にさせることができる。なお、第３実施形態に係る捕集装置２００において、乱流発生部２１５は、複数の板部材から構成されるとしたが、これに限定されず、ハウジングの流入口から流入された空気の流動方向を変更可能なもの、すなわち、流入口から流入した空気の流れを乱して気体流を乱流状態とすることができるものであればいかなるものであっても良い。例えば、乱流発生部２１５は、空気の流れを阻害可能な程度に目の粗い濾紙、不織布及び金属網等の種々の構成を採用することができる。また、第３実施形態に係る捕集装置２００において、流入口は、複数の垂直流入口からなるとしたが、これに限定されず、大気中の空気を上流側ハウジング２１０ａの収容空間１２内に流入可能な構成であればいかなる構成であっても良く、例えば、１つの垂直流入口又は１つ若しくは複数の傾斜流入口からなるとしても良いし、１以上の垂直流入口及び１以上の傾斜流入口からなるとしても良い。

【符号の説明】

【0058】

１，１００，２００ 捕集装置、２ 捕集部材、１０ ハウジング、１０ａ 上流側ハウジング、１０ｂ 下流側ハウジング、１０ｃ 連結部、１２ 収容空間、１３ 乱流発生部、１４ 流入口、１６ 流出口、１７ｃ 流出方向規制壁部、２０ 気体流発生部、２２ ファン、２４ 制御部、２６ 電源部、３０ 保持部、１１４ｂ 傾斜流入口（乱流発生部）、２１５ 乱流発生部

【要約】

捕集部材を収容可能な収容空間を有し、流入口及び流出口が形成された長尺状のハウジングと、収容空間内に気体流を発生させる気体流発生部と、気体流が流動する位置に捕集部材を保持する保持部とを備え、流入口は、保持部に保持された捕集部材よりも上流側に形成され、流出口は、保持部に保持された捕集部材よりも下流側に形成され、流出口から流出された空気が流出口よりも下流側のハウジング外面に沿って流動するよう、下流側に向けて開口している。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】