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JP2017003385A - Particle measuring device and particle measuring method - Google Patents

Particle measuring device and particle measuring method Download PDF

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JP2017003385A
JP2017003385A JP2015116588A JP2015116588A JP2017003385A JP 2017003385 A JP2017003385 A JP 2017003385A JP 2015116588 A JP2015116588 A JP 2015116588A JP 2015116588 A JP2015116588 A JP 2015116588A JP 2017003385 A JP2017003385 A JP 2017003385A
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condensing
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condensed
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JP2015116588A
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恭子 池田
Kyoko Ikeda
恭子 池田
藤原 馨
Kaoru Fujiwara
馨 藤原
和也 辻本
Kazuya Tsujimoto
和也 辻本
慎高 望月
Noritaka Mochizuki
慎高 望月
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Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a particle measuring device and a particle measuring method using a condensation nucleus method capable of detecting microscopic particles in sampling gas with a high detection rate even when the sampling gas flows at a large flow rate.SOLUTION: A particle measuring device comprises: a condensation section 1 where sampling gas including microscopic particles is introduced thereinto, saturated vapor is produced therein and condensation particles are generated in a manner that allows vapor molecules in the saturated vapor to be condensed with the microscopic particles in the sampling gas as nuclei; and a particle measuring section 3 which measures the number of the microscopic particles by measuring the number of condensation particles generated in the condensation section 1. The condensation section 1 has: a plurality of condensation pipes 11 which generate the condensation particles; and a vapor production section 12 which produces the vapor in the plurality of condensation pipes 11. The condensation particles generated in the plurality of condensation pipes 11 are introduced into the particle measuring section 3 to count the number thereof.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、微小パーティクルを核として蒸気分子を凝縮させることによりパーティクルを成長させてパーティクルの数を計測する凝縮核法によるパーティクル計測装置およびパーティクル計測方法に関する。   The present invention relates to a particle measuring apparatus and a particle measuring method using a condensation nucleus method that grows particles by condensing vapor molecules using microparticles as nuclei and measures the number of particles.

半導体デバイスを製造する際には、成膜、フォトリソグラフィ、エッチング等の種々の処理が存在するが、これらの処理においては、半導体基板上にパーティクルが付着すると、形成されたデバイスの性能が低下したり不良が発生したりするため、処理装置をクリーンルーム内に設置し、極めてパーティクルの少ない清浄な雰囲気で処理を行う必要がある。   When manufacturing a semiconductor device, there are various processes such as film formation, photolithography, and etching. In these processes, if particles adhere to the semiconductor substrate, the performance of the formed device deteriorates. Therefore, it is necessary to install the processing apparatus in a clean room and perform processing in a clean atmosphere with very few particles.

このため、処理装置内やクリーンルーム内のパーティクルの個数を計測器で計測し、発塵を速やかに検出することが求められている。パーティクルはナノサイズの微小なものであってもデバイス性能に影響を与えるため、計測器としてはナノサイズの気中パーティクルを計測することができる凝縮核計数器(CNCまたはCPC)が用いられている。   For this reason, it is required to quickly detect dust by measuring the number of particles in the processing apparatus or clean room with a measuring instrument. Condensed nucleus counters (CNC or CPC) that can measure nano-sized airborne particles are used as measuring instruments because particles affect the device performance even if they are nano-sized. .

凝縮核計数器は、微小パーティクルをアルコールや水等の過飽和蒸気中に通し、粒子を核として蒸気分子を凝縮させることにより、粒子を成長させ、検出部にて成長した粒子を検出するものである。光散乱による検出器の検出限界の粒径は通常100nm程度であるが、凝縮核計数器では粒子を成長させるため、数nmの粒子も検出可能である。   The condensation nucleus counter is used to pass particles through supersaturated vapors such as alcohol and water, and to condense the vapor molecules using the particles as nuclei, thereby growing the particles and detecting the grown particles at the detection unit. . The particle size at the detection limit of the detector due to light scattering is usually about 100 nm. However, since the condensed nucleus counter grows particles, it can detect particles of several nm.

このような凝縮核計数器として、非特許文献1には、湿らせた多孔質シートを内壁に沿わせた凝縮管の管壁からの伝熱と加湿により凝縮管内の飽和度を調整し、成長粒子径を制御するものが記載されている。また、このような凝縮核計数器は、特許文献1にも記載されている。   As such a condensation nucleus counter, Non-Patent Document 1 describes that the saturation in the condensation tube is adjusted by heat transfer and humidification from the tube wall of the condensation tube along the inner wall of a wet porous sheet. What controls the particle size is described. Such a condensed nucleus counter is also described in Patent Document 1.

特許第4832473号公報Japanese Patent No. 4832473

カタログ TSI社 model 3781Catalog TSI model 3781

ところで、近時、低濃度で100nm以下の微小な気中パーティクルを計測することが要求されており、このようなパーティクルを精度よく測定するためにはサンプリング流量を増加させる必要がある。   By the way, recently, it is required to measure minute air particles having a low concentration of 100 nm or less, and in order to accurately measure such particles, it is necessary to increase the sampling flow rate.

しかし、非特許文献1や特許文献1に記載された計測器では、サンプリング気体の流量を増加させると、凝縮管は細管であるため、サンプリング気体の噴出速度が極めて高いものとなる。このためサンプリング気体が乱流となり、パーティクルを核として蒸気分子が凝縮して形成された凝縮粒子が壁部へ付着し、検出率が低いものとなる。凝縮管の径を太くすることで流速が低下し、乱流を抑制することが可能となるが、壁からの伝熱と加湿が不十分なため飽和度が低い領域が生じる。このため、検出され得る大きさに成長しない粒子が少なからず存在し、やはり検出率が低いものとなる。   However, in the measuring instruments described in Non-Patent Document 1 and Patent Document 1, when the flow rate of the sampling gas is increased, the condensing tube is a thin tube, so the ejection speed of the sampling gas becomes extremely high. For this reason, the sampling gas becomes a turbulent flow, the condensed particles formed by condensing vapor molecules with the particles as nuclei adhere to the wall portion, and the detection rate becomes low. Increasing the diameter of the condensing tube reduces the flow velocity and makes it possible to suppress turbulent flow, but a region with low saturation occurs due to insufficient heat transfer and humidification from the wall. For this reason, there are not a few particles that do not grow to a size that can be detected, and the detection rate is still low.

したがって、本発明は、サンプリング気体を大流量化しても、高い検出率でサンプリング気体中の微細パーティクルを検出することができる凝縮核法によるパーティクル計測装置およびパーティクル計測方法を提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a particle measuring apparatus and a particle measuring method by a condensation nucleus method that can detect fine particles in a sampling gas at a high detection rate even when the sampling gas is increased in flow rate. .

上記課題を解決するため、本発明の第1の観点は、微小パーティクルを含むサンプリング気体が導入されるとともに飽和蒸気が生成され、前記サンプリング気体中の微小パーティクルを核として飽和蒸気中の蒸気分子が凝縮された凝縮粒子を生成する凝縮部と、前記凝縮部で形成された凝縮粒子の個数を計測することにより前記微小パーティクルの個数を計測するパーティクル計測部とを具備し、前記凝縮部は、前記凝縮粒子を生成する複数の凝縮管と、前記複数の凝縮管の内部に蒸気を発生させる蒸気発生部とを有し、前記複数の凝縮管で生成された前記凝縮粒子を前記パーティクル計測部に導いてパーティクルの個数を計測することを特徴とするパーティクル計測装置を提供する。   In order to solve the above-described problem, a first aspect of the present invention is that a sampling gas containing fine particles is introduced and saturated vapor is generated, and vapor molecules in the saturated vapor are formed using the fine particles in the sampling gas as nuclei. A condensing unit that generates condensed condensed particles, and a particle measuring unit that measures the number of minute particles by measuring the number of condensed particles formed in the condensing unit, the condensing unit, A plurality of condensing pipes for generating condensed particles; and a steam generating section for generating steam inside the plurality of condensing pipes, and guiding the condensed particles generated in the plurality of condensing pipes to the particle measuring section. And providing a particle measuring apparatus characterized by measuring the number of particles.

本発明の第2の観点は、複数の凝縮管に微小パーティクルを含むサンプリング気体を導入し、前記複数の凝縮管内で蒸気を生成させて、前記サンプリング気体中の微小パーティクルを核として飽和蒸気中の蒸気分子が凝縮された凝縮粒子を生成し、前記複数の凝縮管で生成された前記凝縮粒子をパーティクル計測部に導いてパーティクルの個数を計測することを特徴とするパーティクル計測方法を提供する。   According to a second aspect of the present invention, sampling gas containing microparticles is introduced into a plurality of condensing tubes, steam is generated in the plurality of condensing tubes, and the minute particles in the sampling gas are used as nuclei in saturated steam. There is provided a particle measuring method characterized in that condensed particles in which vapor molecules are condensed are generated, and the number of particles is measured by guiding the condensed particles generated in the plurality of condensing tubes to a particle measuring unit.

前記蒸気発生部としては、前記凝縮管の内壁に設けられた多孔質シートと、前記多孔質シートに液体を保持させるための液体を貯留する液体タンクとを有するものを用いることができる。   As the vapor generating part, a member having a porous sheet provided on the inner wall of the condensing tube and a liquid tank for storing a liquid for holding the liquid in the porous sheet can be used.

前記複数の凝縮管としては、飽和蒸気を発生させる飽和部と、サンプリング気体中の微小パーティクルに蒸気を凝縮させて凝縮粒子を形成するとともに凝縮粒子を成長させる凝縮・核成長部とを有するものとすることができる。この場合に、前記凝縮管の前記凝縮・核成長部を加熱する加熱部を有してもよいし、前記凝縮管の前記凝縮・核成長部を加熱する加熱部を有してもよい。   The plurality of condensing pipes include a saturated portion that generates saturated vapor, and a condensation / nuclear growth portion that condenses the vapor to minute particles in the sampling gas to form condensed particles and grows condensed particles. can do. In this case, you may have a heating part which heats the said condensation and nucleus growth part of the said condensation tube, and may have a heating part which heats the said condensation and nucleus growth part of the said condensation tube.

また、前記凝縮部は、前記複数の凝縮管を収容する本体容器を有し、前記本体容器は、前記サンプル気体が導入される導入部と、前記パーティクル計測部に向けて縮径され、前記凝縮粒子を前記計測部に供給する供給部とを有し、前記複数の凝縮管は、前記飽和部である前段部と、前記凝縮・核成長部である中段部と、前記供給部に対応して縮径される後段部とを有する構成とすることができる。この場合に、前記凝縮管の前記中段部を加熱する加熱部を有する構成とすることができる。また、このとき、前記凝縮管の前記後段部は、前記中段部と同じ温度に保持されることが好ましく、前記中段部および前記後段部における飽和蒸気の過飽和度は1〜2であることが好ましい。   The condensing unit includes a main body container that accommodates the plurality of condensing tubes. The main body container is reduced in diameter toward the introduction unit into which the sample gas is introduced and the particle measuring unit, and the condensation is performed. A supply unit for supplying particles to the measurement unit, and the plurality of condensing pipes correspond to the previous stage unit that is the saturation unit, the middle unit unit that is the condensation / nuclear growth unit, and the supply unit. It can be set as the structure which has the back | latter stage part diameter-reduced. In this case, it can be set as the structure which has a heating part which heats the said middle stage part of the said condensation pipe | tube. Moreover, it is preferable that the said back | latter stage part of the said condensation pipe | tube is hold | maintained at the same temperature as the said middle stage part at this time, and it is preferable that the supersaturation degree of the saturated steam in the said middle stage part and the said back | latter stage part is 1-2. .

本発明によれば、凝縮管を複数設けたので、一本の凝縮管の直径が従来と同程度であっても、サンプリング気体の流速を大きくすることなくサンプリング気体の流量増加に対応することができ、また、凝縮管を太くした場合のように、壁からの伝熱と加湿が不十分なため飽和度が低い領域が生じることもない。このため、サンプリング気体を大流量化しても、高い検出率でサンプリング気体中の微細パーティクルを検出することができる。   According to the present invention, since a plurality of condensing tubes are provided, even if the diameter of one condensing tube is about the same as the conventional one, it is possible to cope with an increase in the sampling gas flow rate without increasing the sampling gas flow rate. In addition, unlike the case where the condensing tube is thickened, there is no occurrence of a region with low saturation due to insufficient heat transfer and humidification from the wall. For this reason, even if the sampling gas is increased in flow rate, fine particles in the sampling gas can be detected with a high detection rate.

本発明の一実施形態に係るパーティクル計測装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the particle measuring device which concerns on one Embodiment of this invention. 図1のAA′線による断面図である。It is sectional drawing by the AA 'line of FIG. 図1のパーティクル計測装置の凝縮部に用いられる凝縮管の一部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a part of condensation tube used for the condensation part of the particle | grain measuring apparatus of FIG. 図1のパーティクル計測装置の凝縮部に用いられる蒸気発生部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the steam generation part used for the condensation part of the particle | grain measuring apparatus of FIG. 本発明の他の実施形態に係るパーティクル計測装置に適用される凝縮管を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the condensing tube applied to the particle measuring device which concerns on other embodiment of this invention. 本発明のさらに他の実施形態に係るパーティクル計測装置に適用される凝縮管を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the condensing tube applied to the particle measuring device which concerns on further another embodiment of this invention.

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
<パーティクル計測装置の構成>
図1は、本発明の一実施形態に係るパーティクル計測装置を示す断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<Configuration of particle measuring device>
FIG. 1 is a sectional view showing a particle measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

パーティクル計測装置100は、凝縮核計数器として構成されるものであり、サンプリング気体(エアロゾル)が導入され、微小パーティクルに蒸気が凝縮した凝縮粒子を生成する凝縮部1と、凝縮部1を加熱する加熱部であるヒーター2と、パーティクル計測部3とを有する。   The particle measuring apparatus 100 is configured as a condensation nucleus counter, and a sampling gas (aerosol) is introduced, the condensation unit 1 that generates condensed particles in which vapor is condensed into minute particles, and the condensation unit 1 are heated. A heater 2 which is a heating unit and a particle measuring unit 3 are provided.

凝縮部1は、筒状をなす本体容器10と、その中に挿入された複数の凝縮管11と、複数の凝縮管11の内部に蒸気を発生させる蒸気発生部12とを有する。本体容器10には、複数の凝縮管11にサンプリング気体(エアロゾル)を導入するための導入部13と、複数の凝縮管11から凝縮粒子をパーティクル計測部3に供給する供給部14とが設けられている。   The condensing unit 1 includes a cylindrical main body container 10, a plurality of condensing tubes 11 inserted therein, and a steam generating unit 12 that generates steam inside the condensing tubes 11. The main body container 10 is provided with an introduction unit 13 for introducing sampling gas (aerosol) into the plurality of condensation tubes 11 and a supply unit 14 for supplying condensed particles from the plurality of condensation tubes 11 to the particle measurement unit 3. ing.

図1のAA′線による断面図である図2に示すように、複数の凝縮管11は本体容器10内に束ねた状態で配置されている。本例では複数の凝縮管11は格子状に配置されている。ただし、配置方法は格子状に限らず、六方最密状等の他の配置であってもよい。また、複数の凝縮管11を束ねるのではなく、同心円状に配置してもよい。   As shown in FIG. 2, which is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 1, the plurality of condensing tubes 11 are arranged in a bundled state in the main body container 10. In this example, the plurality of condensing tubes 11 are arranged in a lattice pattern. However, the arrangement method is not limited to the lattice shape, and may be another arrangement such as a hexagonal close-packed shape. Further, the condensing tubes 11 may be arranged concentrically instead of being bundled.

凝縮管11は、20℃程度に冷却された状態で飽和蒸気を発生させる飽和部である前段部11a、サンプリング気体中の微小パーティクルに蒸気を凝縮させ、かつ蒸気が凝縮した粒子(凝縮粒子)を成長させる凝縮・核成長部である中段部11b、供給部14に対応する後段部11cを有している。凝縮管11の前段部11aおよび中段部11bの内壁には、図3にも示すように、吸水性を有する多孔質シートであるウィック21が設けられている。また、図4に示すように、ウィック21は、液体タンク22内に貯留された水やアルコール等の液体Lに浸漬されており、液体タンク22内の液体により湿らされた状態とされ、ウィック21の表面から蒸気が発生する。そして、ウィック21と液体タンク22とにより蒸気発生部12が形成される。   The condenser tube 11 is a pre-stage unit 11a that is a saturated unit that generates saturated vapor in a state cooled to about 20 ° C., condenses the vapor into fine particles in the sampling gas, and condenses the vapor (condensed particles). It has a middle part 11b which is a condensation / nuclear growth part to be grown, and a rear part 11c corresponding to the supply part 14. As shown in FIG. 3, a wick 21, which is a porous sheet having water absorption, is provided on the inner walls of the front stage part 11 a and the middle stage part 11 b of the condensing tube 11. As shown in FIG. 4, the wick 21 is immersed in a liquid L such as water or alcohol stored in the liquid tank 22 and is in a state of being wetted by the liquid in the liquid tank 22. Steam is generated from the surface. The wick 21 and the liquid tank 22 form the steam generation unit 12.

導入部13は、本体容器10の一方の端部に設けられており、サンプリング気体(エアロゾル)を供給する配管15が接続されている。導入部13は配管15の接続部から本体容器10の凝縮管配置領域に向けて広がるように設けられている。サンプリング気体は、クリーンルーム等からサンプリングされた100nm以下程度の微小パーティクルを含む気体である。   The introduction part 13 is provided at one end of the main body container 10 and is connected to a pipe 15 for supplying a sampling gas (aerosol). The introduction part 13 is provided so as to spread from the connection part of the pipe 15 toward the condensation pipe arrangement region of the main body container 10. The sampling gas is a gas containing fine particles of about 100 nm or less sampled from a clean room or the like.

配管15からは、従来よりも大流量のサンプリング気体が供給される。サンプリング気体の流量は、10〜100L/minとされる。   From the pipe 15, a sampling gas having a larger flow rate than the conventional one is supplied. The flow rate of the sampling gas is 10 to 100 L / min.

凝縮管11の前段部11aでは、吸水性を有する多孔質シートであるウィック21から飽和蒸気を発生させ、中段部11bでは、サンプリング流中の100nm以下程度の微小パーティクルを核として蒸気分子が凝縮して凝縮粒子を形成するとともに、凝縮した粒子がパーティクル計測部3で計測可能なサブミクロンサイズ程度以上に成長する。   Saturated steam is generated from the wick 21, which is a porous sheet having water absorption, in the front part 11 a of the condenser tube 11, and in the middle part 11 b, the vapor molecules are condensed with minute particles of about 100 nm or less in the sampling flow as nuclei. Condensed particles are formed, and the condensed particles grow to a size of about a submicron size that can be measured by the particle measuring unit 3.

供給部14はパーティクル計測部3に向けて縮径されており、供給部14の内部における凝縮管11の後段部11cも供給部14と同様、パーティクル計測部3に向けて縮径されている。そして、これら凝縮管11から排出された凝縮粒子を含む気体は供給部14の先端部14aで合流してパーティクル計測部3の検出部に供給される。これにより、供給部14で対流を生じさせることなく凝縮粒子を含む気体をパーティクル計測部3に供給することができる。先端部14aの直径は、パーティクル計測部3の最大検出面積に対応する値とされる。供給部14に対応する凝縮管11における粒子の滞留時間は0.2sec程度が好ましい。   The supply unit 14 is reduced in diameter toward the particle measurement unit 3, and the rear stage part 11 c of the condensing tube 11 inside the supply unit 14 is also reduced in diameter toward the particle measurement unit 3 in the same manner as the supply unit 14. Then, the gas containing the condensed particles discharged from the condensing tube 11 joins at the tip end portion 14a of the supply unit 14 and is supplied to the detection unit of the particle measurement unit 3. Thereby, the gas containing condensed particles can be supplied to the particle measurement unit 3 without causing convection in the supply unit 14. The diameter of the distal end portion 14 a is a value corresponding to the maximum detection area of the particle measuring unit 3. The residence time of the particles in the condenser tube 11 corresponding to the supply unit 14 is preferably about 0.2 sec.

凝縮管11の前段部11aおよび中段部11bの直径は4〜10mm程度が好ましい。また、凝縮管1はサンプリング気体の流量によって好ましい本数が決定されるが、10〜100本程度が好ましい。また、本体容器10の直径は凝縮管1の本数によって適宜設定すればよい。   The diameter of the front stage part 11a and the middle stage part 11b of the condensing tube 11 is preferably about 4 to 10 mm. Moreover, although the preferable number of the condenser tubes 1 is determined by the flow rate of the sampling gas, about 10 to 100 are preferable. Further, the diameter of the main body container 10 may be appropriately set depending on the number of the condenser tubes 1.

ヒーター2は、凝縮管11の中段部11bに対応する部分に本体容器10を囲繞するように設けられている。ヒーター2により、凝縮管11の中段部11bの壁面が加熱され、好ましい過飽和度を有する飽和蒸気が形成されて、パーティクルに蒸気が凝縮されて凝縮粒子となり、凝縮粒子が成長される。このとき、蒸気の過飽和度は1〜2が好ましく、中段部11bの壁面の温度は40〜80℃が好ましい。   The heater 2 is provided so as to surround the main body container 10 in a portion corresponding to the middle stage portion 11 b of the condenser tube 11. The heater 2 heats the wall surface of the middle portion 11b of the condenser tube 11 to form a saturated vapor having a preferable supersaturation degree. The vapor is condensed into particles to form condensed particles, and the condensed particles grow. At this time, the supersaturation degree of the steam is preferably 1 to 2, and the temperature of the wall surface of the middle portion 11b is preferably 40 to 80 ° C.

なお、凝縮管11の後段部11cは、供給部14の壁部を断熱材で形成するか、または、供給部14の周囲にヒーターを設けることにより、中段部11bと同じ温度に維持されることが好ましい。   The rear stage portion 11c of the condenser tube 11 is maintained at the same temperature as the middle stage portion 11b by forming the wall portion of the supply portion 14 with a heat insulating material or by providing a heater around the supply portion 14. Is preferred.

パーティクル計測部3は、凝縮管11で形成された凝縮粒子の個数を計測することにより、気体中のパーティクルの個数を求めるものであり、一般的に用いる光学式のパーティクル計測器を用いることができる。その中でも広範囲のパーティクルを計測することができる光学系が好ましい。パーティクル計測部3は、筐体31と、筐体31内にレーザー光を照射するレーザー発振器32と、凝縮粒子がレーザー光を通過する際にパーティクルにより発生する散乱孔を受光する検出器33とを有し、受光された散乱光を電気信号に変換してパーティクルの数を計測する。   The particle measuring unit 3 determines the number of particles in the gas by measuring the number of condensed particles formed in the condensing tube 11, and can use a commonly used optical particle measuring instrument. . Among these, an optical system capable of measuring a wide range of particles is preferable. The particle measuring unit 3 includes a housing 31, a laser oscillator 32 that irradiates laser light into the housing 31, and a detector 33 that receives scattering holes generated by the particles when condensed particles pass through the laser light. The number of particles is measured by converting the received scattered light into an electrical signal.

筐体31には排気口34が形成されており、排気口34には配管35が接続されている。配管35にはポンプ36が設けられている。そして、ポンプ36により、パーティクル計測部3内を排気するようになっている。   An exhaust port 34 is formed in the housing 31, and a pipe 35 is connected to the exhaust port 34. The pipe 35 is provided with a pump 36. Then, the inside of the particle measuring unit 3 is exhausted by the pump 36.

<パーティクル計測装置の動作>
以上のように構成されたパーティクル計測装置100においては、ポンプ36を作動させ、配管15を介してサンプリング気体(エアロゾル)を導入部13から複数の凝縮管11に導入する。このときのサンプリング気体の流量は、100nm以下の微小な気中パーティクルを精度よく測定する観点から、10〜100L/minが好ましい。
<Operation of particle measuring device>
In the particle measuring apparatus 100 configured as described above, the pump 36 is operated, and the sampling gas (aerosol) is introduced from the introduction unit 13 into the plurality of condensing tubes 11 via the pipe 15. The sampling gas flow rate at this time is preferably 10 to 100 L / min from the viewpoint of accurately measuring minute air particles of 100 nm or less.

凝縮管11に導入されたサンプリング気体は、20℃程度に冷却され、蒸気を発生させる前段部11aを通過後、ヒーター2により壁面が加熱された中段部11bに至り、そこでサンプリング気体中の微小パーティクルに蒸気を凝縮させて凝縮粒子を形成するとともに、凝縮粒子をパーティクル計測部3で計測可能なサブミクロンサイズ程度以上に成長させる。凝縮粒子を適度に成長させる観点から、蒸気の過飽和度は1〜2が好ましく、中段部11bの壁面の加熱温度は40〜80℃が好ましい。   The sampling gas introduced into the condensing tube 11 is cooled to about 20 ° C., passes through the front stage part 11a for generating steam, and reaches the middle stage part 11b whose wall surface is heated by the heater 2, where there are minute particles in the sampling gas. The vapor is condensed to form condensed particles, and the condensed particles are grown to a submicron size or more that can be measured by the particle measuring unit 3. From the viewpoint of appropriately growing the condensed particles, the supersaturation degree of the vapor is preferably 1 to 2, and the heating temperature of the wall surface of the middle part 11b is preferably 40 to 80 ° C.

凝縮粒子を含むサンプリング気体は、凝縮管11の供給部14に対応する縮径された後段部11aに至り、供給部14の先端部14aで合流してパーティクル計測部3に送られ、そこで凝縮粒子の個数、すなわちパーティクルの個数が計測される。   The sampling gas containing the condensed particles reaches the rear-stage part 11a having a reduced diameter corresponding to the supply part 14 of the condensation tube 11, joins at the front end part 14a of the supply part 14, and is sent to the particle measuring part 3, where the condensed particles , That is, the number of particles.

このようなパーティクル計測において、従来のように細い凝縮管を一本のみ用いてパーティクルの計測を行う場合、低濃度で100nm以下の微小な気中パーティクルを精度よく測定するためにサンプリング気体の流量を増加させると、サンプリング気体の流速が極めて高いものとなるため、サンプリング気体が乱流となって凝縮粒子が壁部へ付着し、検出率が低いものとなる。これに対し、凝縮管を太くすることで流速が低下し、乱流を抑制することが可能となるが、壁からの伝熱と加湿が不十分なため飽和度が低い領域が生じる。このため、検出され得る大きさに成長しない粒子が存在し、やはり検出率が低いものとなる。   In such particle measurement, when measuring particles using only one thin condensing tube as in the past, the sampling gas flow rate is set to accurately measure minute airborne particles with low concentration of 100 nm or less. When increased, the flow rate of the sampling gas becomes extremely high, so that the sampling gas becomes a turbulent flow and the condensed particles adhere to the wall portion, and the detection rate becomes low. On the other hand, by increasing the thickness of the condensing tube, the flow velocity can be reduced and turbulent flow can be suppressed. However, since heat transfer from the wall and humidification are insufficient, a region with low saturation occurs. For this reason, there are particles that do not grow to a size that can be detected, and the detection rate is still low.

これに対し、本実施形態では、凝縮管11を複数設けたので、一本の凝縮管11の直径が従来と同程度であっても、サンプリング気体の流速を大きくすることなくサンプリング気体の流量増加に対応することができ、また、凝縮管を太くした場合のように、壁からの伝熱と加湿が不十分なため飽和度が低い領域が生じることもない。このため、サンプリング気体を大流量化しても、高い検出率でサンプリング気体中の微細パーティクルを検出することができる。   On the other hand, in the present embodiment, since the plurality of condensing tubes 11 are provided, the flow rate of the sampling gas is increased without increasing the sampling gas flow rate even if the diameter of the single condensing tube 11 is approximately the same as the conventional one. In addition, unlike the case where the condensing tube is thickened, there is no occurrence of a region with low saturation due to insufficient heat transfer and humidification from the wall. For this reason, even if the sampling gas is increased in flow rate, fine particles in the sampling gas can be detected with a high detection rate.

所望のサンプリング気体の流量で凝縮管11内で乱流が生じることを抑制する観点から、凝縮管11の前段部11aおよび中段部11bの直径は4〜10mm程度が好ましい。   From the viewpoint of suppressing the occurrence of turbulent flow in the condensing tube 11 at a desired sampling gas flow rate, the diameter of the front stage portion 11a and the middle stage portion 11b of the condensing tube 11 is preferably about 4 to 10 mm.

凝縮管11の中段部11bにおいて凝縮粒子の径を所望の値に成長させることが可能であるが、縮径している供給部14において複数の凝縮管11からのサンプリング気体を合流させると凝縮管11の流路間の隙間が大きい状態で合流することになるので対流が起こりやすくなる。その結果、合流部における滞留時間が好ましい滞留時間である0.2secよりも長くなってしまう。また、凝縮粒子が壁部に付着してパーティクルの検出率が低いものとなるおそれがある。   It is possible to grow the diameter of the condensed particles to a desired value in the middle stage portion 11b of the condensation tube 11, but when the sampling gases from the plurality of condensation tubes 11 are merged in the supply portion 14 having a reduced diameter, the condensation tube Since the merging is performed in a state where the gap between the 11 flow paths is large, convection easily occurs. As a result, the residence time at the junction becomes longer than 0.2 sec, which is a preferred residence time. In addition, the condensed particles may adhere to the wall and the particle detection rate may be low.

これに対して、本実施形態では、パーティクル計測部への導入径程度まで縮径している供給部14に凝縮管11の後段部11cを配置して、凝縮管11の流路間の隙間が小さくなってから複数の凝縮管11からのサンプリング気体を合流させる。このため、合流時の対流を抑制することができ、滞留時間が長くなることや、凝縮粒子の壁部への付着を抑制することができる。   On the other hand, in the present embodiment, the rear stage portion 11c of the condensing tube 11 is arranged in the supply portion 14 that is reduced in diameter to the introduction diameter to the particle measuring portion, and the gap between the flow paths of the condensing tube 11 is reduced. After becoming small, the sampling gases from the plurality of condensing tubes 11 are merged. For this reason, the convection at the time of merging can be suppressed, the residence time can be lengthened, and the adhesion of the condensed particles to the wall portion can be suppressed.

また、凝縮管11の後段部11cは、凝縮粒子を成長させる必要がないので、その点からは温度を高くする必要はないが、後段部11cを核成長の際の温度よりも低くすると、内壁で結露しやすく検出率が低下するおそれがある。また、後段部11cで過飽和度が急激に上昇し、無核凝縮により偽計数が増加する可能性がある。このため、凝縮管11の後段部11cは、供給部14の壁部を断熱材で形成するか、または、供給部14の周囲にヒーターを設けることにより、中段部11bと同じ温度に維持することが好ましい。   Further, since it is not necessary for the rear stage part 11c of the condensing tube 11 to grow condensed particles, it is not necessary to increase the temperature from that point. However, if the rear stage part 11c is lower than the temperature during the nucleus growth, the inner wall Condensation is likely to occur and the detection rate may decrease. In addition, there is a possibility that the supersaturation level rapidly increases in the rear stage portion 11c, and the false count increases due to non-nuclear condensation. For this reason, the rear-stage part 11c of the condensation pipe 11 is maintained at the same temperature as the middle-stage part 11b by forming the wall part of the supply part 14 with a heat insulating material or by providing a heater around the supply part 14. Is preferred.

<他の適用>
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、凝縮管11において、飽和蒸気を発生させる飽和部である前段部11aを冷却し、それに続く、パーティクルを核として蒸気を凝縮させるとともに凝縮粒子を成長させる凝縮・核成長部である中段部11bを加熱するようにしたが、これに限らず、従来用いられているいずれのタイプの凝縮核計数器にも適用することができる。例えば、図5に示すように、飽和部である前段部11aを加熱し、凝縮・核成長部である中段部11bを冷却してもよい。また、前段部11aを加熱し、中段部11bを冷却する場合は、図6に示すように、蒸気発生部である吸水性を有する多孔質シート(ウィック21)を前段部11aのみに設けてもよい。
<Other applications>
The present invention can be variously modified without being limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, in the condenser tube 11, the pre-stage portion 11 a that is a saturated portion that generates saturated vapor is cooled, and then a condensation / nuclear growth portion that condenses the vapor using particles as nuclei and grows condensed particles. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to any type of condensation nucleus counter used conventionally. For example, as shown in FIG. 5, the front stage part 11a that is a saturation part may be heated and the middle stage part 11b that is a condensation / nuclear growth part may be cooled. In addition, when the front stage portion 11a is heated and the middle stage portion 11b is cooled, as shown in FIG. 6, a porous sheet (wick 21) having water absorption, which is a steam generation section, may be provided only on the front stage portion 11a. Good.

1;凝縮部
2;ヒーター
3;パーティクル計測部
10;本体容器
11;凝縮管
11a;前段部
11b;中段部
11c;後段部
12;蒸気発生部
13;導入部
14;供給部
15;配管
21;ウィック(多孔質シート)
22;液体タンク
31;筐体
32;レーザー発振器
33;検出器
34;排気口
35;配管
36;ポンプ
100;パーティクル計測装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Condensing part 2; Heater 3; Particle measuring part 10; Main body container 11; Condensation pipe 11a; Pre-stage part 11b; Middle stage part 11c; Rear stage part 12; Steam generation part 13; Introducing part 14; Wick (porous sheet)
22; Liquid tank 31; Housing 32; Laser oscillator 33; Detector 34; Exhaust port 35; Piping 36; Pump 100;

Claims (10)

微小パーティクルを含むサンプリング気体が導入されるとともに飽和蒸気が生成され、前記サンプリング気体中の微小パーティクルを核として飽和蒸気中の蒸気分子が凝縮された凝縮粒子を生成する凝縮部と、
前記凝縮部で形成された凝縮粒子の個数を計測することにより前記微小パーティクルの個数を計測するパーティクル計測部と
を具備し、
前記凝縮部は、
前記凝縮粒子を生成する複数の凝縮管と、
前記複数の凝縮管の内部に蒸気を発生させる蒸気発生部と
を有し、
前記複数の凝縮管で生成された前記凝縮粒子を前記パーティクル計測部に導いてパーティクルの個数を計測することを特徴とするパーティクル計測装置。
A condensing unit for generating a condensed gas in which a sampling gas containing fine particles is introduced and saturated vapor is generated, and vapor molecules in the saturated vapor are condensed with the fine particles in the sampling gas as a nucleus,
A particle measuring unit that measures the number of fine particles by measuring the number of condensed particles formed in the condensing unit;
The condensing part is
A plurality of condensing tubes for producing the condensed particles;
A steam generating section for generating steam inside the plurality of condensing tubes,
A particle measuring apparatus characterized in that the condensed particles generated in the plurality of condensing tubes are guided to the particle measuring unit to measure the number of particles.
前記蒸気発生部は、前記凝縮管の内壁に設けられた多孔質シートと、前記多孔質シートに液体を保持させるための液体を貯留する液体タンクとを有することを特徴とする請求項1に記載のパーティクル計測装置。   The said steam generation part has a porous sheet provided in the inner wall of the said condensation pipe | tube, and a liquid tank which stores the liquid for hold | maintaining a liquid in the said porous sheet. Particle measuring device. 前記複数の凝縮管は、飽和蒸気を発生させる飽和部と、サンプリング気体中の微小パーティクルに蒸気を凝縮させて凝縮粒子を形成するとともに凝縮粒子を成長させる凝縮・核成長部とを有することを特徴とする請求項2に記載のパーティクル計測装置。   The plurality of condensing pipes include a saturation portion that generates saturated vapor, and a condensation / nuclear growth portion that condenses the vapor to minute particles in the sampling gas to form condensed particles and grows condensed particles. The particle measuring device according to claim 2. 前記凝縮管の前記凝縮・核成長部を加熱する加熱部を有することを特徴とする請求項3に記載のパーティクル計測装置。   The particle measuring apparatus according to claim 3, further comprising a heating unit that heats the condensation / nuclear growth unit of the condensation tube. 前記凝縮管の前記飽和部を加熱する加熱部を有することを特徴とする請求項3に記載のパーティクル計測装置。   The particle measuring apparatus according to claim 3, further comprising a heating unit that heats the saturated portion of the condensing tube. 前記凝縮部は、前記複数の凝縮管を収容する本体容器を有し、
前記本体容器は、前記サンプル気体が導入される導入部と、
前記パーティクル計測部に向けて縮径され、前記凝縮粒子を前記計測部に供給する供給部とを有し、
前記複数の凝縮管は、前記飽和部である前段部と、前記凝縮・核成長部である中段部と、前記供給部に対応して縮径される後段部とを有することを特徴とする請求項3に記載のパーティクル計測装置。
The condensing unit has a main body container that houses the plurality of condensing tubes,
The main body container has an introduction part into which the sample gas is introduced,
Having a diameter that is reduced toward the particle measuring unit and supplying the condensed particles to the measuring unit;
The plurality of condensing pipes include a front-stage part that is the saturation part, a middle-stage part that is the condensation / nuclear growth part, and a rear-stage part that is reduced in diameter corresponding to the supply part. Item 4. The particle measuring apparatus according to Item 3.
前記凝縮管の前記中段部を加熱する加熱部を有することを特徴とする請求項6に記載のパーティクル計測装置。   The particle measuring apparatus according to claim 6, further comprising a heating unit that heats the middle stage of the condensing tube. 前記凝縮管の前記後段部は、前記中段部と同じ温度に保持されることを特徴とする請求項7に記載のパーティクル計測装置。   The particle measuring apparatus according to claim 7, wherein the rear stage part of the condensing tube is maintained at the same temperature as the middle stage part. 前記中段部および前記後段部における飽和蒸気の過飽和度は1〜2であることを特徴とする請求項8に記載のパーティクル計測装置。   The particle measurement apparatus according to claim 8, wherein a supersaturation degree of saturated steam in the middle stage part and the rear stage part is 1 to 2. 複数の凝縮管に微小パーティクルを含むサンプリング気体を導入し、前記複数の凝縮管内で蒸気を生成させて、前記サンプリング気体中の微小パーティクルを核として飽和蒸気中の蒸気分子が凝縮された凝縮粒子を生成し、
前記複数の凝縮管で生成された前記凝縮粒子をパーティクル計測部に導いてパーティクルの個数を計測することを特徴とするパーティクル計測方法。
Sampling gas containing minute particles is introduced into a plurality of condensing tubes, vapor is generated in the plural condensing tubes, and condensed particles in which vapor molecules in saturated vapor are condensed with the minute particles in the sampling gas as nuclei. Generate
A particle measuring method comprising: measuring the number of particles by guiding the condensed particles generated in the plurality of condensing tubes to a particle measuring unit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2020080904A1 (en) * 2018-10-18 2020-04-23 연세대학교 산학협력단 Mems-based condensation particle counter

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