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空気環境の調整18

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空気環境の調整18

エアロゾル(浮遊粒子)

エアロゾルとは「気体とその気体中に浮遊する固体もしくは液体の粒子」である。
すなわち、エアロゾルは、粒子およびそれらが浮遊している気体の2つからなる2相系であり、ダスト(粉じん、固体)、ヒュ―ム(金属蒸気が冷却凝縮したもの、固体)、スモ―ク(煙、固体・液体混合)、ミスト(液体)等の現象を含む。

エアロゾル粒子と粒径

液体のエアロゾル粒子は球形をしているが、固体の場合は一般的に複雑な形をしている。

まず、エアロゾル粒子の相当径とは?
粒子の形状が球形であれば、顕微鏡などで可視化することで求めることができます。
しかし形状が球形でない場合が実際には多い。そのため、可視化できるものは形状を何らかの方法で算出される幾何相当径として、測定量として得られる仮想粒子を物理相当径として表す。

幾何相当径	幾何形状から算出	定方向径、円等価径
物理相当径	同じ測定量を与える	空気力学径、スト―クス径、光散乱径、電気移動度径

幾何相当径、物理相当径を問われる問題もたまに出題されますので幾何相当径は定方向径、円等価径のみです。
その他は物理相当径になりますので覚えましょう。

エアロゾル粒子の測定粒径

ウイルス	0.003～0.05μm
たばこ煙	0.01～1μm
バクテリア(細菌)	0.3～20μm
真菌	1～10μm
ダニアレルゲン	1～20μm
胞子	10～50μm
セメントダスト	3～100μm
花粉	10～100μm
雨滴(霧滴)	2～70μm
海岸砂	100～1,000μm
フライアッシュ	粒径は1～100μmの範囲に分布し、平均粒径は20μm程度
硫酸ミスト	1～10μm程度

この問題は良く出題されます。
ポイントはウイルスはずば抜けて小さい。

エアロゾル粒子の粒径分布

構成粒子の粒径と濃度の関係を粒径分布といい、単位体積中の個数分布、表面積分布、質量分布などがある。

個数分布とは、どの粒径の粒子の個数が多いかを意味する。
表面積分布とはどの粒径の粒子の合計した表面積が多いかを意味し、質量分布は、どの粒径の粒子の合計した質量が多いかを意味する。

表面積分布は、粒子表面での反応の起こり易さを議論する場合に有効であり、微粒子の毒性の強さには、表面積分布が関係する。

個数分布では、粒子径0.01μmより少し小さいところの粒子が最も多く、質量分布では1～2μmを谷とした二山型分布を示す。
微小粒子は人工的に発生したものが多く、粗大粒子は自然発生的なものが多い。

エアロゾル粒子の運動

エアロゾル粒子は、ランダムな運動をしている気体分子の衝突により不規則な運動をする。これをブラウン運動という。
ブラウン運動により粒子は、拡散に関するフィックの法則に従い流体中に拡散していく。フィックの法則に用いられる粒子の拡散係数は粒径に反比例し、結果として、拡散の速度は粒径に反比例する。
すなわち、小さな粒子ほどブラウン運動による移動量が大きい。

※フィックの法則

物質の拡散に関する基本法則である。気体、液体、固体（金属）どの拡散にも適用できる。フィックの法則には、第1法則と第2法則がある。この法則は、1855年にアドルフ・オイゲン・フィックによって発表された。フィックは拡散現象を、熱伝導に関するフ―リエ (1822) の理論と同じように考えることができるとしてこの法則を与えた。