Atmospheric Environment, Radioactivity and Organic Pollutants in Pan- Japan Sea Area (AERO-PJS)

金沢大学大学院自然科学研究科Scedule:17-18 March 2003, Vemue: Kanazawa, Japan, Kanazawa Citymonde Hotel, Project Leader : Hayakawa, Kazuichi, Symposium Secretariat: XO kamata, Naoto, Edited by:Kamata, Naoto

エアフィルターの集塵性能におよぼす粉塵負荷の影響

金沢大学工学部研究課題/領域番号:56550665, 研究期間(年度):1981 – 1982出典：研究課題「エアフィルターの集塵性能におよぼす粉塵負荷の影響」課題番号56550665（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-56550665/）を加工して作

新しい型式の集塵装置の開発に関する基礎的研究

金沢大学工学部研究課題/領域番号:X00210----075188, 研究期間(年度):1975出典：「新しい型式の集塵装置の開発に関する基礎的研究」研究成果報告書　課題番号：X00210----075188（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-X00210----075188/）を加工して作

定在衝撃波場を利用する超微粒子分級装置の開発

金沢大学工学部超音速を得るためのラバ-ル管の内部に衝害物に挿入すると障害物の直前に定在衝撃波が形成される。その結果,波面の前後で気流は速度,方向を急激に変化し,粒子は慣性力,すなわち同一物質であれば粒径ごとに異なった運動を行う。さらに超音速場は低圧で形成されるので,粒子に作用する流体抗力は大気圧下よりも小さくなる。そこで,定在衝撃波場での,これらの性質を利用した超微粒子分級装置の開発を目指し以下の研究を行った。理論的には,超微粒子の分級,捕集に有効な衝撃波場を決定するため,ラバ-ル管内に大きさの異なる障害物を挿入したときの流れを求めるとともに,粒子の運動を解析した。その結果,障害物の直前に形成される定在衝撃波は,マッハ数が大きいほど障害物に近づき,分離可能粒径もマッハ数が大きいほど小さくなることが確認された。さらに、障害物にも気流を作れば,気流がない場合よりさらに障害物近くに定在衝撃波が形成されることが明らかとなったので,この方式により,サブミクロン以下の粒子分級の可能性が理論的に得られた。実験的にはまず,粒子にできるだけ大きな慣性力を与えるため,本実験ではマッハ2のラバ-ル管を試作し,障害物を挿入した場合としない場合について静圧分布を測定し,障害物直前に定在衝撃波が形成されていることを確認した。その後,0.07ー1μmの範囲のロ-ダミンB単分子粒子の分級特性を調べた。その結果,実験分離曲線はサブミクロン領域で急激に立ち上がり,理論での予測と傾向的によい一致をみた。また,ラバ-ル管上流圧を0.67気圧と減圧した場合についても,同様の実験を行ったところ,分離限界径が,上流圧を大気圧とした場合より分離限界径がさらに減少した。以上のことより,サブミクロン粒子の分級装置の開発が可能であることがわかった。研究課題/領域番号:02650682, 研究期間(年度):1990出典：研究課題「定在衝撃波場を利用する超微粒子分級装置の開発」課題番号02650682（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-02650682/）を加工して作

定在衝撃波を利用したナノサイズ超微粒子分級・薄膜製造装置の開発

金沢大学工学部気相合成法で生成される超微粒子は,純度は高い反面,粒径分布が広く,ハンドリング性に劣る.このため,合成,分級,成形等を一連のプロセスとして行うことが望まれる.本研究の目的は,従来型の分級機では不可能な十ナノメータ程度の超微粒子の分級を行い,かつ,単分散粒子薄膜の形成を試みることである.このためには,微小粒子が大きな慣性力を持つことが重要である.そこで,超音速が容易に得られる2次元ラバール管を用いて以下の研究を行った.1)ラバール管内に置かれた障害物まわりの気流をマッハ数1〜3の範囲で数値的に求めるとともに,そこでの粒子の分離効率を求めた.3)理論計算により得られた結果に基づき,ナノメーター粒子の分級,薄膜製造に適したスリット,障害物形状を決定し,分級および薄膜製造装置を設計・試作し,同装置を用いて,0.01-1μmの範囲のSnBr_2粒子の分級および薄膜製造特性と各因子間の関係を調べた.その結果,障害物の直前に形成される定在衝撃波はマッハ数が大きいほど障害物に近づき,分離可能粒径もマッハ数が大きいほど小さくなることが確認された.さらに,スリット内に多少の気流を作れば,気流がない場合よりさらに障害物部近くに定在衝撃波が形成されることが明らかとなり粒子分級の可能性が理論的に得られた.また,実験的には,まず,試作ラバール管内の流れを障害物挿入の有無の場合について静圧分布を測定し,障害物直前に定在衝撃波が形成されていることを確認した後,0.01-1μmの範囲のSnBr_2単分散粒子の分級特性を調べた.その結果,実験分離曲線はサブミクロン領域で急激に立ち上がり,理論での予測と傾向的によい一致をみた.また,障害板上には粒子は比較的均一に堆積し,薄膜製造装置として利用できる見通しが得られた.研究課題/領域番号:05650763, 研究期間(年度):1993出典：研究課題「定在衝撃波を利用したナノサイズ超微粒子分級・薄膜製造装置の開発」課題番号05650763（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-05650763/）を加工して作

超微小粒子の壁面への沈着

金沢大学工学部超LSI製造工程などにおける製品不良率をできるだけ低く抑えるために、高度な清浄空間を作り出すことが重要であると同時に、空気中の微粒子の物体表面への沈着をできるだけ少なくする工夫が必要である。そのためにはまず、粒子の表面への沈着機構を明らかにし沈着量を推定する方法が確立されていなければならない。本研究では、現在量産体制に りつつある1MビットLSIの制御対象粒径である0.1μm前後の超微小粒子に着目し、0.02〜0.8μmの範囲の単分散エアロゾル粒子を発生させ、粒子帯電や壁の材質の違いの粒子沈着量に及ぼす影響を実験的に検討した。昭和62年度では、まず銅管、ガラス管、アクリル管など6種類の材質の異なる円管に単分散粒子を流し、粒径、速度、粒子帯電量を変化させて壁への粒子沈着速度を粒子透過率の実測値より求めた。その結果、銅管(導体)では粒子の帯電の有無に拘らずブラウン拡散のみで沈着するが、アクリルなどの誘電体管では粒子が帯電すると沈着量が著しく増加し、帯電粒子の沈着速度はクーロンカパラメータでまとめられることがわかった。次いで昭和63年度では、半導体であるシリコンウエハ上への粒子沈着量と空気清浄度(エアロゾル濃度)との関係を明らかにするために、垂直層流型クリーンブース内にウエハ面を水平または鉛直に設置し、蛍光物質であるロダミンB単分散粒子をウエハ中心軸上方のノズルから周囲の清浄気流と共に流すという従来にない方法でウエハ面上を流し、蛍光分光光度計により沈着量を測定した。結果はAhn-Liuが提出した拡散沈着速度推定式に、重力およびクーロンカ沈着速度を加算した式に極めてよく一致した。これにより、従来、0.5μm以上の粒子のみに対してしかなかった沈着量データが0.03μmまでの超微小粒子に対して得られたことになり、4Mビット時代での粒子沈着量の推定、ひいては製品歩留りの予測に役立つものと思われる。Deposition of submicron particles in the manufacturing process of semiconductors is one of the main causes of reducing production yield. In order to suppress particle deposition onto the surface of various materials, the deposition mechanisms of submicron particles have to be well understood. In the present work, first, by using circular tubes made of various materials, deposition of particles in various charging states was experimentally investigated. The tube materials studied were copper, glass, polymethylmetacrylate(PMMA), polyvinylchloride(PVC), pllycarbonate(PC), and polyethylene (PE). As a result it was found that 1) uncharged particle deposits by Brownian diffusion in all the tubes studies; 2) charged particle deposits in PMMA, PVC, PC and PE tubes by coulombic force, and that the dimensionless deposition velocity is equal to the coulombic force parameter derived for charged particle and charged infinite flat surface. Further, from the measurement of time dependency of particle penetration, decay of triboelectric charged on PVC and PC tubes was found to obey the law of hyperbolic decay. Secondly, experimental technique to measure deposition velocity onto wafer for particles with a diameter smaller than 0.3 m was developed by means of fluorometry. Employing the proposed technique, the deposition velocity onto the wafer was measured for charge equilibrium particles and singly charged particles with diameter between 0.03 and 0.8 m at airflow velocity of 0.02-0.5m/s. The measured deposition velocity was compared with that predicted by Liu and Ahn\u27s equation. As a result, it was found that the Lie and Ahn\u27s equation gives a good prediction for particles in the size range between 0.03 and 0.8 m, and , when both the wafer and the particles are charged, the deposition velocity is well estimated by adding the coulombic drift velocity to their equation. Further, through the measurement of the local deposition velocity on the wafer placed normal to the airflow, the deposition hot spots were found to appear on the edge of the wafer and/or at the center of the wafer, depending on the blockage of the wafer to the airflow.研究課題/領域番号:62550692, 研究期間(年度):1987 – 1988出典：研究課題「超微小粒子の壁面への沈着」課題番号62550692（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/report/KAKENHI-PROJECT-62550692/625506921988kenkyu_seika_hokoku_gaiyo/）を加工して作

超音速気流場でのナノサイズ超微粒子の分級に関する研究

金沢大学工学部本研究では超音速場での,ナノサイズ超微粒子の分級を目指して以下の研究を行った.1)開孔を持つ障害物近傍の気流解析と粒子分離,分級特性の解析:気体の圧縮性を考慮した質量・運動量・エネルギ保存式を形状,大きさの異なる開孔,障害物に適用し,上流マッハ数,開孔内吸引流量とノズル障害物間距離を変化して計算し,その後,得られた粒子の運動を粒径,密度を種々に変化させた場合について理論分離特性を求めた.その結果,開孔部がある場合でも開孔側への吸引流量を十分に小さくすれば開孔のない場合と類似した開孔部全体に広がった衝撃波が得られ,開孔部のない場合と同様に粒子分離ができることが明かとなった.2)ノズル出口幅は4mmと同じだが,形状の異なる4種類のノズルを試作した,その後,衝突板寸法,距離を変化させて20-1000nmの範囲の臭化スズを用いて分離実験を行ない試作インパクターの粒径毎の分離効率曲線を得た.このとき単分散臭化スズ粒子は蒸発・凝縮法で得られる多分散粒子を静電式粒子分級装置(DMA)で分級して使用した.実験中の入口,出口粒子の濃度と粒径の安定性は,相対的に大きな粒子について,本助成で購入したパーティクルカウンターにより監視した.さらに,分離粒子は粗粒子,細粒子とも液体クロマトグラフにより定量した.3)実験的に得られた分離曲線は粒子径に対しては急激に上昇し,従来型のインパクターに比べ分離径が非常に小さく,かつ分離特性も非常にシャープであることが明かとなったが,ノズル形状ごとに,慣性力の無次元尺度であるストークス数と衝突板距離の関数となることが明かとなったので,ノズルごとにストークス数と衝突板距離を考慮した新しい無次元パラメータにより特性曲線の整理を行なった.In this research, followings were studied to develope a novel scheme classifying nano-size ultrafine particle in an ultrasonic flow field.1)Numerical analysises of supersonic flow field around an obstracle with openning and its classification characteristics ; The flow field around an obstacle with different shape and size of openning has been calculated for various combinations of Mach number and suction flow rate and gaps between nozzle outlet and obstacle taking account of conservations of mass, momentum and energy, simultaneously. Then their separation efficiency of particles has been obtained. As a result, shape of standing shock wave around an obstacle was found to be similar for small sucktion flow rate and thus it can be expected to obtain similar characteristics for the case of obstacle without openning.2)Separation efficiency of four ultrasonic impactor with same nozzle outlet width of 4mm but different shapes and different gap distances using monodisperse Stannous Bromide particles ranging 20 to 1000nm. Test particles were first generated in polydisperse state by evaporation and condensation method, and then classified to monodisperse particles by a differential electric mobility analyzer. Stability of inlet and outlet particle concentrations have been monitored by a light scattering dust counter purchased by this grant. Coarse and fine fractions of test particles were determined quantitatively by a liquid ion chromalography.3)Experimentally obtained separation efficiency curve increase very steeply and they separate much smaller and sharper cut performance than a conventional impactor. However, separation performance was found to depend strongly on the nozzle shape and gap between nozzle outlet and obstacle. Fanally it was summarized by using modified Stokes number taking account of those effects simultaneously.研究課題/領域番号:07455434, 研究期間(年度):1995 – 1996出典：研究課題「超音速気流場でのナノサイズ超微粒子の分級に関する研究」課題番号07455434（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/report/KAKENHI-PROJECT-07455434/074554341996kenkyu_seika_hokoku_gaiyo/）を加工して作

高性能高温集塵技術の開発

金沢大学工学部本研究ではセラミックフィルタ上の堆積粉塵層の形成過程,および堆積粉塵層空間率の払い落とし効率への影響を実験的に検討した。粉塵堆積機構については,種々の濾過速度における粉塵堆積実験を行い,堆積粉塵層による圧力損失および堆積粉塵層の厚み変化を測定して,堆積粉塵層の空間率の時間変化を求めた。また,堆積粉塵層のフィルタ円周方向の粉塵量分布を気流と粉塵量が同時に変化するとしたモデルを提案し,高温集塵条件下での粉塵堆積量分布を予測した。粉塵払い落とし機構については,堆積粉塵量が等しく空間率の異なる堆積粉塵層対して粉塵払い落とし実験を行い,フィルタ内外および表面上の圧力およびフィルタ中部での粉塵片の剥離距離を測定して粉塵払い落とし効率を求め,堆積粉塵層の空間率と払い落とし効率の関係および,粉塵払い落とし機構を検討した。また,粉塵払い落とし現象の可視化,払い落とし後のフィルタ表面の観察を行い,詳細に粉塵払い落とし機構を検討した。以下に本研究で得られた結果を示す。1)セラミックフィルタによる集塵時の堆積粉塵層は異なった3つの構造(空間率の低い初期粉塵層,空間率の高い過渡粉塵層,定常粉塵層)により形成される。2)提案したモデルによる数値シミュレーションから,大気圧の条件下では粉塵供給口に近い部分での堆積粉塵の厚みが最も厚く,供給口に最も近い部分(=0deg)より130deg付近の厚みが最も少なく,厚みの少ない位置での粉塵量の増加速度は最も速くなることがわかった。また,気流の温度上昇すると粉塵層の厚み分布は小さくなる。3)堆積粉塵の払い落とし効率は,堆積粉塵層が等しければ,払い落とし気流の圧力が大きいものほど高くなり,空間率の低いものほど低くなる。4)フィルタ表面からの剥離粉塵片の距離は,堆積粉塵層の空間率が低いものほど遅く始まり,剥離粉塵片の大きさは小さくなる。As filtration goes on, dusts are collected on a ceramic filter element and form a dust cake layr on it. The filtration conditions and particle properties affect the accumulated amount and its shape on the element. Once dust cake is formed, the appearance of the filter changes and thus the flow around it also changes. This means that both flow field and the shape of dust layr interact with each other and they change with time, i.e., filtration performance changes with time. To elucidate the change in the flow around the filter element and accumulation process with time, a new analysis method has been proposed. Its capability has been demonstrated by solving them at filtration velocity of 5 Ncm/s varying gas temperature from 293 to 1123 K,pressure from 1 to 10 atmosphere and packing from 0.03 and 0.12.As a result, it is found that dust cake forms a non-uniform layr on the element at any filtration condition, i.e., the maximum deposition appears at the front of the element and the minimum is observed around 120-150 degree from the front. It shifts forward as temperature rises but backward as pressure rises. With the increasing pressure, temperature and packing density, the uniformity of the dust layr increases. Suction velocity to the element, i.e., filtration velocity, decreases with time because of the increase in the resistance due to the accumulated dust. This also results in the suppression of accumulation rate of dust on the element with time. This effect is significant at high pressure and high temperature. Furthermore, pressure drop across the element increases non-linearly with time and it shows higher drops when temperature and pressure are high.研究課題/領域番号:08558064, 研究期間(年度):1996 – 1997出典：研究課題「高性能高温集塵技術の開発」課題番号08558064（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/report/KAKENHI-PROJECT-08558064/085580641997kenkyu_seika_hokoku_gaiyo/）を加工して作

Comparison of filter cleaning performance between VDI and JIS testing rigs for cleanable fabric filter

VDI type-1 rig and JIS rig are the two major testing rigs for cleanable fabric filters. We measured the filter cleaning performance using these rigs and the results were compared in order to characterize the two testing methods. The filter performance tests showed that the filter cleaning efficiency measured with VDI type-1 rig is higher than that with JIS rig. During pulse jet cleaning, JIS rig gave a higher peak pressure and a shorter time period of pulse jet compared to VDI type-1 rig. A new filtration model was applied to the filtration cycles with the two rigs and it was shown that the difference in filter cleaning performance measured by VDI type-1 and JIS rigs can be expressed in terms of the surface cleaning fraction, which is the ratio of cleaned surface area to the total surface area of a filter, and the residual dust load on the un-cleaned surface after cleaning. © 2007

Vertical distribution of aerosols in the boundary layer during non-KOSA periods in spring at Ishikawa, Japan : Preliminary results of the observation using a tethered balloon

金沢大学大学院自然科学研究科場所：金沢大学自然科学研究科図書館棟1階，講演会場：図書館棟1階　大会議室，ポスター会場：図書館棟1階12会議室,主催・共催：文部科学省２１世紀COE「環日本海域の環境計測と長期・短期変動予測」， 大気環境学会， 金沢大学工学