DE112017003530T5

DE112017003530T5 - Feinpartikelzahldetektor

Info

Publication number: DE112017003530T5
Application number: DE112017003530.9T
Authority: DE
Inventors: Keiichi Kanno; Kazuyuki Mizuno; Hidemasa Okumura
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2016-07-12
Filing date: 2017-07-07
Publication date: 2019-03-28
Also published as: US20190145858A1; WO2018012421A1; CN109416310A; JPWO2018012421A1

Abstract

Ein Feinpartikelzahldetektor 10 umfasst einen Wabenfilter 20, eine Ladungsadditionseinheit 30, eine Auffangvorrichtung 40 und eine Zahlmessvorrichtung 60. Der Wabenfilter 20 entfernt selektiv aus den Feinpartikeln 16 im in ein Gasdurchgangsrohr 12 eingeleiteten Autoabgas ultrafeine Partikel 16a, die nicht größer als eine vorbestimmte Partikelgröße sind, die zuvor als Obergrenze in einem Bereich von 25 nm oder weniger eingestellt wurde. Die Ladungsadditionseinheit 30 fügt den Feinpartikeln 16 im Abgas, das durch den Wabenfilter 20 geleitet wurde, Ladungen hinzu und erzeugt so geladene Feinpartikel P. Die Zahlmessvorrichtung 60 erfasst die Anzahl der Feinpartikel 16 im Abgas, das durch den Wabenfilter 20 geleitet wurde, basierend auf einer Menge an Ladungen der geladenen Feinpartikel P, die von der Auffangelektrode 48 der Auffangvorrichtung 40 aufgefangen wurden.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Feinpartikelzahldetektor.
Hintergrund
Bei der Bestimmung der Anzahl von Feinpartikeln in Autoabgasen ist es allgemein bekannt, dass ultrafeine Partikel (Feinpartikel mit einer Partikelgröße von 23 nm oder weniger) von einem Messobjekt gemäß den Definitionen des PMP (Particle Measurement Programme) ausgeschlossen sind (siehe NPL 1). In den PTL 1 und 2 wird beispielsweise die Messung der Anzahl der Feinpartikel im Abgas durch Messung der Partikelzahl pro Partikelgröße und durch Berechnung der Anzahl der Feinpartikel mit Ausnahme von ultrafeinen Partikeln, insbesondere Feinpartikeln mit Partikelgrößen von 20 nm oder weniger, durchgeführt. Andererseits werden in einem bekannten Beispiel von Feinpartikelzahldetektoren, wie in Patent PTL 3 offenbart, Ladungen zu Feinpartikeln in einem in ein Gehäuse eingeleiteten, zu messenden Gas hinzugefügt, die mit den Ladungen versehenen Feinpartikel werden aufgefangen, und die Anzahl der Feinpartikel wird auf der Grundlage der Menge der Ladungen auf den aufgefangenen Feinpartikeln gemessen.
Zitierungsliste
Patentliteratur

PTL 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2014-199204
PTL 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2012-117520
PTL 3: Internationale Veröffentlichung Nr. 2015/146456

Nicht-Patentliteratur
NPL 1: Verordnung Nr. 83 der Wirtschaftskommission für Europa der Vereinten Nationen (UNECE) - Einheitliche Bestimmungen für die Genehmigung von Fahrzeugen hinsichtlich der Emission von Schadstoffen gemäß den Anforderungen an den Kraftstoffverbrauch von Motoren [2015/1038].
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei dem in PTL 1 offenbarten Feinpartikelzahldetektor wird, da die Anzahl der Feinpartikel ohne Berücksichtigung der Partikelgrößen gemessen wird, jedoch auch die Anzahl der ultrafeinen Partikel gezählt, was zu dem Problem der Verschlechterung der Messgenauigkeit führt. Insbesondere dann, wenn die Temperatur des Autoabgases niedrig ist, besteht das Problem, dass der Anteil der ultrafeinen Partikel an den gesamten im Abgas enthaltenen Feinpartikeln zunimmt und die Verschlechterung der Messgenauigkeit größer ist.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Anzahl der im Autoabgas enthaltenen Feinpartikel mit hoher Genauigkeit unabhängig von der Temperatur des Autoabgases zu erfassen.
Lösung des Problems
Ein Feinpartikelzahldetektor gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst:

einen Filter, der selektiv ultrafeine Partikel, die nicht größer als eine vorbestimmte Partikelgröße sind, die zuvor als Obergrenze in einem Bereich von 25 nm oder weniger festgelegt wurde, aus den feinen Partikeln im Autoabgas entfernt, das in ein Gasdurchgangsrohr eingeführt wurde,
eine Ladungsadditionsvorrichtung, die den Feinpartikeln in dem durch den Filter geleiteten Abgas Ladungen hinzufügt und geladene Feinpartikel erzeugt; und
eine Detektionsvorrichtung, die die Anzahl der Feinpartikel im Abgas, die den Filter passiert haben, auf der Grundlage einer Menge an Ladungen der geladenen Feinpartikel oder einer Menge an Ladungen, die nicht zu den Feinpartikeln hinzugefügt wurden, erfasst.

Im obigen Detektor für die Feinpartikelzahl werden die ultrafeinen Partikel aus den Feinpartikeln im Abgas selektiv entfernt, während das in das Gasdurchgangsrohr eingeleitete Autoabgas den Filter passiert. Den Feinpartikeln im Abgas, die den Filter passiert haben, werden Ladungen hinzugefügt, sodass diese Partikel zu geladenen Feinpartikeln werden. Die Anzahl der Feinpartikel im Abgas, das den Filter passiert hat, wird anhand der Ladungsmenge der geladenen Feinpartikel oder anhand jener Ladungsmenge, die den Feinpartikeln nicht hinzugefügt wurden, ermittelt. Die ultrafeinen Partikel sind feine Partikel, die sich vom Messobjekt unterscheiden. Die Auftrittshäufigkeit der ultrafeinen Partikel ist niedrig, wenn die Temperatur des Abgases hoch ist (z. B. 200 °C oder höher), aber sie steigt bei niedriger Temperatur (z. B. 100 °C oder niedriger) so weit an, dass sie einen Peak in der Partikelgrößenverteilung der Feinpartikel aufweist. Da die ultrafeinen Partikel, die sich vom Messobjekt unterscheiden, im Voraus selektiv durch den Filter entfernt werden, kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Anzahl der als Messobjekt im Autoabgas enthaltenen Feinpartikel unabhängig von der Temperatur des Autoabgases mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
In dieser Beschreibung wird die „vorgegebene Partikelgröße“ lediglich als eine zuvor im Bereich von 25 nm oder weniger eingestellte Partikelgröße gefordert, und sie kann beispielsweise 25 nm, 23 nm, 20 nm, 15 nm oder 10 nm betragen. Die Formulierung „die ultrafeinen Partikel selektiv entfernen“ steht dafür, dass hinsichtlich der Penetrationseigenschaften des Filters der Penetrationskoeffizient der ultrafeinen Partikel niedriger ist als jener der nicht-ultrafeinen Partikel (Feinpartikel mit Ausnahme der ultrafeinen Partikel). Es wird angenommen, dass die „Ladungen“ positive Ladungen, negative Ladungen und Ionen umfassen. Die Formulierung „Detektion der Anzahl der Feinpartikel“ steht nicht nur für den Fall der Messung der Anzahl der Feinpartikel, sondern auch für den Fall, dass bestimmt wird, ob die Anzahl der Feinpartikel in einen vorgegebenen numerischen Bereich fällt (z. B. ob die Anzahl der Feinpartikel einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet).
Im Feinpartikelzahldetektor gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Filter ein Wabenfilter mit vielen Zellen sein. Mit diesem Merkmal werden die ultrafeinen Partikel im Abgas aufgrund der Brown'schen Bewegung selektiv an den Zellwänden adsorbiert, während das in das Gasdurchgangsrohr eingeleitete Abgas die Zellen durchläuft. Somit kann die vorliegende Erfindung mit einer vergleichsweise einfachen Struktur realisiert werden.
Im obigen Fall kann die Ladungsadditionsvorrichtung eine dielektrische Schicht aus einer Wand zwischen benachbarten der vielen Zellen auf einer in Strömungsrichtung des Abgases stromabwärts gelegenen Seite, sowie eine Entladungselektrode und eine Masseelektrode, zwischen welchen die dielektrische Schicht angeordnet ist, umfassen. Mit diesem Merkmal kann die vorliegende Erfindung mit einem einfacheren Aufbau realisiert werden, da die Ladungsadditionsvorrichtung und der Filter integral miteinander verbunden sind. Alternativ kann die Ladungsadditionsvorrichtung eine Struktur aufweisen, die, wenn man die viereckigen Querschnitte von vier der vielen Zellen betrachtet, die vier aus zwei vertikal angeordneten Zellen und zwei horizontal angeordneten Zellen bestehen, wobei in einer der beiden diagonal angeordneten Zellen eine Entladungselektrode angeordnet ist, in der anderen Zelle eine Masseelektrode angeordnet ist und die beiden verbleibenden Zellen als Gasflusswege dienen. Die in den Zellen angeordneten Elektroden (Entladungselektrode und Masseelektrode) können jeweils in einem die Zelle abdichtenden Zustand oder als Film auf einer Innenwand der Zelle ohne Abdichtung der Zelle angeordnet sein.
Im Feinpartikelzahldetektor gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Filter Spalten umfassen, und der Abstand zwischen den Spalten kann auf einen Bereich von nicht weniger als 0,01 mm und weniger als 0,2 mm eingestellt werden. Mit diesen Merkmalen werden die ultrafeinen Partikel im Abgas aufgrund der Brown'schen Bewegung selektiv an den die Spalten definierenden Wänden adsorbiert, während das in das Gasdurchgangsrohr eingeleitete Abgas die Spalten durchläuft. Daher kann die vorliegende Erfindung mit einer vergleichsweise einfachen Struktur realisiert werden. Der Grund, warum das Spaltintervall auf nicht weniger als 0,01 mm eingestellt wird, liegt darin, dass der Druckabfall nicht zu hoch wird, und der Grund, warum das Spaltintervall auf weniger als 0,2 mm eingestellt wird, liegt darin, dass die ultrafeinen Partikel unter der Brown'schen Bewegung leichter am Filter adsorbiert werden.
Beim Feinpartikelzahldetektor gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Filter vorzugsweise aus Keramik gefertigt. Da Keramik eine hohe Hitzebeständigkeit aufweist, eignet sich der Keramikfilter beispielsweise bei Erwärmung des Filters auf hohe Temperaturen zur thermischen Zersetzung der am Filter haftenden Feinpartikel.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht, die schematisch eine Struktur eines Feinpartikelzahldetektors 10 zeigt.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Wabenfilters 20.
3 ist ein Graph, der die Penetrationseigenschaften des Wabenfilters 20 abbildet.
4 ist eine teilweise Rückansicht des Wabenfilters 20.
5 ist eine teilweise Rückansicht eines weiteren Beispiels des Wabenfilters 20.
6 ist eine Schnittansicht, die schematisch eine Struktur eines Feinpartikelzahldetektors 110 zeigt.
7 ist eine perspektivische Ansicht eines Filters 220 mit Spalten 222.
8 ist ein Graph, der die Penetrationseigenschaften des Filters 220 abbildet.

Beschreibung von Ausführungsformen
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Schnittansicht, die schematisch eine Struktur eines Feinpartikelzahldetektors 10 zeigt.
Der Feinpartikelzahldetektor 10 soll die Anzahl der Feinpartikel in Autoabgasen messen. Wie in 1 dargestellt, umfasst der Feinpartikelzahldetektor 10 einen Wabenfilter 20, eine Ladungsadditionseinheit 30, eine Auffangvorrichtung 40, eine Zusatzladungsentfernungsvorrichtung 50, eine Zahlmessvorrichtung 60 und eine Heizung 70, die in einem Gasdurchgangsrohr 12 aus Keramik angeordnet sind. Das Gasdurchgangsrohr 12 umfasst einen Gaseinlass 12a, durch den Gas in das Gasdurchgangsrohr 12 eingeführt wird, und einen Gasauslass 12b, durch den Gas, das durch das Gasdurchgangsrohr 12 geleitet wurde, abgegeben wird.
Der Wabenfilter 20 ist ein Körper mit Wabenstruktur und hat viele Zellen 22, die den Wabenfilter 20 entlang einer Gasflussrichtung durchdringen. Ein bekannter Körper mit Wabenstruktur (unversiegelt), der als Basis für einen Dieselpartikelfilter (DPF) dient, kann als Wabenfilter 20 verwendet werden. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Wabenfilters 20. In 2 hat der Wabenfilter 20 eine viereckige Querschnittsform. Die Querschnittsform des Wabenfilters 20 ist jedoch nicht besonders auf das Viereck beschränkt und muss nur mit der Querschnittsform des Gasdurchgangsrohrs 12 abgestimmt werden. Der Wabenfilter 20 hat die Funktion, selektiv ultrafeine Partikel 16a zu entfernen, die nicht größer als eine vorgegebene Partikelgröße (hier 23 nm) sind, die zuvor als Obergrenze innerhalb eines Bereichs von 25 nm oder weniger festgelegt wurde. Nicht-ultrafeine Partikel 16b die von den ultrafeinen Partikeln 16a verschieden sind, sind Feinpartikel mit vergleichsweise großen Partikelgrößen, und viele von ihnen bewegen sich in Gasflussrichtung und durchlaufen den Wabenfilter 20, ohne an den Wandoberflächen der Zellen 22 adsorbiert zu werden, da die Brown'sche Bewegung moderat ist. Andererseits diffundieren viele der ultrafeinen Partikel 16a in Richtung der Wandoberflächen der Zellen 22 und werden dort adsorbiert, anstatt in Gasflussrichtung vorzudringen, da die Brown'sche Bewegung aktiv ist. 3 stellt die Penetrationseigenschaften des Wabenfilters 20 unter der Annahme dar, dass der Wabenfilter 20 beispielsweise so bemessen ist, dass er eine Wanddicke von 12 mil (ca. 305 µm), eine Zelldichte von 300 Zellen/Quadratzoll und eine Länge von 5,4 mm in Gasflussrichtung aufweist. Aus 3 ist zu sehen, dass der Penetrationskoeffizient der ultrafeinen Partikel 16a niedriger ist als jener der nicht-ultrafeinen Partikel 16b. Insbesondere ist der Penetrationskoeffizient der Feinpartikel mit einer Partikelgröße von 10 nm im Wesentlichen Null, der Penetrationskoeffizient der Feinpartikel mit einer Partikelgröße von 23 nm ist etwa 0,2 und der Penetrationskoeffizient der Feinpartikel mit einer Partikelgröße von 50 nm oder mehr ist 0,5 oder mehr. So entfernt der Wabenfilter 20 selektiv die ultrafeinen Partikel 16a. Ein Teil der nicht-ultrafeinen Partikel 16b wird ebenfalls durch den Wabenfilter 20 entfernt. Die Umrechnung in die Anzahl der tatsächlich im Abgas enthaltenen nicht-ultrafeinen Partikel 16b kann jedoch durch Korrektur der mit der Zahlmessvorrichtung 60 gemessenen Partikelzahl unter Berücksichtigung der Menge (Verlust) der vom Wabenfilter 20 entfernten nicht-ultrafeinen Partikel 16b erfolgen.
Der Wabenfilter 20 kann aus Keramik oder Metall, vorzugsweise aber aus Keramik gefertigt sein. Der Grund dafür ist, dass der Wabenfilter 20 aus Keramik eine höhere Hitzebeständigkeit aufweist und sich besser für den Fall eignet, dass er durch die später beschriebene Heizung 70 auf eine hohe Temperatur erwärmt wird, um die Feinpartikel, die hauptsächlich aus Kohlenstoff bestehen, thermisch zu zersetzen. Es erscheint ausreichend, dass die für die thermische Zersetzung der Feinpartikel erforderliche Temperatur beispielsweise 600 °C oder höher ist. Die Keramik ist vorzugsweise mindestens eine, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Mullit, Zirkonoxid, Cordierit und Magnesiumoxid. Wenn der Wabenfilter 20 aus Metall gefertigt ist, können ähnliche Effekte auch durch die Wahl eines Metalls mit hoher Hitzebeständigkeit, wie beispielsweise rostfreier Stahl, erzielt werden.
Die Oberflächenrauigkeit Ra der Gasdurchgangsflächen im Wabenfilter 20 ist nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt, sondern beträgt vorzugsweise 0,1 µm oder mehr. Der Grund dafür ist, dass durch die Einstellung der Oberflächenrauigkeit Ra die Oberfläche zunimmt und die Anzahl der an den Gasdurchgangsflächen haftenden Feinpartikel zunimmt, so dass es möglich ist, die Dauer bis zur Verstopfung zu verlängern und damit die Lebensdauer des Wabenfilters 20 zu verbessern. Ein Material, das den Wabenfilter 20 bildet, ist ein poröser Körper mit geschlossenen Poren. Bei Verwendung eines solchen Materials wird die Zeit, die zum Erwärmen des Wabenfilters 20 auf eine vorgegebene Temperatur erforderlich ist, verkürzt, wenn die am Wabenfilter 20 haftenden Feinpartikel mit dem später beschriebenen Heizgerät 70 thermisch zersetzt werden, da die Wärmekapazität des Wabenfilters 20 selbst reduziert wird, wodurch eine Zählvorrichtung für die Partikelzahl mit guter Wartbarkeit realisiert werden kann. Die Porosität ist unter Berücksichtigung der Filterleistung vorzugsweise so hoch wie möglich. Wenn die Porosität jedoch zu hoch ist, besteht die Möglichkeit, dass die mechanische Festigkeit abnimmt. Daher wird die Porosität vorzugsweise auf 80 % oder weniger eingestellt.
Wie in 1 dargestellt, ist die Ladungsadditionseinheit 30 in einer Oberfläche (rückseitige Oberfläche) des Wabenfilters 20 auf der in Gasflussrichtung stromabwärts liegenden Seite montiert. Die Ladungsadditionseinheit 30 umfasst erste leitfähige Stopfen 31 und zweite leitfähige Stopfen 32. 4 ist eine partielle Rückansicht des Wabenfilters 20. Die ersten und zweiten leitenden Stopfen 31 und 32 werden gebildet, indem die vielen Zellen 22, die in vertikaler und horizontaler Richtung angeordnet sind, abwechselnd mit einem leitenden Material (z. B. Metall) abgedichtet werden. In 4 werden diese Zellen, wenn man die in horizontaler Richtung angeordneten Zellen 22 betrachtet, wiederholt in der folgenden Reihenfolge angeordnet: nicht abgedichtete Zelle 22, durch den ersten leitenden Stopfen 31 abgedichtete Zelle 22, nicht abgedichtete Zelle 22 und durch den zweiten leitenden Stopfen 32 abgedichtete Zelle 22. Betrachtet man die in vertikaler Richtung angeordneten Zellen 22, so werden diese Zellen wiederholt in der folgenden Reihenfolge angeordnet: durch den ersten leitenden Stopfen 31 abgedichtete Zelle 22, nicht abgedichtete Zelle 22, durch den zweiten leitenden Stopfen 32 abgedichtete Zelle 22, und nicht abgedichtete Zelle 22. Die Vielzahl der ersten leitenden Stopfen 31, die nacheinander in diagonaler Richtung (d.h. in einer von unten nach oben rechts schräg ausgerichteten Richtung) angeordnet sind, sind über eine erste leitende Leitung 31a elektrisch miteinander verbunden, die sich kontinuierlich schräg durch die Trennwände 24 des Wabenfilters 20 erstreckt. Ebenso ist die Vielzahl der zweiten leitenden Stopfen 32, die nacheinander in diagonaler Richtung angeordnet sind (d.h. in einer von unten nach oben rechts schräg ausgerichteten Richtung), über eine zweite leitende Leitung 32a elektrisch miteinander verbunden, die sich kontinuierlich schräg durch die Trennwände 24 erstreckt. Jedes Paar des ersten leitenden Stopfens 31 und des zweiten leitenden Stopfens 32, die sich mit der dazwischen liegenden Trennwand 24 gegenüberliegen, bildet die Ladungsadditionseinheit 30 zusammen mit der Trennwand 24 zwischen den beiden Stopfen 31 und 32. Mit anderen Worten wird die Ladungsadditionseinheit 30 gebildet durch die ersten leitenden Stopfen 31, die als Entladungselektroden dienen, die zweiten leitenden Stopfen 32, die als Masseelektroden dienen, und die Trennwände 24, die als dielektrische Schichten dienen und zwischen den beiden Stopfen liegen. Wenn Strom aus einem Niederfrequenz- oder Gleichstrom-Entladungsnetzteil 34 zugeführt wird, um eine hohe Potentialdifferenz zwischen dem ersten leitenden Stopfen 31 und dem zweiten leitenden Stopfen 32 zu erzeugen, werden Sauerstoffmoleküle, Wassermoleküle und dergleichen im Abgas durch Luftentladung ionisiert, und es werden Ionen (Ladungen) generiert. Beispiele der Luftentladung umfassen Koronaentladung, dielektrische Barrierenentladung und sowohl Koronaentladung als auch dielektrische Barrierenentladung. In 4 ist ein Entladungsbereich 36 schematisch durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet, die eine Sektorform definiert. Während das Abgas durch die Luftentladung strömt, werden die Ladungen 18 den nicht-ultrafeinen Partikeln 16b hinzugefügt und diese Partikel werden zu geladenen Feinpartikeln P, wie in 1 dargestellt.
Die Auffangvorrichtung 40 ist eine Vorrichtung zum Auffangen der geladenen Feinpartikel P und ist in einem Hohlabschnitt 12c des Gasdurchgangsrohrs 12 angeordnet. Die Auffangvorrichtung 40 umfasst einen Elektrofeldgenerator 42 und eine Auffangelektrode 48. Der Elektrofeldgenerator 42 umfasst eine negative Elektrode 44, die in eine Wand des Hohlabschnitts 12c eingebettet ist, und eine positive Elektrode 46, die in eine Wand gegenüber der negativen Elektrode 44 eingebettet ist. Die Auffangelektrode 48 ist an der Wand des Hohlabschnitts 12c freiliegend, in den die positive Elektrode 46 eingebettet ist. An die negative Elektrode 44 des Elektrofeldgenerators 42 wird ein negatives Potential -V1 und an die positive Elektrode 46 ein Erdpotential Vss angelegt. Das Niveau des negativen Potentials -V1 reicht von einer Größenordnung von -mV bis zu mehreren zehn -V. Unter diesen Bedingungen entsteht innerhalb des Hohlabschnitts 12c ein elektrisches Feld, das von der positiven Elektrode 46 auf die negative Elektrode 44 gerichtet ist. Dementsprechend werden die in den Hohlabschnitt 12c eindringenden geladenen Feinpartikel P durch die Wirkung des erzeugten elektrischen Feldes von der positiven Elektrode 46 angezogen und von der Auffangelektrode 48 erfasst, die in der Mitte eines Bewegungspfades der geladenen Feinpartikel P in Richtung der positiven Elektrode 46 angeordnet ist.
Die Zusatzladungsentfernungsvorrichtung 50 ist eine Vorrichtung zum Entfernen der Ladungen 18, die nicht an die Feinpartikel 16 abgegeben wurden, und sie befindet sich im Hohlabschnitt 12c an einer Position vor der Auffangvorrichtung 40 (auf der stromaufwärts gelegenen Seite in Gasflussrichtung). Die Zusatzladungsentfernungsvorrichtung 50 umfasst einen Elektrofeldgenerator 52 und eine Entfernungselektrode 58. Der Elektrofeldgenerator 52 umfasst eine negative Elektrode 54, die in eine Wand des Hohlabschnitts 12c eingebettet ist, und eine positive Elektrode 56, die in eine Wand gegenüber der negativen Elektrode 54 eingebettet ist. Die Entfernungselektrode 58 ist an der Wand des Hohlabschnitts 12c freiliegend, in den die positive Elektrode 56 eingebettet ist. An die negative Elektrode 54 des Elektrofeldgenerators 52 wird ein negatives Potential -V2 und an die positive Elektrode 56 das Erdpotential Vss angelegt. Das Niveau des negativen Potentials - V2 reicht von einer Größenordnung von -mV bis zu mehreren zehn -V. Der Absolutwert des negativen Potentials -V2 ist um eine Größenordnung oder mehr kleiner als jener des negativen Potentials -V1, das an der negativen Elektrode 44 der Auffangvorrichtung 40 angelegt ist. Unter diesen Bedingungen entsteht ein schwaches elektrisches Feld, das von der positiven Elektrode 56 auf die negative Elektrode 54 gerichtet ist. Dementsprechend werden diejenigen unter den Ladungen 18, die in der Ladungsadditionseinheit 30 aufgrund der Luftentladung gebildet werden und die nicht zu den Feinpartikeln 16 hinzugefügt werden, durch die Wirkung des schwachen elektrischen Feldes zur positiven Elektrode 56 hingezogen und durch die Entfernungselektrode 58, die in der Mitte eines Bewegungspfades der Ladungen 18 zur positiven Elektrode 56 angeordnet ist, zum Erdpotential abgeleitet.
Die Zahlmessvorrichtung 60 ist eine Vorrichtung zum Messen der Zahl der Feinpartikel 16 auf der Grundlage der Menge der Ladungen 18 der geladenen Feinpartikel P, die aufgefangen wurden, und sie umfasst eine Strommesseinheit 62 und eine Zahlberechnungseinheit 64. Zwischen der Strommesseinheit 62 und der Auffangelektrode 48 sind ein Kondensator 66, ein Widerstand 67 und ein Schalter 68 seriell miteinander verbunden, und zwar von der Seite nahe der Auffangelektrode 48. Der Schalter 68 ist vorzugsweise ein Halbleiterschalter. Wenn der Schalter 68 eingeschaltet und die Auffangelektrode 48 und die Strommesseinheit 62 elektrisch miteinander verbunden sind, wird ein von den Ladungen 18, die den auf der Auffangelektrode 48 haftenden geladenen Feinpartikeln P hinzugefügt werden, erzeugter Strom als transiente Reaktion über eine Serienschaltung, die aus dem Kondensator 66 und dem Widerstand 67 besteht, an die Strommesseinheit 62 übertragen. Als Strommesseinheit 62 kann ein handelsübliches Amperemeter verwendet werden. Die Zahlberechnungseinheit 64 berechnet die Anzahl der geladenen Feinpartikel P auf der Grundlage eines aus der Strommesseinheit 62 erhaltenen Stromwertes.
Die Heizung 70 ist in die Wand des Hohlabschnitts 12c eingebettet, in dem die Auffangelektrode 48 angeordnet ist. Die Stromversorgung der Heizung 70 erfolgt über ein nicht dargestelltes Netzteil, wenn die von der Auffangelektrode 48 aufgefangenen geladenen Feinpartikel P verbrannt werden sollen, um die Auffangelektrode 48 zu regenerieren. Die Heizung 70 wird weiterhin verwendet, wenn die Anzahl der Feinpartikel in einem Zustand gemessen werden soll, der frei von den Einflüssen makromolekularer Kohlenwasserstoffe, genannt SOF (Soluble Organic Fraction), ist.
Ein Anwendungsbeispiel für den Feinpartikelzahldetektor 10 wird im Folgenden beschrieben. Bei der Messung von Feinpartikeln im Autoabgas wird der Feinpartikelzahldetektor 10 an einem Motorabgasrohr angebracht. Zu diesem Zeitpunkt ist der Feinpartikelzahldetektor 10 so angebracht, dass das Abgas vom Gaseinlass 12a des Feinpartikelzahldetektors 10 in das Gasdurchgangsrohr 12 eingeleitet und aus dem Gasauslass 12b abgegeben wird.
Wie oben beschrieben, werden die Feinpartikel 16 in die ultrafeinen Partikel 16a und die nicht ultrafeinen Partikel 16b unterteilt, und die ultrafeinen Partikel 16a sind nicht das Messobjekt gemäß den Definitionen des PMP. Die Auftrittshäufigkeit der ultrafeinen Partikel 16a ist niedrig, wenn die Temperatur des Abgases hoch ist (z. B. 200 °C oder höher), aber sie steigt bei niedriger Temperatur (z. B. 100 °C oder niedriger) so weit an, dass sie einen Peak in der Partikelgrößenverteilung der Feinpartikel 16 zeigt. Darüber hinaus wird die Heizung 70 verwendet, um die an dem Wabenfilter 20 anhaftenden Partikel zu entfernen. Mit der Funktion, die am Wabenfilter 20 anhaftenden Partikel zu entfernen, kann ein Feinpartikelzähler mit guter Wartbarkeit realisiert werden.
Während das Abgas, das aus dem Gaseinlass 12a in das Gasdurchgangsrohr 12 eingeleitet wurde, den Wabenfilter 20 durchläuft, werden die ultrafeinen Partikel 16a unter den im Abgas enthaltenen Feinpartikeln 16 selektiv entfernt. Andererseits werden die Ladungen 18 durch die Luftentladung in der Ladungsadditionseinheit 30 erzeugt. Die erzeugten Ladungen 18 werden zur in Gasflussrichtung stromabwärts liegenden Seite des Wabenfilters 20 abgegeben. Die Feinpartikel 16 (hauptsächlich die nicht-ultrafeinen Partikel 16b), die den Wabenfilter 20 durchlaufen haben, werden mit den Ladungen 18 gemischt, die in Gasflussrichtung an die stromabwärts gelegene Seite des Wabenfilters 20 abgegeben werden, und dringen dann in den Hohlabschnitt 12c ein, nachdem ihnen die Ladungen 18 zugegeben wurden und sie zu den geladenen Feinpartikeln P wurden. Die geladenen Feinpartikel P durchlaufen in dieser Form die Zusatzladungsentfernungsvorrichtung 50, in der das elektrische Feld schwach ist und die Länge der Entladungselektrode 58 kürzer ist, d. h, 1/20 bis 1/10, im Vergleich zu jener des Hohlabschnitts 12c, und sie erreichen dann die Auffangvorrichtung 40. Die Ladungen 18, die den Feinpartikeln 16 nicht zugegeben wurden, kommen auch in den Hohlabschnitt 12c. Diese Ladungen 18 werden von der positiven Elektrode 56 der Zusatzladungsentfernungsvorrichtung 50 angezogen, obwohl das elektrische Feld schwach ist, und werden über die Entfernungselektrode 58 an das Erdpotential abgegeben, welche in der Mitte des Bewegungspfades der Ladungen 18 in Richtung der positiven Elektrode 56 angeordnet ist. Somit erreichen die meisten der unerwünschten Ladungen 18, die nicht zu den Feinpartikeln 16 hinzugefügt wurden, nicht die Auffangvorrichtung 40.
Beim Erreichen der Auffangvorrichtung 40 werden die geladenen Feinpartikel P von der positiven Elektrode 46 angezogen und von der Auffangelektrode 48 aufgefangen, die in der Mitte des Bewegungspfades der geladenen Feinpartikel P in Richtung der positiven Elektrode 46 angeordnet ist. Ein Strom, der durch die Ladungen 18 der geladenen Feinpartikel P erzeugt wird, die an der Auffangelektrode 48 haften, wird als transiente Reaktion auf die Strommesseinheit 62 der Zahlmessvorrichtung 60 durch die Serienschaltung übertragen, die aus dem Kondensator 66 und dem Widerstand 67 gebildet ist.
Die Beziehung zwischen einem Strom I und einer Ladungsmenge q wird durch I = dq/(dt) oder q = ∫Idt ausgedrückt. In Anbetracht dieser Beziehung integriert (akkumuliert) die Zahlberechnungseinheit 64 einen von der Strommesseinheit 62 erhaltenen Strom für eine Zeit, in der der Schalter 68 eingeschaltet wird (d.h. eine Einschaltzeit), wodurch ein integraler Wert des Stromwertes (d.h. eine akkumulierte Ladungsmenge) bestimmt wird. Nach Ablauf der Einschaltzeit wird eine Gesamtladungszahl (Anzahl der erfassten Ladungen) durch Division der Menge der akkumulierten Ladungen durch eine Elementarladung bestimmt, und die Anzahl der aufgefangenen Ladungen wird durch einen Durchschnittswert der zu jedem Feinpartikel 16 hinzugefügten Ladungszahlen geteilt. Somit kann die Anzahl der Feinpartikel 16, die für eine bestimmte Zeit (z. B. 5 bis 15 Sek.) an der Auffangelektrode 48 anhaften, ermittelt werden. Die Zahlberechnungseinheit 64 kann die Anzahl der Feinpartikel 16 berechnen, die über einen vorbestimmten Zeitraum (z. B. 1 bis 5 min) an der Auffangelektrode 48 haften, indem sie die Berechnung des Zählens der Anzahl der Feinpartikel 16 für den bestimmten Zeitraum wiederholt und berechnete Werte für den vorbestimmten Zeitraum integriert. Darüber hinaus ermöglicht es die Verwendung des transienten Ansprechverhaltens durch den Kondensator 66 und den Widerstand 67, selbst einen kleinen Strom zu messen und die Anzahl der Feinpartikel 16 mit hoher Genauigkeit zu erfassen. So kann beispielsweise unter Verwendung des Widerstandes 67 mit einem großen Widerstandswert und einer Erhöhung der Zeitkonstante ein kleiner Strom gemessen werden, wenn der kleine Strom auf einem Niveau von pA (Pico-Ampere) oder nA (Nano-Ampere) liegt. Die Auffangelektrode 48 wird zeitnah regeneriert, indem die Heizung 70 mit Strom versorgt und die von der Auffangelektrode 48 aufgefangenen Feinpartikel 16 verbrannt werden.
Die von der Zahlberechnungseinheit 64 berechnete Anzahl der Feinpartikel stellt die Anzahl der Feinpartikel 16 (hauptsächlich der nicht-ultrafeinen Partikel 16b) dar, nachdem sie den Wabenfilter 20 durchlaufen haben. Obwohl die ultrafeinen Partikel 16a, die nicht das Messobjekt sind, selektiv durch den Wabenfilter 20 entfernt werden, während das Abgas durch den Wabenfilter 20 strömt, wird ein Teil der nicht-ultrafeinen Partikel 16b als Messobjekt auch durch den Wabenfilter 20 entfernt. Darüber hinaus passieren die nicht-ultrafeinen Partikel 16b, die in die abgedichteten Zellen 22 im Wabenfilter 20 gelangt sind, nicht den Wabenfilter 20. Unter Berücksichtigung der vorgenannten Punkte ist die von der Zahlberechnungseinheit 64 berechnete Anzahl der Feinpartikel nicht die tatsächliche Anzahl der Feinpartikel, sondern die scheinbare Anzahl der Feinpartikel. Ein Wert nahe der tatsächlichen Anzahl der Feinpartikel kann bestimmt werden, indem eine Korrektur durchgeführt wird, um nicht nur die Menge (Verlust) der vom Wabenfilter 20 aufgefangenen nicht-ultrafeinen Partikel 16b auszugleichen, sondern auch die Anzahl der nicht-ultrafeinen Partikel 16b, die in die abgedichteten Zellen 22 gelangt sind. Wenn der Wabenfilter 20 beispielsweise die in 3 dargestellten Penetrationseigenschaften aufweist, kann der Wert nahe der tatsächlichen Anzahl der Feinpartikel bestimmt werden, indem ein Mittelwert der Penetrationskoeffizienten der nicht-ultrafeinen Partikel 16b bestimmt wird, die scheinbare Anzahl der Feinpartikel durch den Mittelwert dividiert wird und ein resultierender Wert durch die Menge der Anzahl der nicht abgedichteten Zellen 22 bezogen auf die Gesamtzahl der Zellen 22 dividiert wird.
Die Korrespondenzbeziehung zwischen den Komponenten in dieser Ausführungsform und den Komponenten in der vorliegenden Erfindung ist wie folgt. Der Wabenfilter 20 entspricht in dieser Ausführungsform einem Filter in der vorliegenden Erfindung, und die Ladungsadditionseinheit 30 entspricht einer Ladungsadditionsvorrichtung. Die Auffangvorrichtung 40 und die Zahlmessvorrichtung 60 entsprechen einer Detektionsvorrichtung in der vorliegenden Erfindung.
Gemäß der oben ausführlich beschriebenen Ausführungsform kann die Anzahl der als Messobjekt im Autoabgas enthaltenen nicht-ultrafeinen Partikel 16b unabhängig von der Temperatur des Abgases mit hoher Genauigkeit erfasst werden. Genauer gesagt, ist die Auftrittshäufigkeit der ultrafeinen Partikel 16a, die nicht das Messobjekt sind, niedrig, wenn die Temperatur des Abgases hoch ist (z. B. 200 °C oder höher), aber sie steigt bei niedriger Temperatur (z. B. 100 °C oder niedriger). Da in der Ausführungsform die ultrafeinen Partikel 16a jedoch im Voraus durch den Wabenfilter 20 selektiv entfernt werden, wird die Anzahl der ultrafeinen Partikel 16a kaum in dem Wert gezählt, der der tatsächlichen Anzahl der Feinpartikel nahe kommt, die letztendlich berechnet wird. Somit kann die Anzahl der als Messobjekt im Autoabgas enthaltenen Feinpartikel unabhängig von der Temperatur des Abgases mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
Darüber hinaus kann durch den Einsatz des Wabenfilters 20 die vorliegende Erfindung mit einem vergleichsweise einfachen Aufbau realisiert werden. Da insbesondere die Ladungsadditionseinheit 30 und der Wabenfilter 20 in einer integralen Struktur aufgebaut sind, kann die vorliegende Erfindung mit einer einfacheren Struktur realisiert werden.
Es versteht sich von selbst, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist und dass die vorliegende Erfindung in verschiedenen Formen ausgeführt werden kann, soweit sie in den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung fällt.
So sind beispielsweise in der oben beschriebenen Ausführungsform die ersten leitenden Stopfen 31, die als Entladungselektroden dienen, und die zweiten leitenden Stopfen 32, die als Masseelektroden dienen, als Ladungsadditionseinheit 30 in Zuständen angeordnet, die die Zellen 22 abdichten, aber die Zellen 22 müssen nicht unbedingt abgedichtet sein. Wie in 5 beispielhaft gezeigt, können erste leitende Dünnfilme 131 an den Innenwänden der Zellen 22 angeordnet werden, anstatt die ersten leitenden Stopfen 31 zu bilden, und zweite leitende Dünnfilme 132 können an den Innenwänden der Zellen 22 angeordnet werden, anstatt die zweiten leitenden Stopfen 32 zu bilden. Die Vielzahl der ersten leitenden Filme 131, die nacheinander in diagonaler Richtung angeordnet sind, sind über eine erste leitende Leitung 131a elektrisch miteinander verbunden, die sich kontinuierlich schräg durch die Trennwände 24 erstreckt. Darüber hinaus ist die Vielzahl der zweiten leitfähigen Filme 132, die nacheinander in diagonaler Richtung angeordnet sind, über eine zweite leitfähige Leitung 132a elektrisch miteinander verbunden, die sich kontinuierlich schräg durch die Trennwände 24 erstreckt. Auch in diesem Fall können ähnliche vorteilhafte Effekte wie in der oben beschriebenen Ausführungsform erzielt werden. Darüber hinaus kann ein Druckabfall des durch den Wabenfilter 20 strömenden Abgases gegenüber der oben beschriebenen Ausführungsform reduziert werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Ladungsadditionseinheit 30 integral mit dem Wabenfilter 20 auf der stromabwärts gelegenen Seite ausgebildet, aber diese beiden Komponenten können getrennt voneinander gebildet sein. Ein Beispiel für einen solchen Fall ist in 6 dargestellt. Ein in 6 dargestellter Feinpartikelzahldetektor 110 ist dem Feinpartikelzahldetektor 10 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform ähnlich, mit der Ausnahme, dass anstelle des Wabenfilters 20 ein Wabenfilter 120 ohne die Ladungsadditionseinheit 30 angeordnet ist und dass ein Ladungsadditionselement 230 zwischen dem Wabenfilter 120 und dem Hohlabschnitt 12c angeordnet wird. Unter Berücksichtigung des obigen Punktes werden im Feinpartikelzahldetektor 110 ähnliche Komponenten wie im Feinpartikelzahldetektor 10 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei die Beschreibung dieser Komponenten weggelassen wird. Der Wabenfilter 120 ist ein Wabenstrukturkörper aus Keramik und weist viele Zellen 122 auf, die den Wabenfilter 120 entlang einer Gasflussrichtung durchdringen. Das Ladungsadditionselement 230 umfasst eine Nadelelektrode 232 und eine Gegenelektrode 233, die gegenüber der Nadelelektrode 232 angeordnet ist. Die Nadelelektrode 232 und die Gegenelektrode 233 sind mit einem Entladungsnetzteil 234 verbunden, das eine Spannung Vp (z. B. eine Impulsspannung) anlegt. Wenn die Spannung Vp zwischen der Nadelelektrode 232 und der Gegenelektrode 233 angelegt wird, erzeugt das Ladungsadditionselement 230 aufgrund einer Potentialdifferenz zwischen beiden Elektroden eine Luftentladung. Während das durch den Wabenfilter 120 gelaufene Abgas die Luftentladung durchläuft, werden die Ladungen 18 den Feinpartikeln 16 (hauptsächlich den nicht-ultrafeinen Partikeln 16b) im Abgas hinzugefügt, und diese Partikel werden zu den geladenen Feinpartikeln P. Da die ultrafeinen Partikel 16a durch den auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Ladungsadditionselements 230 angeordneten Wabenfilter 120 selektiv entfernt werden, kann die Anzahl der als Messobjekt im Autoabgas enthaltenen Feinpartikel unabhängig von der Temperatur des Abgases mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.
Obwohl das Ladungsadditionselement 230 aus der Nadelelektrode 232 und der Gegenelektrode 233 besteht, kann es anders aufgebaut sein. So kann beispielsweise die Luftentladung erzeugt werden, indem eine Entladungselektrode auf einer Oberfläche einer dielektrischen Schicht, eine Masseelektrode auf der anderen Oberfläche oder innerhalb der dielektrischen Schicht angeordnet wird und Niederfrequenz- oder Gleichstromenergie zugeführt wird, um eine hohe Potentialdifferenz zwischen der Entladungselektrode und der Masseelektrode zu erzeugen.
Wie in 7 dargestellt, kann anstelle des Wabenfilters 120 im Feinpartikelzahldetektor 110 von 6 ein Filter 220 mit Spalten 222 verwendet werden. Im Filter 220 sind die Spalten 222 durch Anordnen einer Vielzahl von Metallplatten 224 in vorbestimmten Abständen gebildet. Das Spaltintervall ist auf einen Bereich von mindestens 0,01 mm und weniger als 0,2 mm eingestellt. Der Grund, warum das Spaltintervall auf nicht weniger als 0,01 mm eingestellt ist, liegt darin, dass der Druckabfall nicht zu hoch wird, und der Grund, warum das Spaltintervall auf weniger als 0,2 mm eingestellt ist, liegt darin, dass die ultrafeinen Partikel unter der Brown'schen Bewegung leichter an den Metallplatten 224 adsorbiert werden können. 8 ist ein Graph, der die Penetrationseigenschaften des Filters 220 darstellt, wenn das Spaltintervall auf 4 mm und 0,1 mm eingestellt ist. Wenn das Spaltintervall 4 mm beträgt, dringen feine Partikel im Gas mit hohen Penetrationskoeffizienten unabhängig von der Partikelgröße durch die Spalten 222, da das Spaltintervall zu groß ist. Andererseits bewegen sich viele der nicht-ultrafeinen Partikel bei einem Spaltintervall von 0,1 mm in Gasströmungsrichtung und passieren den Filter 220, ohne an den Wandflächen der Metallplatten 224 adsorbiert zu werden, da die Brown'sche Bewegung moderat ist. Viele der ultrafeinen Partikel diffundieren jedoch in Richtung der Wandoberflächen der Metallplatten 224 und werden dort adsorbiert, anstatt in Gasflussrichtung zu wandern, da die Brown'sche Bewegung aktiv ist. Wenn das Spaltintervall 0,1 mm beträgt, ist der Penetrationskoeffizient von feinen Partikeln mit der Partikelgröße von 10 nm etwa 0,2, der Penetrationskoeffizient von feinen Partikeln mit der Partikelgröße von 23 nm etwa 0,7 und der Penetrationskoeffizient von feinen Partikeln mit der Partikelgröße von 50 nm oder mehr nicht niedriger als 0,8. Somit kann der Filter 220 die ultrafeinen Partikel 16a selektiv entfernen. So kann auch bei Verwendung des in 7 dargestellten Filters 220 anstelle des Wabenfilters 120 im Feinpartikelzahldetektor 110 von 6 die Anzahl der im Autoabgas als Messobjekt enthaltenen Feinpartikel unabhängig von der Temperatur des Abgases mit hoher Genauigkeit erfasst werden, da die ultrafeinen Partikel durch den auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Ladungsadditionselements 230 angeordneten Filter 220 selektiv entfernt werden. Die in 8 dargestellten Penetrationseigenschaften entsprechen den PMP-Definitionen besser als die in 3 dargestellten. Der Filter 220 ist ebenfalls vorzugsweise aus Keramik gefertigt, wie beim Wabenfilter 120.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Anzahl der Feinpartikel 16 gemessen, zu denen die Ladungen 18 hinzugefügt werden, aber die Anzahl der Feinpartikel 16, zu denen Ladungen 18 hinzugefügt werden, kann auch bestimmt werden, indem die Anzahl der Ladungen 18, die nicht zu den Feinpartikeln 16 hinzugefügt wurden, von der Gesamtzahl der erzeugten Ladungen 18 abgezogen wird (siehe z. B. dritte Ausführungsform in WO2015/146456 ). Genauer gesagt, wird die Anzahl (N1) der in der Ladungsadditionseinheit 30 erzeugten Ladungen 18 zunächst mit Hilfe von Gas gezählt, in dem die Feinpartikel 16 kaum vorhanden sind. Anschließend wird die Anzahl (N2) der in der Ladungsadditionseinheit 30 erzeugten Ladungen 18, die nicht zu den Feinpartikeln 16 hinzugefügt wurden, mit Hilfe von Gas gezählt, welches die Feinpartikel 16 beinhaltet. Die Anzahl (N3) der in der Ladungsadditionseinheit 30 erzeugten Ladungen 18, die zu den Feinpartikeln 16 hinzugefügt wurden, kann aus N3 = N1 - N2 bestimmt werden. Ein Wert (N), der sich aus der Division von N3 durch einen Mittelwert NA der Anzahl der zu jedem Feinpartikel 16 hinzugefügten Ladungen ergibt, ist im Wesentlichen gleich der Anzahl der Feinpartikel 16, und er kann aus N = N3/NA bestimmt werden. Auch die Anzahl der im Gas enthaltenen Feinpartikel kann so gemessen werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die vorgegebene Partikelgröße auf 23 nm eingestellt und die ultrafeinen Partikel 16a, die nicht größer als die vorgegebene Partikelgröße als Obergrenze sind, werden selektiv durch den Wabenfilter 20 entfernt, wobei die vorgegebene Partikelgröße auf 25 nm, 20 nm, 15 nm oder 10 nm eingestellt werden kann. In diesem Fall können die Wanddicke, die Zellendichte, die Länge der Gasflussrichtung usw. des Wabenfilters 20 entsprechend geändert werden, abhängig von dem Wert der vorgegebenen Partikelgröße.
Obwohl die oben beschriebene Ausführungsform exemplarisch den Feinpartikelzahldetektor 10 zur Messung der Anzahl der Feinpartikel in Gas veranschaulicht, kann anstelle der Messung der Anzahl der Feinpartikel in Gas bestimmt werden, ob die Anzahl der Feinpartikel innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt (z. B. ob die Anzahl der Feinpartikel einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet).
In der oben beschriebenen Ausführungsform umfasst der Feinpartikelzahldetektor 10 die Zusatzladungsentfernungsvorrichtung 50, wobei die Zusatzladungsentfernungsvorrichtung 50 weggelassen werden kann.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-137414 , eingereicht am 12. Juli 2016, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann auf einen Feinpartikelzahldetektor zum Erfassen der Anzahl der Feinpartikel in einem zu messenden Gas angewendet werden.
Bezugszeichenliste
10 Feinpartikelzahldetektor, 12 Gasdurchgangsrohr, 12a Gaseinlass, 12b Gasauslass, 12c Hohlabschnitt, 16 Feinpartikel, 16a ultrafeines Partikel, 16b nicht-ultrafeines Partikel, 18 Ladung, 20 Wabenfilter, 22 Zelle, 24 Trennwand, 30 Ladungsadditionseinheit, 31 erster leitender Stopfen, 31a erste leitende Leitung, 32 zweiter leitender Stopfen, 32a zweite leitende Leitung, 34 Entladungsnetzteil, 36 Entladungsbereich, 40 Auffangvorrichtung, 42 Elektrofeldgenerator, 44 negative Elektrode, 46 positive Elektrode, 48 Auffangelektrode, 50 Zusatzladungsentfernungsvorrichtung, 52 Elektrofeldgenerator, 54 negative Elektrode, 56 positive Elektrode, 58 Entfernungselektrode, 60 Zahlmessvorrichtung, 62 Strommesseinheit, 64 Zahlberechnungseinheit, 66 Kondensator, 67 Widerstand, 68 Schalter, 70 Heizung, 110 Feinpartikelzahldetektor, 120 Wabenfilter, 122 Zelle, 131 erster leitender Dünnfilm, 131a erste leitende Leitung, 132 zweiter leitender Dünnfilm, 132a zweite leitende Leitung, 220 Filter, 222 Spalt, 224 Metallplatte, 230 Ladungsadditionselement, 232 Nadelelektrode, 233 Gegenelektrode, 234 Entladungsnetzteil.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2014199204 [0002]
JP 2012117520 [0002]
WO 2015/146456 [0037]
JP 2016137414 [0041]

Claims

Feinpartikelzahldetektor umfassend: einen Filter, der selektiv ultrafeine Partikel, die nicht größer als eine vorbestimmte Partikelgröße sind, die zuvor als Obergrenze in einem Bereich von 25 nm oder weniger festgelegt wurde, aus den feinen Partikeln im Autoabgas entfernt, das in ein Gasdurchgangsrohr eingeführt wurde, eine Ladungsadditionsvorrichtung, die den Feinpartikeln in dem durch den Filter geleiteten Abgas Ladungen hinzufügt und geladene Feinpartikel erzeugt; und eine Detektionsvorrichtung, die die Anzahl der Feinpartikel im Abgas, die den Filter passiert haben, auf der Grundlage einer Menge an Ladungen der geladenen Feinpartikel oder einer Menge an Ladungen, die nicht zu den Feinpartikeln hinzugefügt wurden, erfasst.
Feinpartikelzahldetektor nach Anspruch 1, wobei der Filter ein Wabenfilter mit vielen Zellen ist.
Feinpartikelzahldetektor nach Anspruch 2, wobei die Ladungsadditionsvorrichtung eine dielektrische Schicht aus einer Wand zwischen benachbarten der vielen Zellen auf der in Strömungsrichtung des Abgases stromabwärts gelegenen Seite, sowie eine Entladungselektrode und eine Masseelektrode umfasst, zwischen welchen die dielektrische Schicht angeordnet.
Feinpartikelzahldetektor nach Anspruch 3, wobei die Ladungsadditionsvorrichtung eine Struktur aufweist, die, wenn man die viereckigen Querschnitte von vier der vielen Zellen betrachtet, die vier aus zwei vertikal angeordneten Zellen und zwei horizontal angeordneten Zellen bestehen, wobei eine der beiden diagonal angeordneten Zellen abgedichtet ist, um als Entladungselektrode zu dienen, die andere Zelle abgedichtet ist, um als Masseelektrode zu dienen und die beiden verbleibenden Zellen als Gasflusswege dienen.
Feinpartikelzahldetektor nach Anspruch 1, wobei der Filter Spalten umfasst, und der Abstand zwischen den Spalten auf einen Bereich von nicht weniger als 0,01 mm und weniger als 0,2 mm eingestellt ist.
Feinpartikelzahldetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Filter aus Keramik gefertigt ist.