DE112018000537T5

DE112018000537T5 - Partikelzähler

Info

Publication number: DE112018000537T5
Application number: DE112018000537.2T
Authority: DE
Inventors: Kazuyuki Mizuno; Hidemasa Okumura; Keiichi Kanno
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2017-01-26
Filing date: 2018-01-19
Publication date: 2019-11-07
Also published as: US20190346357A1; JPWO2018139346A1; CN110214266A; WO2018139346A1

Abstract

Ein Partikelzähler 10 beinhaltet: eine Abluftleitung 12 aus Keramik; elektrische Ladungserzeugungselemente 20, die durch Gasentladung elektrische Ladungen erzeugen; eine elektrische Felderzeugungselektrode 42; eine Sammelelektrode 44; eine elektrische Felderzeugungselektrode 52; und eine Entfernungselektrode 54. Induktionselektroden 24, die in den elektrischen Ladungserzeugungselementen 20 beinhaltet sind, sind in die Abluftleitung 12 eingebettet. Entladungselektroden 22, die in den elektrischen Ladungserzeugungselementen 20 beinhaltet sind, die elektrischen Felderzeugungselektroden 42 und 52 zum Sammeln und Entfernen, die Sammelelektrode 44 und die Entfernungselektrode 54 sind entlang der Innenwandfläche der Abluftleitung 12 angeordnet. Die elektrischen Ladungserzeugungselemente 20 sind entlang der Innenwandfläche der Abluftleitung 12 angeordnet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Partikelzähler.
Stand der Technik
In einem bekannten Partikelzähler werden Ionen durch eine Koronaentladung unter Verwendung eines elektrischen Ladungserzeugungselements erzeugt und Feinpartikel in einem Messgas werden durch die Ionen geladen. Die geladenen Feinpartikel werden von einer Sammelelektrode gesammelt und die Anzahl der Feinpartikel wird auf Grundlage der Menge an elektrischen Ladungen auf den gesammelten Feinpartikeln gemessen (siehe z. B. PTL 1). Ein anderer vorgeschlagener Partikelzähler beinhaltet eine Entfernungselektrode zum Entfernen überschüssiger elektrischer Ladungen, die nicht auf die Feinpartikel aufgebracht sind.
Literaturliste
Patentliteratur
PTL1: WO 2015/146456 A1
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In PTL 1 sind die Entfernungselektrode zum Sammeln nicht auf die Feinpartikel aufgebrachter elektrischer Ladungen und die Sammelelektrode zum Sammeln der geladenen Feinpartikel entlang einer Innenwandfläche einer Abluftleitung angeordnet. Es ist jedoch erforderlich, dass eine im elektrischen Ladungserzeugungselement enthaltene nadelförmige Elektrode später in einem Gehäuse installiert wird. Außerdem kann die nadelförmige Elektrode den Messgasstrom behindern. Ein weiteres Problem ist, dass die Feinpartikel dazu neigen, an der nadelförmigen Elektrode zu haften.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorstehend genannten Probleme zu lösen und eine ihrer Hauptaufgaben ist es, einen Partikelzähler bereitzustellen, der eine Abluftleitung und Elektroden umfasst, die einfach integral hergestellt werden können, wobei ein elektrisches Ladungserzeugungselement den Gasstrom nicht behindert und wobei Feinpartikel nicht dazu neigen, an dem elektrischen Ladungserzeugungselement zu haften.
Lösung des Problems
Der Partikelzähler der vorliegenden Erfindung umfasst:

eine Abluftleitung aus Keramik;
ein elektrisches Ladungserzeugungselement, das ein Paar von Elektroden zum Erzeugen elektrischer Ladungen durch Gasentladung beinhaltet und die elektrischen Ladungen auf Feinpartikel in einem Gas aufträgt, das in die Abluftleitung eingebracht wird, um dadurch geladene Feinpartikel zu bilden;
eine Sammelelektrode, die stromabwärts des Ladungserzeugungselements in einem Gasstrom innerhalb der Abluftleitung angeordnet ist und die geladenen Feinpartikel sammelt;
eine Sammelfelderzeugungselektrode, die an der Sammelelektrode ein elektrisches Feld erzeugt;
eine Entfernungselektrode, die zwischen dem Ladungserzeugungselement und der Sammelelektrode innerhalb der Abluftleitung angeordnet ist und überschüssige elektrische Ladungen, die nicht auf die Feinpartikel aufgebracht sind, entfernt;
eine Entfernungsfelderzeugungselektrode, die an der Entfernungselektrode ein elektrisches Feld erzeugt; und
eine Anzahlerfassungseinheit, die die Anzahl geladener Feinpartikel auf der Grundlage einer physikalischen Größe erfasst, die gemäß der Anzahl der auf der Sammelelektrode gesammelten geladenen Feinpartikel variiert,
wobei eine des im Ladungserzeugungselement enthaltenen Elektrodenpaares, die Sammelelektrode und die Entfernungselektrode entlang einer Innenwandfläche der Abluftleitung angeordnet sind, und
wobei die andere des im Ladungserzeugungselement enthaltenen Elektrodenpaares, die Sammelfelderzeugungselektrode und die Entfernungsfelderzeugungselektrode entlang der Innenwandfläche der Abluftleitung angeordnet sind oder in die Abluftleitung eingebettet sind.

In diesem Partikelzähler erzeugt das Ladungserzeugungselement elektrische Ladungen durch Gasentladung und die erzeugten elektrischen Ladungen werden auf die in die Abluftleitung eingebrachten Feinpartikel aufgebracht, um dadurch geladene Feinpartikel zu bilden. Die geladenen Feinpartikel werden von der Sammelelektrode gesammelt, die stromabwärts des Ladungserzeugungselements in dem Gasstrom angeordnet ist. Überschüssige elektrische Ladungen, die nicht auf die Feinpartikel aufgebracht sind, werden von der Entfernungselektrode entfernt, die zwischen dem Ladungserzeugungselement und der Sammelelektrode angeordnet ist. Die Anzahl von Feinpartikeln im Gas wird auf der Grundlage der physikalischen Größe erfasst, die gemäß der Anzahl der auf der Sammelelektrode gesammelten geladenen Feinpartikel variiert. Eine des im Ladungserzeugungselement enthaltenen Elektrodenpaares, die Sammelelektrode und die Entfernungselektrode sind entlang der Innenwandfläche der Abluftleitung ausgebildet. Die andere des im Ladungserzeugungselement enthaltenen Elektrodenpaares, die Sammelfelderzeugungselektrode und die Entfernungsfelderzeugungselektrode sind entlang der Innenwandfläche der Abluftleitung ausgebildet oder in die Abluftleitung eingebettet. Die Abluftleitung und die Elektroden können daher leicht integral hergestellt werden. Im Gegensatz zu der Verwendung der nadelförmigen Elektrode wird der Gasstrom beim Ladungserzeugungselement nicht behindert und es ist unwahrscheinlich, dass die Feinpartikel am Ladungserzeugungselement haften.
In der vorliegenden Beschreibung soll der Begriff „elektrische Ladungen“ nicht nur positive und negative Ladungen, sondern auch Ionen umfassen. Die Phrase „um die Anzahl von Feinpartikeln zu erfassen“ soll nicht nur bedeuten, dass die Anzahl der Feinpartikel gemessen wird, sondern auch, dass bewertet wird, ob die Anzahl der Feinpartikel in einen vorgeschriebenen Zahlenbereich fällt oder nicht (z. B. ob die Anzahl der Feinpartikel einen vorgeschriebenen Schwellenwert überschreitet oder nicht). Die „physikalische Größe“ kann jeder Parameter sein, der gemäß der Anzahl an geladenen Feinpartikeln (die Menge an elektrischen Ladungen) variiert und ist beispielsweise ein elektrischer Strom.
In dem Partikelzähler der vorliegenden Erfindung können die entlang der Innenwandfläche der Abluftleitung angeordneten Elektroden mit der Innenwandfläche der Abluftleitung unter Verwendung eines anorganischen Materials oder durch Sintern verbunden werden. Die Hitzebeständigkeit ist jedenfalls höher als wenn die Elektroden unter Verwendung eines organischen Materials verbunden werden würden.
Der Partikelzähler der vorliegenden Erfindung kann ferner eine Vielzahl der Sammelelektroden umfassen, die in Abständen von einer stromaufwärtigen Seite in Richtung einer stromabwärtigen Seite in Strömungsrichtung des Gases angeordnet sind. In diesem Fall werden gemäß der Fluiddynamik kleinere geladene Feinpartikel von Sammelelektroden auf der stromaufwärtigen Seite und größere geladene Feinpartikel von Sammelelektroden auf der stromabwärtigen Seite gesammelt. Dadurch können die geladenen Feinpartikel leicht klassifiziert werden.
In dem Partikelzähler der vorliegenden Erfindung kann die Anzahlerfassungseinheit die Anzahl geladener Feinpartikel auf der Grundlage der Kapazität eines Pseudo-Kondensators erfassen, der sich aus der Sammelfelderzeugungselektrode, der Sammelelektrode und einem Innenraum der Abluftleitung zusammensetzt. Die Anzahl geladener Feinpartikel kann auf der Grundlage eines Schwachstroms erfasst werden, der durch die Sammelelektrode fließt. Wird der Schwachstrom jedoch verstärkt, wird auch das Rauschen verstärkt, sodass es schwierig sein kann, die Genauigkeit zu erhöhen. Die Kapazität kann jedoch leicht mit relativ hoher Genauigkeit gemessen werden, indem beispielsweise ein LCR-Meter verwendet wird, sodass die Anzahl der geladenen Feinpartikel mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann.
Der Partikelzähler der vorliegenden Erfindung kann ferner einen piezoelektrischen Vibrator umfassen, der eine vordere Elektrode, eine hintere Elektrode und ein piezoelektrisches Element zwischen diesen umfasst, wobei die vordere Elektrode des piezoelektrischen Vibrators als die Sammelelektrode dienen kann. Die Anzahlerfassungseinheit kann die Anzahl der geladenen Feinpartikel auf der Grundlage einer Resonanzfrequenz erfassen, die gemäß der Anzahl der auf der vorderen Elektrode gesammelten geladenen Feinpartikel variiert, wobei der piezoelektrische Vibrator vibriert. Da die Resonanzfrequenz gemäß der Masse der auf der Sammelelektrode gesammelten geladenen Feinpartikel variiert, kann die Resonanzfrequenz beispielsweise unter Verwendung eines Impedanzanalysators mit relativ hoher Genauigkeit gemessen werden. Die Anzahl der geladenen Feinpartikel kann daher mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
In dem Partikelzähler der vorliegenden Erfindung kann die Abluftleitung eine zylindrische Abluftleitung sein, die durch Zusammenfügen zweier Halbteile aus Keramik, von denen jeder einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist, gebildet wird. In diesem Fall ist es - verglichen mit einer Abluftleitung mit rechteckigem Querschnitt - weniger wahrscheinlich, dass der Gasstrom gestört wird. Ein Auspuffrohr weist im Allgemeinen einen runden Querschnitt auf, wodurch der Partikelzähler mit dem Auspuffrohr leicht verbunden werden kann. Da die zwei Halbteile verbunden werden, kann außerdem die Abluftleitung mit rundem Querschnitt leicht hergestellt werden.
Die Anwendung des Partikelzählers der vorliegenden Erfindung unterliegt keinen besonderen Einschränkungen. Der Partikelzähler ist beispielsweise auf eine Luftgütemessung, eine Raumklimamessung, eine Schadstoffmessung, eine Messung von Verbrennungspartikeln aus Fahrzeugen usw., eine Überwachung der Partikelerzeugungsumgebung, eine Überwachung einer Partikelsyntheseumgebung usw. anwendbar. Insbesondere bei der Messung von Abgasen aus einem Fahrzeug muss der Partikelzähler der vorliegenden Erfindung langfristig hitzebeständig und langlebig gegenüber Hochtemperatur-Abgasen sein. Werden Feinpartikel, die an einer Entladungselektrode, einer Induktionselektrode, der Sammelelektrode und der Entfernungselektrode haften, erhitzt und verbrannt, ist eine höhere Hitzebeständigkeit erforderlich.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Struktur eines Partikelzählers 10 zeigt.
2 ist eine Querschnittsansicht entlang A-A in 1.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Struktur eines elektrischen Ladungserzeugungselements 20 zeigt.
4 ist ein Prozessdiagramm zur Herstellung einer gesinterten Aluminiumoxidplatte 123, die Elektroden 22, 24, 44 und 54 beinhaltet.
5 ist eine Querschnittsansicht der gesinterten Aluminiumoxidplatte 123, die die Elektroden 22, 24, 42 und 52 beinhaltet.
6 ist ein Prozessdiagramm zur Herstellung einer gesinterten Aluminiumoxidwand 125.
7 ist ein Prozessdiagramm zur Herstellung einer Abluftleitung 12.
8 ist ein weiteres Prozessdiagramm zur Herstellung der gesinterten Abluftleitung 12.
9 ist eine Querschnittsansicht einer Modifizierung des elektrischen Ladungserzeugungselements 20.
10 ist eine Querschnittsansicht eines Partikelzählers 110.
11 ist eine Querschnittsansicht eines Partikelzählers 210.
12 ist eine perspektivische Ansicht einer zylindrischen Abluftleitung 112.
13 ist eine perspektivische Ansicht von Halbteilen 112a und 112b.
14 ist eine Querschnittsansicht eines Partikelzählers 310.
15 ist eine Querschnittsansicht eines Partikelzählers 410.
16 ist eine Querschnittsansicht eines Partikelzählers 510.
17 ist eine Querschnittsansicht eines Partikelzählers 610.

Beschreibung von Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die Figuren beschrieben. 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Struktur eines Partikelzählers 10 zeigt, und 2 ist eine Querschnittsansicht entlang A-A in 1. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Struktur eines elektrischen Ladungserzeugungselements 20 zeigt.
Der Partikelzähler 10 erfasst die Anzahl der im Gas (z. B. Abgas eines Kraftfahrzeugs) enthaltenen Feinpartikel. Der Partikelzähler 10 beinhaltet Ladungserzeugungselemente 20, eine Sammeleinheit 40 und eine Überschussladungsentfernungseinheit 50, die in einer Abluftleitung 12 angeordnet sind. Der Partikelzähler 10 beinhaltet ferner eine Anzahlzähleinheit 60, die elektrisch mit der Sammeleinheit 40 verbunden ist.
Die Abluftleitung 12 ist ein Rohr aus Keramik mit rechteckigem Querschnitt. Die Abluftleitung 12 beinhaltet einen Gaseinlass 12a zum Einbringen des Gases in die Abluftleitung 12, einen Gasauslass 12b zum Ableiten des die Abluftleitung 12 durchströmenden Gases und einen hohlen Abschnitt 12c, d. h. einen Raum zwischen dem Gaseinlass 12a und dem Gasauslass 12b. Die Keramikart unterliegt keinen besonderen Einschränkungen und Beispiele für die Keramik sind Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumkarbid, Mullit, Zirkonoxid, Titanoxid, Siliziumnitrid, Magnesiumoxid, Glas und Mischungen davon.
Die Ladungserzeugungselemente 20 sind auf oberen und unteren Oberflächen der Abluftleitung 12 auf der Seite in der Nähe des Gaseinlasses 12a angeordnet. Jedes der Ladungserzeugungselemente 20 beinhaltet eine Entladungselektrode 22 und eine Induktionselektrode 24. Die Entladungselektrode 22 ist entlang der Innenwandfläche der Abluftleitung 12 angeordnet und weist eine Vielzahl von kleinen Vorsprüngen 22a um eine rechteckige Form auf, wie in 3 gezeigt. Die Induktionselektrode 24 ist eine rechteckige Elektrode und ist in eine Innenwand der Abluftleitung 12 so eingebettet, dass sie der Entladungselektrode 22 zugewandt ist. In jedem der Ladungserzeugungselemente 20 kommt es, wenn eine Spannung von einer Entladungsenergiequelle 26 zwischen der Entladungselektrode 22 und der Induktionselektrode 24 angelegt wird, aufgrund der Potentialdifferenz zwischen diesen Elektroden zu einer Gasentladung. In diesem Fall dient ein Abschnitt der Abluftleitung 12, der zwischen der Entladungselektrode 22 und der Induktionselektrode 24 angeordnet ist, als eine dielektrische Schicht. Durchläuft das Gas die Gasentladung, werden elektrische Ladungen 18 auf Feinpartikel 16 im Gas aufgebracht, wodurch geladene Feinpartikel P gebildet werden. Die Entladungselektrode 22 entspricht einer des Paares von Elektroden in dem Ladungserzeugungselement 20 und die Induktionselektrode 24 entspricht der anderen.
In Hinblick auf die Hitzebeständigkeit während der Entladung ist das für die Entladungselektrode 22 verwendete Material bevorzugt ein Metall mit einem Schmelzpunkt von 1.500 °C oder höher. Beispiele für ein solches Metall sind Titan, Chrom, Eisen, Kobalt, Nickel, Niob, Molybdän, Tantal, Wolfram, Iridium, Palladium, Platin, Gold und Legierungen davon. Von diesen werde Platin und Gold, die eine geringe Ionisierungstendenz aufweisen, in Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit bevorzugt.
Die Sammeleinheit 40 ist eine Einheit zum Sammeln der geladenen Feinpartikel P. Die Sammeleinheit 40 beinhaltet eine elektrische Felderzeugungselektrode 42 (eine Sammelfelderzeugungselektrode) und eine Sammelelektrode 44, die einander zugewandt sind. Diese Elektroden 42 und 44 sind entlang der Innenwandfläche der Abluftleitung 12 angeordnet. Wird eine Spannung von einer nicht dargestellten Felderzeugungsenergiequelle zwischen der Felderzeugungselektrode 42 und der Sammelelektrode 44 angelegt, wird ein elektrisches Feld zwischen einer Felderzeugungselektrode 42 und einer Sammelelektrode 44 (auf der Sammelelektrode 44) erzeugt. Die geladenen Feinpartikel P, die in den hohlen Abschnitt 12c gelangen, werden vom elektrischen Feld zur Sammelelektrode 44 gezogen und auf der Sammelelektrode 44 gesammelt. Die Felderzeugungselektrode 42 entspricht der Sammelfelderzeugungselektrode.
Die Überschussladungsentfernungseinheit 50 ist eine Einheit zum Entfernen elektrischer Ladungen 18, die nicht auf die Feinpartikel 16 aufgebracht sind, und ist vor der Sammeleinheit 40 (stromaufwärts in der Bewegungsrichtung des Gases) angeordnet. Die Überschussladungsentfernungseinheit 50 beinhaltet die Felderzeugungselektrode (Entfernungsfelderzeugungselektrode) 52 und die Entfernungselektrode 54, die einander zugewandt sind. Diese Elektroden 52 und 54 sind entlang der Innenwandfläche der Abluftleitung 12 angeordnet. Eine um mindestens eine Größenordnung kleinere Spannung als die zwischen der Felderzeugungselektrode 42 und der Sammelelektrode 44 angelegte Spannung wird zwischen der Felderzeugungselektrode 52 und der Entfernungselektrode 54 angelegt. Dadurch wird zwischen der Felderzeugungselektrode 52 und der Entfernungselektrode 54 (auf der Entfernungselektrode 54) ein schwaches elektrisches Feld erzeugt. Die elektrischen Ladungen 18 werden von den Ladungserzeugungselementen 20 durch Gasentladung erzeugt und elektrische Ladungen 18, die nicht auf die Feinpartikel 16 aufgebracht sind, werden durch das schwache elektrische Feld zur Entfernungselektrode 54 gezogen und an den GND abgegeben.
Die Anzahlzähleinheit 60 ist eine Einheit zum Messen der Anzahl von Feinpartikeln 16 auf der Grundlage der Menge der elektrischen Ladungen 18 auf den geladenen Feinpartikeln P, die von der Sammelelektrode 44 gesammelt werden, und beinhaltet eine Strommesseinheit 62 und eine Anzahlberechnungseinheit 64. Ein Kondensator 66, ein Widerstand 67 und ein Schalter 68 sind von der Seite der Sammelelektrode 44 zwischen der Strommesseinheit 62 und der Sammelelektrode 44 in Serie geschaltet. Der Schalter 68 ist bevorzugt ein Halbleiterschalter. Wird der Schalter 68 eingeschaltet und wird die Sammelelektrode 44 mit der Strommesseinheit 62 elektrisch verbunden, wird ein Strom, der auf den elektrischen Ladungen 18 basiert, die auf die an der Sammelelektrode 44 haftenden geladenen Feinpartikel P aufgetragen sind, durch die Serienschaltung, die den Kondensator 66 und den Widerstand 67 beinhaltet, als Transiente an die Strommessvorrichtung 62 übertragen. Als Messeinheit 62 kann ein herkömmliches Amperemeter verwendet werden. Die Anzahlberechnungseinheit 64 berechnet die Anzahl von Feinpartikeln 16 auf der Grundlage des Stromwerts von der Strommesseinheit 62.
Nun wird ein Einsatzbeispiel des Partikelzählers 10 beschrieben. Werden im Abgas eines Autos enthaltene Feinpartikel gemessen, wird der Partikelzähler 10 in einem Auspuffrohr des Motors befestigt. In diesem Fall wird der Partikelzähler 10 so befestigt, dass das Abgas vom Gaseinlass 12a des Partikelzählers 10 in die Abluftleitung 12 eingebracht wird und dann aus dem Gasauslass 12b abgeleitet wird.
Strömen die im Abgas enthaltenen Feinpartikel 16, das vom Gaseinlass 12a in die Abluftleitung 12 eingebracht wird, durch das Ladungserzeugungselement 20, werden elektrische Ladungen 18 auf die Feinpartikel 16 aufgebracht, wodurch geladene Feinpartikel P gebildet werden. In der Überschussladungsentfernungseinheit 50 ist das elektrische Feld schwach und die Länge der Entfernungselektrode 54 ist kürzer als die Länge des hohlen Abschnitts 12c, d. h. 1/20 bis 1/10 davon. Die geladenen Feinpartikel P strömen durch die Überschussladungsentfernungseinheit 50, ohne dass sich ihr Zustand ändert, und erreichen die Sammeleinheit 40. Elektrische Ladungen 18, die nicht auf die Feinpartikel 16 aufgebracht sind, werden zur Entfernungselektrode 54 der Überschussladungsentfernungseinheit 50 gezogen, obwohl das elektrische Feld schwach ist, und werden dann an den GND abgegeben. Dadurch erreichen beinahe keine unnötigen elektrischen Ladungen 18, die nicht auf die Feinpartikel 16 aufgebracht sind, die Sammeleinheit 40.
Erreichen die geladenen Feinpartikel P die Sammeleinheit 40, werden die geladenen Feinpartikel P von der Sammelelektrode 44 angezogen und an ihr gesammelt. Dann wird ein Strom, der auf den elektrischen Ladungen 18 auf den geladenen Feinpartikeln P basiert, die an der Sammelelektrode 44 haften, durch die Serienschaltung, die sich aus dem Kondensator 66 und dem Widerstand 67 zusammensetzt, als Transiente an die Strommesseinheit 62 der Anzahlzähleinheit 60 gesendet.
Die Beziehung zwischen dem Strom I und der Menge q von elektrischen Ladungen ist I = dq/(dt), q = ∫I dt. Daher integriert (akkumuliert) die Anzahlberechnungseinheit 64 den Stromwert von der Strommesseinheit 62 über einen Zeitraum, während dem der Schalter 68 EIN ist (ein Schalter-EIN-Zeitraum), um den integrierten Wert des Stromwerts (die kumulierte Menge elektrischer Ladungen) zu bestimmen. Nach dem Schalter-EIN-Zeitraum wird die kumulierte Menge elektrischer Ladungen durch die Elementarladung dividiert, um die Gesamtanzahl elektrischer Ladungen (die Anzahl der gesammelten elektrischen Ladungen) zu bestimmen. Anschließend wird die Anzahl der gesammelten elektrischen Ladungen durch die Durchschnittsanzahl der elektrischen Ladungen, die auf ein Feinpartikel 16 aufgebracht sind, dividiert, wodurch die Anzahl von Feinpartikeln 16, die über einen gegebenen Zeitraum (z. B. 5 bis 15 Sekunden) an der Sammelelektrode 44 haften, bestimmt werden kann. Die Anzahlberechnungseinheit 64 wiederholt dann die mathematische Rechenoperation zur Berechnung der Anzahl von Feinpartikeln 16 innerhalb des gegebenen Zeitraums über einen gegebenen Zeitraum (z. B. 1 bis 5 Minuten) und summiert die Ergebnisse; dadurch kann die Anzahl der Feinpartikel 16, die in dem gegebenen Zeitraum an der Sammelelektrode 44 haften, berechnet werden. Indem die Transiente des Kondensators 66 und des Widerstands 67 verwendet wird, kann ein Schwachstrom gemessen werden und die Anzahl an Feinpartikeln 16 kann mit hoher Genauigkeit erfasst werden. Indem beispielsweise ein Widerstand 67 mit einem großen Widerstandswert zur Erhöhung der Zeitkonstante verwendet wird, kann ein sehr kleiner Strom einer Größenordnung von pA (Picoampere) oder nA (Nanoampere) gemessen werden.
Nun wird ein Beispiel für die Herstellung des Partikelzählers 10, insbesondere ein Beispiel für die Herstellung der Abluftleitung 12, beschrieben. 4 ist ein Prozessdiagramm zur Herstellung einer gesinterten Aluminiumoxidplatte 123, die Elektroden 22, 24, 44 und 54 beinhaltet, und 5 ist eine Querschnittsansicht einer gesinterten Aluminiumoxidplatte 123, die die Elektroden 22, 24, 42 und 52 beinhaltet. 6 ist ein Prozessdiagramm zur Herstellung einer gesinterten Aluminiumoxidwand 125, und 7 ist ein Prozessdiagramm zur Herstellung der Abluftleitung 12. Zuerst werden Polyvinylbutyralharz (PVB), das als Bindemittel dient, Bis(2-ethylhexyl)phthalat (DOP), das als Weichmacher dient, Xylol, das als Lösungsmittel dient, und 1-Butanol, das als Lösungsmittel dient, dem Aluminiumoxidpulver zugesetzt und diese Materialien werden 30 Stunden lang in einer Kugelmühle gemischt, um eine Aufschlämmung zur Bildung von Grünschichten herzustellen. Die Aufschlämmung wird einer Vakuumentschäumungsbehandlung unterzogen, um ihre Viskosität auf 4.000 cP einzustellen. Dann wird aus der daraus resultierenden Aufschlämmung unter Verwendung einer Rakelmesservorrichtung ein Blechmaterial hergestellt. Das Blechmaterial wird geschnitten, um Grünschichten G1 und G2 herzustellen, die später zu Teilen werden, die die obere und untere Oberfläche der Abluftleitung 12 bilden (siehe 4(a)).
Als nächstes wird eine Metallpaste (z. B. eine Pt-Paste), die später zu einer Induktionselektrode 24 wird, auf eine Oberfläche der Grünschicht G1 zu einer gebrannten Dicke von 5 µm siebgedruckt und 10 Minuten lang bei 120 °C getrocknet (siehe 4(b)). Dann werden die Grünschicht G1 und die Grünschicht G2 geschichtet, um eine Schichtung zu bilden, sodass die auf der Oberfläche der Grünschicht G1 ausgebildete Metallpaste in der Schichtung liegt (siehe 4(c)). Die Schichtung wird 2 Stunden lang bei 1.450 °C gebrannt und integriert. Dadurch wird die Metallpaste zur Induktionselektrode 24 und die Grünschicht G1 und die Grünschicht G2 werden gebrannt, um eine gesinterte Aluminiumoxidplatte 123 zu bilden (siehe 4(d)).
Als nächstes werden Glaspasten 22g, 54g und 44g, von denen jede als Verbindungsmaterial verwendet wird, auf eine Oberfläche der gesinterten Aluminiumoxidplatte 123 an Stellen siebgedruckt, an denen die Entladungselektrode 22, die Entfernungselektrode 54 und die Sammelelektrode 44 anzuordnen sind, und dann 8 Stunden lang bei Raumtemperatur getrocknet (siehe 4(e)). Ein Blechmaterial aus SUS 316 mit einer Dicke vom 20 µm wird mittels Laserverarbeitung auf die Größen der Entladungselektrode 22, der Entfernungselektrode 54 und der Sammelelektrode 44 zugeschnitten und durch Hitze verursachte/r Schwund und Grate werden durch chemisches Polieren entfernt. Die so erhaltene Entladungselektrode 22, Entfernungselektrode 54 und Sammelelektrode 44 werden mit den Glaspasten 22g, 54g bzw. 44g verbunden, auf der Oberfläche der gesinterten Aluminiumoxidplatte 123 ausgebildet und 1 Stunde lang auf 450 °C erhitzt, um sie miteinander zu verbinden (siehe 4(f)). Dadurch wird die gesinterte Aluminiumoxidplatte 123 mit den entlang ihrer Oberfläche ausgebildeten Elektroden 22, 54 und 44 und der in ihr eingebetteten Induktionselektrode 24 erhalten. Ähnlich wie in 5 gezeigt wird auch eine gesinterte Aluminiumoxidplatte 123 mit entlang ihrer Oberfläche ausgebildeten Elektroden 22, 52 und 42 und einer in ihr eingebetteten Induktionselektrode 24 hergestellt.
Eine Grünschicht G3, die später zu einem Teil wird, das eine Wand der Abluftleitung 12 bildet, wird gebildet, indem die Rakelmesservorrichtung auf dieselbe Weise wie für die Grünschichten G1 und G2 verwendet wird (siehe 6(a)). Die Grünschicht G3 wird 2 Stunden lang bei 1.450 °C gebrannt, um eine gesinterte Aluminiumoxidwand 125 zu erhalten (siehe 6(b)). Eine Glaspaste 125g wird auf die obere und untere Stirnfläche der gesinterten Aluminiumoxidwand 125 siebgedruckt und 8 Stunden lang bei Raumtemperatur getrocknet. Dadurch wird die gesinterte Aluminiumoxidwand 125 mit der auf die obere und untere Stirnfläche gedruckten Glaspaste 125g erhalten (siehe 6(c)). Die verwendete Glaspaste 125g ist bei einer Temperatur (z. B. 150 °C) verbindbar, die unter der Temperatur liegt, bei der die Glaspasten 22g, 54g und 44g verbindbar sind und die verwendet werden, um die Entladungselektrode 22, die Entfernungselektrode 54 bzw. die Sammelelektrode 44 mit der gesinterten Aluminiumoxidplatte 123 zu verbinden. Er werden zwei in 6(c) gezeigte gesinterte Aluminiumoxidwände 125 hergestellt.
Anschließend werden die zwei gesinterten Aluminiumoxidwände 125 aufrecht auf der Oberfläche der gesinterten Aluminiumoxidplatte 123, auf der die Elektroden 22, 54 und 44 angeordnet sind, angeordnet und die gesinterte Aluminiumoxidplatte 123 wird so befestigt, dass sie zwischen den zwei gesinterten Aluminiumoxidwänden 125 verläuft. Die gesinterte Aluminiumoxidplatte 123 wird so angeordnet, dass die Oberfläche mit den darauf ausgebildeten Elektroden 22, 52 und 42 nach unten gewandt ist (siehe 7(a)). In diesem Zustand befindet sich die Glaspaste 125g zwischen den gesinterten Aluminiumoxidplatten 123 und den gesinterten Aluminiumoxidwänden 125. Die Anordnung wird 2 Stunden lang auf 150 °C erhitzt, um die gesinterten Aluminiumoxidplatten 123 und die gesinterten Aluminiumoxidwände 125 durch das Glas miteinander zu verbinden. Dadurch wird eine Abluftleitung 12 erhalten, wobei die Induktionselektroden 24 in den Innenwänden der Abluftleitung 12 eingebettet sind und wobei die Entladungselektroden 22, die Felderzeugungselektroden 42 und 52, die Sammelelektrode 44 und die Entfernungselektrode 54 entlang der Innenwandfläche ausgebildet sind (siehe 7(b)).
In dem vorstehend detailliert beschriebenen Partikelzähler 10 sind die Entladungselektroden 22, die Felderzeugungselektroden 42 und 52, die Sammelelektrode 44 und die Entfernungselektrode 54 entlang der Innenwandfläche der Abluftleitung 12 ausgebildet und die Induktionselektroden 24 sind unter der Innenwandfläche der Abluftleitung 12 eingebettet. Die Abluftleitung 12 und die Elektroden 22, 24, 42, 44, 52, und 54 können daher leicht integral hergestellt werden. Die Entladungselektroden 22 weisen jeweils eine Form auf, die sich entlang der Innenwandfläche der Abluftleitung 12 erstreckt. Im Gegensatz zu der herkömmlich verwendeten nadelförmigen Elektrode behindern die Entladungselektroden 22 den Gasstrom daher nicht und es ist unwahrscheinlich, dass die Feinpartikel an den Entladungselektroden 22 haften.
Die Elektroden 22, 42, 44, 52 und 54 werden durch ein anorganisches Material, d. h. das Glas, mit der Innenwandfläche der Abluftleitung 12 verbunden. Dadurch ist die Hitzebeständigkeit der Verbindungsstellen höher als die jener Verbindungsstellen, die durch Verbinden der Elektroden 22, 42, 44, 52, und 54 unter Verwendung eines organischen Materials gebildet werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die erste, oben beschriebene Ausführungsform beschränkt und es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weisen umgesetzt werden kann, solange diese in den technischen Umfang der Erfindung fallen.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Abluftleitung 12 beispielsweise gemäß den Herstellungsprozessdiagrammen in 4 bis 7 hergestellt. Die Abluftleitung 12 kann jedoch gemäß einem Herstellungsprozessdiagramm in 8 hergestellt werden. Im Speziellen werden zuerst Grünschichten G1 und G2 auf dieselbe Weise hergestellt wie in der oben beschriebenen Ausführungsform (siehe 8 (a)). Als nächstes wird eine Metallpaste, die später zu einer Induktionselektrode 24 wird, auf eine Oberfläche der Grünschicht G1 zu einer gebrannten Dicke von 5 µm siebgedruckt und 10 Minuten lang bei 120 °C getrocknet. Eine Metallpaste, die später zu einer Entladungselektrode 22, der Entfernungselektrode 54 und der Sammelelektrode 44 wird, wird auf eine Oberfläche der Grünschicht G2 zu einer gebrannten Dicke von 5 µm siebgedruckt und dann 10 Minuten lang bei 120 °C getrocknet (siehe 8(b)). Dann werden die Grünschicht G1 und die Grünschicht G2 geschichtet, um eine erste Schichtung 131 zu bilden, sodass die auf der Oberfläche der Grünschicht G1 ausgebildete Metallpaste in der Schichtung liegt und sodass sich die auf der Oberfläche der Grünschicht G2 ausgebildete Metallpaste auf einer Außenfläche befindet (siehe 8(c)). Dann wird auf ähnliche Weise eine zweite Schichtung 132 hergestellt. In der zweiten Schichtung 132 wird eine Metallpaste, die später zu den Felderzeugungselektroden 42 und 52 wird, anstatt der Metallpaste, die später zur Sammelelektrode 44 und der Entfernungselektrode 54 wird, siebgedruckt. Anschließend werden zwei Grünschichten G3 auf dieselbe Weise wie in der oben beschriebenen Ausführungsform hergestellt. Die erste Schichtung 131 wird so platziert, dass die Oberfläche mit der darauf gedruckten Metallpaste nach oben weist und die Grünschichten G3, die als Stützen dienen, aufrecht auf gegenüberliegenden Seiten der ersten Schichtung 131 angeordnet sind. Dann wird die zweite Schichtung 132 so befestigt, dass sie sich zwischen den Grünschichten G3 erstreckt. Die zweite Schichtung 132 ist so angeordnet, dass die Oberfläche mit der darauf gedruckten Metallpaste nach unten weist (siehe 8(d)). Die Anordnung wird 2 Stunden lang bei 1.450 °C gebrannt. Auf diese Weise wird eine Abluftleitung 12 erhalten, wobei die Induktionselektroden 24 in Innenwänden der Abluftleitung 12 eingebettet sind und wobei die Entladungselektroden 22, die Felderzeugungselektroden 42 und 52, die Sammelelektrode 44 und die Entfernungselektrode 54 entlang der Innenwandfläche ausgebildet sind (siehe 8(e)). Auch in diesem Fall können die Abluftleitung 12 und die Elektroden 22, 24, 42, 44, 52, und 54 leicht integral hergestellt werden. Die Entladungselektroden 22 weisen jeweils eine Form auf, die sich entlang der Innenwandfläche der Abluftleitung 12 erstreckt. Im Gegensatz zu der herkömmlich verwendeten nadelförmigen Elektrode behindern die Entladungselektroden 22 den Gasstrom daher nicht und die Feinpartikel neigen nicht dazu, an den Entladungselektroden 22 zu haften. Die Elektroden 22, 42, 44, 52, und 54 werden durch Sintern mit der Abluftleitung 12 verbunden. Dadurch ist die Hitzebeständigkeit der Verbindungsstellen höher als die jener Verbindungsstellen, die durch Verbinden der Elektroden mit der Innenwandfläche der Abluftleitung 12 unter Verwendung eines organischen Materials gebildet werden.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind die Induktionselektroden 24 in die Innenwände der Abluftleitung 12 eingebettet. Wie in 9 gezeigt, können die Induktionselektroden 24 jedoch auch entlang der Innenwandfläche der Abluftleitung 12 so angeordnet sein, dass sie von den Entladungselektroden 22 getrennt sind. In diesem Fall können die Induktionselektroden 24 wie die Entladungselektroden 22 etc. mit der Innenwandfläche der Abluftleitung 12 durch die Glaspaste verbunden sein. Alternativ kann jede der Induktionselektroden 24 als ein gesintertes Metall ausgebildet sein, das durch Brennen einer auf die Innenwandfläche der Abluftleitung 12 siebgedruckten Metallpaste hergestellt wird.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Sammelelektrode 44 als eine einzelne Elektrode vorgesehen. Eine Vielzahl von Sammelelektroden kann jedoch in Abständen von der stromaufwärtigen Seite in dem Gasstrom in Richtung der stromabwärtigen Seite angeordnet sein. Ein Beispiel dieser Struktur ist in 10 gezeigt. Ein Partikelzähler 110 in 10 umfasst drei Sammelelektroden 441, 442 und 443. In 10 werden die Komponenten, die jenen in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform entsprechen, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. In dieser Struktur werden gemäß der Fluiddynamik kleinere geladene Feinpartikel P von der Sammelelektrode 441 auf der stromaufwärtigen Seite und größere geladene Feinpartikel P von der Sammelelektrode 443 auf der stromabwärtigen Seite gesammelt. Dadurch können die geladenen Feinpartikel P klassifiziert werden. In diesem Fall ist die Anzahlzähleinheit 60 für jede der Sammelelektroden 441, 442 und 442 vorgesehen. Die Anzahl kleiner geladener Feinpartikel P, die Anzahl mittelgroßer geladener Feinpartikel P und die Anzahl großer geladener Feinpartikel P kann dadurch separat gemessen werden.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Anzahl geladener Feinpartikel P auf der Grundlage des Schwachstroms berechnet, der durch die Sammelelektrode 44 fließt. Wird der Schwachstrom jedoch verstärkt, wird auch das Rauschen verstärkt, sodass es schwierig sein kann, die Anzahl der geladenen Feinpartikel mit hoher Genauigkeit zu berechnen. Daher kann anstelle des Schwachstroms die Kapazität gemessen werden. Genauer gesagt wird die Kapazität eines Pseudo-Kondensators gemessen, der aus sich der Felderzeugungselektrode 42, der Sammelelektrode 44 und dem Innenraum der Abluftleitung 12, der dazwischen liegt, zusammensetzt, und die Anzahl der geladenen Feinpartikel wird auf der Grundlage der gemessenen Kapazität berechnet. Ein Beispiel dieses Verfahrens wird nachstehend beschrieben. Es werden die Kapazität, wenn keine geladenen Feinpartikel P auf der Sammelelektrode 44 gesammelt werden, und ein Anstieg der Kapazität, wenn ein geladenes Feinpartikel P auf der Sammelelektrode 44 gesammelt wird, gemessen, und zwar im Vorhinein mit einem LCR-Meter bei einer bestimmten Frequenz (z. B. 1 kHz). Dann wird die Kapazität bei dieser Frequenz mit einem LCR-Meter gemessen, wenn das Messgas in die Abluftleitung 12 eingebracht wird. Der Anstieg der Kapazität vor und nach der Messung wird durch den Anstieg der Kapazität dividiert, wenn ein geladenes Feinpartikel P gesammelt wird, um dadurch die Anzahl der während der Messung an der Sammelelektrode 44 gesammelten geladenen Feinpartikel P zu berechnen. Da die Kapazität leicht mit relativ hoher Genauigkeit beispielsweise mit einem LCR-Meter gemessen werden kann, kann die Anzahl der geladenen Feinpartikel P mit hoher Genauigkeit berechnet werden.
Anstelle des Schwachstroms kann eine Resonanzfrequenz gemessen werden. Wie in einem Partikelzähler 210 in 11 gezeigt, ist im Speziellen anstelle der Sammelelektrode 44 ein piezoelektrischer Vibrator 444 mit einem piezoelektrischen Element 447, das zwischen einer vorderen Elektrode 445 und einer hinteren Elektrode 446 liegt, auf der Innenwandfläche der Abluftleitung 12 angeordnet. In 11 werden die Komponenten, die jenen in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform entsprechen, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. In dieser Struktur wird die vordere Elektrode 445 als die Sammelelektrode verwendet. In diesem Fall wird eine schwache Sinuswelle an den piezoelektrischen Vibrator 444 angelegt. Die Resonanzfrequenz vor dem Haften geladener Feinpartikel P an der vorderen Elektrode 445 und die Änderung der Resonanzfrequenz, wenn ein geladenes Feinpartikel P an der vorderen Elektrode 445 gesammelt wird, werden im Voraus gemessen. Dann wird die Resonanzfrequenz gemessen, wenn das Messgas in die Abluftleitung 12 eingebracht wird. Die Änderung der Resonanzfrequenz vor und nach der Messung wird durch die Änderung der Resonanzfrequenz dividiert, wenn ein geladenes Feinpartikel gesammelt wird, um dadurch die Anzahl der während der Messung an der vorderen Elektrode 445 gesammelten geladenen Feinpartikel P zu berechnen. Da die Resonanzfrequenz gemäß der Masse der auf der vorderen Elektrode 445 gesammelten geladenen Feinpartikel P variiert, kann die Resonanzfrequenz beispielsweise unter Verwendung eines Impedanzanalysators mit relativ hoher Genauigkeit gemessen werden. Die Anzahl der geladenen Feinpartikel P kann daher mit hoher Genauigkeit berechnet werden.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform weist die Abluftleitung 12 einen rechteckigen Querschnitt auf. Wie in 12 gezeigt, kann aber auch eine Abluftleitung 112 mit zylindrischer Form, d. h. einem runden Querschnitt, verwendet werden. In 12 werden die Komponenten, die jenen in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform entsprechen, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. In diesem Fall wird der Gasstrom im Gegensatz zu einer Abluftleitung mit rechteckigem Querschnitt wahrscheinlich nicht gestört. Ein Auspuffrohr (beispielsweise ein Auspuffrohr eines Kraftfahrzeugs) weist im Allgemeinen einen runden Querschnitt auf, wodurch die Abluftleitung 112 mit dem Auspuffrohr leicht verbunden werden kann. Um die Abluftleitung 112 mit rundem Querschnitt herzustellen, können Halbteile 112a und 112b aus Keramik mit halbkreisförmigem Querschnitt unter Verwendung von Glas verbunden werden, um eine zylindrische Form zu bilden, wie in 13 gezeigt. In den Halbteilen 112a und 112b werden im Voraus Elektroden vorgesehen. Dadurch kann die Abluftleitung 112 mit dem runden Querschnitt leicht hergestellt werden.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann ein verengter Abschnitt 12d zwischen der Überschussladungsentfernungseinheit 50 und den Ladungserzeugungselementen 20 innerhalb des hohlen Abschnitts 12c der Abluftleitung 12 vorgesehen sein, wie in einem in 14 gezeigten Partikelzähler 310. In 14 werden die Komponenten, die jenen in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform entsprechen, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind die Felderzeugungselektroden 42 und 52 entlang der Innenwandfläche der Abluftleitung 12 angeordnet. Mindestens eine davon kann jedoch in die Abluftleitung 12 eingebettet sein. Wie in einem in 15 gezeigten Partikelzähler 410 kann anstelle der Felderzeugungselektrode 42 ein Paar von Felderzeugungselektroden 46, 46 in die Abluftleitung 12 so eingebettet sein, dass die Sammelelektrode 44 dazwischen liegt. Anstelle der Felderzeugungselektrode 52 kann ein Paar von Felderzeugungselektroden 56, 56 in die Abluftleitung 12 so eingebettet sein, dass die Entfernungselektrode 54 dazwischen liegt. In 15 werden die Komponenten, die jenen in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform entsprechen, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. In diesem Fall werden geladene Feinpartikel P auf der Sammelelektrode 44 gesammelt, wenn eine Spannung zwischen dem Paar elektrischer Felderzeugungselektroden 46, 46 angelegt wird, um ein elektrisches Feld auf der Sammelelektrode 44 zu erzeugen. Wird eine Spannung zwischen dem Paar elektrischer Felderzeugungselektroden 56, 56 angelegt, um ein elektrisches Feld auf der Entfernungselektrode 54 zu erzeugen, werden von der Entfernungselektrode 54 elektrische Ladungen 18 gesammelt und entfernt.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann eine Heizvorrichtung zur Regeneration der Elektroden vorgesehen sein. Wie in einem in 16 gezeigten Partikelzähler 510 können Heizvorrichtungen 70 zum Erhitzen und Verbrennen von Feinpartikeln 16 und geladenen Feinpartikeln P, die an den Entladungselektroden 22, den Induktionselektroden 24, der Sammelelektrode 44 und der Entfernungselektrode 54 haften, in die Abluftleitung 12 aus Keramik eingebettet sein. Alternativ kann, wie in einem in 17 gezeigten Partikelzähler 610, eine Heizvorrichtung 72 ähnlich den vorstehend genannten Heizvorrichtungen um das Äußere der Abluftleitung 12 aus Keramik gewunden sein. In 16 und 17 werden die Komponenten, die jenen in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform entsprechen, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. In den vorstehend genannten Strukturen können die Elektroden durch Energetisieren der Heizvorrichtungen 70 und 72 regeneriert werden.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Vielzahl von kleinen Vorsprüngen 22a um jede Entladungselektrode 22 angeordnet. Die kleinen Vorsprünge 122a können jedoch weggelassen werden.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-012023 , die am 26. Januar 2017 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann verwendet werden, um die Anzahl von Feinpartikeln im Abgas einer kraftbetriebenen Maschine, wie einem Auto, zu erfassen.
Bezugszeichenliste
10, 110, 210, 310, 410, 510, 610 Partikelzähler, 12, 112 Abluftleitung, 12a Gaseinlass, 12b Gasauslass, 12c hohler Abschnitt, 12d verengter Abschnitt, 16 Feinpartikel, 18 elektrische Ladung, 20 elektrisches Ladungserzeugungselement, 22 Entladungselektrode, 22a kleiner Vorsprung, 22g, 44g, 54g Glaspaste, 24 Induktionselektrode, 26 Entladungsenergiequelle, 40 Sammeleinheit, 42 elektrische Felderzeugungselektrode, 44 Sammelelektrode, 46 elektrische Felderzeugungselektrode, 50 Überschussladungsentfernungseinheit, 52 elektrische Felderzeugungselektrode, 54 Entfernungselektrode, 56 elektrische Felderzeugungselektrode, 60 Anzahlzähleinheit, 62 Strommesseinheit, 64 Anzahlberechnungseinheit, 66 Kondensator, 67 Widerstand, 68 Schalter, 70, 72 Heizvorrichtung, 112a, 112b Halbteil, 123 gesinterte Aluminiumoxidplatte, 125 gesinterte Aluminiumoxidwand, 125g Glaspaste, 131 erste Schichtung, 132 zweite Schichtung, 441 bis 443 Sammelelektrode, 444 piezoelektrischer Vibrator, 445 vordere Elektrode, 446 hintere Elektrode, 447 piezoelektrisches Element, G1, G2, G3 Grünschicht, P geladenes Feinpartikel
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

WO 2015/146456 A1 [0003]
JP 2017012023 [0045]

Claims

Partikelzähler, umfassend: eine Abluftleitung aus Keramik; ein elektrisches Ladungserzeugungselement, das ein Paar von Elektroden zum Erzeugen elektrischer Ladungen durch Gasentladung beinhaltet und die elektrischen Ladungen auf Feinpartikel in einem Gas aufträgt, das in die Abluftleitung eingebracht wird, um dadurch geladene Feinpartikel zu bilden; eine Sammelelektrode, die stromabwärts des Ladungserzeugungselements in einem Gasstrom innerhalb der Abluftleitung angeordnet ist und die geladenen Feinpartikel sammelt; eine Sammelfelderzeugungselektrode, die an der Sammelelektrode ein elektrisches Feld erzeugt; eine Entfernungselektrode, die zwischen dem Ladungserzeugungselement und der Sammelelektrode innerhalb der Abluftleitung angeordnet ist und überschüssige elektrische Ladungen, die nicht auf die Feinpartikel aufgebracht sind, entfernt; eine Entfernungsfelderzeugungselektrode, die an der Entfernungselektrode ein elektrisches Feld erzeugt; und eine Anzahlerfassungseinheit, die die Anzahl geladener Feinpartikel auf der Grundlage einer physikalischen Größe erfasst, die gemäß der Anzahl der auf der Sammelelektrode gesammelten geladenen Feinpartikel variiert, wobei eine des im Ladungserzeugungselement enthaltenen Elektrodenpaares, die Sammelelektrode und die Entfernungselektrode entlang einer Innenwandfläche der Abluftleitung angeordnet sind, und wobei die andere des im Ladungserzeugungselement enthaltenen Elektrodenpaares, die Sammelfelderzeugungselektrode und die Entfernungsfelderzeugungselektrode entlang der Innenwandfläche der Abluftleitung angeordnet sind oder in die Abluftleitung eingebettet sind.
Partikelzähler nach Anspruch 1, wobei die entlang der Innenwandfläche der Abluftleitung angeordneten Elektroden unter Verwendung eines anorganischen Materials mit der Innenwandfläche der Abluftleitung verbunden sind.
Partikelzähler nach Anspruch 1, wobei die entlang der Innenwandfläche der Abluftleitung angeordneten Elektroden durch Sintern mit der Innenwandfläche der Abluftleitung verbunden sind.
Partikelzähler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend eine Vielzahl der Sammelelektroden, die in Abständen von einer stromaufwärtigen Seite in Richtung einer stromabwärtigen Seite in dem Gasstrom angeordnet sind.
Partikelzähler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Anzahlerfassungseinheit die Anzahl geladener Feinpartikel auf der Grundlage der Kapazität eines Pseudo-Kondensators erfasst, der sich aus der Sammelfelderzeugungselektrode, der Sammelelektrode und einem Innenraum der Abluftleitung zusammensetzt.
Partikelzähler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: einen piezoelektrischen Vibrator, der eine vordere Elektrode, eine hintere Elektrode und ein piezoelektrisches Element zwischen diesen umfasst, wobei die vordere Elektrode des piezoelektrischen Vibrators als die Sammelelektrode dient, wobei die Anzahlerfassungseinheit die Anzahl der geladenen Feinpartikel auf der Grundlage einer Resonanzfrequenz erfasst, die gemäß der Anzahl der auf der vorderen Elektrode gesammelten geladenen Feinpartikel variiert.
Partikelzähler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Abluftleitung eine zylindrische Abluftleitung ist, die durch Verbinden zweier Halbteile aus Keramik, von denen jeder einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist, gebildet wird.