DE112018004714T5

DE112018004714T5 - Partikelzähler

Info

Publication number: DE112018004714T5
Application number: DE112018004714.8T
Authority: DE
Inventors: Hidemasa Okumura; Kazuyuki Mizuno; Keiichi Kanno
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2017-08-22
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2020-06-10
Also published as: US20200182769A1; WO2019039072A1; JPWO2019039072A1; CN111033217A

Abstract

Ein Partikelzähler weist einen Controller zur Durchführung eines Partikelanzahl-Detektionsprozesses auf, bei dem die Anzahl der Partikel in Gas erhalten wird. Wenn der Partikelanzahl-Detektionsprozess durchgeführt wird, erhält der Controller die Strömungsgeschwindigkeit des Gases auf Grundlage eines Brennwerts, welcher einer Heizeinrichtung zugeführt wird, sowie einer Differenz zwischen der Temperatur des Gases und der Temperatur einer Oberfläche der Heizeinrichtung, wobei die Heizeinrichtung einen Lüftungspfad erwärmt, und erhält die Anzahl der Partikel pro Volumeneinheit in dem Gas auf Grundlage der Strömungsgeschwindigkeit des Gases und einer physikalischen Größe, die in Abhängigkeit von einem Betrag der elektrischen Ladung der geladenen Partikel variiert, die von einer Elektrode zur Sammlung geladener Partikel gesammelt werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Partikelzähler.
Technischer Hintergrund
Ein aus dem Stand der Technik bekannter Partikelzähler erzeugt Ionen vermittels Koronaentladung eines eine elektrische Ladung erzeugenden Elements, lädt Partikel in einem Gas eines Messobjekts mittels der Ionen auf, sammelt geladene Partikel, und misst eine Partikelanzahl auf Grundlage des Betrags der elektrischen Ladung der gesammelten Partikel. Für einen derartigen Partikelzähler gibt es eine Prämisse, dass die gesammelten Partikel durch eine Heizeinrichtung erhitzt und verbrannt bzw. verascht werden, oder Partikel, die in einem Gaseinlass oder einem Gasauslass akkumulieren, durch eine Heizeinrichtung erhitzt und verbrannt werden (vergleiche bspw. PTL 1).
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur
PTL 1: WO 2015/146456 A1
Darstellung der Erfindung
Technisches Problem
Um die Partikelanzahl pro Volumeneinheit in dem Messobjektgas zu erhalten, ist es erforderlich, die Strömungsgeschwindigkeit des Messobjektgases zu verwenden. Der Partikelzähler in PTL1 weist jedoch keine Funktion zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit des Messobjektgases auf, weshalb die Partikelanzahl pro Volumeneinheit in dem Messobjektgas nicht erhalten werden kann.
Die vorliegende Erfindung erfolgte, um das Problem zu lösen, und ihre Hauptaufgabe ist es, die Partikelanzahl pro Volumeneinheit in Gas zu erhalten.
Lösung des Problems
Ein Partikelzähler gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Gehäuse, das einen Lüftungspfad aufweist, eine Gastemperaturmesseinrichtung, die eine Temperatur von Gas, das durch den Lüftungspfad gelangt, misst, eine Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Ladung, die durch Luftentladung in dem Lüftungspfad eine elektrische Ladung erzeugt und ein Partikel in dem Gas, das durch den Lüftungspfad gelangt, mit der elektrischen Ladung beaufschlagt, um ein geladenes Partikel zu erhalten, eine Elektrode zur Sammlung geladener Partikel, welche die geladenen Partikel sammelt, eine Heizeinrichtung, die in der Lage ist, den Lüftungspfad zu erwärmen, eine Heizeinrichtungstemperatur-Messeinrichtung, die eine Temperatur einer Oberfläche der Heizeinrichtung misst, sowie einen Controller zur Durchführung eines Partikelanzahl-Detektionsprozesses zum Erhalt einer Anzahl der Partikel in dem Gas auf. Wenn der Partikelanzahl-Detektionsprozess durchgeführt wird, erhält der Controller eine Strömungsgeschwindigkeit des Gases auf Grundlage eines Brennwerts bzw. Heizwerts, welcher der Heizeinrichtung zugeführt wird, und einer Differenz zwischen der Temperatur des Gases und der Temperatur der Oberfläche der Heizeinrichtung, wobei die Heizeinrichtung den Lüftungspfad erwärmt, und erhält die Anzahl der Partikel pro Volumeneinheit in dem Gas auf Grundlage der Strömungsgeschwindigkeit des Gases und einer physikalischen Größe, die in Abhängigkeit von einem Betrag der elektrischen Ladung des geladenen Partikels variiert, das vermittels der Elektrode zur Sammlung geladener Partikel gesammelt wird.
Wenn der Partikelanzahl-Detektionsprozess durchgeführt wird, erhitzt bzw. erwärmt der Partikelzähler den Lüftungspfad unter Verwendung der Heizeinrichtung. In diesem Zustand wird die Strömungsgeschwindigkeit des Gases auf Grundlage des der Heizeinrichtung zugeführten Brennwerts und der Differenz zwischen der Temperatur des Gases und der Temperatur der Oberfläche der Heizeinrichtung erhalten. Die Partikelanzahl pro Volumeneinheit in dem Gas wird auf Grundlage der Strömungsgeschwindigkeit des Gases und der physikalischen Größe erhalten, welche in Abhängigkeit von dem Betrag der elektrischen Ladung des geladenen Partikels, das von der Elektrode zur Sammlung geladener Partikel gesammelt wird, variiert. Der Partikelzähler gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Funktion zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit des Gases auf und kann die Partikelanzahl pro Volumeneinheit in dem Gas erhalten, und die Bereitstellung eines Durchflussmessgeräts ist nicht erforderlich.
Bei dem Partikelzähler gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann, während der Partikelanzahl-Detektionsprozess nicht durchgeführt wird, der Controller die Heizeinrichtung veranlassen, die Elektrode zur Sammlung geladener Partikel bis auf eine vorgegebene Partikelverbrennungstemperatur bzw. Veraschungstemperatur zu erwärmen, um einen Auffrischungsprozess durchzuführen, bei dem das Partikel, welches sich an der Elektrode zur Sammlung geladener Partikel akkumuliert hat, verbrannt wird. Dies ermöglicht es der Heizeinrichtung, zur Detektion der Strömungsgeschwindigkeit des Gases und zur Auffrischung der Elektrode zur Sammlung geladener Partikel verwendet werden zu können.
Ein Partikelzähler gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Gehäuse, das einen Lüftungspfad aufweist, eine Gastemperaturmesseinrichtung, die eine Temperatur von Gas, das durch den Lüftungspfad gelangt, misst, eine Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Ladung, die durch Luftentladung in dem Lüftungspfad eine elektrische Ladung erzeugt und ein Partikel in dem Gas, das durch den Lüftungspfad gelangt, mit der elektrischen Ladung beaufschlagt, um ein geladenes Partikel zu erhalten, eine Elektrode zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung, die überschüssige elektrische Ladung sammelt, mit der das Partikel nicht beaufschlagt wird, eine Heizeinrichtung, die in der Lage ist, den Lüftungspfad zu erwärmen, eine Heizeinrichtungstemperatur-Messeinrichtung, die eine Temperatur einer Oberfläche der Heizeinrichtung misst, sowie einen Controller zur Durchführung eines Partikelanzahl-Detektionsprozesses zum Erhalt einer Anzahl der Partikel in dem Gas auf. Wenn der Partikelanzahl-Detektionsprozess durchgeführt wird, erhält der Controller eine Strömungsgeschwindigkeit des Gases auf Grundlage eines Brennwerts, welcher der Heizeinrichtung zugeführt wird, und einer Differenz zwischen der Temperatur des Gases und der Temperatur der Oberfläche der Heizeinrichtung, wobei die Heizeinrichtung den Lüftungspfad erwärmt, und erhält die Anzahl der Partikel pro Volumeneinheit in dem Gas auf Grundlage der Strömungsgeschwindigkeit des Gases und einer physikalischen Größe, die in Abhängigkeit von einem Betrag der elektrischen Ladung der überschüssigen elektrischen Ladung variiert, die vermittels der Elektrode zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung gesammelt wird.
Wenn der Partikelanzahl-Detektionsprozess durchgeführt wird, heizt der Partikelzähler den Lüftungspfad unter Verwendung der Heizeinrichtung. In diesem Zustand wird die Strömungsgeschwindigkeit des Gases auf Grundlage des der Heizeinrichtung zugeführten Brennwerts und der Differenz zwischen der Temperatur des Gases und der Temperatur der Oberfläche der Heizeinrichtung erhalten. Die Partikelanzahl pro Volumeneinheit in dem Gas wird auf Grundlage der Strömungsgeschwindigkeit des Gases und der physikalischen Größe erhalten, welche in Abhängigkeit von dem Betrag der elektrischen Ladung der überschüssigen elektrischen Ladung variiert, die von der Elektrode zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung gesammelt wird. Der Partikelzähler gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Funktion zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit des Gases auf und kann die Partikelanzahl pro Volumeneinheit in dem Gas erhalten, und die Bereitstellung eines Durchflussmessgeräts ist nicht erforderlich.
In der Beschreibung bedeutet die „elektrische Ladung“ nicht nur eine positive elektrische Ladung und eine negative elektrische Ladung, sondern auch ein Ion. Beispiele der „physikalischen Größe“ können Parameter umfassen, die in Abhängigkeit von dem Betrag der elektrischen Ladung variieren, beispielsweise einer elektrischen Stromstärke. Der „Brennwert, welcher der Heizeinrichtung zugeführt wird“ kann durch zwei physikalische Größen dargestellt werden, die aus einem elektrischen Strom, der durch die Heizeinrichtung fließt, einer Spannung, die über beiden Enden der Heizeinrichtung der Heizeinrichtung anliegt, und dem Widerstand der Heizeinrichtung ausgewählt sind. Entsprechend kann der „Brennwert, welcher der Heizeinrichtung zugeführt wird“, der Brennwert selbst sein, oder die beiden physikalischen Größen sein, die aus dem elektrischen Strom, der durch die Heizeinrichtung fließt, der Spannung, die über beiden Enden der Heizeinrichtung anliegt, und dem Widerstand der Heizeinrichtung ausgewählt ist.
Bei dem Partikelzähler gemäß des ersten oder zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung, wenn der Partikelanzahl-Detektionsprozess nicht durchgeführt wird, kann der Controller die Temperatur der Oberfläche der Heizeinrichtung auf eine Temperatur einstellen, die höher ist als die Temperatur des Gases und die niedriger ist als eine Verbrennungstemperatur des Partikels. Der Grund dafür, warum die Temperatur der Oberfläche der Heizeinrichtung auf eine Temperatur höher als die Temperatur des Gases eingestellt wird, ist, dass das Gas, das durch den Lüftungspfad gelangt, Wärme entfernt, die von der Heizeinrichtung zugeführt wird. Der Grund dafür, dass die Temperatur der Oberfläche der Heizeinrichtung auf eine Temperatur eingestellt wird, die niedriger als die Partikelverbrennungstemperatur ist, ist, dass verhindert wird, dass das Partikel verbrannt wird. Auf diese Weise kann die erhaltene Partikelanzahl genauer sein.
In dem Partikelzähler gemäß des ersten oder zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung kann die Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Ladung eine Elektrode zur elektrischen Entladung und eine dielektrische Elektrode aufweisen. Die Elektrode zur elektrischen Entladung kann entlang einer Innenoberfläche des Lüftungspfads angeordnet sein. Die dielektrische Elektrode kann in dem Gehäuse oder entlang der Innenoberfläche des Lüftungspfads eingebettet sein. In diesem Fall ist es unwahrscheinlich, dass die Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Ladung die Strömung des Gases, das durch den Lüftungspfad gelangt, behindert, und die erhaltene Strömungsgeschwindigkeit des Gases kann genauer sein. Die Elektrode zur elektrischen Entladung und die dielektrische Elektrode können mit der Innenoberfläche des Lüftungspfads unter Verwendung eines anorganischen Materials verbunden sein, oder können durch Sintern mit der Innenoberfläche des Lüftungspfads verbunden werden.
Bei dem Partikelzähler gemäß des ersten oder zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung kann das Gehäuse eine Wärmeleitfähigkeit von nicht weniger als 3 und nicht mehr als 200 [W/m·K] bei 20°C besitzen. In diesem Fall wird die Wärme der Heizeinrichtung verhältnismäßig schnell an den Lüftungspfad geleitet, und das Ansprechverhalten bzw. die Empfindlichkeit der Einstellung der Temperatur des Lüftungspfads durch die Heizeinrichtung wird verbessert.
Bei dem Partikelzähler gemäß des ersten oder zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung kann das Gehäuse aus Keramik gebildet sein. Dies verbessert die Wärmebeständigkeit des Partikelzählers, weil Keramik einen hohe Wärmebeständigkeit aufweist. Beispiele der Keramik umfassen Aluminiumoxid und Aluminiumnitrid. Die Wärmeleitfähigkeit bei 20°C beträgt 30 [W/m•K) für Aluminiumoxid und 150 [W/m•K) für Aluminiumnitrid.
Bei dem Partikelzähler gemäß des ersten oder zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung kann die Heizeinrichtung in dem Gehäuse eingebettet sein. In diesem Fall wird die Wärme der Heizeinrichtung im Gegensatz zu dem Fall, bei dem eine Heizeinrichtung außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, schnell an den Lüftungspfad geleitet, und das Ansprechverhalten der Einstellung der Temperatur des Lüftungspfads durch die Heizeinrichtung wird verbessert.
Figurenliste

1 ist eine schematische Schnittansicht der Struktur bzw. des Aufbaus eines Partikelzählers 10.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Einrichtung 20 zur Erzeugung elektrischer Ladung.
3 ist eine Teilschnittansicht einer Struktur zur Erzeugung eines elektrischen Felds an Sammelelektroden 30 und 40.
4 ist eine schematische Schnittansicht der Struktur bzw. des Aufbaus eines Partikelzählers 110.

Beschreibung von Ausführungsformen
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine schematische Schnittansicht des Aufbaus eines Partikelzählers 10. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Einrichtung 20 zur Erzeugung elektrischer Ladung.
Der Partikelzähler 10 misst die Anzahl der Partikel, die in Gas enthalten sind (zum Beispiel Abgas aus einem Kraftfahrzeug). Der Partikelzähler 10 weist ein Gehäuse 12, eine Gastemperaturmesseinrichtung 14, die Einrichtung 20 zur Erzeugung elektrischer Ladung, eine Elektrode 30 zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung, eine Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel, eine Heizeinrichtung 50, eine Heizeinrichtungstemperatur-Messeinrichtung 54, sowie einen Controller 60 auf.
Das Gehäuse 12 ist aus einem Isolierungsmaterial gebildet und weist einen Lüftungspfad 13 auf. Der Lüftungspfad 13 erstreckt sich durch das Gehäuse 12 von einer ersten Öffnung 13a bis zu einer zweiten Öffnung 13b. Ein Beispiel des Isolationsmaterials ist ein Keramikmaterial. Die Art des Keramikmaterials ist nicht konkret beschränkt und Beispiele hierfür umfassen Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumcarbid, Mullit, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Siliziumnitrid, Magnesiumoxid, Glas und eine Mischung hiervon. Das Gehäuse 12 besitzt bevorzugt eine Wärmeleitfähigkeit von nicht weniger als 3 und nicht mehr als 200 [W/m•K] bei 20°C. In dem Lüftungspfad 13 sind die Einrichtung 20 zur Erzeugung elektrischer Ladung, die Elektrode 30 zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung, und die Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel in dieser Reihenfolge in der Richtung der Strömung des Gases angeordnet (vorliegend in der Richtung von der Öffnung 13a hin zu der Öffnung 13b).
Die Gastemperaturmesseinrichtung 14 ist ein Element, das die Temperatur Ta des Gases, welches durch den Lüftungspfad 13 gelangt, misst. Die Gastemperaturmesseinrichtung 14 ist an einem Isolationselement an der Innenoberfläche des Lüftungspfads 13 angeordnet.
Die Einrichtung 20 zur Erzeugung elektrischer Ladung erzeugt eine elektrische Ladung in dem Lüftungspfad 13. Die Einrichtung 20 zur Erzeugung elektrischer Ladung weist eine Elektrode 22 zur elektrischen Entladung und zwei dielektrische Elektroden 24 auf. Die Elektrode 22 zur elektrischen Entladung ist entlang der Innenoberfläche des Lüftungspfads 13 angeordnet und weist feine Vorsprünge 22a um ein Rechteck auf, wie in 2 dargestellt. Die beiden dielektrischen Elektroden 24 sind rechteckige Elektroden und in einer Wand (Gehäuse 12) des Lüftungspfads 13 beabstandet eingebettet, so dass sie parallel zu der Elektrode 22 zur elektrischen Entladung sind. In der Einrichtung 20 zur Erzeugung elektrischer Ladung wird zwischen der Elektrode 22 zur elektrischen Entladung und den beiden dielektrischen Elektroden 24 eine hochfrequente Hochspannung (z.B. eine Pulsspannung) einer elektrischen Entladungs-Stromquelle 26 angelegt, und es kommt zu einer Luftentladung aufgrund der Differenz des elektrischen Potentials zwischen den Elektroden. Ein Teil des Gehäuses 12 zwischen der Elektrode 22 zur elektrischen Entladung und den dielektrischen Elektroden 24 fungiert als dielektrische Schicht. Die Luftentladung ionisiert das Gas um die Elektrode 22 zur elektrischen Entladung, und es werden positive oder negative elektrische Ladungen 18 erzeugt. Vom Gesichtspunkt der Wärmebeständigkeit während der Entladung ist das Material der Elektrode 22 zur elektrischen Entladung bevorzugt ein Metall, dessen Schmelzpunkt 1500°C oder mehr beträgt. Beispiele des Metalls umfassen Titan, Chrom, Eisen, Kobalt, Nickel, Niob, Molybdän, Tantal, Wolfram, Iridium, Palladium, Platin, Gold, und eine Legierung hiervon. Unter diesen werden vom Gesichtspunkt eines Korrosionsschutzes Platin und Gold, bei denen eine Ionisierung unwahrscheinlich ist, bevorzugt. Die Elektrode 22 zur elektrischen Entladung kann unter Verwendung einer Glaspaste an die Innenoberfläche des Lüftungspfads 13 angefügt werden, oder kann als Sintermetall in einer Weise ausgebildet werden, bei der eine Metallpaste auf die Innenoberfläche des Lüftungspfads 13 durch Siebdruck aufgebracht und gebrannt wird. Das gleiche Material wie jenes der Elektrode 22 zur elektrischen Entladung kann für die dielektrischen Elektroden 24 verwendet werden.
Partikel 16, die in dem Gas enthalten sind, gelangen über die Öffnung 13a in den Lüftungspfad 13 und werden durch Aufnahme der elektrischen Ladungen 18, die durch die Luftentladung der Einrichtung 20 zur Erzeugung elektrischer Ladung erzeugt werden, beim Durchlaufen der Einrichtung 20 zur Erzeugung elektrischer Ladung zu geladenen Partikeln P, und die geladenen Partikel P bewegen sich stromabwärts. Die Partikel 16 werden mit manchen der erzeugten elektrischen Ladungen 18, die sich unbehelligt stromabwärts bewegen, nicht beaufschlagt.
Die Elektrode 30 zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung ist eine Elektrode, welche die elektrischen Ladungen 18, mit denen die Partikel 16 nicht beaufschlagt werden, entfernt und ist entlang der Innenoberfläche des Lüftungspfads 13 angeordnet. Eine Elektrode 32 zur Erzeugung eines elektrischen Felds zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladungen ist an dem Lüftungspfad 13 angeordnet, so dass sie der Elektrode 30 zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung zugewandt ist. Die Elektrode 32 zur Erzeugung eines elektrischen Felds ist ebenfalls entlang der Innenoberfläche des Lüftungspfads 13 angeordnet. Wenn die Spannung einer Stromquelle zur Erzeugung eines elektrischen Felds, welche nicht dargestellt ist, zwischen der Elektrode 32 zur Erzeugung eines elektrischen Felds und der Elektrode 30 zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung angelegt wird, wird zwischen der Elektrode 32 zur Erzeugung eines elektrischen Felds und der Elektrode 30 zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung (an der Elektrode 30 zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung) ein elektrisches Feld erzeugt. Die elektrischen Ladungen 18, die durch die Luftentladung der Einrichtung 20 zur Erzeugung elektrischer Ladung erzeugt werden und mit denen die Partikel 16 nicht beaufschlagt werden, werden von der Elektrode 30 zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung durch das elektrische Feld angezogen, gesammelt, und an Masse (GND) freigesetzt.
Die Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel ist entlang der Innenoberfläche des Lüftungspfads 13 angeordnet. Die Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel sammelt die geladenen Partikel P. Eine Elektrode 42 zur Erzeugung eines elektrischen Felds zur Sammlung der geladenen Partikel ist an dem Lüftungspfad 13 angeordnet, so dass sie der Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel zugewandt ist. Die Elektrode 42 zur Erzeugung eines elektrischen Felds ist entlang der Innenoberfläche des Lüftungspfads 13 angeordnet. Wenn die Spannung der Stromquelle zur Erzeugung des elektrischen Felds, welche nicht dargestellt ist, zwischen der Elektrode 42 zur Erzeugung eines elektrischen Felds und der Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel angelegt wird, wird zwischen der Elektrode 42 zur Erzeugung eines elektrischen Felds und der Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel (an der Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel) ein elektrisches Feld erzeugt. Die geladenen Partikel P werden von der Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel vermittels des elektrischen Felds angezogen und gesammelt. Ein Stromstärkenmessgerät 48 ist mit der Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel verbunden. Das Stromstärkenmessgerät 48 detektiert einen elektrischen Strom, der durch die Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel fließt, für eine Ausgabe an den Controller 60.
Die Größen der Sammelelektroden 30 und 40 und die Stärken der elektrischen Felder an den Sammelelektroden 30 und 40 sind derart eingestellt, dass die geladenen Partikel P nicht von der Elektrode 30 zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung gesammelt werden, sondern von der Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel, und dass die elektrischen Ladungen 18, mit denen die Partikel 16 nicht beaufschlagt werden, von der Elektrode 30 zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung gesammelt werden.
Die Heizeinrichtung 50 ist in der Wand (Gehäuse 12) des Lüftungspfads 13 eingebettet. Die Heizeinrichtung 50 ist mit einer Heizeinrichtungsstromquelle 52 verbunden. Die Heizeinrichtungsstromquelle 52 legt eine Spannung zwischen Anschlüssen an, die an beiden Enden der Heizeinrichtung 50 angeordnet sind, um zu bewirken, dass ein elektrischer Strom durch die Heizeinrichtung 50 fließt, und folglich die Heizeinrichtung 50 Wärme erzeugt. Das Material der Heizeinrichtung 50 besitzt bevorzugt einen relativ hohen Widerstandstemperaturkoeffizienten, und Beispiele hierfür umfassen Platin, Gold, Silber, Kupfer, Eisen, Nickel, Molybdän und Wolfram. Ein Material, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, der nahe an jenem des Materials des Gehäuses 12 liegt, wird bevorzugt ausgewählt. Um die Differenz in dem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Heizeinrichtung 50 und dem Gehäuse 12 zu verringern, kann die Heizeinrichtung 50 Pulver (zum Beispiel Keramikpulver wie etwa Aluminiumoxidpulver oder Zirkonoxidpulver) des Materials des Gehäuses 12 enthalten.
Die Heizeinrichtungstemperatur-Messeinrichtung 54 ist ein Element, welches die Temperatur T einer Oberfläche der Heizeinrichtung 50 misst. Die Heizeinrichtungstemperatur-Messeinrichtung 54 ist an der Oberfläche der Heizeinrichtung 50 angeordnet.
Der Controller 60 weist einen bekannten Microcomputer auf, der eine CPU, einen ROM, einen RAM, usw. aufweist. Der Controller 60 stellt die Spannung der elektrischen Entladungs-Stromquelle 26 und die Spannung der Heizeinrichtungsstromquelle 52 ein, empfängt den Betrag der Temperatur von der Gastemperaturmesseinrichtung 14 und der Heizeinrichtungstemperatur-Messeinrichtung 54, und empfängt den Betrag des elektrischen Stroms, der durch die Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel fließt, von dem Stromstärkenmessgerät 48. Der Controller 60 erhält die Partikelanzahl pro Volumeneinheit in dem Gas, das durch den Lüftungspfad 13 gelangt, und bewirkt, dass eine Anzeige 62 das Ergebnis anzeigt.
Es wird nun ein Beispiel zur Herstellung des Partikelzählers 10 beschrieben. Das Gehäuse 12 des Partikelzählers 10, welches die Elektroden 22, 24, 30, 32, 40, und 42 aufweist, die Gastemperaturmesseinrichtung 14, die Heizeinrichtung 50, und die Heizeinrichtungstemperatur-Messeinrichtung 54 können unter Verwendung keramischer Grünfolien hergestellt werden. Konkret werden, nachdem eine Kerbe, eine Durchgangsöffnung, oder eine Nut in jeder keramischen Grünfolie gebildet wurden, auf der keramischen Grünfolie eine Elektrode und ein Verdrahtungsmuster durch Siebdruck gebildet, und bei Bedarf wird auf der keramischen Grünfolie ein Temperaturmesselement angeordnet, und die keramischen Grünfolien werden gestapelt und gebrannt. Die Kerbe, die Durchgangsöffnung und die Nut können mit einem Material (zum Beispiel einem organischen Material) gefüllt werden, welches während dem Brennen verbrennt. Das Gehäuse 12, welches die Elektroden 22, 24, 30, 32, 40 und 42 aufweist, die Gastemperaturmesseinrichtung 14, somit werden die Heizeinrichtung 50 und die Heizeinrichtungstemperatur-Messeinrichtung 54 erhalten. Anschließend wird die elektrische Entladungs-Stromquelle 26 mit der Elektrode 22 zur elektrischen Entladung und den dielektrischen Elektroden 24 verbunden, das Stromstärkenmessgerät 48 wird mit der Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel verbunden, und die Heizeinrichtungsstromquelle 52 wird mit der Heizeinrichtung 50 verbunden. Der Controller 40 wird mit der elektrischen Entladungs-Stromquelle 26, dem Stromstärkenmessgerät 48, der Heizeinrichtungsstromquelle 52, und der Anzeige 42 verbunden. Auf diese Weise kann der Partikelzähler 10 hergestellt werden.
Ein Beispiel der Verwendung des Partikelzählers 10 wird nun beschrieben. In dem Fall, bei dem die Anzahl der Partikel 16, die in Abgas eines Kraftfahrzeugs enthalten sind, detektiert wird, ist der Partikelzähler 10 in einem Auspuffrohr eines Motors installiert. Hierbei wird der Partikelzähler 10 derart installiert, dass das Abgas über die Öffnung 13a des Partikelzählers 10 in den Lüftungspfad 13 gelangt und über die Öffnung 13b austritt.
Der Controller 60 führt einen Partikelanzahl-Detektionsprozess zum Erhalt der Anzahl der Partikel 16 in dem Gas durch. Hierbei bewirkt der Controller 60, dass die Heizeinrichtung 50 den Lüftungspfad 13 erwärmt. Konkret empfängt der Controller 60 den Betrag der Temperatur Ta des Gases von der Gastemperaturmesseinrichtung 14 und empfängt den Betrag der Temperatur T der Oberfläche der Heizeinrichtung 50 von der Heizeinrichtungstemperatur-Messeinrichtung 54, um die Spannung V_H der Heizeinrichtungsstromquelle 52 zu steuern, welche an die Heizeinrichtung 50 derart angelegt wird, dass die Temperatur Ta des Gases zu einer vorgegebenen Temperatur wird. Der Controller 60 erhöht die Spannung V_H über beiden der Enden der Heizeinrichtung 50 schrittweise, um die Temperatur T der Oberfläche der Heizeinrichtung 50 zu erhöhen, bis die Temperatur Ta des Gases die vorgegebene Temperatur erreicht. In dem Fall, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit des Gases hoch ist, nimmt die Menge an Wärme, die das Gas aus dem Gehäuse 12 entfernt, zu. In dem Fall, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit des Gases niedrig ist, nimmt die Menge der Wärme, die das Gas aus dem Gehäuse 12 entfernt, ab. Dementsprechend nimmt, sobald die Strömungsgeschwindigkeit des Gases zunimmt, die Temperatur T der Oberfläche der Heizeinrichtung 50 zu. Der Controller 60 stellt die Temperatur T der Heizeinrichtung 50 auf eine Temperatur ein, die höher als Temperatur Ta des Gases ist und die niedriger als die Verbrennungstemperatur (z. Bsp. 600°C) der Partikel 16 ist.
Ein Brennwert (Ableitungsbrennwert) Q_H, der von dem Gehäuse 12 an das Gas übertragen wird, wird als der Ausdruck (1) unten ausgedrückt. Ein Brennwert (Zufuhrbrennwert) Q, welcher der Heizeinrichtung 50 zugeführt wird, wird als der Ausdruck (2) unten ausgedrückt. Der Ausdruck (1) unten wird als King's Expression bezeichnet. Der Zufuhrbrennwert Q ist gleich dem Ableitungsbrennwert Q_H als Ergebnis einer Kühlungswirkung des Gases. Dementsprechend ist die rechte Seite des Ausdrucks (1) gleich der rechten Seite des Ausdrucks (2). Hierbei sind a und b Konstanten, T und Ta sind Messwerte, und V_H ist ein Wert, der durch den Controller 60 eingestellt wird. Der Widerstand R_H der Heizeinrichtung 50 ist eine Funktion der Temperatur und kann aus der Temperatur T der Oberfläche der Heizeinrichtung 50 berechnet werden. Entsprechend kann der Controller 60 die Strömungsgeschwindigkeit U des Gases aus diesen Ausdrücken erhalten. Die Strömungsgeschwindigkeit q (Volumenströmungsgeschwindigkeit) des Gases wird durch Multiplikation der Strömungsgeschwindigkeit U mit einer Querschnittsfläche S des Lüftungspfads 13 erhalten, und der Controller 60 kann die Strömungsgeschwindigkeit q des Gases ebenfalls aus diesen Ausdrücken erhalten.
$Q_{H} = (a + b \times U^{1 / 2}) \times (T - Ta)$
wobei a und b Konstanten in Abhängigkeit von dem Gas und der Form der Heizeinrichtung 50 sind,

U die Strömungsgeschwindigkeit des Gases ist,
Ta die Temperatur des Gases ist, und
T die Temperatur der Oberfläche der Heizeinrichtung 50 ist,

Q = V_{H^{2}} / R_{H}

V_H die Spannung über beiden der Enden der Heizeinrichtung 50 ist, und
R_H der Widerstand der Heizeinrichtung 50 ist.

Der Controller 60 stellt die Spannung der elektrischen Entladungs-Stromquelle 26, welche zwischen der Elektrode zur elektrischen Entladung 22 und den dielektrischen Elektroden 24 anliegt, derart ein, dass die Anzahl der elektrischen Ladungen 18, die durch die Luftentladung der Einrichtung 20 zur Erzeugung elektrischer Ladung erzeugt werden, die Anzahl der Partikel 16 übersteigt, die vermutlich in dem Gas enthalten sind. Die Partikel 16 in dem Gas, welches in den Lüftungspfad 13 gelangt, werden durch die Aufnahme der elektrischen Ladungen 18 bei Durchlaufen der Einrichtung 20 zur Erzeugung elektrischer Ladung zu den geladenen Partikeln P. Die geladenen Partikel P werden nicht von der Elektrode 30 zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung gesammelt, bewegen sich entlang der Strömung des Gases, und werden nachfolgend von der Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel gesammelt. Manche der elektrischen Ladungen 18, die von der Einrichtung 20 zur Erzeugung elektrischer Ladung erzeugt werden und mit denen die Partikel 16 nicht beaufschlagt werden, werden von der Elektrode 30 zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung gesammelt und an Masse bzw. GND freigesetzt.
Der Controller 60 erhält die Partikelanzahl pro Volumeneinheit auf Grundlage der Strömungsgeschwindigkeit q des Gases und der detektierten elektrischen Stromstärke, die aus dem Stromstärkenmessgerät 48 empfangen wird, welches mit der Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel verbunden ist, und bewirkt, dass die Anzeige 62 die Partikelanzahl anzeigt. Die Partikelanzahl pro Volumeneinheit (die Einheit ist Anzahl/cc) in dem Gas wird aus dem Ausdruck (3) unten berechnet. In dem Ausdruck (3) entspricht die detektierte elektrische Stromstärke (die Einheit lautet A (=C/s)) dem Betrag der elektrischen Stromstärke, die aus dem Stromstärkenmessgerät 48 empfangen wird. Eine durchschnittliche Ladungsanzahl (die Einheit lautet Anzahl) ist der Durchschnitt der elektrischen Ladungen 18, mit der ein einzelner der Partikel 16 beaufschlagt wird, und kann vorab aus Messwerten eines Microstromstärkemessgeräts und eines Partikelzählers berechnet werden. Ein Elementarladungsmenge (die Einheit lautet C) ist eine Konstante, die ebenfalls als Ladungselementarmenge bezeichnet wird. Eine Strömungsgeschwindigkeit (die Einheit lautet cc/s) ist die Strömungsgeschwindigkeit q des Gases, welche auf die obige Weise berechnet wird. $\begin{array}{l} Partikelanzahl = (detektierte elektrische \\ Stromst ä rke) / {(durchschnittliche Ladundgzahl) \times \\ (Elementarladungsmenge) \times (Str ö mungsgeschwindigkeit)} \end{array}$
Zum Zeitpunkt eines Auffrischungsprozesses, während dem der Partikelanzahl-Detektionsprozess nicht durchgeführt wird, bewirkt der Controller 60, dass die Heizeinrichtung 50 die Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel auf eine vorgegebene Verbrennungstemperatur (z.B. 600°C oder 700°C) erwärmt, um den Auffrischungsprozess der Verbrennung der Partikel 16 durchzuführen, die sich an der Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel akkumuliert haben. Zum Beispiel kann der Auffrischungsprozess immer dann wiederholt werden, wenn ein vorgegebener Zeitraum verstreicht, kann immer dann wiederholt werden, wenn die Anzahl der Partikel, die sich an der Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel akkumuliert haben, eine vorgegebene Anzahl erreicht, oder kann immer dann wiederholt werden, wenn eine vorgegebene Zeit verstreicht, bei der die Strömungsgeschwindigkeit des Gases aufgrund eines Verstopfens des Lüftungspfads 13 null beträgt. Der Controller 60 führt den Partikelanzahl-Detektionsprozess nicht durch, während der Auffrischungsprozess durchgeführt wird.
Der oben beschriebene Partikelzähler 10 führt den Partikelanzahl-Detektionsprozess durch, während die Heizeinrichtung 50 den Lüftungspfad 13 heizt bzw. erwärmt. In diesem Zustand wird die Strömungsrate q des Gases auf Grundlage des Brennwerts Q (z.B. der Spannung V_H über beiden der Enden der Heizeinrichtung 50 und dem Widerstand R_H der Heizeinrichtung 50), welcher der Heizeinrichtung 50 zugeführt wird, und der Differenz (= T - Ta) zwischen der Temperatur Ta des Gases und der Temperatur T der Oberfläche der Heizeinrichtung 50 erhalten. Die Partikelanzahl pro Volumeneinheit in dem Gas wird auf Grundlage der Strömungsgeschwindigkeit q des Gases und einer physikalischen Größe (dem elektrischen Strom, der durch die Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel fließt) erhalten, die in Abhängigkeit von der elektrischen Ladungsmenge der geladenen Partikel P variiert, die von der Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel gesammelt werden. Der Partikelzähler 10 hat eine Funktion zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit q des Gases und kann daher die Anzahl der Partikel 16 pro Volumeneinheit in dem Gas erhalten, und es ist nicht erforderlich, ein Durchflussmessgerät bereitzustellen.
Wenn der Partikelanzahl-Detektionsprozess durchgeführt wird, stellt der Controller 60 die Temperatur T der Oberfläche der Heizeinrichtung 50 auf eine Temperatur ein, die höher als die Temperatur Ta des Gases ist und die niedriger als die Verbrennungstemperatur der Partikel 16 ist. Der Grund dafür, warum die Temperatur T der Oberfläche der Heizeinrichtung 50 auf eine Temperatur eingestellt wird, die höher als die Temperatur Ta des Gases ist, ist, dass das Gas, das durch den Lüftungspfad 13 gelangt, Wärme entfernt, die dem Gehäuse 12 durch die Heizeinrichtung 50 zugeführt wird. Der Grund dafür, warum die Temperatur der Oberfläche der Heizeinrichtung 50 auf eine Temperatur eingestellt wird, die niedriger als die Verbrennungstemperatur der Partikel ist, ist, dass verhindert wird, dass die Partikel verbrannt werden. In diesem Fall kann die erhaltene Anzahl der Partikel 16 genauer sein.
Der Partikelzähler 10 erhält die Strömungsrate des Gases gemäß eines sogenannten Prinzips eines Wärmedurchfluss-Messgeräts. Dementsprechend kann die Heizeinrichtung 50 zur Detektion der Strömungsgeschwindigkeit des Gases und zur Auffrischung der Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel verwendet werden.
Die Elektrode 22 zur elektrischen Entladung ist entlang der Innenoberfläche des Lüftungspfads 13 angeordnet. Die dielektrischen Elektroden 24 sind in der Wand (Gehäuse 12) des Lüftungspfads 13 eingebettet. Dementsprechend ist es unwahrscheinlich, dass die Einrichtung 20 zur Erzeugung elektrischer Ladung die Strömung des Gases behindert, das durch den Lüftungspfad 13 gelangt. Folglich kann die erhaltene Strömungsgeschwindigkeit des Gases genauer sein.
Das Gehäuse 12 besitzt eine Wärmeleitfähigkeit von nicht weniger als 3 und nicht mehr als 200 [W/m•K] bei 20°C. Dementsprechend wird die Wärme der Heizeinrichtung 50 relativ schnell an den Lüftungspfad 13 geleitet, und das Ansprechverhalten der Einstellung der Temperatur Ta durch die Heizeinrichtung 50 wird verbessert. Das Gehäuse 12, welches aus einer Keramik gebildet ist, verbessert die Wärmebeständigkeit des Partikelzählers 10.
Die Heizeinrichtung 50 ist in der Wand (Gehäuse 12) des Lüftungspfads 13 eingebettet. Dementsprechend wird die Wärme der Heizeinrichtung 50 im Gegensatz zu dem Fall, bei dem eine Heizeinrichtung außerhalb des Gehäuses 12 angeordnet ist, schnell an den Lüftungspfad 13 geleitet. Folglich wird das Ansprechverhalten der Einstellung der Temperatur Ta durch die Heizeinrichtung 50 verbessert.
Die Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel sammelt die geladenen Partikel P unter Verwendung des elektrischen Felds. Dementsprechend kann die Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel die geladenen Partikel P effektiv sammeln.
Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt ist, und dass die vorliegende Erfindung mit verschiedenen Ausführungsformen innerhalb ihres technischen Schutzumfangs ausgeführt werden kann.
Obgleich die Elektroden 32 und 42 zur Erzeugung eines elektrischen Felds gemäß der obigen Ausführungsform entlang der Innenoberfläche des Lüftungspfads 13 angeordnet sind, können die Elektroden 32 und 42 zur Erzeugung eines elektrischen Felds beispielsweise in der Wand (Gehäuse 12) des Lüftungspfads 13 eingebettet sein. Wie in 3 dargestellt kann ein Paar von Elektroden 34 und 36 zur Erzeugung eines elektrischen Felds in der Wand des Lüftungspfads 13 eingebettet sein, so dass zwischen ihnen die Elektrode 30 zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung anstelle der Elektrode 32 zur Erzeugung eines elektrischen Felds angeordnet ist, und ein Paar Elektroden 44 und 46 zur Erzeugung eines elektrischen Felds kann in der Wand des Lüftungspfads 13 eingebettet sein, so dass zwischen ihnen die Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel anstatt der Elektrode 42 zur Erzeugung des elektrischen Felds angeordnet ist. In diesem Fall werden die elektrischen Ladungen 18 durch die Elektrode 30 zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung gesammelt, wenn eine Spannung an dem Paar der Elektroden 34 und 36 zur Erzeugung eines elektrischen Felds anliegt, um ein elektrisches Feld an der Elektrode 30 zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung zu erzeugen. Wenn eine Spannung an dem Paar von Elektroden 44 und 46 zur Erzeugung des elektrischen Felds anliegt, um ein elektrisches Feld an der Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel zu erzeugen, werden die geladenen Partikel P von der Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel gesammelt.
Obgleich gemäß der obigen Ausführungsform die Einrichtung 20 zur Erzeugung elektrischer Ladung die Elektrode 22 zur elektrischen Entladung, welche entlang der Innenoberfläche des Lüftungspfads 13 angeordnet ist, und die beiden dielektrischen Elektroden 24 aufweist, die in dem Gehäuse 12 eingebettet sind, kann die Einrichtung 20 zur Erzeugung elektrischer Ladung jedwede Struktur aufweisen, vorausgesetzt, dass eine elektrische Ladung durch die Luftentladung erzeugt wird. Beispielsweise ist es denkbar, dass dielektrischen Elektroden 24 nicht in der Wand des Lüftungspfads 13 eingebettet sind, sondern entlang der Innenüberfläche des Lüftungspfads 13 angeordnet sind. In diesem Fall kann jede der dielektrischen Elektroden 24 unter Verwendung von Glaspaste an die Innenoberfläche des Lüftungspfads 13 angefügt werden, oder kann aus einem Sintermetall in einer Weise ausgebildet sein, bei der eine Metallpaste auf die Innenoberfläche des Lüftungspfads 13 durch Siebdruck aufgebracht und gebrannt wird. Wie in der internationalen Veröffentlichung mit Nr. 2015/146456 offenbart, kann die Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Ladung eine nadelförmige Elektrode und eine zugewandte Elektrode aufweisen.
Obgleich die Heizeinrichtung 50 gemäß der obigen Ausführungsform in der unteren Wand des Lüftungspfads 13 eingebettet ist, kann die Heizeinrichtung 50 in der oberen Wand des Lüftungspfads 13 eingebettet sein, oder sie kann in den oberen und unteren Wänden des Lüftungspfads 13 eingebettet sein. Die Heizeinrichtung 50 in der Form eines Rohrs oder einer Spirale kann in dem Gehäuse 12 eingebettet sein. Es ist denkbar, dass die Heizeinrichtung 50 nicht in dem Gehäuse 12 eingebettet ist, sondern an der Außenoberfläche des Gehäuses 12 angeordnet ist.
Obgleich gemäß der obigen Ausführungsform die Gastemperaturmesseinrichtung 14 nahe der Innenoberfläche des Lüftungspfads 13 installiert ist, kann die Gastemperaturmesseinrichtung 14 nahe der Mittelachse des Lüftungspfads 13 installiert sein.
Obgleich gemäß der obigen Ausführungsform die Einrichtung 20 zur Erzeugung elektrischer Ladung unterhalb des Lüftungspfads 13 angeordnet ist, kann die Einrichtung 20 zur Erzeugung elektrischer Ladung oberhalb des Lüftungspfads 13 angeordnet sein, oder sie kann oberhalb und unterhalb des Lüftungspfads 13 angeordnet sein.
Gemäß der obigen Ausführungsform wird das elektrische Feld an der Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel erzeugt. Auch wenn kein elektrisches Feld erzeugt wird, können die geladenen Partikel P jedoch von der Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel gesammelt werden, indem ein Raum (die Dicke eines Strömungspfads), in dem die Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel an dem Lüftungspfad 13 angeordnet ist, auf einen kleinen Wert eingestellt wird (zum Beispiel nicht weniger als 0,01 mm und weniger als 0,2 mm). Das bedeutet, wenn die Dicke des Strömungspfads ein kleiner Wert ist, die geladenen Partikel P durch die Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel gesammelt werden können, indem sie damit kollidieren, weil die Brownsche Molekularbewegung der geladenen Partikel P stark ist. In diesem Fall ist es denkbar, dass die Elektrode 42 zur Erzeugung des elektrischen Felds nicht bereitgestellt wird.
Obgleich die Partikelanzahl pro Volumeneinheit in dem Gas durch Verwendung des Partikelzählers 10 gemäß der obigen Ausführungsform erhalten wird, kann die Partikelanzahl pro Volumeneinheit in dem Gas durch Verwendung eines Partikelzählers 110 erhalten werden, der in 4 dargestellt ist. Der Partikelzähler 110 weist die gleiche Struktur bzw. den gleichen Aufbau wie der Partikelzähler 10 auf, abgesehen davon, dass die Elektrode 40 zur Sammlung geladener Partikel und die Elektrode 42 zur Erzeugung eines elektrischen Felds nicht bereitgestellt sind, und dass das Stromstärkenmessgerät 48 mit der Elektrode 30 zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung und dem Controller 60 verbunden ist. Dementsprechend sind Komponenten bzw. Bauteile, die jenen des Partikelzählers 10 gleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das Stromstärkenmessgerät 48 detektiert einen elektrischen Strom, der durch die Elektrode 30 zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung fließt, für eine Ausgabe an dem Controller 60. Die Spannung, die zwischen der Elektrode 22 zur elektrischen Entladung und den dielektrischen Elektroden 24 anliegt, wird derart eingestellt, dass eine vorgegebene Menge der elektrischen Ladungen 18 pro Zeiteinheit erzeugt werden. Die Größe der Elektrode 30 zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung und die Stärke des elektrischen Felds an der Elektrode 30 zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung werden derart eingestellt, dass die Elektrode 30 zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung die überschüssige elektrische Ladung sammelt, jedoch nicht die geladenen Partikel P sammelt. Dementsprechend werden die geladenen Partikel P nicht von der Elektrode 30 zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung gesammelt und gelangen über die Öffnung 13b des Lüftungspfads 13 nach außerhalb. Wenn der Partikelanzahl-Detektionsprozess durchgeführt wird, erhält der Controller 60 des Partikelzählers 10 die Strömungsgeschwindigkeit q des Gases auf Grundlage des Brennwerts Q, welcher der Heizeinrichtung 50 zugeführt wird, und der Differenz (= T - Ta) zwischen der Temperatur Ta des Gases und der Temperatur T der Oberfläche der Heizeinrichtung 50, wobei die Heizeinrichtung 50 den Lüftungspfad 13 wie in der obigen Ausführungsform heizt. Die Partikelanzahl pro Volumeneinheit (die Einheit lautet Anzahl/cc) in dem Gas wird auf Grundlage der Strömungsgeschwindigkeit q des Gases und der physikalischen Größe (elektrische Stromstärke) erhalten, welche in Abhängigkeit von der elektrischen Ladungsmenge der überschüssigen elektrischen Ladungen variiert, die von der Elektrode 30 zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung gesammelt werden. Die Partikelanzahl pro Volumeneinheit in dem Gas wird erhalten, indem die Anzahl (= elektrische Stromstärke/Elementarladungsmenge) der überschüssigen elektrischen Ladungen pro Zeiteinheit auf Grundlage des elektrischen Stroms, der durch die Elektrode 30 zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung fließt, erhalten wird, eine Differenz, die durch Subtrahieren der Anzahl der überschüssigen Ladungen von der Gesamtanzahl der elektrischen Ladungen 18, die durch die Einrichtung 20 zur Erzeugung elektrischer Ladung pro Zeiteinheit erzeugt werden, erhalten wird, durch die durchschnittliche Ladungsanzahl der geladenen Partikel P geteilt wird, um eine Anzahl geladener Partikel zu erhalten, und die Anzahl geladener Partikel durch die Strömungsrate q geteilt wird. Der Partikelzähler 110 weist ebenfalls die Funktion zur Messung der Strömungsrate des Gases auf und kann die Partikelanzahl pro Volumeneinheit in dem Gas erhalten, und es ist nicht erforderlich, ein Durchflussmessgerät bereitzustellen.
Die Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-159492 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 22. August 2017, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme in die vorliegende Schrift aufgenommen wird.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann für einen Partikelzähler verwendet werden, der zum Beispiel die Partikelanzahl in Gas erhält.
Bezugszeichenliste

10, 110: Partikelzähler
12: Gehäuse
13: Lüftungspfad
13a: erste Öffnung
13b: zweite Öffnung
14: Gastemperaturmesseinrichtung
16: Partikel
18: elektrische Ladung
20: Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Ladung
22: Elektrode zur elektrischen Entladung
22a: feiner Vorsprung
24: dielektrische Elektrode
26: elektrische Entladungs-Stromquelle
30: Elektrode zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung
32,34,36: Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Felds
40: Elektrode zur Sammlung geladener Partikel
42,44,46: Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Felds
48: Stromstärkenmessgerät
50: Heizeinrichtung
52: Heizeinrichtungsstromquelle
54: Heizeinrichtungstemperatur-Messeinrichtung
60: Controller
62: Anzeige
P: geladenes Partikel

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 2017159492 [0051]

Claims

Partikelzähler, aufweisend: ein Gehäuse, das einen Lüftungspfad aufweist; eine Gastemperaturmesseinrichtung, die eine Temperatur von Gas, das durch den Lüftungspfad gelangt, misst; eine Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Ladung, die durch Luftentladung in dem Lüftungspfad eine elektrische Ladung erzeugt und ein Partikel in dem Gas, das durch den Lüftungspfad gelangt, mit der elektrischen Ladung beaufschlagt, um ein geladenes Partikel zu erhalten; eine Elektrode zur Sammlung geladener Partikel, welche das geladene Partikel sammelt; eine Heizeinrichtung, die in der Lage ist, den Lüftungspfad zu erwärmen; eine Heizeinrichtungstemperatur-Messeinrichtung, die eine Temperatur einer Oberfläche der Heizeinrichtung misst; und einen Controller zur Durchführung eines Partikelanzahl-Detektionsprozesses zum Erhalt einer Anzahl der Partikel in dem Gas, wobei, wenn der Partikelanzahl-Detektionsprozess durchgeführt wird, der Controller eine Strömungsgeschwindigkeit des Gases auf Grundlage eines Brennwerts, welcher der Heizeinrichtung zugeführt wird, und einer Differenz zwischen der Temperatur des Gases und der Temperatur der Oberfläche der Heizeinrichtung erhält, wobei die Heizeinrichtung den Lüftungspfad erwärmt, und die Anzahl der Partikel pro Volumeneinheit in dem Gas auf Grundlage der Strömungsgeschwindigkeit des Gases und einer physikalischen Größe erhält, die in Abhängigkeit von einem Betrag der elektrischen Ladung des geladenen Partikels variiert, der vermittels der Elektrode zur Sammlung geladener Partikel gesammelt wird.
Partikelzähler, aufweisend: ein Gehäuse, das einen Lüftungspfad aufweist; eine Gastemperaturmesseinrichtung, die eine Temperatur von Gas, das durch den Lüftungspfad gelangt, misst; eine Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Ladung, die durch Luftentladung in dem Lüftungspfad eine elektrische Ladung erzeugt und ein Partikel in dem Gas, das durch den Lüftungspfad gelangt, mit der elektrischen Ladung beaufschlagt, um ein geladenes Partikel zu erhalten; eine Elektrode zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung, die eine überschüssige elektrische Ladung sammelt, mit der das Partikel nicht beaufschlagt wird; eine Heizeinrichtung, die in der Lage ist, den Lüftungspfad zu erwärmen; eine Heizeinrichtungstemperatur-Messeinrichtung, die eine Temperatur einer Oberfläche der Heizeinrichtung misst; und einen Controller zur Durchführung eines Partikelanzahl-Detektionsprozesses zum Erhalt einer Anzahl der Partikel in dem Gas, wobei, wenn der Partikelanzahl-Detektionsprozess durchgeführt wird, der Controller eine Strömungsgeschwindigkeit des Gases auf Grundlage eines Brennwerts, welcher der Heizeinrichtung zugeführt wird, und einer Differenz zwischen der Temperatur des Gases und der Temperatur der Oberfläche der Heizeinrichtung erhält, wobei die Heizeinrichtung den Lüftungspfad erwärmt, und die Anzahl der Partikel pro Volumeneinheit in dem Gas auf Grundlage der Strömungsgeschwindigkeit des Gases und einer physikalischen Größe erhält, die in Abhängigkeit von einem Betrag der elektrischen Ladung der überschüssigen elektrischen Ladung variiert, die vermittels der Elektrode zur Sammlung überschüssiger elektrischer Ladung gesammelt wird.
Partikelzähler nach Anspruch 1, wobei, während der Partikelanzahl-Detektionsprozess nicht durchgeführt wird, der Controller die Heizeinrichtung veranlasst, die Elektrode zur Sammlung geladener Partikel bis auf eine vorgegebene Partikelverbrennungstemperatur zu erwärmen, um einen Auffrischungsprozess durchzuführen, bei dem das Partikel, das sich an der Elektrode zur Sammlung geladener Partikel akkumuliert hat, verbrannt wird.
Partikelzähler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, wenn der Partikelanzahl-Detektionsprozess durchgeführt wird, der Controller die Temperatur der Oberfläche der Heizeinrichtung auf eine Temperatur einstellt, die höher als die Temperatur des Gases ist und die niedriger als eine Verbrennungstemperatur des Partikels ist.
Partikelzähler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Ladung eine Elektrode zur elektrischen Entladung und eine dielektrische Elektrode aufweist, wobei die Elektrode zur elektrischen Entladung entlang einer Innenoberfläche des Lüftungspfads angeordnet ist, und wobei die dielektrische Elektrode in dem Gehäuse eingebettet ist oder entlang der Innenoberfläche des Lüftungspfads angeordnet ist.
Partikelzähler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Gehäuse eine Wärmeleitfähigkeit von nicht weniger als 3 und nicht mehr als 200 [W/m•K] bei 20°C besitzt.
Partikelzähler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Gehäuse aus Keramik gebildet ist.
Partikelzähler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Heizeinrichtung in dem Gehäuse eingebettet ist.