JP2017223471A - 微粒子数検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】捕集された微粒子等を選択的に加熱して焼却する。【解決手段】微粒子数検出器１０は、通気管１２内に、積層構造体２０、捕集装置４０、余剰電荷除去装置５０及び個数測定装置６０を備えている。積層構造体２０は、通気管１２内に導入されたガス中の微粒子１６に電荷１８を付加して帯電微粒子Ｐにする電荷発生素子として機能する。また、積層構造体２０は、通気管１２内に堆積した微粒子等をマイクロ波で加熱して焼却するマイクロ波加熱素子としても機能する。【選択図】図１

Description

本発明は、微粒子数検出器に関する。

微粒子数検出器としては、コロナ放電によりイオンを発生させ、そのイオンにより被測定ガス中の微粒子を帯電し、帯電した微粒子を捕集し、捕集された微粒子の電荷の量に基づいて微粒子の個数を測定するものが知られている。また、こうした微粒子数検出器において、捕集された微粒子をヒータで加熱して焼却したり、ガスの流入孔や排出孔に溜まった微粒子をヒータで加熱して焼却したりすることが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１３−１７０９１３号公報

しかしながら、特許文献１の微粒子数検出器では、ヒータは電熱線のパターンであるため、微粒子を選択的に加熱することはできなかった。そのため、微粒子以外のほかの箇所が高温に晒されることがあり、それによって不具合を生じるおそれがあった。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、捕集された微粒子等を選択的に加熱して焼却することを主目的とする。

本発明の微粒子数検出器は、
気中放電により電荷を発生し、通気管内に導入されたガス中の微粒子に前記電荷を付加して帯電微粒子にする電荷発生素子と、
前記帯電微粒子を捕集する捕集電極を有し、前記捕集電極に捕集された前記帯電微粒子の電荷の量に基づいて前記ガス中の微粒子の数を検出する検出手段と、
前記捕集電極に向けてマイクロ波を放射するように配置され、前記捕集電極上に堆積した前記微粒子及び／又は前記帯電微粒子をマイクロ波で加熱して焼却するマイクロ波加熱手段と、
を備えたものである。

この微粒子数検出器では、電荷発生素子が気中放電により電荷を発生し、発生した電荷を通気管内に導入されたガス中の微粒子に付加して帯電微粒子にする。そして、捕集電極に捕集された帯電微粒子の電荷の量に基づいてガス中の微粒子の数を検出する。また、捕集電極上に堆積した微粒子や帯電微粒子（「微粒子等」という）をマイクロ波で加熱して焼却する。マイクロ波加熱のため、金属製の捕集電極は加熱されず微粒子等が加熱される。したがって、捕集された微粒子等を選択的に加熱して焼却することができる。

なお、本明細書において、「電荷」とは、正電荷や負電荷のほかイオンを含むものとする。「微粒子の数を検出する」とは、微粒子の数を測定する場合のほか、微粒子の数が所定の数値範囲に入るか否か（例えば所定のしきい値を超えるか否か）を判定する場合も含むものとする。

本発明の微粒子数検出器において、前記マイクロ波加熱手段は、誘電体層と、該誘電体層の一方の面に設けられた放射素子と、前記誘電体層の他方の面又は内部に設けられたグランド板と備えたアンテナであってもよい。マイクロ波加熱手段としては、マイクロストリップアンテナ、ダイポールアンテナ、八木宇田アンテナ、スロットアンテナなどが挙げられるが、このうちマイクロストリップアンテナが小型化に適することから好ましい。ここで、アンテナは、放射素子にマイクロ波を放射するスロットを有していてもよい。こうすれば、スロットから指向性を持ってマイクロ波が放射されるため、目的とする微粒子等に向けてマイクロ波を放射しやすくなる。

本発明の微粒子数検出器において、前記マイクロ波加熱手段が前記アンテナの場合、前記マイクロ波加熱手段は、前記電荷発生素子を兼用しており、前記電荷発生素子は、前記放射素子を放電電極、前記グランド板を誘導電極として利用してもよい。こうすれば、マイクロ波加熱手段と電荷発生素子とを別に設ける場合に比べて部品点数が削減される。この場合、前記放射素子は、平板状の電極であって周囲に面方向に突出した突起を有していてもよい。こうすれば、マイクロ波加熱手段を電荷発生素子として用いる際に、放電機能が高まり、電荷の発生量が増加する。あるいは、前記放射素子は、平板状の電極であって面内に複数のドット穴を有していてもよい。こうしても、マイクロ波加熱手段を電荷発生素子として用いる際に、放電機能が高まり、電荷の発生量が増加する。

本発明の微粒子数検出器において、前記マイクロ波加熱手段が前記アンテナであって前記電荷発生素子と兼用する場合、前記マイクロ波加熱手段は、前記放射素子と前記グランド板との間に低周波又は直流の放電用電源とマイクロ波発生用の高周波電源とが切替可能に接続され、前記放電用電源から電力が供給されると前記放射素子から電荷を発生し、前記高周波電源から電力が供給されると前記放射素子からマイクロ波を発生するようにしてもよい。

本発明の微粒子数検出器は、
気中放電により電荷を発生し、通気管内に導入されたガス中の微粒子に電荷を付加して帯電微粒子にする電荷発生素子と、
前記帯電微粒子を捕集する捕集電極を有し、前記捕集電極に捕集された前記帯電微粒子の電荷の量に基づいて前記ガス中の微粒子の数を検出する検出手段と、
誘電体層と、前記誘電体層の一方の面に設けられ前記捕集電極を兼用する放射素子と、前記誘電体層の他方の面又は内部に設けられたグランド板を備えたアンテナであり、前記捕集電極上に堆積した前記微粒子及び／又は前記帯電微粒子をマイクロ波で加熱して焼却するマイクロ波加熱手段と、
を備えたものでもよい。

この微粒子数検出器では、電荷発生素子が気中放電により電荷を発生し、発生した電荷を通気管内に導入されたガス中の微粒子に付加して帯電微粒子にする。そして、捕集電極に捕集された帯電微粒子の電荷の量に基づいてガス中の微粒子の数を検出する。また、捕集電極上に堆積した微粒子等をマイクロ波で加熱して焼却する。マイクロ波加熱のため、金属製の捕集電極は加熱されず微粒子等が加熱される。したがって、捕集された微粒子等を選択的に加熱して焼却することができる。また、マイクロ波加熱手段の一部を検出手段と共有することになるため、マイクロ波加熱手段と検出手段とを全く別に設ける場合に比べて部品点数が削減される。

微粒子数検出器１０の概略構成を表す断面図。 積層構造体２０の斜視図。 第１金属層２１の変形例の平面図。 第１金属層２１の変形例の平面図。 微粒子数検出器１０の変形例の概略構成を示す断面図。 積層構造体２０の変形例の斜視図。 微粒子数検出器１１０の概略構成を示す断面図。 微粒子数検出器２１０の概略構成を示す断面図。 微粒子数検出器３１０の概略構成を示す断面図。

［第１実施形態］
本発明の好適な実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は微粒子数検出器１０の概略構成を表す断面図である。

微粒子数検出器１０は、ガス（例えば自動車の排ガス）に含まれる微粒子の数を計測するものである。この微粒子数検出器１０は、図１に示すように、セラミック製の通気管１２内に、積層構造体２０、捕集装置４０、余剰電荷除去装置５０及び個数測定装置６０を備えている。通気管１２は、ガスを通気管１２内に導入するガス導入口１２ａと、通気管１２を通過してきたガスを排出するガス排出口１２ｂとを有している。

積層構造体２０は、気中放電（例えばコロナ放電、誘電体バリア放電、コロナ放電と誘電体バリア放電の両方など）により電荷を発生する電荷発生素子であると共に、マイクロ波を放射して微粒子を加熱するマイクロ波加熱素子でもある。積層構造体２０は、通気管１２の内壁の上部にて第１金属層２１の表面が捕集装置４０の捕集電極４８を向くように配置されている。積層構造体２０は、図２に示すように、誘電体層２３の一方の面に第１金属層２１を備え、誘電体層２３の他方の面に第２金属層２２を備えている。誘電体層２３は、例えば雲母やセラミック、ガラスエポキシなどで構成され、平面視の形状が２Ｌ（ｍｍ）×２Ｌ（ｍｍ）の正方形で厚さがｈ（ｍｍ）の層である。第１金属層２１は、平面視の形状が誘電体層２３よりも小さく、Ｗ（ｍｍ）×Ｌ（ｍｍ）の四角形の層である。第２金属層２２は、上から見た形状が誘電体層２３と同じ大きさの正方形の層である。

第１及び第２金属層２１，２２は、放電用電源２４に接続するか高周波電源２６に接続するかをスイッチ回路２８によって切り替え可能となっている。放電用電源２４としては、例えば低周波電源や直流電源が挙げられる。第１及び第２金属層２１，２２が放電用電源２４に接続されて両者の間に高電位差が生じるように電力が供給されると、気中放電が発生して電荷が発生する。電荷は、例えばガス中の酸素分子や水分子などが電離することにより発生する。この場合、第１金属層２１は放電電極、第２金属層２２は誘導電極となり、積層構造体２０は電荷発生素子として機能する。気中放電が起きると、誘電体層２３のうち第１金属層２１が設けられた面で、ガス導入口１２ａから導入されたガス中の微粒子１６に電荷１８（ここでは電子）が付加されて帯電微粒子Ｐになる。帯電微粒子Ｐはガスの流れに乗って通気管１２内の中空部１２ｃへ進む。一方、第１及び第２金属層２１，２２が高周波電源２６に接続されて両者の間に高周波電力が供給されると、第１金属層２１からマイクロ波が発生する。この場合、第１金属層２１は放射素子、第２金属層２２はグランド板となり、積層構造体２０はマイクロ波加熱素子として機能する。積層構造体２０をマイクロ波加熱素子として機能させる場合、マイクロ波の放射強度は第１金属層２１の表面の法線方向で最大となる。そのため、マイクロ波は捕集電極４８に向けて放射される。

本実施形態では、Ｌ及びＷは下記式に基づいて設定される。式中、λは自由空間での波長であり、マイクロ波の周波数を２．４５ＧＨｚとすると１２２ｍｍとなる。ε_relは実効誘電率である。誘電体層２３としてｈが１．２ｍｍのガラスエポキシ基板を用いるとすると、比誘電率εｒは４．８である。εｒをε_rel とみなすと、下記式からＬ及びＷは２７．８ｍｍになる。
Ｌ＝Ｗ＝λ・（２√ε_rel）

捕集装置４０は、帯電微粒子Ｐを捕集する装置であり、通気管１２内の中空部１２ｃに設けられている。捕集装置４０は、電界発生部４２及び捕集電極４８を有している。電界発生部４２は、中空部１２ｃの壁に埋設された負極４４と、その負極４４に対向する壁に埋設された正極４６とを有している。捕集電極４８は、正極４６が埋設された中空部１２ｃの壁に露出している。電界発生部４２の負極４４には負電位−Ｖ１が印加され、正極４６には接地電位Ｖｓｓが印加される。負電位−Ｖ１のレベルは−ｍＶオーダーから−数１０Ｖである。これにより、中空部１２ｃの内部には正極４６から負極４４に向かう電界が発生する。したがって、中空部１２ｃに入り込んだ帯電微粒子Ｐは、発生している電界によって、正極４６に引き寄せられ、その途中に設置された捕集電極４８に捕集される。

余剰電荷除去装置５０は、微粒子１６に付加されなかった電荷１８を除去する装置であり、中空部１２ｃのうち捕集装置４０の手前（ガス進行方向の上流側）に設けられている。余剰電荷除去装置５０は、電界発生部５２及び除去電極５８を有している。電界発生部５２は、中空部１２ｃの壁に埋設された負極５４と、その負極５４に対向する壁に埋設された正極５６とを有している。除去電極５８は、正極５６が埋設された中空部１２ｃの壁に露出している。電界発生部５２の負極５４には負電位−Ｖ２が印加され、正極５６には接地電位Ｖｓｓが印加される。負電位−Ｖ２のレベルは−ｍＶオーダーから−数１０Ｖである。負電位−Ｖ２の絶対値は、捕集装置４０の負極４４に印加される負電位−Ｖ１の絶対値よりも１桁以上小さい。これにより、正極５６から負極５４に向かう弱い電界が発生する。したがって、積層構造体２０で気中放電によって発生した電荷１８のうち、微粒子１６に付加されなかった電荷１８は、弱い電界によって正極５６に引き寄せられ、その途中に設置された除去電極５８を介してＧＮＤに捨てられる。

個数測定装置６０は、捕集された帯電微粒子Ｐの電荷１８の量に基づいて微粒子１６の個数を測定する装置であり、電流測定部６２及び個数算出部６４を有している。電流測定部６２と捕集電極４８との間には、捕集電極４８側からコンデンサ６６と抵抗器６７とスイッチ６８とが直列に接続されている。スイッチ６８は、半導体スイッチが好ましい。スイッチ６８がオンされて捕集電極４８と電流測定部６２とが電気的に接続されると、捕集電極４８に付着した帯電微粒子Ｐに付加された電荷１８に基づく電流が、コンデンサ６６と抵抗器６７からなる直列回路を介して過渡応答として電流測定部６２に伝達される。電流測定部６２は、通常の電流計を用いることができる。個数算出部６４は、電流測定部６２からの電流値に基づいて微粒子１６の個数を演算する。なお、捕集装置４０及び個数測定装置６０が本発明の検出手段に相当する。

次に、微粒子数検出器１０の使用例について説明する。自動車の排ガスに含まれる微粒子を計測する場合、エンジンの排気管内に微粒子数検出器１０を取り付ける。このとき、排ガスが微粒子数検出器１０のガス導入口１２ａから通気管１２内に導入され、ガス排出口１２ｂから排出されるように微粒子数検出器１０を取り付ける。また、スイッチ回路２８により積層構造体２０の第１及び第２金属層２１，２２を放電用電源２４に接続する。

ガス導入口１２ａから通気管１２内に導入された排ガスに含まれる微粒子１６は、積層構造体２０の第１金属層２１側で電荷１８（電子）が付加されたあとで中空部１２ｃに入る。帯電微粒子Ｐは、電界が弱く除去電極５８の長さが中空部１２ｃの長さに対して１／２０〜１／１０と短い余剰電荷除去装置５０をそのまま通過して捕集装置４０に至る。また、微粒子１６に付加されなかった電荷１８も、中空部１２ｃに入る。こうした電荷１８は、電界が弱くても余剰電荷除去装置５０の正極５６に引き寄せられ、その途中に設置された除去電極５８を介してＧＮＤに捨てられる。これにより、微粒子１６に付加されなかった不要な電荷１８は捕集装置４０にほとんど到達することがない。

帯電微粒子Ｐは、捕集装置４０に至ると、正極４６に引き寄せられ、その途中に設置された捕集電極４８に捕集される。捕集電極４８に付着された帯電微粒子Ｐの電荷１８に基づく電流が、コンデンサ６６と抵抗器６７からなる直列回路を介して過渡応答として個数測定装置６０の電流測定部６２に伝達される。

電流Ｉと電荷量ｑの関係は、Ｉ＝ｄｑ／（ｄｔ）、ｑ＝∫Ｉｄｔである。したがって、個数算出部６４は、スイッチ６８がオンされている期間（スイッチオン期間）にわたって電流測定部６２からの電流値を積分（累算）して電流値の積分値（蓄積電荷量）を求める。スイッチオン期間の経過後に、蓄積電荷量を素電荷で除算して電荷の総数（捕集電荷数）を求め、その捕集電荷数を１つの微粒子１６に付加する電荷の数の平均値で除算することで、一定時間（例えば５〜１５秒）にわたって捕集電極４８に付着していた微粒子１６の個数を求めることができる。そして、個数算出部６４は、一定時間における微粒子１６の個数を算出する演算を、所定期間（例えば１〜５分）にわたって繰り返し行って積算することで、所定期間にわたって捕集電極４８に付着した微粒子１６の個数を算出することができる。また、コンデンサ６６と抵抗器６７による過渡応答を利用することで、小さな電流でも測定することが可能となり、微粒子１６の個数を高精度に検出することができる。ｐＡ（ピコアンペア）レベルやｎＡ（ナノアンペア）レベルの微小な電流であれば、例えば抵抗値の大きい抵抗器６７を使用して時定数を大きくすることで、微小な電流の測定が可能となる。

また、微粒子の個数を測定したあと、スイッチ回路２８により積層構造体２０の第１及び第２金属層２１，２２を高周波電源２６に接続し、第１及び第２金属層２１，２２に高周波電力を供給して第１金属層２１からマイクロ波が放射されるようにする。マイクロ波は、捕集電極４８に向けて放射されるため、捕集電極４８上に堆積した微粒子等を加熱し焼却するが、金属製の捕集電極４８は加熱されない。これにより、捕集電極４８をリフレッシュすることができる。

以上詳述した本実施形態によれば、電荷発生素子として機能する積層構造体２０が気中放電により電荷を発生し、発生した電荷を通気管１２内に導入されたガス中の微粒子１６に付加して帯電微粒子Ｐにする。そして、帯電微粒子Ｐの電荷１８の量に基づいてガス中の微粒子１６の数を検出する。また、捕集電極４８上に堆積した微粒子等を、マイクロ波加熱素子として機能する積層構造体２０が放射するマイクロ波で加熱して焼却する。マイクロ波加熱のため、金属製の捕集電極は加熱されず微粒子等が加熱される。したがって、捕集された微粒子等を選択的に加熱して焼却することができる。

また、積層構造体２０は、いわゆるマイクロストリップアンテナとして構成されているため、小型化しやすい。

更に、積層構造体２０は、電荷発生素子とマイクロ波加熱素子とを兼用しているため、これらを別々に設ける場合に比べて部品点数が削減される。

なお、本発明は上述した第１実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した第１実施形態の積層構造体２０の第１金属層２１を、図３や図４に示すように変更してもよい。図３及び図４は、第１金属層２１の変形例の平面図である。図３の第１金属層２１は、周囲に面方向に突出した突起２１ｃを有している。こうすれば、積層構造体２０を電荷発生素子として用いる際に、放電機能が高まり、電荷の発生量が増加する。図４の第１金属層２１は、面内に複数のドット穴２１ｄを有している。ドット穴２１ｄは第１金属層２１を上下方向に貫通している。こうしても、積層構造体２０を電荷発生素子として用いる際に、放電機能が高まり、電荷の発生量が増加する。なお、突起２１ｃやドット穴２１ｄは積層構造体２０がマイクロ波を放射する機能を損なわないように設けることが好ましい。

上述した第１実施形態の積層構造体２０を、図５に示すようにガス導入口１２ａと中空部１２ｃとの間の内壁に第１金属層２１が上を向くように配置し、その第１金属層２１を、図６に示すように変更してもよい。図６は、積層構造体２０の変形例の斜視図である。図６の第１金属層２１は、誘電体層２３の側面（ガス進行方向の下流側の側面）を覆うように延ばすことにより形成された側面被覆部２１ａを有し、この側面被覆部２１ａに長方形状のスロット２１ｂが設けられたものである。スロット２１ｂは捕集電極４８を向くように配置される。スロット２１ｂの長辺の長さはマイクロ波の波長λの１／２となるように設計されている。こうすれば、積層構造体２０をマイクロ波加熱素子として機能させる場合、スロット２１ｂから指向性を持ってマイクロ波が放射される。そのため、捕集電極４８に堆積した微粒子等にマイクロ波が当たりやすくなる。

上述した第１実施形態では、積層構造体２０を通気管１２のガス導入口１２ａから中空部１２ｃに至る通路の内壁の下部に１つ設けた例を示したが、この通路の内壁の周方向に沿って２つ以上設けてもよい。

上述した第１実施形態では、積層構造体２０は誘電体層２３の一方の面に第１金属層２１，他方の面に第２金属層２２を備えたものとしたが、第２金属層２２を誘電体層２３の内部に埋設してもよい。このようにしても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。

［第２実施形態］
図７は第２実施形態の微粒子数検出器１１０の概略構成を示す断面図である。第２実施形態のうち、第１実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付し、その説明を省略する。第２実施形態の微粒子数検出器１１０では、第１実施形態の積層構造体２０の位置に電荷発生素子１２０を配置し、捕集電極４８の代わりに積層構造体２２０を配置した以外は、第１実施形態と同様である。

電荷発生素子１２０は、通気管１２のガス導入口１２ａと中空部１２ｃとの間に設けられ、針状電極１２２と、その針状電極１２２に対向して設置された対向電極１２４とを有している。また、針状電極１２２と対向電極１２４とは、電圧Ｖｐ（例えばパルス電圧等）を印加する放電用電源１２６に接続されている。電荷発生素子１２０は、針状電極１２２と対向電極１２４との間に電圧Ｖｐが印加されることで、両電極間の電位差による気中放電が発生する。この気中放電中をガスが通過することによりガス中の微粒子１６は電荷１８が付加されて帯電微粒子Ｐになる。

積層構造体２２０は、積層構造体２０と同様、誘電体層２２３の一方の面に第１金属層２２１を備え、誘電体層２２３の他方の面に第２金属層２２２を備えている。第１及び第２金属層２２１，２２２は、スイッチ回路２２８を介して高周波電源２２６に接続されている。第１及び第２金属層２２１，２２２の間に高周波電力が供給されると、第１金属層２２１からマイクロ波が発生する。この場合、第１金属層２２１は放射素子、第２金属層２２２はグランド板となり、積層構造体２２０はマイクロ波加熱素子として機能する。また、第１金属層２２１は、第１実施形態の捕集電極４８としても機能する。

第１金属層２２１を捕集装置４０の捕集電極として利用する場合、スイッチ回路２２８により高周波電源２２６との接続を切断し、電界発生部４２によって正極４６から負極４４に向かう電界を発生させる。ガス導入口１２ａから通気管１２内に入り込んだ微粒子１６は、電荷発生素子１２０を通過する際に電荷１８が付加されて帯電微粒子となる。その帯電微粒子は、中空部１２ｃを通過する際、中空部１２ｃに発生している電界によって、正極４６に引き寄せられ、その途中に設置された第１金属層２２１に捕集される。第１金属層２２１に付着した帯電微粒子Ｐの電荷１８に基づく電流が、コンデンサ６６と抵抗器６７からなる直列回路を介して過渡応答として個数測定装置６０の電流測定部６２に伝達される。そして、第１実施形態で述べたとおり、微粒子の個数が測定される。

微粒子の個数を測定したあと、スイッチ回路２２８により積層構造体２２０の第１金属層２２１を高周波電源２２６に接続し、第１金属層２２１に高周波電力を供給して第１金属層２２１からマイクロ波が放射されるようにする。マイクロ波は、第１金属層２２１に堆積している微粒子等を加熱して焼却する。これにより、第１金属層２２１をリフレッシュすることができる。

以上詳述した本実施形態によれば、通気管１２内に堆積した微粒子等を積層構造体２２０が放射するマイクロ波で加熱して焼却する。マイクロ波加熱のため、金属類は加熱されず微粒子等が加熱される。したがって、第１金属層２２１に捕集された微粒子等を選択的に加熱して焼却することができる。また、積層構造体２２０は、いわゆるマイクロストリップアンテナとして構成されているため、小型化しやすい。更に、積層構造体２２０は、捕集装置４０の捕集電極とマイクロ波加熱素子とを兼用しているため、これらを別々に設ける場合に比べて部品点数が削減される。

なお、本発明は上述した第２実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、図８に示す微粒子数検出器２１０のように、上述した第２実施形態の積層構造体２２０の代わりに第１実施形態の捕集電極４８を設け、その捕集電極４８をマイクロ波加熱素子の放射素子として用いてもよい。図８の微粒子数検出器２１０は、積層構造体２２０の代わりに捕集電極４８を設けた以外は、第２実施形態と同じであるため、第２実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付した。図８の捕集電極４８は、スイッチ回路２２８を介して高周波電源２２６が接続されている。また、捕集電極４８と電界発生部４２の正極４６との間には誘電体の一種であるセラミック製の通気管１２が介在しているため、捕集電極と通気管１２と正極４６はマイクロストリップアンテナを構成する。捕集電極４８に高周波電力が供給されると、接地されている正極４６と捕集電極４８との間に高周波電圧が印加されて捕集電極４８の表面からマイクロ波が放射される。そのため、上述した第２実施形態と同様の効果が得られる。また、捕集装置４０を構成する捕集電極４８とアルミナ製の通気管１２と電界発生部４２の正極４６をマイクロ波加熱素子として利用するため、第２実施形態と比べて部品点数が少なくて済む。

［第３実施形態］
図９は第３実施形態の微粒子数検出器３１０の概略構成を示す断面図である。第３実施形態の微粒子数検出器３１０は、第２実施形態の変形例として説明した微粒子数検出器２１０と同様の構成要素については同じ符号を付し、その説明を省略する。第３実施形態の微粒子数検出器３１０では、微粒子数検出器２１０において、捕集電極４８に接続していたスイッチ回路２２８及び高周波電源２２６を省略し、通気管１２の中空部１２ｃの内壁のうち捕集電極４８に対向する位置に積層構造体３２０を配置したものである。積層構造体３２０は、積層構造体２０と同様、誘電体層３２３の一方の面に第１金属層３２１を備え、誘電体層３２３の他方の面に第２金属層３２２を備えている。第１及び第２金属層３２１，３２２は、スイッチ回路２８を介して高周波電源２６に接続されている。第１及び第２金属層３２１，３２２の間に高周波電力が供給されると、第１金属層３２１からマイクロ波が発生する。この場合、第１金属層３２１は放射素子、第２金属層３２２はグランド板となり、積層構造体３２０はマイクロ波加熱素子として機能する。積層構造体３２０は、第１金属層３２１の表面が捕集電極４８を向くように配置されている。

ガス導入口１２ａから通気管１２内に入り込んだ微粒子１６は、電荷発生素子１２０を通過する際に電荷１８が付加されて帯電微粒子となる。その帯電微粒子は、中空部１２ｃを通過する際、中空部１２ｃに発生している電界によって、正極４６に引き寄せられ、その途中に設置された捕集電極４８に捕集される。捕集電極４８に付着した帯電微粒子Ｐの電荷１８に基づく電流は、コンデンサ６６と抵抗器６７からなる直列回路を介して過渡応答として個数測定装置６０の電流測定部６２に伝達される。そして、第１実施形態で述べたとおり、微粒子の個数が測定される。

微粒子の個数を測定したあと、スイッチ回路３２８により積層構造体３２０の第１及び第２金属層３２１，３２２を高周波電源３２６に接続して第１金属層３２１からマイクロ波が放射されるようにする。マイクロ波は、捕集電極４８に堆積している微粒子等を加熱して焼却する。これにより、捕集電極４８をリフレッシュすることができる。

以上詳述した本実施形態によれば、通気管１２内に堆積した微粒子等を積層構造体３２０が放射するマイクロ波で加熱して焼却する。マイクロ波加熱のため、金属類は加熱されず微粒子等が加熱される。したがって、捕集電極４８に捕集された微粒子等を選択的に加熱して焼却することができる。また、積層構造体３２０は、いわゆるマイクロストリップアンテナとして構成されているため、小型化しやすい。

なお、本発明は上述した第３実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

上述した第３実施形態では、積層構造体３２０は誘電体層３２３の一方の面に第１金属層３２１，他方の面に第２金属層３２２を備えたものとしたが、第２金属層３２２を誘電体層３２３の内部に埋設してもよい。このようにしても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。あるいは、セラミックス製の通気管１２の内壁の表面に第１金属層３２１を設け、通気管１２の内壁のうち第１金属層３２１に対向する位置に第２金属層３２２を埋設してもよい。この場合、第１及び第２金属層３２１，３２２の間の通気管１２が誘電体層として機能する。このようにしても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。

１０ 微粒子数検出器、１２ 通気管、１２ａ ガス導入口、１２ｂ ガス排出口、１２ｃ 中空部、１６ 微粒子、１８ 電荷、２０ 積層構造体、２１ 第１金属層、２１ａ 側面被覆部、２１ｂ スロット、２１ｃ 突起、２１ｄ ドット穴、２２ 第２金属層、２３ 誘電体層、２４ 放電用電源、２６ 高周波電源、２８ スイッチ回路、４０ 捕集装置、４２ 電界発生部、４４ 負極、４６ 正極、４８ 捕集電極、５０ 余剰電荷除去装置、５２ 電界発生部、５４ 負極、５６ 正極、５８ 除去電極、６０ 個数測定装置、６２ 電流測定部、６４ 個数算出部、６６ コンデンサ、６７ 抵抗器、６８ スイッチ、１１０ 微粒子数検出器、１２０ 電荷発生素子、１２２ 針状電極、１２４ 対向電極、１２６ 放電用電源、２１０ 微粒子数検出器、２２０ 積層構造体、２２１ 第１金属層、２２２ 第２金属層、２２３ 誘電体層、２２６ 高周波電源、２２８ スイッチ回路、３１０ 微粒子数検出器、３２０ 積層構造体、３２１ 第１金属層、３２２ 第２金属層、３２３ 誘電体層、３２６ 高周波電源、３２８ スイッチ回路。

Claims (7)

1. 気中放電により電荷を発生し、通気管内に導入されたガス中の微粒子に前記電荷を付加して帯電微粒子にする電荷発生素子と、
   前記帯電微粒子を捕集する捕集電極を有し、前記捕集電極に捕集された前記帯電微粒子の電荷の量に基づいて前記ガス中の微粒子の数を検出する検出手段と、
   前記捕集電極に向けてマイクロ波を放射するように配置され、前記捕集電極上に堆積した前記微粒子及び／又は前記帯電微粒子をマイクロ波で加熱して焼却するマイクロ波加熱手段と、
   を備えた微粒子数検出器。
2. 前記マイクロ波加熱手段は、誘電体層と、該誘電体層の一方の面に設けられた放射素子と、前記誘電体層の他方の面又は内部に設けられたグランド板と備えたアンテナである、
   請求項１に記載の微粒子数検出器。
3. 前記放射素子は、マイクロ波を放射するスロットを有している、
   請求項２に記載の微粒子数検出器。
4. 前記マイクロ波加熱手段は、前記電荷発生素子を兼用しており、前記電荷発生素子は、前記放射素子を放電電極、前記グランド板を誘導電極として利用する、
   請求項２又は３に記載の微粒子数検出器。
5. 前記放射素子は、平板状の電極であって周囲に面方向に突出した突起を有している、
   請求項４に記載の微粒子数検出器。
6. 前記放射素子は、平板状の電極であって面内に複数のドット穴を有している
   請求項４又は５に記載の微粒子数検出器。
7. 気中放電により電荷を発生し、通気管内に導入されたガス中の微粒子に電荷を付加して帯電微粒子にする電荷発生素子と、
   前記帯電微粒子を捕集する捕集電極を有し、前記捕集電極に捕集された前記帯電微粒子の電荷の量に基づいて前記ガス中の微粒子の数を検出する検出手段と、
   誘電体層と、前記誘電体層の一方の面に設けられ前記捕集電極を兼用する放射素子と、前記誘電体層の他方の面又は内部に設けられたグランド板を備えたアンテナであり、前記捕集電極上に堆積した前記微粒子及び／又は前記帯電微粒子をマイクロ波で加熱して焼却するマイクロ波加熱手段と、
   を備えた微粒子数検出器。

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