JP5006847B2 - Particulate matter detector - Google Patents
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Description
本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガス等に含まれる粒子状物質を検出する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for detecting particulate matter contained in exhaust gas or the like of a diesel engine.
ディーゼルエンジンの排気ガス等には、粒子状物質(Particulate Matter(PM)、有機溶媒可溶成分とスートとサルフェートの3成分として検出されるもの)が含まれており、これが大気汚染の原因になっている。特に、ディーゼルエンジン等の粒子状物質発生源に不具合が生じれば、大気へ放出される排気ガス中の粒子状物質が増加し、環境に大きな悪影響を与えることになる。これを防ぐためには、排気ガス中の粒子状物質を検出し、ディーゼルエンジン等の不具合を認識することが肝要である。 Diesel engine exhaust gas, etc. contains particulate matter (Particulate Matter (PM), organic solvent soluble components, and soot and sulfate detected as three components), which causes air pollution. ing. In particular, if a problem occurs in a particulate matter generation source such as a diesel engine, the particulate matter in the exhaust gas released to the atmosphere increases, which has a great adverse effect on the environment. In order to prevent this, it is important to detect particulate matter in the exhaust gas and recognize problems such as diesel engines.
又、近時、公害を防止し環境の改善を図るために、排気ガスの処理に、ディーゼルパティキュレートフィルタ(Diesel Particulate Filter(DPF))が排気系等に組み込まれて使用されるようになってきている。このDPFは、一般にセラミック製であり、高い信頼性で長期間の使用が可能なものである。但し、熱劣化等によりクラック等の欠陥が発生する可能性は皆無とはいえず、仮にそうなれば微量ではあるが粒子状物質が漏れてしまう。これを防止するためには、DPFで処理された排気ガス中の粒子状物質を検出し、欠陥の発生を即座に検知することが重要である。 Recently, in order to prevent pollution and improve the environment, a diesel particulate filter (DPF) has been incorporated into an exhaust system or the like for exhaust gas treatment. ing. This DPF is generally made of ceramic and can be used for a long period of time with high reliability. However, it cannot be said that there is no possibility that defects such as cracks are generated due to thermal degradation, and if so, particulate matter will leak even though the amount is small. In order to prevent this, it is important to detect particulate matter in the exhaust gas treated with DPF and immediately detect the occurrence of defects.
尚、先行文献として、例えば、特許文献1を挙げることが出来る。特許文献1では、コロナ放電によって粒子状物質を帯電させ、そのイオン電流を測定することにより、粒子状物質の量を測定する粒子状物質検出装置が開示されている。
しかしながら、特許文献1に記載された方法では、粒子状物質に帯電するイオン電流が微弱であることから、その微弱なイオン電流を検出するための大掛かりな検出回路が必要となり、装置が高価になってしまう。加えて、排気ガスの流量が多い場合には、粒子状物質を効果的に帯電させることが出来ず、測定値は、実際に排気ガスに含有されている粒子状物質の量より小さくなり、精度の点で改善すべき余地がある。
However, in the method described in
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、粒子状物質の検出を簡易に行え、低廉であり、測定精度が高い粒子状物質検出装置を提供することを課題とする。研究が重ねられた結果、以下の手段によって、この課題を解決出来ることが見出された。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a particulate matter detection device that can easily detect particulate matter, is inexpensive, and has high measurement accuracy. As a result of repeated research, it was found that this problem can be solved by the following means.
即ち、本発明によれば、一の面が誘電体(電極間誘電体)で被覆をされた板状を呈する一の電極、その一の電極の一の面の側に粒子状物質を含む気体が流れる空間を介して配設をされ一の電極との間に印加をされる電圧によって電界の形成及び放電の何れか又は両方を行う二の電極、及び前記電圧の印加をする電源、並びに、誘電体(電極間誘電体)の表面に配設をされる測定対向電極、その測定対向電極と一の電極との間における電気的特性の測定をする特性測定手段、及びその特性測定手段で測定をされる電気的特性の変化量に基づいて誘電体(電極間誘電体)の表面に集塵をされた粒子状物質の量を求める粒子状物質量算出手段、を備える粒子状物質検出装置が提供される。 That is, according to the present invention, one electrode having a plate-like shape in which one surface is coated with a dielectric (interelectrode dielectric), and a gas containing particulate matter on one surface side of the one electrode Two electrodes that perform either or both of forming an electric field and / or discharging according to a voltage applied between the electrode and a voltage applied through one space, and a power source that applies the voltage, and Measurement counter electrode disposed on the surface of the dielectric (dielectric between electrodes), characteristic measurement means for measuring electrical characteristics between the measurement counter electrode and one electrode, and measurement by the characteristic measurement means A particulate matter detection device comprising particulate matter amount calculation means for obtaining the amount of particulate matter collected on the surface of the dielectric (interelectrode dielectric) based on the amount of change in electrical characteristics Provided.
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、空間を流れる気体の流量の測定又は推定をする流量計を備え、その流量計で測定又は推定をされる気体の流量と粒子状物質の量とに基づいて、空間を流れる気体における粒子状物質の濃度を算出する粒子状物質濃度算出手段を備えることが好ましい。 The particulate matter detection device according to the present invention includes a flow meter for measuring or estimating the flow rate of the gas flowing through the space, and the gas flow rate and the amount of the particulate matter that are measured or estimated by the flow meter. Based on this, it is preferable to include a particulate matter concentration calculating means for calculating the concentration of the particulate matter in the gas flowing through the space.
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、上記電気的特性が、抵抗、インダクタンス、静電容量、及びインピーダンスからなる電気的特性群から選ばれる一以上の電気的特性であることが好ましい。 In the particulate matter detection device according to the present invention, the electrical characteristics are preferably one or more electrical characteristics selected from an electrical characteristics group consisting of resistance, inductance, capacitance, and impedance.
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、測定対向電極が、複数の線状部分を有し、その複数の線状部分は、粒子状物質を含む気体が流れる方向に対し垂直方向に長く平行して、誘電体(電極間誘電体)の表面に配設をされることが好ましい。この場合において、複数の線状部分を有する測定対向電極が、格子状を呈することが好ましい。即ち、複数の線状部分が、粒子状物質を含む気体が流れる方向に対し垂直方向に長く平行するのに加えて、粒子状物質を含む気体が流れる方向と同一方向に長く平行する部分があれば、格子状になる。又、これらの場合において、複数の線状部分を有する測定対向電極が、誘電体(電極間誘電体)の表面の全面にわたって配設をされることが好ましい。 In the particulate matter detection device according to the present invention, the measurement counter electrode has a plurality of linear portions, and the plurality of linear portions are long and parallel to the direction perpendicular to the direction in which the gas containing the particulate matter flows. Thus, it is preferable to dispose on the surface of the dielectric (dielectric between electrodes). In this case, it is preferable that the measurement counter electrode having a plurality of linear portions has a lattice shape. In other words, in addition to the plurality of linear portions being long and parallel in the direction perpendicular to the direction in which the gas containing particulate matter flows, there may be portions that are long and parallel in the same direction as the direction in which the gas containing particulate matter flows. For example, it becomes a lattice. In these cases, it is preferable that the measuring counter electrode having a plurality of linear portions is disposed over the entire surface of the dielectric (interelectrode dielectric).
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、二の電極が板状を呈することが好ましい。この場合において、二の電極が、管壁面で構成されることが好ましい。即ち、板状体を丸めて曲面で構成し管状としたものであり、具体的には、排気管の全面又は一面が該当する。 In the particulate matter detection device according to the present invention, it is preferable that the two electrodes have a plate shape. In this case, it is preferable that the second electrode is constituted by a tube wall surface. That is, the plate-shaped body is rounded to form a tubular shape, and specifically, the entire surface or one surface of the exhaust pipe corresponds.
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、二の電極が針状又は棒状を呈することが好ましい。 In the particulate matter detection device according to the present invention, it is preferable that the two electrodes have a needle shape or a rod shape.
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、板状を呈する一の電極の他の面を被覆する誘電体(電極外誘電体)と、その誘電体(電極外誘電体)の表面に配設されたヒータと、を備えることが好ましい。 In the particulate matter detection device according to the present invention, a dielectric (external electrode dielectric) covering the other surface of one electrode having a plate shape and a surface of the dielectric (external electrode dielectric) are disposed. It is preferable to provide a heater.
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、一の電極と測定対向電極との間に電圧の印加をして沿面放電により粒子状物質を酸化除去するための除去用電源を備え、その電圧の印加によって一の電極の一の面に被覆された誘電体(電極間誘電体)の表面に沿面放電をさせることが好ましい。 The particulate matter detection device according to the present invention includes a power supply for removal for oxidizing and removing particulate matter by creeping discharge by applying a voltage between one electrode and a measurement counter electrode. It is preferable to cause creeping discharge on the surface of the dielectric (interelectrode dielectric) coated on one surface of one electrode by application.
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、測定対向電極が、膜状の誘電体で被覆されていることが好ましい。 In the particulate matter detection device according to the present invention, the measurement counter electrode is preferably covered with a film-like dielectric.
本発明に係る粒子状物質検出装置は、粒子状物質を含む気体(排気ガス)が通過する流路に設置して、気体に含まれる粒子状物質を検出する装置である。本発明に係る粒子状物質検出装置では、電源によって電圧の印加をして二の電極に放電をさせ、一の電極の電極間誘電体の側と二の電極との間の空間を流れる気体に含まれる粒子状物質を荷電させるか、予め荷電された粒子状物質を一の電極を被覆する電極間誘電体の表面に集塵させる。そうすると、電極間誘電体の上には粒子状物質が堆積され、その粒子状物質が堆積された電極間誘電体を挟んで設けられている一の電極と測定対向電極との間における電気的特性が、堆積した粒子状物質の量との間に一定の関係を持ちつつ、変化する。そこで、本発明に係る粒子状物質検出装置では、この電気的特性の変化量を知って、電極間誘電体の表面に集塵をされた粒子状物質の量を求めている。定量化することが出来るのであるから、当然に、空間を流れる気体における粒子状物質の有無(量が0(零)か否か)を判断することは可能である。そのため、本発明に係る粒子状物質検出装置は、検出装置と称している。本発明に係る粒子状物質検出装置では、粒子状物質の量を基に補正して空間を流れる気体に含まれる粒子状物質の量を求め、空間を流れる気体の流量との関係から、その気体における粒子状物質の濃度を算出することが可能である。 The particulate matter detection device according to the present invention is a device that is installed in a flow path through which gas (exhaust gas) containing particulate matter passes and detects particulate matter contained in the gas. In the particulate matter detection device according to the present invention, a voltage is applied by a power source to cause the two electrodes to discharge, and the gas flowing in the space between the interelectrode dielectric side of the one electrode and the two electrodes The contained particulate matter is charged, or the precharged particulate matter is collected on the surface of the interelectrode dielectric covering one electrode. Then, the particulate matter is deposited on the interelectrode dielectric, and the electrical characteristics between the one electrode provided across the interelectrode dielectric on which the particulate matter is deposited and the measurement counter electrode Changes with a certain relationship to the amount of particulate matter deposited. Therefore, the particulate matter detection device according to the present invention obtains the amount of particulate matter collected on the surface of the interelectrode dielectric by knowing the amount of change in the electrical characteristics. Since it can be quantified, it is naturally possible to determine the presence or absence of particulate matter in the gas flowing through the space (whether the amount is 0 (zero)). Therefore, the particulate matter detection device according to the present invention is referred to as a detection device. In the particulate matter detection device according to the present invention, the amount of particulate matter contained in the gas flowing through the space is determined based on the amount of the particulate matter, and the gas is determined from the relationship with the flow rate of the gas flowing through the space. It is possible to calculate the concentration of particulate matter in
電気的特性として、例えばインピーダンスの変化量の検出をするためには、測定周波数や測定電圧の大きさによって異なるが、10nA(ナノアンペア)レベルの電流の変化の測定を行えればよい。従って、本発明に係る粒子状物質検出装置は、高価にはならず、粒子状物質の検出、あるいは量の測定、更には濃度の測定を、簡易に行うことが出来、且つ、測定誤差は小さい。加えて、粒子状物質の検出、量の測定、濃度の測定によって、ディーゼルエンジン等の不具合や、DPFの欠陥の発生を即座に検知することが可能になるので、これらを通じて、本発明に係る粒子状物質検出装置は、粒子状物質の排出量低減に寄与し、大気汚染の防止に貢献する。 As an electrical characteristic, for example, in order to detect an amount of change in impedance, it is only necessary to measure a change in current of 10 nA (nanoampere) level, although it varies depending on the measurement frequency and the magnitude of the measurement voltage. Therefore, the particulate matter detection device according to the present invention is not expensive, can easily detect particulate matter, measure the amount, and measure the concentration, and has a small measurement error. . In addition, detection of particulate matter, measurement of amount, measurement of concentration makes it possible to immediately detect the malfunction of diesel engines and the like, and the occurrence of DPF defects. Through these, the particles according to the present invention can be detected. The particulate matter detection device contributes to the reduction of particulate matter emission and contributes to the prevention of air pollution.
本発明に係る粒子状物質検出装置では、測定対向電極の表面に堆積した粒子状物質の面積によって電気的特性が変化するのであり、粒子状物質の物性が変化しても、その影響を受け難い。 In the particulate matter detection device according to the present invention, the electrical characteristics change depending on the area of the particulate matter deposited on the surface of the measurement counter electrode, and even if the physical properties of the particulate matter change, they are hardly affected. .
本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様において、測定対向電極が、複数の線状部分を有し、その複数の線状部分は、粒子状物質を含む気体が流れる方向に対し垂直方向に長く平行して、誘電体の表面に配設をされ、更には、複数の線状部分を有する測定対向電極が、格子状を呈し、加えて、複数の線状部分を有する測定対向電極が、誘電体の表面の全面にわたって配設をされる。このような態様の本発明に係る粒子状物質検出装置によれば、電気的特性の測定感度を向上させることが出来るとともに、電極間誘電体の上に堆積した粒子状物質を逃さず検出することが可能であり、粒子状物質の量及び濃度の測定精度に優れる。 In a preferred embodiment of the particulate matter detection device according to the present invention, the measurement counter electrode has a plurality of linear portions, and the plurality of linear portions are perpendicular to the direction in which the gas containing the particulate matter flows. The measurement counter electrode which is arranged on the surface of the dielectric body in parallel with the direction and has a plurality of linear portions, has a lattice shape, and additionally has a plurality of linear portions. Is disposed over the entire surface of the dielectric. According to the particulate matter detection device of the present invention having such an aspect, it is possible to improve the measurement sensitivity of the electrical characteristics and to detect the particulate matter deposited on the interelectrode dielectric without missing it. The measurement accuracy of the amount and concentration of the particulate matter is excellent.
本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様として、二の電極が板状を呈する場合に、特に、二の電極が管壁面で構成される態様を採ることが出来るので、ディーゼルエンジン等の排気管の中へ、コンパクトに収容することが出来る。 In the particulate matter detection device according to the present invention, as a preferred embodiment, when the two electrodes have a plate shape, in particular, it is possible to adopt an embodiment in which the two electrodes are constituted by a tube wall surface. Can be accommodated in a compact exhaust pipe.
本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様において、電極外誘電体の表面に配設されたヒータを備えるので、一の電極と測定対向電極とによって測定される電気的特性が安定する。加えて、粒子状物質をヒータの熱で酸化除去することが可能となり、粒子状物質の検出を、繰り返し精度よく行うことが可能である。 In a preferred embodiment, the particulate matter detection device according to the present invention includes a heater disposed on the surface of the dielectric outside the electrode, so that the electrical characteristics measured by one electrode and the measurement counter electrode are stabilized. . In addition, the particulate matter can be oxidized and removed by the heat of the heater, and the particulate matter can be repeatedly and accurately detected.
本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様において、一の電極と測定対向電極との間に電圧の印加をして沿面放電により粒子状物質を酸化除去するための除去用電源を備え、その電圧の印加によって一の電極の一の面に被覆された電極間誘電体の表面に沿面放電をさせることが出来るので、この沿面放電によって、集塵された粒子状物質を酸化除去することが可能である。この酸化除去によって、粒子状物質の検出を、繰り返し精度よく行うことが可能である。 In a preferred embodiment of the particulate matter detection device according to the present invention, the particulate matter detection device includes a power supply for removal for oxidizing and removing particulate matter by creeping discharge by applying a voltage between one electrode and the measurement counter electrode. By applying the voltage, it is possible to cause creeping discharge on the surface of the interelectrode dielectric coated on one surface of one electrode, so that the collected particulate matter is oxidized and removed by this creeping discharge. Is possible. By this oxidation removal, the particulate matter can be detected repeatedly with high accuracy.
本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様において、測定対向電極が、膜状の誘電体で被覆されているので、放電や排ガスによる劣化が起こり難い。 In the preferred embodiment of the particulate matter detection device according to the present invention, since the measurement counter electrode is covered with a film-like dielectric, deterioration due to discharge or exhaust gas hardly occurs.
以下、本発明について、適宜、図面を参酌しながら、実施形態を説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではない。本発明に係る要旨を損なわない範囲で、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良、置換を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明に係る実施形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は、以下に記述される手段である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate, but the present invention should not be construed as being limited thereto. Various changes, modifications, improvements, and substitutions can be added based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. For example, the drawings show preferred embodiments of the present invention, but the present invention is not limited by the modes shown in the drawings or the information shown in the drawings. In practicing or verifying the present invention, the same means as described in this specification or equivalent means can be applied, but preferred means are those described below.
[粒子状物質検出装置]先ず、本発明に係る粒子状物質検出装置について、構成、機能、作用等を中心に説明する。 [Particulate matter detection device] First, the particulate matter detection device according to the present invention will be described focusing on the configuration, function, action and the like.
図1及び図7は、本発明に係る粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す図である。図1はセンサ部を示す断面図であり、図7は電気制御系統を示す構成図である。図1及び図7に示される粒子状物質検出装置100は、板状を呈する一の電極1、板状を呈する二の電極2、一の電極1の(図1における)上面(一の面)を被覆する電極間誘電体4、一の電極1と二の電極2の間に電圧の印加をする電源9、電極間誘電体4の表面に配設をされた複数の線状部分を有する測定対向電極5、一の電極1の(図1における)下面(他の面)を被覆する電極外誘電体6、電極外誘電体6の表面(図1における下面)に配設されたヒータ7、そのヒータ7に電気を供給するヒータ用電源10、ヒータ7を覆って保護し周りと隔離して保温するシート状の断熱材8、一の電極1と測定対向電極5との間の電気的特性(の変化)を測定する特性測定装置(手段)3、粒子状物質11の量を算出する粒子状物質量算出装置(手段)13、粒子状物質11の濃度を算出する粒子状物質濃度算出装置(手段)16、流量計14、及び制御装置12で構成される。尚、図1に示される一の電極1、二の電極2、電極間誘電体4、測定対向電極5、電極外誘電体6、ヒータ7、及び断熱材8で構成される部分が、粒子状物質11を含む排気ガスが通過する流路に設置される。これらをセンサ部ということがある。
1 and 7 are diagrams schematically showing an embodiment of a particulate matter detection device according to the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a sensor unit, and FIG. 7 is a configuration diagram showing an electric control system. The particulate
粒子状物質検出装置100では、粒子状物質11を含む排気ガスが、図1において(矢印で示されるように)左から右へ、板状を呈する一の電極1を被覆する電極間誘電体4と、板状を呈する二の電極2との間の空間を流れる。この排気ガスの流量は、図1には示されない流量計14によって測定される。この状態で、電源9が、二の電極2に、例えば、直流高電圧の印加をすると、放電が生じ、二の電極2の周囲の排気ガス(分子)はプラスイオンとマイナスイオンに分離し、プラスの直流高電圧の印加された一の電極1に向かって、マイナスイオンが移動する。このとき、排気ガスに含まれる粒子状物質11は、このマイナスイオンと衝突してマイナスに荷電する。そして、荷電された粒子状物質11は、プラスの一の電極1を被覆する電極間誘電体4の表面に、静電気力によって集塵され堆積する。そうすると、その粒子状物質11の堆積の程度によって、一の電極1と測定対向電極5との間における電気的特性は変化するから、その電気的特性の変化量を知れば、集塵によって電極間誘電体4の表面に堆積した粒子状物質(PM)の量が求まる。そして、そのPM堆積量から排気ガスのPM濃度が求まる。
In the particulate
図8は、粒子状物質量算出装置13のはたらきを説明するためのグラフであり、図9は、粒子状物質濃度算出装置16のはたらきを説明するためのグラフである。一の電極1と測定対向電極5との間における電気的特性の変化量E1は、PM堆積量W1と一定の関係にあり(図8を参照)、特性測定装置3によって電気的特性の変化量E1を知れば、図8に基づく算出機能を有する粒子状物質量算出装置13によって、PM堆積量W1が求まる。そして、排気ガスの流量を一定とすれば、PM堆積量W1は、PM濃度C1と一定の関係にあり(図9を参照)、PM堆積量W1がわかれば、図9に基づく算出機能を有する粒子状物質濃度算出装置16によって、PM濃度C1が求まる。排気ガスの流量が変る場合には、流量計14で求めた流量に基づいて粒子状物質濃度算出装置16が補正をして、PM堆積量W1からPM濃度C1を求める。
FIG. 8 is a graph for explaining the function of the particulate matter
粒子状物質検出装置100では、粒子状物質量算出装置13及び粒子状物質濃度算出装置16は、制御装置12に組み込まれている。その制御装置12は、主に、例えば電気信号入出力機能を備えたシーケンサ等で構成され、粒子状物質量算出装置13と粒子状物質濃度算出装置16の他に、流量計14で測定された流量の電気信号を入力する機能を備えるとともに、ヒータ用電源10や電源9の制御や、工程の切換等を含め、装置全体の制御を行う。
In the particulate
一の電極1と測定対向電極5の間における電気的特性として、例えばインピーダンスを求める場合には、交流電源を用い、抵抗、静電容量、インダクタンスをそれぞれ測定することが出来る。図10は、粒子状物質11が存在する状態で、交流電源を用いて、一の電極1と測定対向電極5の間に電圧Vを印加したときの等価回路(RC回路)を表す図である。回路の全インピーダンスは、粒子状物質11が存在しない状態では、電極間誘電体4に基づく静電容量C0によってのみ構成されるが、粒子状物質11が存在する状態では、粒子状物質11の静電容量C1及び抵抗R1が加わる。そして、堆積した粒子状物質11の量との一定の関係の下、静電容量C1及び抵抗R1は変化する。従って、回路の全インピーダンの変化量を求めれば、粒子状物質11の堆積量が求められる。尚、インダクタンス成分は、殆ど無視出来るものと考えられる。
As an electrical characteristic between one
上記の他に、定電流源を使い、一の電極1と測定対向電極5の間の電圧の変化を測定することによって、インピーダンスの変化を測定してもよく、定電圧源を使って、一の電極1と測定対向電極5の間に流れる電流の変化や、一の電極1と測定対向電極5の間に蓄積される電荷の変化を測定することによって、一の電極1と測定対向電極5の間のインピーダンスの変化を測定してもよい。
In addition to the above, a change in impedance may be measured by using a constant current source and measuring a change in voltage between one
特性測定装置3は、上記のような電気的特性及びその変化の求め方によって、適切な構成とすることが可能である。例えば、特性測定装置3は、一の電極1と測定対向電極5に電圧を印加する交流電源と測定器とで構成することが出来る。好ましい測定器としては、LCRメータを挙げることが出来る。
The
既述のように、本発明に係る粒子状物質検出装置では、先ず、排気ガス中から粒子状物質11を電極間誘電体4の表面に集塵し堆積させ(集塵工程)、次いで、一の電極1と測定対向電極5の間の電気的特性の変化を測定する(測定工程)、という主に2つの工程を経て、粒子状物質が検出され、あるいは、その量が求められる(他に、後述する粒子状物質11を除去する除去工程がある)。そして、一の電極1は、集塵工程では集塵用電極として機能し、測定工程では測定用電極としてはたらく。そのため、工程毎に、一の電極1の接続を切り替えられるようにしておく必要がある(図7を参照)。即ち、集塵工程では、一の電極1と特性測定装置3を切り離し、測定工程では、一の電極1と電源9を切り離す。制御装置12は、これらの工程の管理、制御を行う。
As described above, in the particulate matter detection device according to the present invention, first,
排気ガスが流れる空間を形成する電極間誘電体4と二の電極2との間の好ましい距離は、0.5〜50mmであり、より好ましい距離は、0.6〜40mmである。このような間隔にすることにより、より効率的に放電させ、粒子状物質を集塵することが出来る。電極間誘電体4と二の電極2との間の距離が0.5mmより短いと、集塵率が低下することにより測定精度が低下することがあり、50mmより長いと、より高い電圧が必要になり無駄なエネルギーを要することがある。
A preferable distance between the
電源9は、一の電極1と二の電極2との間に放電を発生させ得る安定した直流電圧又は交流電圧を供給するものである。電源9として、例えば、フライバック方式による電源回路等を用いた電源を採用することが出来る。これは、入力側の電源からトランスにエネルギーを蓄積し、蓄積されたエネルギーを出力側に放出することによって高圧の直流電圧を供給することが出来るものである。フライバック方式による電源回路においては、トランスへのエネルギーの蓄積と放出は、トランジスタ等により制御され、出力側の電流はダイオードにより整流される。
The
図5は、電極外誘電体6及び一の電極1を表した斜視図である。図5において矢印は排気ガスの流れ方向を示している。一の電極1は、二の電極2の対向電極として電界の形成及び放電の何れか又は両方を行うとともに、荷電された粒子状物質11を吸引し集塵する部材としての役割を果たす。粒子状物質検出装置100における板状の一の電極1は、図5に示されるように、概ね長方形を呈しているが、他に、五角形等の多角形、円形、楕円形、トラック形状等の形状や、外周に凹凸が形成される形状、あるいは、1又は複数のスリットが形成された形状等を採ることが出来る。
FIG. 5 is a perspective view showing the
板状の二の電極2は、斜視図を示さないが、一の電極1と同様に、概ね長方形を呈している。一の電極1と同様に、五角形等の多角形、円形、楕円形、トラック形状や、外周に凹凸が形成される形状、あるいは、1又は複数のスリットが形成される形状を採ることも出来る。
Although the plate-like two
複数の線状部分を有する測定対向電極5は、排気ガスが流れる(図1における矢印)方向に対し垂直方向に長くなるように配設をされる。線状の測定対向電極5相互の間の距離は、一の電極1が粒子状物質11を集塵することによって生じた、一の電極1と測定対向電極5の間の電気的特性の変化を、明確に測定することが出来る範囲に設定される。例えば、0.2〜10mm程度である。
The
図6は、複数の線状部分を有する測定対向電極の他の態様を表す斜視図である。図6において矢印は排気ガスの流れ方向を示している。図6に示される測定対向電極105は、格子状を呈し、2方向に対向部分が存在する。加えて、測定対向電極105は、電極間誘電体4の表面の全面にわたって配設をされている。本発明に係る粒子状物質検出装置では、電気的特性の測定感度及び測定精度を向上させる観点から、線状の測定対向電極相互の間の距離が長いことは好ましくなく、一方、測定対向電極が排気ガスが流れる空間全てに対応する位置に配設されることが好ましい。図6に示される測定対向電極105は、このような好ましい態様を具現化したものである。
FIG. 6 is a perspective view showing another aspect of the measurement counter electrode having a plurality of linear portions. In FIG. 6, the arrows indicate the flow direction of the exhaust gas. The
粒子状物質検出装置100の説明に戻る。ヒータ7の形状、大きさは、電極間誘電体4の表面に集塵された粒子状物質11の全部を燃焼することが可能なように決定すればよい。
Returning to the description of the particulate
ヒータ7は、粒子状物質11を酸化して除去するときだけでなく、一の電極1と測定対向電極5の間の電気的特性の変化を測定する場合に、結露等の水分の影響を受けないようにするために使用される。例えば、インピーダンス変化の検出や放電の際に、適度に加熱することによって、一の電極1と測定対向電極5への水分の付着を防止することが出来る。このときの好ましい加熱温度は、200〜300℃である。
The
好ましいヒータ用電源10として、効率的な温度制御を可能とする観点から、降圧チョッパ方式の電源を挙げることが出来る。特に好ましいものは、自己消弧型の半導体スイッチを使用した降圧チョッパ方式のスイッチング電源である。この場合、好ましいスイッチング周波数は、可聴周波数以上の20kHz以上である。燃費に直接影響するため、ヒータ用電源の電流、電力は、より小さくすることが望ましい。好ましいヒータ用電源10は、電圧と電流からヒータ7の温度を算出して温度制御機能を有するものである。
As a preferable
断熱材8は、ヒータ7で発生する熱の放熱を抑制して、ヒータ7の熱を粒子状物質11の燃焼に、効率的に使用することを可能とする。断熱材8の好ましい厚さは、放熱を抑制することが出来る厚さとして、例えば、100〜1000μm程度である。
The
尚、粒子状物質検出装置100では、ヒータ7及びヒータ用電源10の代わりに、又はそれらと併用して、一の電極1と測定対向電極5との間に電圧の印加をして、電極間誘電体4の表面に沿面放電をさせるための除去用電源を備える態様を採ることが出来る。この場合、除去用電源を含み沿面放電をさせるために、集塵工程及び測定工程とは異なる電気制御回路を構築可能にしておく必要がある。即ち、一の電極1と特性測定装置3、一の電極1と電源9、をそれぞれ切り離し、一の電極1と測定対向電極5とを除去用電源に接続することが出来るような切換回路を設けておく必要がある。除去用電源としては、交流電源やパルス電源を採用することが出来る。
In the particulate
以上、本発明に係る粒子状物質検出装置の一の実施形態を説明したが、他の実施形態として、二の電極を管壁面で構成した態様、あるいは針状又は棒状を呈する二の電極を採用した態様を挙げることが出来る。図2は、前者に相当する粒子状物質検出装置200を表す断面図であり、図2では、管状の二の電極202が管壁面を構成している。図2において、排気ガスが流れる方向は、手前から奥側に向けた方向である。図3は、後者に相当する粒子状物質検出装置300を表す断面図であり、二の電極302は先の尖った棒状を呈している。この粒子状物質検出装置300では、放電はコロナ放電となる。粒子状物質検出装置200,300は、原理・作用、二の電極を除く装置構成は、粒子状物質検出装置100に準じたものであるので、説明は省略する。
In the above, one embodiment of the particulate matter detection device according to the present invention has been described. However, as another embodiment, an embodiment in which the two electrodes are formed of a tube wall surface, or two electrodes having a needle shape or a rod shape are employed. Can be mentioned. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the particulate
又、本発明に係る粒子状物質検出装置の更に他に実施形態として、測定対向電極を膜状の誘電体で被覆した態様を挙げることが出来る。図4は、そのような態様の粒子状物質検出装置400を表す断面図である。図11は、図10に対応する図であり、粒子状物質検出装置400において、粒子状物質11が存在する状態で、交流電源を用いて、一の電極1と測定対向電極5の間に電圧Vを印加したときの等価回路(RC回路)を表す図である。回路の全インピーダンスは、粒子状物質11が存在しない状態では、電極間誘電体4に基づく静電容量C0及び測定対向電極を被覆した膜状誘電体24(図4を参照)に基づく静電容量C2によって構成されるが、粒子状物質11が存在する状態では、粒子状物質11の静電容量C1及び抵抗R1が加わる。そして、堆積した粒子状物質11の量との一定の関係の下、静電容量C1及び抵抗R1は変化する。従って、粒子状物質検出装置100の場合と同様に、回路の全インピーダンの変化量を求めれば、粒子状物質11の堆積量が求められる。
Further, as another embodiment of the particulate matter detection device according to the present invention, a mode in which the measurement counter electrode is covered with a film-like dielectric material can be mentioned. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the particulate
[粒子状物質検出装置の材料]次に、本発明に係る粒子状物質検出装置の各構成要素を形成する材料について、粒子状物質検出装置100の場合を例にして、説明する。
[Materials of Particulate Matter Detection Device] Next, materials forming the constituent elements of the particulate matter detection device according to the present invention will be described by taking the case of the particulate
一の電極1、二の電極2、及び測定対向電極5、並びにこれらの接続に用いる配線を形成する好ましい材料として、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、チタン、マンガン、モリブデン及びタングステンからなる群から選択される少なくとも一種を含有するものが挙げられる。これらの成分の好ましい含有率は、20体積%以上、より好ましい含有率は60体積%以上である。又、一の電極1、二の電極2、及び測定対向電極5、並びにこれらの接続に用いる配線を形成する材料として、ステンレススチールを採用することが出来る。
Preferred materials for forming the
電極間誘電体4、電極外誘電体6、及び断熱材8を形成する好ましい材料として、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、ジルコニア、コーディエライト、ムライト、スピネル、アルミニウム−チタン系酸化物、マグネシウム−カルシウム−チタン系酸化物、バリウム−チタン−亜鉛系酸化物、及びバリウム−チタン系酸化物からなる群から選択される少なくとも一種を含むセラミックを挙げることが出来る。上記セラミックスにガラス成分を混合した低温焼成可能なセラミック−ガラス複合材料も使用することが出来る。このようなセラミック製の電極間誘電体4及び電極外誘電体6は、温度変動が発生しても破壊され難く、耐熱衝撃性に優れる。断熱材8の場合は、多孔質やファイバ状とすることが好ましい。これらの材料は、図4に示される粒子状物質検出装置400の膜状誘電体14の好ましい材料としても採用される。
Preferred materials for forming the
ヒータ7を形成する好ましい材料は、白金、銅、ニッケル、チタン、マンガン、タングステン、モリブデン、タングステンカーバイド等である。特に、白金は、抵抗値と温度との関係において高い精度を示すので、これをヒータ7の材料として使用することにより、精度の高い温度制御が可能となる。
Preferred materials for forming the
[粒子状物質検出装置の製造方法]次に、本発明に係る粒子状物質検出装置を製造する方法について、粒子状物質検出装置100を作製する場合を例にして、説明する。
[Method for Producing Particulate Matter Detection Device] Next, a method for producing a particulate matter detection device according to the present invention will be described by taking as an example the case where the particulate
先ず、既述の電極間誘電体4、電極外誘電体6、及び断熱材8として好ましいセラミック原料に、必要に応じて、バインダ、可塑剤、分散剤、水や有機溶剤等の溶媒を混合して、スラリー状の成形用原料を調製する。混合に際しては、アルミナ製ポット及びアルミナ玉石、又は、モノボール(ボールミル)を使用することが出来る。電極間誘電体4、電極外誘電体6、及び断熱材8の原料は、同じ組成としてもよいし、異なる組成としてもよい。断熱材8の成形用原料には、発泡剤を入れることが好ましい。
First, a binder, a plasticizer, a dispersant, a solvent such as water or an organic solvent, etc., are mixed with the ceramic raw material preferable as the above-described
バインダは、水系バインダとして、メチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド等を好適に使用することが出来、非水系バインダとして、ポリビニルブチラール、アクリル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等を好適に使用することが可能である。アクリル系樹脂としては、(メタ)アクリル樹脂、(メタ)アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等を挙げることが出来る。のちのグリーンシートの成形、乾燥、焼成の際に、クラックの発生を抑制するという観点から、バインダの好ましい添加量は、セラミック原料100質量部に対して、3〜20質量部であり、特に好ましい添加量は、6〜17質量部である。 As the binder, methyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide or the like can be suitably used as the aqueous binder, and polyvinyl butyral, acrylic resin, polyethylene, polypropylene, or the like can be suitably used as the non-aqueous binder. . Examples of acrylic resins include (meth) acrylic resins, (meth) acrylic acid ester copolymers, acrylic acid ester-methacrylic acid ester copolymers, and the like. From the viewpoint of suppressing the generation of cracks during the subsequent forming, drying, and firing of the green sheet, the preferred addition amount of the binder is 3 to 20 parts by mass, particularly preferably 100 parts by mass of the ceramic raw material. The addition amount is 6 to 17 parts by mass.
好ましい可塑剤は、グリセリン、ポリエチレングリコール、ジブチルフタレート、フタル酸ジ−2−エチルヘキシル、フタル酸ジイソノニル等である。可塑剤の好ましい添加量は、バインダ100質量部に対して、30〜70質量部であり、特に好ましい添加量は、45〜55質量部である。70質量部より多いと、グリーンシートが柔らかくなりすぎ、シートを加工する工程において変形し易くなることがあり、30質量部より少ないと、グリーンシートが硬くなりすぎ、曲げただけでクラックが入る等、ハンドリング性が悪くなることがある。 Preferred plasticizers are glycerin, polyethylene glycol, dibutyl phthalate, di-2-ethylhexyl phthalate, diisononyl phthalate and the like. A preferable addition amount of the plasticizer is 30 to 70 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the binder, and a particularly preferable addition amount is 45 to 55 parts by mass. When the amount is more than 70 parts by mass, the green sheet becomes too soft and may be easily deformed in the process of processing the sheet. When the amount is less than 30 parts by mass, the green sheet becomes too hard and cracks are generated only by bending. , Handling may be worse.
好ましい分散剤は、水系ではアニオン系界面活性剤、ワックスエマルジョン、ピリジン等であり、非水系では脂肪酸、リン酸エステル、合成界面活性剤等である。分散剤の好ましい添加量は、セラミック原料100質量部に対して、0.5〜3質量部であり、特に好ましい添加量は、1〜2質量部である。0.5質量部より少ないと、セラミック原料の分散性が低下することがあり、グリーンシートにクラック等が生じることがある。3質量部より多いと、セラミック原料の分散性は変わらずに焼成時の不純物を増やすことになる。 Preferred dispersing agents are anionic surfactants, wax emulsions, pyridine and the like in aqueous systems, and fatty acids, phosphate esters, synthetic surfactants and the like in non-aqueous systems. The preferable addition amount of a dispersing agent is 0.5-3 mass parts with respect to 100 mass parts of ceramic raw materials, and especially preferable addition amount is 1-2 mass parts. When the amount is less than 0.5 parts by mass, the dispersibility of the ceramic raw material may be lowered, and a crack or the like may occur in the green sheet. If the amount is more than 3 parts by mass, the dispersibility of the ceramic raw material remains unchanged, and impurities during firing increase.
好ましい有機溶剤(溶媒)は、キシレン、ブタノール等である。有機溶剤は、一種単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。好ましい溶媒の添加量は、セラミック原料100質量部に対して、50〜200質量部であり、特に好ましい添加量は、75〜150質量部である。 Preferred organic solvents (solvents) are xylene, butanol and the like. An organic solvent may be used individually by 1 type, and may mix and use multiple. A preferable amount of the solvent added is 50 to 200 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the ceramic raw material, and a particularly preferable amount of addition is 75 to 150 parts by mass.
次に、スラリー状の成形用原料を、減圧下で撹拌して脱泡し、更に所定の粘度となるように調製する。シート状に成形し易くなるという観点から、好ましい粘度は、B型粘度計で測定した値として、2.0〜6.0Pa・sであり、より好ましい粘度は、3.0〜5.0Pa・sであり、特に好ましい粘度は、3.5〜4.5Pa・sである。 Next, the slurry-like forming raw material is stirred under a reduced pressure to defoam, and further prepared to have a predetermined viscosity. From the viewpoint of facilitating molding into a sheet shape, the preferable viscosity is 2.0 to 6.0 Pa · s as a value measured with a B-type viscometer, and the more preferable viscosity is 3.0 to 5.0 Pa · s. The particularly preferred viscosity is 3.5 to 4.5 Pa · s.
そして、粘度が調製された成形原料を、シート状に成形して、のちに電極間誘電体4、電極外誘電体6、及び断熱材8となるグリーンシートを形成する。好ましい成形方法は、ドクターブレード法、プレス成形法、圧延法、カレンダーロール法等である。好ましいグリーンシートの厚さは、50〜800μmである。
Then, the forming raw material whose viscosity is adjusted is formed into a sheet shape, and a green sheet to be the
次いで、得られたグリーンシートの表面に、のちに一の電極1、測定対向電極5、ヒータ7、及び必要な配線となる導体ペーストを配設するとともに、グリーンシートを積層してグリーン積層体を得る。導体ペーストは、既述の一の電極1、測定対向電極5、ヒータ7、及び必要な配線に好適な材料からなる粉末に、バインダ及びテルピネオール等の溶剤を加え、トリロールミル等を用いて十分に混錬して調製することが出来る。導体ペーストの好適な配設手段は、スクリーン印刷法である。
Next, on the surface of the obtained green sheet, one
導体ペーストの配設は、具体的には、電極外誘電体6となるグリーンシートの一の面には、一の電極1及び必要な配線となる導体ペーストを印刷し、更に電極間誘電体4となるグリーンシートを積層し、その電極間誘電体4となるグリーンシートの表面に、測定対向電極5及び必要な配線を、所望のパターンで(測定対向電極は、例えば図6に示される態様を採ることが好ましい)、印刷することによって行う。他方、電極外誘電体6となるグリーンシートの他の面には、ヒータ7及び必要な配線となる導体ペーストを印刷し、更に断熱材8となるグリーンシートを積層する(図1を参照)。グリーンシートの積層は加圧しながら行うことが好ましい。
Specifically, the conductor paste is arranged by printing one
次に、得られたグリーン積層体を、60〜150℃で乾燥し、有機バインダを含有する場合には400〜800℃で脱脂し、その後、1200〜1600℃で焼成する。このようにして、粒子状物質検出装置100を構成する、一の電極1、電極間誘電体4、一の電極1と測定対向電極5、電極外誘電体6、ヒータ7、及び断熱材8を含む焼成積層体が得られる。
Next, the obtained green laminated body is dried at 60 to 150 ° C., and if it contains an organic binder, it is degreased at 400 to 800 ° C., and then fired at 1200 to 1600 ° C. In this way, one
二の電極2は、既述の好適な材料からなる市販の薄板を購入して用い上記焼成積層体に支持部材を介して一体化させる。二の電極として、セラミックスと導体ペーストを積層したものを用いてもよい。この支持部材としては、既述の電極間誘電体4、電極外誘電体6、及び断熱材8に好適な材料からなる焼結体を使用することが出来る。又、粒子状物質11を含む排気ガスが流れる空洞(空間)が形成されるように、上記焼成積層体と二の電極2の支持部材とを、一体化させた積層構造としてもよい。この場合、上記焼成積層体を得る前に、上記したグリーン積層体の電極間誘電体4(測定対向電極5)の側に、その空洞を形成するグリーンシートと、天板となるグリーンシートと、を更に積層し、その天板となるグリーンシートの内面(空洞に対向する面)に、のちに二の電極2及び必要な配線となる導体ペーストを配設し、これら全体からなるグリーン積層体を得て、乾燥、必要な脱脂、焼成を行えばよい。
For the
電源9、特性測定装置3、ヒータ用電源10は、既述の好ましい仕様に合致した市販品を購入する。流量計14も市販品を採用することが出来る。電源9は、一の電極1と二の電極2に切り離し可能なように接続し、特性測定装置3は、一の電極1と測定対向電極5に切り離し可能なように接続し、ヒータ用電源10はヒータ7に接続する。粒子状物質量算出装置13及び粒子状物質濃度算出装置16は、シーケンサ等のコンピュータにおいてソフトウエアで構築することが出来る。制御装置12は、既述又は後述する粒子状物質検出装置100の動作を実現するように、シーケンサ等のコンピュータにおけるソフトウエア及び実体的な制御回路(ハードウエア)で構築することが出来る。以上によって、粒子状物質検出装置100を作製することが出来る。
As the
[粒子状物質検出装置の使用方法]次に、本発明に係る粒子状物質検出装置を使用する方法について、粒子状物質検出装置100の場合を例にして、説明する。
[Method of Using Particulate Matter Detection Device] Next, a method of using the particulate matter detection device according to the present invention will be described taking the case of the particulate
先ず、粒子状物質検出装置100のセンサ部を、例えばディーゼルエンジンの排気系(排気ガス管)に設置し、電源供給、制御線接続等を行い、使用可能な状態とする。
First, the sensor part of the particulate
(集塵工程)一の電極1を特性測定装置3から切り離した状態で、電源9によって二の電極2と一の電極1との間に、例えば直流の高電圧を印加して放電し、粒子状物質11を荷電させて集塵し、電極間誘電体4の表面に堆積させる。
(Dust collection step) In a state where one
高電圧を印加する好ましい時間は、0.5〜120秒であり、より好ましくは2〜10秒である。0.5秒より短いと、粒子状物質11の堆積量(集塵量)が少なくなるため、粒子状物質量11の測定精度が低下することがあり、120秒より長いと、粒子状物質11の集塵量が多くなるため、のちのインピーダンスの変化量の検出から、粒子状物質11の量を正確に把握し難くなることがある。
A preferable time for applying the high voltage is 0.5 to 120 seconds, and more preferably 2 to 10 seconds. If the time is shorter than 0.5 seconds, the accumulation amount (dust collection amount) of the
一の電極1及び二の電極2に供給するための好ましい電圧は、電極間の距離によって異なるが、印加する電圧を高くすることで電界が強まり集塵力が向上する。その一方で、絶縁及び絶縁距離等が問題となり装置が大型化するため、実際上は、上記電圧は10kV以下が望ましい。
A preferable voltage to be supplied to the
一の電極1と二の電極2との間を流れる放電による好ましい電流は、1mA以下であり、更に好ましい電流は、1〜100μAである。1μAより小さいと、集塵率が低下することがある。
A preferable current due to the discharge flowing between the
使用電力は、本発明に係る粒子状物質検出装置が自動車の排気系で使用される場合には、燃費に直接影響を与えるので小さい方が望ましい。又、発生する電磁ノイズの低減や、放電を発生させる回路の大きさから考えても、好ましい使用電力は10W以下であり、より好ましい使用電力は1W以下である。 When the particulate matter detection device according to the present invention is used in an exhaust system of an automobile, it is desirable that the power consumption is small because it directly affects fuel consumption. Also, considering the reduction of electromagnetic noise generated and the size of the circuit that generates discharge, the preferred power consumption is 10 W or less, and the more preferred power consumption is 1 W or less.
(測定工程)粒子状物質11の堆積を終えたら、二の電極2と一の電極1との間における高電圧の印加を停止して放電を止め、電源9を一の電極1から切り離す。そして、一の電極1を特性測定装置3に接続し、特性測定装置3を稼動させ、好ましくは1〜60秒程度の時間で、一の電極1と測定対向電極5の間のインピーダンスの変化量を測定する。このインピーダンスの変化量によって、粒子状物質11の量及び濃度が求まる。
(Measurement Step) When the deposition of the
特性測定装置3を一の電極1と測定対向電極5に電圧を印加する交流電源と測定器とで構成する場合に、交流電源から印加される好ましい電圧の値は、1〜60Vであり、より好ましい電圧の値は2〜30Vである。1Vより小さいと検出信号が小さくなってノイズの影響を受け易くなり、60Vより大きいと汎用ICの使用が出来なくなることがある。好ましい測定周波数は、300kHz以下である。
When the
(除去工程)一の電極1と測定対向電極5の間におけるインピーダンスの変化量の測定を終えたら、ヒータ用電源10によってヒータ7を稼動させ、電極間誘電体4の表面に堆積した粒子状物質11を酸化して除去する。
(Removal step) When the measurement of the amount of change in impedance between one
ヒータ用電源10が降圧チョッパ方式のスイッチング電源である場合に、ヒータ7に印加される好ましい電流は0.8〜4A程度であり、好ましい使用電力は、48W以下である。
When the
ヒータ7によって、粒子状物質11を酸化除去するときの好ましい時間は、1〜600秒であり、特に好ましい時間は、3〜120秒である。1秒より短いと粒子状物質11の酸化除去が不十分になることがあり、600秒より長いと無駄にエネルギーを消費することがある。
A preferable time when the
ヒータ7によって、電極間誘電体4の表面に集塵された粒子状物質11を酸化除去するときの好ましい温度は、500〜900℃であり、特に好ましい温度は、550〜700℃である。500℃より低いと粒子状物質が酸化除去され難くなることがあり、900℃より高いと素子の寿命が短くなることがある。
A preferable temperature when the
尚、既述のように、ヒータ7及びヒータ用電源10の代わりに、又はそれらと併用して、一の電極1と測定対向電極5との間に電圧の印加をして、電極間誘電体4の表面に沿面放電をさせるための除去用電源を備え、その沿面放電によって、集塵された粒子状物質11を酸化除去することが出来る。この場合、沿面放電させるときの好ましい電圧は、電極間誘電体4の厚さによって異なるが、例えば2〜15kVである。好ましい使用電力は、10〜30Wである。沿面放電する好ましい時間は、1〜600秒であり、特に好ましい時間は、3〜120秒である。1秒より短いと粒子状物質11の酸化除去が不十分になることがあり、600秒より長いと無駄にエネルギーを消費することがある。
As described above, a voltage is applied between the one
以上のように、集塵工程、測定工程、除去工程を繰り返すことによって、安定して、長期にわたり、粒子状物質11の検出を続けることが可能である。尚、ディーゼルエンジンの排気ガスを粒子状物質検出対象とする場合には、ディーゼルエンジンの回転数、トルク、排気ガスの流量、温度等の条件が、特定の状態となったときに電界の形成及び放電の何れか又は両方を行うことが好ましい。これらは、ディーゼルエンジンの情報を信号として制御装置12へ入力するとともに、排気ガス管に温度計を設け、その情報を信号として制御装置12へ入力することによって、制御装置12(シーケンサ等)で判断をさせることが可能である。
As described above, by repeating the dust collection process, the measurement process, and the removal process, it is possible to stably detect the
本発明に係る粒子状物質検出装置は、ディーゼルエンジンや煙道等の排気ガス等に含まれる粒子状物質を検出する手段として、好適に利用することが出来る。 The particulate matter detection device according to the present invention can be suitably used as a means for detecting particulate matter contained in exhaust gas or the like of a diesel engine or a flue.
1:一の電極、2,202,302:二の電極、3:特性測定装置、4:電極間誘電体、5,105:測定対向電極、6:電極外誘電体、7:ヒータ、8:断熱材、9:電源、10:ヒータ用電源、11:粒子状物質、12:制御装置、13:粒子状物質量算出装置、14:流量計、16:粒子状物質濃度算出装置、24:膜状誘電体、100,200,300,400:粒子状物質検出装置。 1: one electrode, 2, 202, 302: second electrode, 3: characteristic measuring device, 4: interelectrode dielectric, 5,105: measurement counter electrode, 6: outer electrode dielectric, 7: heater, 8: Heat insulating material, 9: power source, 10: power source for heater, 11: particulate matter, 12: control device, 13: particulate matter amount calculating device, 14: flow meter, 16: particulate matter concentration calculating device, 24: membrane Dielectric, 100, 200, 300, 400: particulate matter detection device.
Claims (9)
前記誘電体の表面に配設をされる測定対向電極、その測定対向電極と前記一の電極との間における電気的特性の測定をする特性測定手段、及びその特性測定手段で測定をされる電気的特性の変化量に基づいて前記誘電体の表面に集塵をされた粒子状物質の量を求める粒子状物質量算出手段、を備え、
前記二の電極が、板状を呈する管壁面で構成される粒子状物質検出装置。 One electrode having a plate-like shape in which one surface is coated with a dielectric, and one electrode disposed on the one surface side of the one electrode through a space through which a gas containing particulate matter flows Two electrodes that perform either or both of forming an electric field and / or discharging according to a voltage applied between the power source, a power source that applies the voltage, and
Measuring counter electrode disposed on the surface of the dielectric, characteristic measuring means for measuring electrical characteristics between the measuring counter electrode and the one electrode, and electricity measured by the characteristic measuring means A particulate matter amount calculating means for obtaining the amount of particulate matter collected on the surface of the dielectric based on the amount of change in mechanical properties ,
A particulate matter detection device in which the second electrode is configured by a tube wall surface having a plate shape .
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