KR20100014456A - 입자상 물질 검출 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 내부를 관통하는 공동(캐비티)(2)을 갖는 검출 장치 본체(1)를 구비하고, 캐비티(2)가, 그 한쪽 단부(유입측 단부)(6)측으로부터 순서대로, 유입측 단부(6)로부터 캐비티 내에 유입된 입자상 물질을 하전(荷電)시키는 것이 가능한 입자 하전부(3), 입자 하전부(3)에 의해 하전된 입자상 물질을 포집하여, 입자상 물질량을 측정하는 것이 가능한 집진부(4), 및 입자 하전부(3)에 의해 하전된 입자상 물질을 캐비티(2)의 다른쪽 단부(유출측 단부)(7)측을 향하여 이동시키는 것이 가능한 이온풍 발생부(5)를 포함하는 입자상 물질 검출 장치(100)를 제공한다. 이 입상형 물질 검출 장치는, 소형이며 측정 오차가 작고, 저렴하게 제조하는 것이 가능하다.
Description
본 발명은, 입자상 물질 검출 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는, 소형이며 측정 오차가 작고, 저렴하게 제조하는 것이 가능한 입자상 물질 검출 장치에 관한 것이다.
연도 배기 가스나 디젤 엔진 배기 가스에는 그을음 등의 입자상 물질(Particulate Matter: PM)이 포함되어 있어, 대기 오염의 원인이 되고 있었다. 이들을 제거하기 위해서, 세라믹 등으로 제작된 필터(디젤 파티큘레이트 필터: DPF)가 널리 이용되고 있다. 세라믹제의 DPF는, 장기간의 사용이 가능하지만, 열(熱) 열화 등에 의해 크랙이나 용손(溶損) 등의 결함이 발생하는 경우가 있어, 미량이기는 하지만 입자상 물질이 누설될 가능성이 있다. 이러한 결함이 발생한 경우에는, 그 결함의 발생을 바로 검지하고, 장치의 이상을 인식하는 것이, 대기 오염 방지의 관점에서 매우 중요하다.
이러한 결함의 발생을 검지하는 방법으로서, DPF의 하류측에 입자상 물질 검출 장치를 설치하는 방법이 있다(예컨대, 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1: 일본 특허 공개 소화 제60-123761호 공보
특허 문헌 1에 기재된 발명은, 코로나 방전에 의해 입자상 물질을 대전시키고, 그 이온 전류를 측정함으로써, 입자상 물질의 양을 측정하는 것이다. 이와 같이, 입자상 물질을 대전시키고 그 이온 전류를 측정하는 방법에서는, 입자상 물질에 대전하는 이온 전류가 미약하기 때문에, 그 미약한 이온 전류를 검출하기 위해서 대규모의 검출 회로가 필요하게 되어, 고가의 것이 된다는 문제가 있었다. 또한, 배기 가스가 고유량(高流量)인 경우에는, 입자상 물질을 효과적으로 대전시킬 수 없기 때문에, 입자상 물질의 측정값이, 실제로 배기 가스에 함유되어 있는 입자상 물질의 양보다 작은 값이 되어, 그 오차가 크다는 문제가 있었다.
본 발명은, 전술한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 소형이며 측정 오차가 작고, 저렴하게 제조하는 것이 가능한 입자상 물질 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 이하의 입자상 물질 검출 장치를 제공하는 것이다.
[1] 내부를 관통하는 공동(캐비티)을 갖는 검출 장치 본체를 구비하고, 상기 캐비티가, 그 한쪽 단부(유입측 단부)측으로부터 순서대로, 유입측 단부로부터 캐비티 내에 유입된 입자상 물질을 하전(荷電)시키는 것이 가능한 입자 하전부, 상기 입자 하전부에 의해 하전된 입자상 물질을 포집하여, 입자상 물질량을 측정하는 것이 가능한 집진부, 및 상기 입자 하전부에 의해 하전된 입자상 물질을 상기 캐비티의 다른쪽 단부(유출측 단부)측을 향하여 이동시키는 것이 가능한 이온풍 발생부를 포함하는 것인 입자상 물질 검출 장치.
[2] 상기 검출 장치 본체에, 상기 캐비티의 상기 입자 하전부를 사이에 두도록 하여 하전용 전극과 접지 전극(하전용 접지 전극)이 배치되고, 상기 입자 하전부는, 상기 하전용 전극에 의해서 상기 캐비티 내의 공간에 발생된 무성 방전에 의해, 입자상 물질을 하전시키는 것인 [1]에 기재된 입자상 물질 검출 장치.
[3] 상기 검출 장치 본체에, 상기 캐비티의 상기 입자 하전부를 사이에 두도록 하여 하전용 전극과 접지 전극(하전용 접지 전극)이 배치되고, 상기 입자 하전부는, 상기 하전용 전극에 의해서 상기 캐비티 내에 발생된 코로나 방전에 의해, 입자상 물질을 하전시키는 것인 [1]에 기재된 입자상 물질 검출 장치.
[4] 상기 하전용 전극 및 상기 하전용 접지 전극은, 금, 은, 백금, 니켈, 몰리브덴 및 텅스텐으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는 것인 [2] 또는 [3]에 기재된 입자상 물질 검출 장치.
[5] 상기 집진부는, 상기 입자 하전부에 의해 하전된 입자상 물질을 정전기로 포집하는 것이 가능한 집진 전극을, 상기 캐비티의 내벽면에 구비한 것인 [1]∼[4] 중 어느 하나에 기재된 입자상 물질 검출 장치.
[6] 상기 집진부에 구비된 상기 집진 전극은, 외주 형상에 요철이 형성된 판형의 전극인 것인 [5]에 기재된 입자상 물질 검출 장치.
[7] 상기 집진 전극은, 금, 은, 백금, 니켈, 몰리브덴 및 텅스텐으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는 것인 [5] 또는 [6]에 기재된 입자상 물질 검출 장치.
[8] 상기 캐비티를 둘러싸는 내벽면 중, 상기 집진 전극이 배치되어 있는 내벽면을 구성하는 벽의 내부에 매설된 접지 전극(집진용 접지 전극)을 구비하고, 상기 집진 전극과 상기 집진용 접지 전극 사이의 정전 용량의 변화를 검출함으로써 상기 집진 전극에 의해 포집한 입자상 물질의 양을 측정하는 것이 가능한 것인 [5] 내지 [7] 중 어느 하나에 기재된 입자상 물질 검출 장치.
[9] 상기 집진용 접지 전극은, 금, 은, 백금, 니켈, 몰리브덴 및 텅스텐으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는 것인 [8]에 기재된 입자상 물질 검출 장치.
[10] 상기 집진 전극이 배치되는 상기 집진부의 내벽면에 있어서 상기 집진 전극에 접촉하지 않는 위치에, 적어도 하나의 전극 확장부가 배치되고, 상기 집진 전극에 의해 포집된 입자상 물질이, 상기 집진 전극과 상기 전극 확장부 사이에 집적됨으로써, 상기 집진 전극과 상기 전극 확장부가 전기적으로 도통(導通)될 수 있는 것인 [5] 내지 [9] 중 어느 하나에 기재된 입자상 물질 검출 장치.
[11] 상기 전극 확장부가 2개 이상 배치되고, 상기 집진 전극으로부터 각 상기 전극 확장부까지의 거리가 각각 다른 것인 [10]에 기재된 입자상 물질 검출 장치.
[12] 상기 이온풍 발생부는, 상기 입자 하전부에 의해 하전된 입자상 물질을 상기 유출측 단부 방향으로 이동시키도록 연면(沿面) 방전시키는 이온풍 발생 전극을, 상기 캐비티의 내벽면에 구비한 것인 [1] 내지 [11] 중 어느 하나에 기재된 입자상 물질 검출 장치.
[13] 상기 이온풍 발생부는, 상기 입자 하전부에 의해 하전된 입자상 물질을 상기 유출측 단부 방향으로 이동시키도록 코로나 방전시키는 이온풍 발생 전극을, 상기 캐비티의 내벽면에 구비한 것인 [1] 내지 [11] 중 어느 하나에 기재된 입자상 물질 검출 장치.
[14] 상기 이온풍 발생 전극은, 금, 은, 백금, 니켈, 몰리브덴, 스테인레스 스틸 및 텅스텐으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는 것인 [12] 또는 [13]에 기재된 입자상 물질 검출 장치.
[15] 상기 검출 장치 본체를 구성하는 재료는 세라믹인 [1] 내지 [14] 중 어느 하나에 기재된 입자상 물질 검출 장치.
[16] 상기 검출 장치 본체는, 복수의 테이프형 세라믹이 적층되어 이루어지는 것인 [15]에 기재된 입자상 물질 검출 장치.
[17] 상기 검출 장치 본체를 구성하는 재료인 세라믹은, 알루미나, 산화마그네슘, 산화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 지르코니아, 코디어라이트, 멀라이트, 스피넬, 마그네슘-칼슘-티탄계 산화물, 바륨-티탄-아연계 산화물, 및 바륨-티탄계 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것인 [15] 또는 [16]에 기재된 입자상 물질 검출 장치.
[18] 정화용 전극과 접지 전극(정화용 접지 전극)은, 상기 캐비티를 사이에 두도록 하여 상기 검출 장치 본체에 배치되고, 상기 정화용 전극과 상기 정화용 접지 전극에 의해 캐비티 내에 무성 방전을 발생시켜, 캐비티 내에 부착된 입자상 물질을 제거하는 것이 가능한 것인 [1] 내지 [17] 중 어느 하나에 기재된 입자상 물질 검출 장치.
[19] 상기 정화용 전극 및 상기 정화용 접지 전극은, 금, 은, 백금, 니켈, 몰리브덴 및 텅스텐으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는 것인 [18]에 기재된 입자상 물질 검출 장치.
[20] 상기 캐비티 내를 통과하는 입자상 물질은, 디젤 엔진으로부터 배출되는 그을음, 또는 나노 입자 제조 설비로 제조된 나노 입자인 것인 [1] 내지 [19] 중 어느 하나에 기재된 입자상 물질 검출 장치.
본 발명의 입자상 물질 검출 장치에 따르면, 검출 장치 본체의 내부를 관통하는 캐비티에 입자상 물질(배기 가스)을 유입시킬 수 있고, 그 캐비티가, 그 한쪽 단부(유입측 단부)측으로부터 순서대로, 유입측 단부로부터 캐비티 내에 유입된 입자상 물질을 하전시키는 것이 가능한 입자 하전부, 입자 하전부에 의해 하전된 입자상 물질을 포집하여, 입자상 물질량을 측정하는 것이 가능한 집진부, 및 입자 하전부에 의해 하전된 입자상 물질을 캐비티의 다른쪽 단부(유출측 단부)측을 향하여 이동시키는 것이 가능한 이온풍 발생부를 포함하기 때문에, DPF의 하류측을 흐르는 배기 가스에 함유되는 모든 입자상 물질을 직접 측정하는 것이 아니라, 캐비티 내에 유입된 입자상 물질만을 측정함으로써 배기 가스 전체의 입자상 물질량을 추산할 수 있기 때문에, 입자상 물질 검출 장치를 소형화하는 것이 가능해지고, 저렴하게 제조하는 것이 가능해진다. 또한, DPF의 하류측을 흐르는 배기 가스의 전체 유량이 고유량(高流量)인 경우라도, 그 배기 가스(입자상 물질)의 일부를 이온풍 발생부에 의해 캐비티 내에 일정한 유량으로 흡인하고, 흡인된 입자상 물질을 캐비티 내에 흐르게 할 수 있기 때문에, 캐비티 내의 입자상 물질을 전부 효과적으로 하전시킬 수 있어, 오차가 적은 측정값을 얻는 것이 가능해진다. 또한, DPF의 하류측을 흐르는 배기 가스의 전체 유량이 변동해도, 캐비티 내를 흐르는 배기 가스의 양은 전체 유량과는 독립적으로 제어할 수 있기 때문에, 오차가 적은 측정값을 얻는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 입자상 물질 검출 장치의 일 실시형태를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 입자상 물질 검출 장치의 일 실시형태를 모식적으로 도시하는 측면도이다.
도 2b는 도 2a의 A-A' 단면도이다.
도 3은 도 2a의 A-A' 단면도이며, 방전 상태를 도시한 단면도이다.
도 4a는 집진 전극의 형상을 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 4b는 집진 전극의 형상을 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 4c는 집진 전극의 형상을 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 5는 집진 전극과 전극 확장부를 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 6은 도 2a의 A-A' 단면도이며, 정화시에 플라즈마가 발생하고 있는 상태를 도시하는 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 검출 장치 본체
2: 공동(캐비티)
3: 입자 하전부
4: 집진부
5: 이온풍 발생부
6: 유입측 단부
7: 유출측 단부
11: 접지 전극
12: 하전용 전극
13: 하전용 접지 전극
14: 집진 전극
15: 집진용 접지 전극
16, 16a, 16b, 16c: 전극 확장부
17: 이온풍 발생 전극
18: 이온풍 발생용 접지 전극
19: 정화용 전극
20: 정화용 접지 전극
21: 집진 전극 배치면
22: 접지용 전극 매설벽
31: 하전용 연면 방전
32: 연면 방전
33: 플라즈마
41: 세라믹 시트
100: 입자상 물질 검출 장치
a, b, c: 거리
다음으로 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하면서 상세히 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 당업자의 통상의 지식에 기초하여, 적절하게 설계의 변경, 개량 등이 실시될 수 있음은 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 입자상 물질 검출 장치의 일 실시형태를 모식적으로 도시하는 사시도이다. 본 실시형태의 입자상 물질 검출 장치(100)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 내부를 관통하는 공동(캐비티)(2)을 갖는 검출 장치 본체(1)를 구비하는 것이며, 캐비티(2)는, 입자상 물질이 통과하는 것이 가능한 것이다.
도 2a, 도 2b는 본 발명의 입자상 물질 검출 장치의 일 실시형태를 모식적으로 도시하며, 도 2a는 측면도, 도 2b는 도 2a의 A-A' 단면도이다. 도 2a, 도 2b는, 도 1에 도시하는 본 실시형태의 입자상 물질 검출 장치의 측면도 및 단면도이며, 도 2a에서는, 편의상 검출 장치 본체(1)의 내부를 관통하는 캐비티(2), 및 각종 전극이 배치되어 있는 위치를 파선으로 나타내었다. 도 2a, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 입자상 물질 검출 장치(100)는, 입자상 물질이 통과하는 것이 가능한 캐비티(2)가, 그 한쪽 단부(유입측 단부)(6)측으로부터 순서대로, 유입측 단부(6)로부터 캐비티(2) 내에 유입된 입자상 물질을 하전시키는 것이 가능한 입자 하전부(3), 입자 하전부(3)에 의해 하전된 입자상 물질을 포집하여, 입자상 물질량을 측정하는 것이 가능한 집진부(4), 및 캐비티 내의 배기 가스를 다른쪽 단부(7)측을 향하여 유출시키는 것이 가능한 이온풍 발생부(5)를 포함한다.
이와 같이, 본 실시형태의 입자상 물질 검출 장치(100)에 따르면, 이온풍 발생부(5)에 의해 캐비티(2) 내에, 유입측 단부(6)로부터 유출측 단부(7)를 향하는 일정 유량의 이온풍을 발생시켜, 캐비티(2) 내에 일정량의 배기 가스를 유입, 통과 및 유출시키는 것이 가능하기 때문에, 캐비티(2) 내에 유입된 입자상 물질만을 측정함으로써 배기 가스 전체의 입자상 물질량을 추산할 수 있으며, 입자상 물질 검출 장치를 소형화하는 것이 가능해지고, 저렴하게 제조하는 것이 가능해진다. 또한, DPF의 하류측을 흐르는 배기 가스의 전체 유량이 고유량이거나, 변동하는 경우라도, 그 배기 가스(입자상 물질)의 일부를 이온풍 발생부(5)에 의해 캐비티 내에 일정한 유량으로 흡인하고, 흡인된 입자상 물질을 캐비티 내에 흐르게 할 수 있기 때문에, 캐비티 내의 입자상 물질을 입자 하전부(3)에 의해 전부 효과적으로 하전시킬 수 있어, 집진부(4)에 의해 오차가 적은 측정값을 얻는 것이 가능해진다.
도 2a, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 입자상 물질 검출 장치(100)는, 캐비티(2) 내의 유입측 단부(6) 부근에 입자 하전부(3)를 갖는다. 입자 하전부(3)는, 입자상 물질을 하전시키는 것이 가능한 영역을 말하며, 캐비티(2) 내에 있어서, 캐비티(2)의 유입측 단부(6)로부터, 캐비티(2)의 전체 길이[유입측 단부(6)로부터 유출측 단부(7)까지의 거리]의 1/4에 상당하는 위치까지의 사이에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 입자상 물질 검출 장치(100)는, 검출 장치 본체(1)에, 캐비티(2)의 입자 하전부(3)를 사이에 두도록 하여 하전용 전극(12)과 접지 전극(11)[하전용 접지 전극(13)]이 배치되고, 입자 하전부(3)는, 하전용 전극(12)에 의해서 캐비티(2) 내에 발생된 무성 방전[하전용 무성 방전(31)]에 의해, 입자상 물질을 하전시키는 것이 바람직하다. 도 3은 도 2a의 A-A' 단면도이며, 방전 상태를 도시한 단면도이다. 이와 같이, 캐비티(2) 내에 유입된 일정 유량의 배기 가스에 함유되는 입자상 물질을 캐비티(2) 내에서 하전용 연면 방전(31)에 의해 하전시키기 때문에, 캐비티(2) 내의 입자상 물질을 효율적으로 하전시킬 수 있다.
하전용 전극(12)과 하전용 접지 전극(13) 사이에 인가하는 전압은, 무성 방전하고, 또한 아크 방전하지 않는 전압이면 된다. 또한, 하전용 전극(12)의 형상은 특별히 한정되지 않고, 도 2a, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 직사각형의 막(膜)형 또는 시트형인 것이 바람직하지만, 원형, 타원형, 트랙 형상, 다각형(예컨대, 오각형) 등의 막형 또는 시트형이어도 좋다. 하전용 전극(12)의 두께는 특별히 한정되지 않으며, 방전시의 내구성이 높고, 또한 유입되는 배기 가스의 방해가 되지 않는 두께이면 된다. 하전용 전극(12)의 면적은 특별히 한정되지 않으며, 유입되는 입자상 물질을 효과적으로 하전시킬 수 있고, 또한 무성 방전을 일으키는 데 필요 이상의 전력을 소비하지 않는 면적이면 된다. 도 2a에 도시하는 바와 같이, 지면(紙面)에 있어서의 상하 방향[캐비티(2)의 관통 방향에 수직하고, 또한 하전용 전극(12)에 평행한 방향이며, 이 방향을 검출 장치 본체(1)의 상하 방향으로 함]에 상당하는 하전용 전극(12)의 길이가, 검출 장치 본체(1)의 상하 방향에 상당하는 캐비티(2)의 길이보다 길고, 하전용 전극(12)이 캐비티(2)의 상부로부터 하부까지를 (측면에서 보았을 때에) 덮고 있는 상태인 것이 바람직하다.
하전용 접지 전극(13)은, 하전용 전극(12)과 동일한 크기, 또는 하전용 전극(12)보다 큰 것이 바람직하다. 그리고, 하전용 접지 전극(13)은, 하전용 전극(12)을 그 표면에 직교하는 방향(법선 방향)으로 이동시켰을 때에, 겹쳐지는 위치(대향하는 위치)에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 하전용 접지 전극(13)의 형상은, 도 2a, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 직사각형의 막형 또는 시트형인 것이 바람직하지만, 원형, 타원형, 트랙 형상, 다각형(예컨대, 오각형) 등의 막형 또는 시트형이어도 좋다. 또한, 도 2a, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 하전용 접지 전극(13)과 집진용 접지 전극(15)[접지 전극(11)]이 공통인 것이 바람직하지만, 분리되어 있어도 좋다. 하전용 접지 전극(13)의 두께는 특별히 한정되지 않고, 불연속적인 도체막이 되지 않는 두께이면 된다. 하전용 접지 전극(13)의 면적은 특별히 한정되지 않고, 하전 부분과 집진 부분이 지나치게 접근하여 정확한 측정이 불가능한 면적이 아니며, 또한 소자 전체의 크기가 커져, 비용 상승으로 이어질 우려가 없는 면적이면 된다. 도 2a에 도시하는 바와 같이, 하전용 접지 전극(13)의 검출 장치 본체(1)의 상하 방향에 있어서의 상단부와 하단부는, 하전용 전극(12)과 (측면에서 보았을 때에) 겹쳐져 있는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 입자상 물질 검출 장치(100)는, 입자 하전부(3)가, 하전용 전극(12)에 의해서 캐비티(2) 내에 발생된 코로나 방전에 의해, 입자상 물질을 하전 시키는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 하전용 전극(12)을 선단이 뾰족한 바늘형 등의 전극으로 하고, 그 선단이 캐비티(2)의 공간 내로 돌출하는 상태로 하는 것이 바람직하다. 코로나 방전을 하는 경우에는, 하전용 전극(12)과 하전용 접지 전극(13) 사이에 인가하는 전압은, 코로나 방전이 발생하고, 또한 아크 방전이 일어나지 않는 전압이면 된다.
본 실시형태의 입자상 물질 검출 장치(100)에 있어서, 집진부(4)는, 입자 하전부(3)에 의해 하전된 입자상 물질을 정전기로 포집하는 것이 가능한 집진 전극(14)을, 캐비티(2)의 내벽면에 구비한 것이 바람직하다. 집진부(4)는, 정전기에 의해 입자상 물질을 포집하는 것이 가능한 영역을 말하며, 캐비티(2) 내에 있어서, 캐비티(2)의 유입측 단부(6)로부터, 캐비티(2)의 전체 길이[유입측 단부(6)로부터 유출측 단부(7)까지의 거리]의 1/8∼7/8에 상당하는 위치까지의 사이에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
상기 캐비티를 둘러싸는 내벽면 중, 집진 전극(14)이 배치되는 캐비티(2)의 내벽면[집진 전극 배치면(21)]을 구성하는 벽[접지 전극 매설벽(22)]의 내부에 매설된 접지 전극(11)[집진용 접지 전극(15)]을 구비하고, 집진 전극(14)과 집진용 접지 전극(15) 사이의 정전 용량의 변화를 검출함으로써 집진 전극(14)에 의해 포집한 입자상 물질의 양을 측정할 수 있는 것이 바람직하다.
이와 같이, 집진 전극(14)과 집진용 접지 전극(15) 사이의 정전 용량의 변화를 검출함으로써 집진 전극(14)에 의해 포집한 입자상 물질의 양을 측정할 수 있기 때문에, 검출 회로를 소형으로 할 수 있어, 입자상 물질 검출 장치(100)를 더 소형 화할 수 있다. 그리고, 보다 저렴하게 제조하는 것이 가능해진다.
집진 전극(14)과 집진용 접지 전극(15) 사이에 인가하는 전압은, 전극 간의 절연 파괴나 주위의 도체로의 누설 전류가 현저히 나타나지 않는 전압을 인가하는 것이 바람직하지만, 범용 IC를 사용할 수 있는 -30 V∼30 V가 더 바람직하다. 집진 전극(14)과 집진용 접지 전극(15) 사이의 거리는, 특별히 한정되지 않으나, 제조 편차의 영향을 받은 초기의 정전 용량의 편차가 크게 나타나지 않고, 또한 그을음을 집진했을 때의 정전 용량의 변화가 작아 감도가 나빠지는 일이 없는 거리이면 된다.
집진 전극(14)은, 도 4a에 도시하는 바와 같이, 외주 형상이 직사각형인 판형의 전극이어도 좋으나, 도 4b, 도 4c에 도시하는 바와 같이, 외주 형상에 요철이 형성된 판형의 전극인 것이 바람직하다. 여기서, 「요철이 형성된다」라고 할 때에는, 오목부 및 볼록부가 모두 형성되어 있는 경우, 오목부만이 형성되어 있는 경우, 및 볼록부만이 형성되어 있는 경우를 모두 포함한다. 도 4a, 도 4b 및 도 4c는 각각 집진 전극(14)을 모식적으로 도시한 평면도이다. 도 4b에 도시하는 집진 전극(14)은, 도 4a에 도시하는 직사각형의 집진 전극에 대하여, 하나의 변측으로부터 복수의 오목부 및 볼록부가 형성된 것이다. 도 4b는 복수의 볼록부가 빗살형으로 배치되어 형성되어 있다라고 볼 수도 있다. 이와 같이, 오목부 및 볼록부는, 본래의 형상의 파악 방식에 따라 어느 쪽도 취할 수 있는 경우가 있으나, 이러한 경우도 「요철이 형성된다」에 해당되며, 이것을 오목부라고 생각할 것인지, 볼록부라고 생각할 것인지는 중요하지 않다. 도 4c에 도시하는 집진 전극(14)은, 도 4a에 도시하는 직사각형의 집진 전극에 대하여, 평행한 2개의 변으로부터, 교대로 오목부가 형성된 것이다.
집진 전극(14)의 두께는 특별히 한정되지 않고, 충분한 내구성을 가지며 또한 유입되는 배기 가스의 방해가 되지 않는 두께이면 된다. 집진 전극(14)의 면적은 특별히 한정되지 않고 그을음을 집진했을 때에 정전 용량이 크게 변화되며, 또한 부착된 그을음을 클리닝할 때에 필요 이상의 전력을 소비하지 않는 면적이면 된다. 집진 전극(14)의 도 2a의 지면에 있어서의 상하 방향[검출 장치 본체(1)의 상하 방향]에 상당하는 길이는, 특별히 한정되지 않으나, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 캐비티(2)의 검출 장치 본체(1)의 상하 방향에 상당하는 길이와 동일한 것이 바람직하다. 집진 전극(14)의 개수는, 특별히 한정되지 않고, 1개이어도 좋으며, 복수 장이어도 좋다. 구체적으로는, 1개∼5개인 것이 바람직하다.
집진용 접지 전극(15)은, 집진 전극(14)과 동일한 크기, 또는 집진 전극(14)보다 큰 것이 바람직하다. 그리고, 집진용 접지 전극(15)이, 집진 전극(14)을 그 표면에 직교하는 방향(법선 방향)으로 이동시켰을 때에, 겹쳐지는 위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 집진용 접지 전극(15)은 하전용 접지 전극(13)과 공통인 것이 바람직하지만, 분리되어 있어도 좋다. 집진용 접지 전극(15)과 하전용 접지 전극(13)이 공통인 경우, 집진용 접지 전극(15)의 형상은, 도 2a, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 직사각형의 막형 또는 시트형인 것이 바람직하지만, 원형, 타원형, 트랙 형상, 다각형(예컨대, 오각형) 등의 막형 또는 시트형이어도 좋다. 집진용 접지 전극(15)과 하전용 접지 전극(13)이 분리되어 있는 경 우도, 집진용 접지 전극(15)의 형상으로서는 동일한 형상인 것이 바람직하다. 집진용 접지 전극(15)의 두께는 특별히 한정되지 않고, 불연속적인 도체막이 되지 않는 두께이면 된다.
본 실시형태의 입자상 물질 검출 장치(100)에서는, 집진 전극(14)이 배치되는 집진부(4)의 내벽면[집진 전극 배치면(21)]의 집진 전극(14)에 접촉하지 않는 위치에, 적어도 하나의 전극 확장부가 배치되는 것이 바람직하다. 예컨대, 도 5에 도시하는 바와 같이, 집진 전극(14)에 접촉하지 않는 위치에 복수의 전극 확장부(16)가 배치되어 있는 것이 더 바람직하다. 그리고, 집진 전극(14)에 의해 포집된 입자상 물질이, 집진 전극(14)과 전극 확장부(16) 사이에 퇴적되었을 때에, 집진 전극(14)과 전극 확장부(16)가 전기적으로 도통될 수 있는 것이 바람직하다. 집진 전극(14)에 입자상 물질이 포집되어 있는 동안[집진 전극(14)과 전극 확장부(16)가 아직 전기적으로 도통되어 있지 않은 동안]에는, 집진 전극(14)과 집진용 접지 전극(15) 사이의 정전 용량이 서서히 변화하지만, 집진 전극(14)과 전극 확장부(16)가 전기적으로 도통되면, 정전 용량이 대폭으로 커져, 일정량의 입자상 물질이 포집된 것을 명확하게 파악하는 것이 가능해진다. 그리고, 도 5에 도시하는 바와 같이, 전극 확장부(16)가 2개 이상 배치된 경우, 집진 전극(14)으로부터 각 전극 확장부[16(16a, 16b, 16c)]까지의 거리(a, b, c)가 각각 다른 것이 바람직하다. 이와 같이, 집진 전극(14)으로부터 각 전극 확장부[16(16a, 16b, 16c)]까지의 거리(a, b, c)를 다르게 함으로써, 입자상 물질의 포집량을, 다른 복수의 단계에서 명확하게 파악하는 것이 가능해진다. 이 경우, 전극 확장부[16(16a, 16b, 16c)] 사이의 거리는, 특별히 한정되지 않으나, 집진 전극(14)으로부터 각 전극 확장부[16(16a, 16b, 16c)]까지의 거리(a, b, c)의 어느 것보다도 긴 것이 바람직하다.
도 2a, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 입자상 물질 검출 장치(100)는, 캐비티(2) 내의 유출측 단부(7) 근방에 이온풍 발생부(5)를 구비한다. 이온풍 발생부(5)는, 이온풍을 발생시키기 위한 방전을 할 수 있는 영역을 말하며, 캐비티(2) 내에 있어서, 캐비티(2)의 유입측 단부(6)로부터, 캐비티(2)의 전체 길이[유입측 단부(6)로부터 유출측 단부(7)까지의 거리]의 3/4∼49/50에 상당하는 위치까지의 사이에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 입자상 물질 검출 장치(100)에서는, 도 2a, 도 2b 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 이온풍 발생부(5)는, 입자 하전부(3)에 의해 하전된 입자상 물질을 포함하는 배기 가스를 유출측 단부(7) 방향으로 이동시키도록 연면 방전시키는 이온풍 발생 전극(17)을, 캐비티의 내벽면에 구비한 것이 바람직하다. 그리고, 이온풍 발생 전극(17)이 배치되는 캐비티(2)의 내벽면을 구성하는 벽 속에 매설된 이온풍 발생용 접지 전극(18)을 구비하고, 이온풍 발생 전극(17)과 이온풍 발생용 접지 전극(18) 사이에 전압을 인가함으로써 연면 방전(32)을 발생시키는 것이 바람직하다. 이때, 이온풍 발생용 접지 전극(18)의 매설 위치는, 도 2a, 도 2b 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 이온풍 발생 전극(17)의 위치보다 유출측 단부에 가까운 위치인 것이 바람직하다. 이에 따라, 이온풍 발생 전극(17)과 이온풍 발생용 접지 전극(18) 사이에 전압을 인가했을 때에, 캐비티(2)가 관통하는 방향[캐비티(2)의 길이 방향]으로 연면 방전(32)이 발생하고, 하전된 입자상 물질이 이 연면 방전(32)에 의해 유출측 단부(7) 방향으로 힘을 받아 이온풍을 발생시키는 것이 가능해진다.
이온풍의 풍량으로서는, 배기 가스의 흐름으로서, 배기 가스 중의 그을음을 측정할 수 있기에 충분한 풍량을 취할 수 있고, 또한 전체 배기 가스 유량과는 독립적으로 풍량을 제어할 수 있는 것이 바람직하다.
이온풍 발생 전극(17)과 이온풍 발생용 접지 전극(18) 사이에 인가하는 전압, 이온풍 발생 전극(17)과 이온풍 발생용 접지 전극(18) 사이의 거리, 이온풍 발생 전극(17)의 면적은, 절연 파괴를 일으키지 않고, 배기 가스 중의 그을음을 측정할 수 있기에 충분한 풍량을 취할 수 있으며, 또한 전체 배기 가스 유량과는 독립적으로 풍량을 제어할 수 있는 전압, 거리, 면적인 것이 바람직하다.
이온풍 발생 전극(17)의 두께는 특별히 한정되지 않으며, 방전시의 내구성이 높고, 또한 유입되는 배기 가스의 방해가 되지 않는 두께이면 된다. 이온풍 발생 전극(17)의 도 2a의 지면에 있어서의 상하 방향[검출 장치 본체(1)의 상하 방향]에 상당하는 길이는, 특별히 한정되지 않으나, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 캐비티(2)의 검출 장치 본체(1)의 상하 방향에 상당하는 길이와 동일한 것이 바람직하다. 이온풍 발생 전극(17)의 개수는, 특별히 한정되지 않으나, 복수 개인 것이 바람직하고, 2개∼100개인 것이 더 바람직하다.
이온풍 발생 전극(17)의 형상은 특별히 한정되지 않고, 도 2a, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 직사각형의 막형 또는 시트형인 것이 바람직하지만, 원형, 타원형, 트랙 형상, 다각형(예컨대, 오각형) 등의 막형 또는 시트형이어도 좋다.
이온풍 발생용 접지 전극(18)은, 이온풍 발생 전극(17)과 동일한 크기, 또는 이온풍 발생 전극(17)보다 큰 것이 바람직하다. 그리고, 도 2a, 도 2b, 도 3에 도시하는 바와 같이, 이온풍 발생용 접지 전극(18)은, 이온풍 발생 전극(17)을 그 표면에 직교하는 방향(법선 방향)으로 이동시켰을 때에, 이온풍 발생 전극(17)의 유출측 단부(7)측의 단부가, 이온풍 발생용 접지 전극(18)의 유입측 단부(6)측의 단부와 겹쳐지는 위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이온풍 발생용 접지 전극(18)의 형상은, 도 2a, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 직사각형의 막형 또는 시트형인 것이 바람직하지만, 원형, 타원형, 트랙 형상, 다각형(예컨대, 오각형) 등의 막형 또는 시트형이어도 좋다. 이온풍 발생용 접지 전극(18)의 두께는 특별히 한정되지 않고, 불연속적인 도체막이 되지 않는 두께이면 된다. 이온풍 발생용 접지 전극(18)의 면적은 특별히 한정되지 않으며, 배기 가스 중의 그을음을 측정할 수 있기에 충분한 풍량을 취할 수 있고, 또한 전체 배기 가스 유량과는 독립적으로 풍량을 제어할 수 있는 면적인 것이 바람직하다.
본 실시형태의 입자상 물질 검출 장치(100)는, 입자 하전부(3)에 의해 하전된 입자상 물질을 포함하는 배기 가스를, 유출측 단부(7) 방향으로 이동시키도록 코로나 방전시키는 이온풍 발생 전극을, 이온풍 발생부(5)가 캐비티(2)의 내벽면에 구비한 것이 바람직하다. 이 경우에는, 이온풍 발생 전극을 선단이 뾰족한 바늘형 등의 전극으로 하고, 그 선단이 캐비티(2)의 공간 내로 돌출하는 상태로 하는 것이 바람직하다. 코로나 방전을 하는 경우에는, 이온풍 발생 전극과 이온풍 발생용 접지 전극(18) 사이에 인가하는 전압은, 아크 방전이 되지 않고, 배기 가스 중의 그 을음을 측정할 수 있기에 충분한 풍량을 취할 수 있으며, 또한 전체 배기 가스 유량과는 독립적으로 풍량을 제어할 수 있는 전압인 것이 바람직하다.
전술한 접지 전극(11)[하전용 접지 전극(13), 집진용 접지 전극(15), 이온풍 발생용 접지 전극(18)], 하전용 전극(12), 집진 전극(14), 전극 확장부(16) 및 이온풍 발생 전극(17)의 재질은, 각각 독립적으로, 금, 은, 백금, 니켈, 몰리브덴, 스테인레스 스틸 및 텅스텐으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는 것이 바람직하다. 이들 성분은 20 체적% 이상 함유되어 있는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 입자상 물질 검출 장치(100)에 있어서, 검출 장치 본체(1)는, 내부를 관통하는 캐비티가 형성된 구조체이며, 이 구조체는, 캐비티를 통 형상으로 둘러싸는 벽을 갖는 것이다. 이러한 구조체인 검출 장치 본체(1)를 구성하는 재료가 세라믹인 것이 바람직하고, 알루미나, 산화마그네슘, 산화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 지르코니아, 코디어라이트, 멀라이트, 스피넬, 마그네슘-칼슘-티탄계 산화물, 바륨-티탄-아연계 산화물, 및 바륨-티탄계 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것이 더 바람직하다.
검출 장치 본체(1)는 복수의 테이프형 세라믹[세라믹 시트(41)]이 적층되어 이루어지는 것이 바람직하다(도 2b, 도 3 참조). 이에 따라, 복수의 테이프형 세라믹을, 각 전극을 사이에 끼우면서 적층하여 검출 장치 본체(1)를 제작할 수 있기 때문에, 본 실시형태의 입자상 물질 검출 장치(100)를 효율적으로 제조하는 것이 가능해진다. 검출 장치 본체(1)의 형상은, 특별히 한정되지 않고, 도 1에 도시하는 바와 같이 직육면체인 것이 바람직하지만, 각기둥형(예컨대, 오각 기둥형), 원 기둥형 등의 다른 형상이어도 좋다. 검출 장치 본체(1)의 크기는 특별히 한정되지 않고, 예컨대 도 1에 도시하는 바와 같은 직육면체인 경우, 캐비티(2)가 연장되는 방향(배기 가스가 흐르는 방향)의 길이가 1 ㎜∼30 ㎜, 그에 수직한 2개의 변의 길이가, 각각 0.5 ㎜∼10 ㎜, 및 10 ㎜∼50 ㎜인 것이 바람직하다.
본 실시형태의 입자상 물질 검출 장치(100)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 정화용 전극(19)과 접지 전극(11)[정화용 접지 전극(20)]이, 캐비티(2)를 사이에 두도록 하여 검출 장치 본체(1)에 배치되고, 정화용 전극(19)과 정화용 접지 전극(20)에 의해 캐비티(2) 내에 플라즈마(33)를 발생시켜, 캐비티(2) 내에 부착된 입자상 물질을 제거할 수 있는 것이 바람직하다. 정화용 전극(19)은, 캐비티(2)의 유입측 단부(6)로부터 유출측 단부(7)까지 사이에 있어서 가능한 한 넓은 범위를 커버하고 있는 것이 바람직하지만, 캐비티(2)의 길이 방향 길이의 70%∼99%의 길이를 갖고 있는 것이 바람직하다. 정화용 전극(19)의 도 2a의 지면에 있어서의 상하 방향[검출 장치 본체(1)의 상하 방향]에 상당하는 길이는, 특별히 한정되지 않으나, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 캐비티(2)의 검출 장치 본체(1)의 상하 방향에 상당하는 길이보다 길고, 캐비티(2)의 상하 방향 전체를 커버하고 있는 것이 바람직하다. 또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 캐비티(2) 내에 플라즈마(33)를 발생시켜, 캐비티(2) 내에 부착된 입자상 물질을 제거하는 조작을 할 때에는, 하전용 전극(12)을 정화용 전극(19)과 함께 정화용 전극으로서 사용하고, 하전용 접지 전극(13), 집진용 접지 전극(15) 및 이온풍 발생용 접지 전극(18)을 정화용 접지 전극(20)으로서 사용해도 좋다. 이들 이외에도, 다른 정화용 접지 전극(18)을 추가 해도 좋다.
정화용 전극(19) 및 정화용 접지 전극(20)은, 금, 은, 백금, 니켈, 몰리브덴 및 텅스텐으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는 것이 바람직하다. 이들 성분은 20 체적% 이상 함유되어 있는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 입자상 물질 검출 장치(100)는, 캐비티(2) 내를 통과하는 입자상 물질이, 디젤 엔진으로부터 배출되는 그을음, 또는 나노 입자 제조 설비로 제조된 나노 입자일 때에, 특히 그 효과가 발휘될 수 있다.
본 실시형태의 입자상 물질 검출 장치(100)의 제조 방법에 대해서 설명한다.
(성형 원료의 조제)
알루미나, 산화마그네슘, 산화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 지르코니아, 코디어라이트화 원료, 멀라이트, 스피넬, 마그네슘-칼슘-티탄계 산화물, 바륨-티탄-아연계 산화물, 및 바륨-티탄계 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 세라믹 원료와, 성형 원료로서 사용하는 다른 성분을 혼합하고, 슬러리형의 성형 원료를 조제한다. 세라믹 원료로서는, 상기 원료가 바람직하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 다른 원료로서는, 바인더, 가소제, 분산제, 물 등을 사용하는 것이 바람직하다.
바인더로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 수계 바인더, 비수계 바인더 중 어느 것이어도 좋으며, 수계 바인더로서는 메틸셀룰로오스, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌옥사이드 등을 적합하게 사용할 수 있고, 비수계 바인더로서는 폴리비닐부티랄, 아크릴계 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등을 적합하게 사용할 수 있다. 아크릴계 수지로서는, (메트)아크릴 수지, (메트)아크릴산에스테르 공중합체, 아크릴산에스테르-메타크릴산에스테르 공중합체 등을 들 수 있다.
바인더의 첨가량은, 세라믹 원료 100 질량부에 대하여, 3 질량부∼20 질량부인 것이 바람직하고, 6 질량부∼17 질량부인 것이 더 바람직하다. 이러한 바인더 함유량으로 함으로써, 슬러리형의 성형 원료를 성형하여 그린시트를 성형했을 때에, 및 건조, 소성했을 때에, 크랙 등의 발생을 방지하는 것이 가능해진다.
가소제로서는, 글리세린, 폴리에틸렌글리콜, 디부틸프탈레이트, 프탈산디-2-에틸헥실, 프탈산디이소노닐 등을 사용할 수 있다.
가소제의 첨가량은, 바인더 첨가량 100 질량부에 대하여, 30 질량부∼70 질량부인 것이 바람직하고, 45 질량부∼55 질량부인 것이 더 바람직하다. 70 질량부보다 많으면, 그린시트가 지나치게 유연해져, 시트를 가공하는 공정에 있어서 변형되기 쉬워지는 경우가 있고, 30 질량부보다 적으면, 그린시트가 지나치게 단단해져, 구부린 것만으로 크랙이 발생하는 등 핸들링성이 나빠지는 경우가 있다.
분산제로서는, 수계로는 음이온계 계면활성제, 왁스 에멀젼, 피리딘 등을 사용할 수 있고, 비수계로는 지방산, 인산에스테르, 합성 계면활성제 등을 사용할 수 있다.
분산제는, 세라믹 원료 100 질량부에 대하여, 0.5 질량부∼3 질량부인 것이 바람직하고, 1 질량부∼2 질량부인 것이 더 바람직하다. 0.5 질량부보다 적으면, 세라믹 원료의 분산성이 저하되는 경우가 있고, 그린시트에 크랙 등이 발생하는 경우가 있다. 3 질량부보다 많으면, 세라믹 원료의 분산성은 변하지 않고 소성시의 불순물이 증가하게 된다.
용매는, 세라믹 원료 100 질량부에 대하여, 50 질량부∼200 질량부인 것이 바람직하고, 75 질량부∼150 질량부인 것이 더 바람직하다.
상기 각 원료를 알루미나제 포트 및 알루미나 옥석을 이용해 충분히 혼합하여 그린시트 제작용 슬러리형의 성형 원료를 제작한다. 또한, 이들 재료를, 모노볼에 의해 볼밀 혼합하여 제작해도 좋다.
이어서, 얻어진 그린시트 제작용 슬러리형의 성형 원료를, 감압하에서 교반하여 탈포(脫泡)하고, 또한 소정의 점도가 되도록 조제한다. 성형 원료의 조제에 있어서 얻어지는 슬러리형의 성형 원료의 점도는, 2.0 Pa·s∼6.0 Pa·s인 것이 바람직하고, 3.0 Pa·s∼5.0 Pa·s인 것이 더 바람직하며, 3.5 Pa·s∼4.5 Pa·s인 것이 특히 바람직하다. 점도 범위를 이와 같이 조정하면, 슬러리를 시트형으로 성형하기 쉬워지기 때문에 바람직하다. 슬러리 점도는, 지나치게 높아도 지나치게 낮아도 성형하기 어려워지는 경우가 있다. 또한, 슬러리의 점도는, B형 점도계로 측정한 값이다.
(성형 가공)
이어서, 상기 방법에 의해 얻어진 슬러리형의 성형 원료를 시트형으로 성형 가공하여, 그린시트를 형성한다. 성형 가공 방법은, 성형 원료를 시트형으로 성형하여 그린시트를 형성할 수 있으면 특별히 한정되지 않고, 닥터블레이드법, 프레스 성형법, 압연법, 캘린더롤법 등의 공지의 방법을 사용할 수 있다. 이때, 그린시트를 적층했을 때에 캐비티가 형성되도록, 캐비티 형성용 그린시트를 제작한다.
제조하는 그린시트의 두께는 50 ㎛∼800 ㎛인 것이 바람직하다.
얻어진 그린시트의 표면에 각 전극 및 배선을 배치한다. 예컨대, 도 2a, 도 2b에 도시하는 바와 같은, 입자상 물질 검출 장치를 제작하는 경우에는, 각 전극 및 배선(도시하지 않음)이 소정의 위치에 배치되도록, 그린시트의 대응하는 위치에 각 전극 및 배선을 인쇄하는 것이 바람직하다. 배치하는 각 전극 및 배선을 형성하기 위한 도체 페이스트를 조제한다. 이 도체 페이스트는, 예컨대 금, 은, 백금, 니켈, 몰리브덴 및 텅스텐으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는 분말에, 바인더 및 테르피네올 등의 용제를 첨가하고, 3단 롤밀 등을 이용해 충분히 혼련하여 조제할 수 있다. 이렇게 해서 형성한 도체 페이스트를 그린시트의 표면에 스크린 인쇄 등을 이용해서 인쇄하여, 소정 형상의 전극 및 배선을 형성한다.
이어서, 그린시트를 적층한다. 적층할 때에는, 각 전극 및 캐비티가 도 2a, 도 2b에 도시하는 바와 같은 배치가 되도록 한다. 적층은 가압하면서 행하는 것이 바람직하다.
(소성)
얻어진 그린시트의 적층체를 60℃∼150℃에서 건조하고, 1200℃∼1600℃에서 소성하여 입자상 물질 검출 장치를 제작한다. 그린시트가 유기 바인더를 함유하는 경우에는, 소성 전에, 400℃∼800℃에서 탈지하는 것이 바람직하다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것이 아니다.
(실시예 1)
(성형 원료의 조제)
알루미나를 세라믹 원료로서 사용하고, 바인더로서 폴리비닐부티랄, 가소제로서 프탈산디-2-에틸헥실, 분산제로서 소르비탄트리올레이트(sorbitan trioleate)를 사용하며, 유기 용제[크실렌:부탄올=6:4(질량비)]와 함께 알루미나제 포트에 넣어 혼합하여, 그린시트 제작용 슬러리형의 성형 원료를 제작하였다. 각 원료의 사용량은, 알루미나 100 질량부에 대하여, 바인더 7 질량부, 가소제 3.5 질량부, 분산제 1.5 질량부, 유기 용제 100 질량부로 하였다.
이어서, 얻어진 그린시트 제작용 슬러리형의 성형 원료를, 감압하에서 교반하여 탈포하고, 점도 4 Pa·s가 되도록 조제하였다. 슬러리의 점도는, B형 점도계로 측정하였다.
(성형 가공)
이어서, 상기 방법에 의해 얻어진 슬러리형의 성형 원료를 닥터블레이드법을 이용하여 시트형으로 성형 가공하였다. 이때, 그린시트를 적층했을 때에 캐비티가 형성되도록, 캐비티 형성용 그린시트도 제작하였다. 그린시트의 두께는 250 ㎛로 하였다.
얻어진 그린시트의 표면에 각 전극 및 배선을 형성하였다. 배치하는 각 전극 및 배선을 형성하기 위한 도체 페이스트는, 백금 분말에, 용제로서 2에틸헥사놀, 바인더로서 폴리비닐부티랄, 가소제로서 프탈산디-2-에틸헥실, 분산제로서 소르비탄트리올레이트, 그린시트의 공통 재료(common material)로서 알루미나, 소결 조제로서 유리 프릿을 첨가하고, 혼련기(kneading machine) 및 3단 롤밀을 이용해 충분히 혼련하여 조제하였다(질량비로, 백금:알루미나:유리 프릿:2-에틸헥사놀:폴리비닐부티랄:프탈산디-2-에틸헥실:소르비탄트리올레이트=80:15:5:50:7:3.5:1). 이렇게 해서 형성한 도체 페이스트를, 그린시트의 표면에 스크린 인쇄를 이용해 인쇄하여, 소정 형상의 전극 및 배선을 형성하였다.
이어서, 그린시트를 가열 가능한 1축 프레스기를 이용해 가압 적층하여, 그린시트로 이루어지는 도 2a, 도 2b에 도시하는 입자상 물질 검출 장치의 미소성체를 얻었다.
(소성)
얻어진 그린시트의 적층체(입자상 물질 검출 장치의 미소성체)를 120℃에서 건조하고, 1500℃에서 소성하여 입자상 물질 검출 장치를 제작하였다. 얻어진 입자상 물질 검출 장치는 0.6 ㎝×1.0 ㎝×3.2 ㎝의 직육면체이며, 캐비티는 배기 가스의 유통 방향에 수직한 단면 형상이 0.2 ㎝×0.5 ㎝의 직사각형이었다.
(입자상 물질 측정)
얻어진 입자상 물질 측정 장치를, 디젤 엔진의 배기관에 산화 촉매와 결함이 있는 DPF를 장착한 장치에 있어서, DPF의 하류측에 설치하였다. 디젤 엔진으로서는, 배기량 1400 ㏄의 직접 분사-디젤 엔진을 사용하고, 회전수 2000 rpm의 운전 조건하에 EGR(배기 가스 재순환)율을 변화시키면서 PM 농도가 다른 (0.5 ㎎/㎥∼20.2 ㎎/㎥) 배기 가스를 발생시켰다. 디젤 엔진으로부터 배기 가스를 발생시키면서, 「입자상 물질의 검출」 및 「캐비티 내의 정화」의 각각의 상태를 10초 사이 클로 전환하였다. 입자상 물질을 검출하는 경우에는, 하전용 전극에 전압 3 ㎸, 전류 1 ㎃의 펄스파를 인가하였다. 그리고, 집진 전극에는 전압 2 ㎸, 전류 1 ㎃를 인가하여 입자상 물질의 집진에 의한 전극의 정전 용량의 변화를 측정하였다. 그리고, 이온풍 발생 전극에는 전압 5 ㎸, 전류 3 ㎃의 직사각형파를 인가하여, 캐비티 내에 풍량 5 L/s의 이온풍을 발생시켰다. 캐비티 내를 정화하는 경우에는, 하전용 접지 전극, 집진용 접지 전극, 및 이온풍 발생용 접지 전극을 정화용 접지 전극으로서 사용하고, 이 정화용 접지 전극과 정화용 전극 사이에 전압 4 ㎸, 전류 5 ㎃의 펄스 파형을 인가하여, 캐비티 내에 플라즈마를 발생시켰다. 이에 따라, 캐비티 내에 부착된 입자상 물질을 산화 정화하였다.
측정 결과로부터, 정전 용량의 변화량 ΔC(㎊)와 스모크 미터(AVL사 제조, 상품명: 모델 4158)로 측정한 PM 농도 P(㎎/㎥) 사이에는 근사 직선으로서, 「P=0.485×ΔC+1.023」의 관계가 있었다. 또한, ΔC와 P 사이의 상관 관계로서는, r2=0.98이라고 하는 결과가 얻어지고, 정전 용량 변화를 측정함으로써 PM 농도를 검출할 수 있는 것을 확인하였다. r은 피어슨의 적률 상관 계수를 나타낸다.
본 발명의 입상형 물질 검출 장치는, DPF의 결함의 발생을 바로 검지하여, 장치의 이상을 인식하는 데 적합하게 이용할 수 있으며, 이에 따라 대기 오염 방지에 공헌할 수 있다.
Claims (20)
- 내부를 관통하는 공동(캐비티)을 갖는 검출 장치 본체를 구비하고,상기 캐비티는, 그 한쪽 단부(유입측 단부)측으로부터 순서대로,유입측 단부로부터 캐비티 내에 유입된 입자상 물질을 하전(荷電)시키는 것이 가능한 입자 하전부,상기 입자 하전부에 의해 하전된 입자상 물질을 포집하여, 입자상 물질량을 측정하는 것이 가능한 집진부, 및상기 입자 하전부에 의해 하전된 입자상 물질을 상기 캐비티의 다른쪽 단부(유출측 단부)측을 향하여 이동시키는 것이 가능한 이온풍 발생부를 포함하는 것인 입자상 물질 검출 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 검출 장치 본체에, 상기 캐비티의 상기 입자 하전부를 사이에 두도록 하여 하전용 전극과 접지 전극(하전용 접지 전극)이 배치되고,상기 입자 하전부는, 상기 하전용 전극에 의해서 상기 캐비티 내의 공간에 발생된 무성 방전에 의해, 입자상 물질을 하전시키는 것인 입자상 물질 검출 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 검출 장치 본체에, 상기 캐비티의 상기 입자 하전부를 사이에 두도록 하여 하전용 전극과 접지 전극(하전용 접지 전극)이 배치되고,상기 입자 하전부는, 상기 하전용 전극에 의해서 상기 캐비티 내에 발생된 코로나 방전에 의해, 입자상 물질을 하전시키는 것인 입자상 물질 검출 장치.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 하전용 전극 및 상기 하전용 접지 전극은, 금, 은, 백금, 니켈, 몰리브덴 및 텅스텐으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는 것인 입자상 물질 검출 장치.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집진부는, 상기 입자 하전부에 의해 하전된 입자상 물질을 정전기로 포집하는 것이 가능한 집진 전극을, 상기 캐비티의 내벽면에 구비한 것인 입자상 물질 검출 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 집진부에 구비된 상기 집진 전극은, 외주 형상에 요철이 형성된 판형의 전극인 것인 입자상 물질 검출 장치.
- 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 집진 전극은, 금, 은, 백금, 니켈, 몰리브덴 및 텅스텐으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는 것인 입자상 물질 검출 장치.
- 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐비티를 둘러싸는 내벽면 중, 상기 집진 전극이 배치되어 있는 내벽면을 구성하는 벽의 내부에 매설된 접지 전극(집진용 접지 전극)을 구비하고, 상기 집진 전극과 상기 집진용 접지 전극 사 이의 정전 용량의 변화를 검출함으로써 상기 집진 전극에 의해 포집한 입자상 물질의 양을 측정하는 것이 가능한 것인 입자상 물질 검출 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 집진용 접지 전극은, 금, 은, 백금, 니켈, 몰리브덴 및 텅스텐으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는 것인 입자상 물질 검출 장치.
- 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집진 전극이 배치되는 상기 집진부의 내벽면에 있어서 상기 집진 전극에 접촉하지 않는 위치에, 적어도 하나의 전극 확장부가 배치되고,상기 집진 전극에 의해 포집된 입자상 물질이, 상기 집진 전극과 상기 전극 확장부 사이에 집적됨으로써, 상기 집진 전극과 상기 전극 확장부가 전기적으로 도통(導通)될 수 있는 것인 입자상 물질 검출 장치.
- 제10항에 있어서, 상기 전극 확장부가 2개 이상 배치되고, 상기 집진 전극으로부터 각 상기 전극 확장부까지의 거리가 각각 다른 것인 입자상 물질 검출 장치.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이온풍 발생부는, 상기 입자 하전부에 의해 하전된 입자상 물질을 상기 유출측 단부 방향으로 이동시키도록 연면(沿面) 방전시키는 이온풍 발생 전극을, 상기 캐비티의 내벽면에 구비한 것인 입자상 물질 검출 장치.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이온풍 발생부는, 상기 입자 하전부에 의해 하전된 입자상 물질을 상기 유출측 단부 방향으로 이동시키도록 코로나 방전시키는 이온풍 발생 전극을, 상기 캐비티의 내벽면에 구비한 것인 입자상 물질 검출 장치.
- 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 이온풍 발생 전극은, 금, 은, 백금, 니켈, 몰리브덴, 스테인레스 스틸 및 텅스텐으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는 것인 입자상 물질 검출 장치.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 장치 본체를 구성하는 재료는 세라믹인 것인 입자상 물질 검출 장치.
- 제15항에 있어서, 상기 검출 장치 본체는, 복수의 테이프형 세라믹이 적층되어 이루어지는 것인 입자상 물질 검출 장치.
- 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 검출 장치 본체를 구성하는 재료인 세라믹은, 알루미나, 산화마그네슘, 산화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 지르코니아, 코디어라이트, 멀라이트, 스피넬, 마그네슘-칼슘-티탄계 산화물, 바륨-티탄-아연계 산화물, 및 바륨-티탄계 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것인 입자상 물질 검출 장치.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 정화용 전극과 접지 전극(정화용 접지 전극)은, 상기 캐비티를 사이에 두도록 하여 상기 검출 장치 본체에 배치되고, 상기 정화용 전극과 상기 정화용 접지 전극에 의해 캐비티 내에 무성 방전을 발생시켜, 캐비티 내에 부착된 입자상 물질을 제거하는 것이 가능한 것인 입자상 물질 검출 장치.
- 제18항에 있어서, 상기 정화용 전극 및 상기 정화용 접지 전극은, 금, 은, 백금, 니켈, 몰리브덴 및 텅스텐으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는 것인 입자상 물질 검출 장치.
- 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐비티 내를 통과하는 입자상 물질은, 디젤 엔진으로부터 배출되는 그을음, 또는 나노 입자 제조 설비로 제조된 나노 입자인 것인 입자상 물질 검출 장치.
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