KR20180077077A - Device for detecting particles in a gas - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가스, 특히 내연 기관의 배기 가스 내의 입자들을 검출하기 위한 장치 및 가스, 특히 내연 기관의 배기 가스 내의 입자들을 검출하기 위한 방법에 관한 것이다.The invention relates to a device for detecting particles in the gas, in particular in the exhaust gas of an internal combustion engine, and a method for detecting particles in the gas, in particular in the exhaust gas of an internal combustion engine.
오래전부터 기체의 먼지 제거 방법들이 산업에서 성공적으로 자리 잡았다. 여기에 사용되는 방법들은 다양하고 예컨대 여과 및 정전 처리를 포함한다. 꾸준히 엄격해지는 배기가스 법률과 관련해서 입자 배출의 모니터링에 대한 수요가 증가하고 있다.The dust removal methods of gas have long been successful in the industry. The methods used herein are various and include, for example, filtration and electrostatic treatment. There is a growing demand for monitoring of particulate emissions in connection with steadily increasing emissions legislation.
종래 기술에는 입자들을 검출하기 위한 많은 방법들 및 장치들이 공지되어 있다. 예컨대 입자들은 카본 블랙 입자 또는 분진 입자일 수 있다. 예컨대 장치는 세라믹 센서 소자 및 보호 튜브를 포함할 수 있다. 세라믹 센서 소자는 카본 블랙의 전기 전도율을 기반으로 카본 블랙을 측정하도록 설계된 전극 시스템을 포함할 수 있다.Many methods and devices for detecting particles are known in the prior art. For example, the particles may be carbon black particles or dust particles. For example, the device may comprise a ceramic sensor element and a protective tube. The ceramic sensor element may comprise an electrode system designed to measure carbon black based on the electrical conductivity of the carbon black.
EP 2 659 257 B1에는 에어로졸을 함유한 채널 또는 공간 내의 입자들을 모니터링하기 위한 설비가 기술된다. 설비는 이젝터, 실질적으로 입자들이 없는 이온화된 가스 흐름을 이젝터에 공급하도록 형성된 가스 공급부, 및 테스트 에어로졸 흐름의 입자들의 적어도 일부를 대전시키기 위해 상기 가스 공급부 및 상기 이젝터에 의해 제공되는 흡입 작용에 의해 테스트 에어로졸 흐름을 채널 또는 공간으로부터 이젝터 내로 공급하도록 형성된 테스트 유입 장치를 포함한다. 또한 상기 설비는 이젝터로부터 배출되는 이젝터 흐름으로부터, 입자들 상에 붙어 있지 않은 이온들의 분리를 위한 이온 트랩을 포함한다. 이온 트랩은 트랩 와이어 형태의 이젝터 내로 적어도 부분적으로 연장된다.EP 2 659 257 B1 describes a facility for monitoring particles in a channel or space containing an aerosol. The apparatus includes an ejector, a gas supply configured to supply an ionized gas stream substantially free of particles to the ejector, and a gas supply configured to be tested by an inhalation action provided by the gas supply and the ejector to charge at least a portion of the particles of the test aerosol flow. And a test inflow device configured to supply the aerosol flow from the channel or space into the ejector. The apparatus also includes an ion trap for separating ions not attached to the particles from the ejector flow exiting the ejector. The ion trap extends at least partially into the ejector in the form of a trap wire.
종래 기술에 공지된 입자들을 검출하기 위한 방법들 및 장치들의 많은 장점들에도 불구하고 이들은 여전히 개선 가능성을 포함하고 있다. 공지된 장치들 및 방법들에서는 비교적 적은 수의 입자들의 전하가 측정되며, 이는 일반적으로 매우 작은 측정 흐름을 야기하고, 이로써 센서의 수명과 관련해서 센서에 대한 절연 요구가 높다. 또한, 카본 블랙 입자들 및/또는 다른 전도성 입자들 및/또는 반전도성 입자들 또는 이온들이 장치의 측정 챔버 내 벽들 상에 일시적 또는 영구적으로 남아있을 수 있다. 또한, 콜드 스타트 후 응축수가 측정 챔버 내에 주어질 수 있고, 이는 작동 시간을 더 길게 할 수 있다.Despite the many advantages of the methods and apparatuses for detecting particles known in the prior art, they still involve improvement possibilities. In known devices and methods, the charge of a relatively small number of particles is measured, which generally results in a very small measurement flow, thereby requiring a high insulation requirement for the sensor in relation to the life of the sensor. In addition, carbon black particles and / or other conductive particles and / or reversed conductive particles or ions may remain temporarily or permanently on the walls of the measurement chamber of the device. Also, condensation water after cold start can be given in the measurement chamber, which can make the operation time longer.
따라서, 상기 기술적 도전을 다루는 장치가 바람직하다. 특히 매우 낮은 농도에서도 대표적이고 장기간 안정적으로 입자 배출을 검출하고 긴 수명을 갖는 장치가 제공되어야 한다. Therefore, an apparatus which deals with the technical challenges is preferable. Especially, even at very low concentrations, a representative, long-term stable detection of particle emissions and a long lifetime must be provided.
공지된 장치들 및 방법들의 전술한 문제들을 적어도 실질적으로 피하는, 가스, 특히 내연 기관의 배기 가스 내의 입자들을 검출하기 위한 장치 및 가스, 특히 내연 기관의 배기 가스 내의 입자들을 검출하기 위한 방법이 제안된다.There is proposed a device for detecting particles in exhaust gas of a gas, in particular an internal combustion engine, and a method for detecting particles in a gas, in particular an exhaust gas of an internal combustion engine, at least substantially avoiding the aforementioned problems of known devices and methods .
본 발명의 제 1 양태에서 가스, 특히 내연 기관의 배기 가스 내의 입자들을 검출하기 위한 장치가 제안된다. 본원 장치는 가스에 의해 관류 가능한 적어도 하나의 측정 챔버를 포함한다. 측정 챔버는 입자들의 적어도 일부를 정전기적으로 대전시켜 대전 입자들을 발생시키기 위한 적어도 하나의 대전 장치를 포함한다. 또한, 본원 장치는 대전 입자들을 검출하기 위한 적어도 하나의 센서 소자 및 적어도 하나의 가열 장치를 포함한다. 가열 장치는 측정 챔버의 적어도 하나의 측정 챔버 부분 체적을 가열하도록 설계된다.In a first aspect of the present invention, an apparatus for detecting particles in a gas, in particular an exhaust gas of an internal combustion engine, is proposed. The apparatus comprises at least one measurement chamber which is capable of being perfused by a gas. The measurement chamber includes at least one charging device for electrostatically charging at least a portion of the particles to generate charged particles. The apparatus also includes at least one sensor element and at least one heating device for detecting charged particles. The heating device is designed to heat at least one measuring chamber portion volume of the measuring chamber.
본 발명에서 "내연기관"은 연소 공정을 지원하거나 또는 실시할 수 있는 임의의 장치를 의미한다. 특히 내연기관은 적어도 하나의 연소 챔버를 구비한 장치일 수 있다. 특히 내연기관은 적어도 하나의 연료의 연소에 의해 화학 에너지가 기계 에너지로 변환되게 하는 열기관일 수 있다. 예시로는 엔진, 특히 디젤 엔진이 있다. 다른 유형의 내연 기관들도 기본적으로 사용 가능하다."Internal combustion engine" in the present invention means any device capable of supporting or practicing the combustion process. In particular, the internal combustion engine may be an apparatus having at least one combustion chamber. In particular, the internal combustion engine may be a heat engine that converts chemical energy into mechanical energy by combustion of at least one fuel. An example is an engine, especially a diesel engine. Other types of internal combustion engines are also available by default.
본 발명에서 "입자들"은 발명의 범주에서, 일반적으로 고려되는 시스템, 특히 내연 기관 또는 배기 가스 시스템 자체 비해 작은 크기를 갖는 입자들을 의미할 수 있다. 특히 입자들은 1 밀리미터보다 작은, 전형적으로 1 마이크로미터보다 작은 입자 크기 또는 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 입자들은 예컨대 20 나노미터 내지 300 나노미터의 평균 입자 크기를 가진 입자들일 수 있다. 입자들은 기본적으로 예컨대 카본 블랙 입자 또는 분진 입자와 같은 전기 절연성 및/또는 전기 전도성 입자들일 수 있다. 카본 블랙은 특히 적어도 대체로 탄소를 포함한 검은 고체일 수 있다. "Particles" in the context of the invention may, in the context of the invention, mean particles having a smaller size than the generally considered system, in particular the internal combustion engine or the exhaust gas system itself. Particularly, the particles may have a particle size or average particle size of less than 1 millimeter, typically less than 1 micrometer. The particles may be particles having an average particle size of, for example, 20 nanometers to 300 nanometers. The particles may basically be electrically insulating and / or electrically conductive particles such as, for example, carbon black particles or dust particles. The carbon black may be a black solid, especially containing at least carbon in general.
본 발명에서 "가스"는 기본적으로 입자들이 서로 큰 간격을 두고 자유 운동하고 제공된 공간을 고르게 채우는 임의의 유체를 의미할 수 있다. 본 발명에서 "배기 가스"는 예컨대 입자 및/또는 방울 형태의 고체 및/또는 액체 혼합물도 함유할 수 있는, 연소 공정에서의 특히 기체 폐기물을 의미할 수 있다. The term "gas" in the present invention can basically mean any fluid in which the particles freely move at a large distance from each other and evenly fill the space provided. The term "exhaust gas " in the present invention may mean, in particular, gaseous waste in the combustion process, which may also contain solid and / or liquid mixtures, for example in the form of particles and / or droplets.
본 발명에서 검출은 기본적으로 적어도 하나의 측정 크기, 예컨대 물리적 및/또는 화학적 측정 크기, 특히 광학적 및/또는 전기적 측정 크기가 검출되는 임의의 과정을 의미할 수 있다. "입자들의 검출"은 기본적으로 입자들의 질적 및/또는 양적 검출을 위한 임의의 과정을 의미할 수 있다. 검출은 검출기의 사용을 포함할 수 있다. 특히 검출은 장치의 센서 소자의 사용을 포함할 수 있다. 본 발명에서 "센서 소자"는 기본적으로 적어도 하나의 측정 크기, 예컨대 물리적 및/또는 화학적 측정 크기, 특히 광학적 및/또는 전기적 측정 크기를 검출하도록 설계된 임의의 장치를 의미할 수 있다. 입자들을 검출하기 위한 센서 소자는 기본적으로 입자들을 질적 및/또는 양적으로 검출하도록 설계된 임의의 측정 장치를 의미할 수 있다. 센서 소자는 특히 적어도 하나의 센서 신호, 특히 적어도 하나의 전기 센서 신호, 예컨대 아날로그 및/또는 디지털 센서 신호를 생성하도록 설계될 수 있다. 센서 소자는 특히 적어도 하나의 입자 센서, 예컨대 저항 측정을 기반으로 하는 입자 센서일 수 있다. 또한, 센서 소자는 예컨대 입자 카운터일 수 있거나 또는 입자 흐름의 밀도를 검출하는 검출기일 수 있다. 아래에 더 자세히 기술되듯이, 기본적으로 임의의 센서 원리가 사용될 수 있다. 예컨대, 전기 측정 원리, 예컨대 입자에 의해 영향을 받을 수 있는 전기 저항의 측정을 기반으로 하는 센서 소자들, 음향 측정 원리, 예컨대 입자들에 의해 영향을 받을 수 있는 진동 소자의 진동 주파수의 측정을 기반으로 하는 센서 소자들, 광학 측정 원리, 예컨대 입자들에 의한 광선, 특히 광의 산란에 기초하는 센서 소자들 사용될 수 있다. 상기 기술들 및/또는 다른 기술들의 조합, 그리고 입자들을 검출하기 위한 다른 기술들, 예컨대 광음향 원리를 기반으로 하는 기술들 및/또는 레이저 유도 백열법을 기반으로 하는 기술들의 사용도 가능하다.Detection in the present invention may basically mean any process in which at least one measurement size, e.g., a physical and / or chemical measurement size, particularly an optical and / or electrical measurement size, is detected. "Detection of particles" can basically refer to any process for qualitative and / or quantitative detection of particles. Detection may involve the use of a detector. In particular, detection may involve the use of sensor elements of the device. In the present invention, a "sensor element" may basically mean any device designed to detect at least one measurement size, for example a physical and / or chemical measurement size, in particular an optical and / or electrical measurement size. The sensor element for detecting particles may basically mean any measuring device designed to qualitatively and / or quantitatively detect particles. The sensor element may in particular be designed to produce at least one sensor signal, in particular at least one electrical sensor signal, e.g. an analog and / or digital sensor signal. The sensor element may in particular be at least one particle sensor, for example a particle sensor based on resistance measurements. The sensor element may also be, for example, a particle counter, or it may be a detector that detects the density of the particle flow. As will be described in more detail below, basically any sensor principle can be used. For example, based on electrical measurement principles, such as sensor elements based on measurements of electrical resistance that can be influenced by particles, acoustic measurement principles, such as the measurement of the oscillation frequency of vibrating elements that can be affected by particles , Sensor elements based on optical measurement principles, such as light scattering by particles, in particular scattering of light, can be used. It is also possible to use techniques based on the above techniques and / or a combination of other techniques, and other techniques for detecting particles, such as techniques based on photoacoustic principles and / or laser induced incandescence.
본 발명에서 "측정 챔버"는 기본적으로 측정 및/또는 검출을 실시하도록, 특히 가스 내의 입자들을 검출하도록 설계된 임의의 챔버 또는 임의의 공간을 의미할 수 있다. 측정 챔버는 예컨대 완전히 또는 부분적으로 강성 재료, 예컨대 금속 및/또는 플라스틱으로 제조될 수 있다. 측정 챔버는 기본적으로 임의의 횡단면, 예컨대 직사각 횡단면을 가질 수 있다. 또한 측정 챔버는 적어도 부분적으로 중공 바디로서 형성될 수 있다. 측정 챔버 내 가스, 특히 배기 가스의 유동은 예컨대 층류 또는 난류로 형성될 수 있고, 예컨대 내연 기관의 부하 상태에 의존적일 수 있다. 측정 챔버는 특히 적어도 하나의 검출 영역을 포함할 수 있다. 본 발명에서 검출 영역은 기본적으로 검출기에 의해 입자들의 검출이 이루어질 수 있는 측정 챔버 내의 공간적으로 한정된 임의의 영역을 의미할 수 있다. 예컨대 검출 영역은 측정 챔버의 중앙에 배치될 수 있다. 다른 실시 예도 기본적으로 가능하다.As used herein, the term "measurement chamber" may refer to any chamber or any space designed to perform essentially the measurement and / or detection, especially those that detect particles in the gas. The measuring chamber may be made, for example, completely or partially from a rigid material, such as metal and / or plastic. The measuring chamber can basically have any cross-section, for example a rectangular cross-section. The measurement chamber may also be formed at least partially as a hollow body. The flow of the gases, in particular the exhaust gases, in the measuring chamber can be formed, for example, in laminar or turbulent flow, and can for example depend on the load conditions of the internal combustion engine. The measurement chamber may in particular comprise at least one detection zone. In the present invention, the detection region may basically mean any spatially defined region within the measurement chamber in which the detection of the particles by the detector can take place. For example, the detection region may be disposed at the center of the measurement chamber. Other embodiments are basically possible.
본 발명에서 입자들의 적어도 일부를 정전기적으로 대전시키기 위한 "대전 장치"는 기본적으로 입자들 또는 입자들의 부분량에 전하들, 예컨대 네거티브 및/또는 포지티브 전하들을 가해, 대전 입자들을 발생시키는 임의의 장치를 의미할 수 있다. 기본적으로 입자들의 대전을 위한 종래 기술에 공지된 모든 메커니즘들, 예컨대 광전식 대전 장치들, 이온화 방사선을 사용하는 대전 장치들, 또는 정전식 대전 장치들이 사용될 수 있다. 특히 대전 장치는 하나 또는 다수의 전극들을 이용해서, 예컨대 코로나 방전 및/또는 다른 유형의 전기 방전에 의해 입자들을 대전시키는 정전식 대전 장치일 수 있고, 이 경우 예컨대 네거티브 전하들이 입자들 또는 그 일부로 전달되거나 또는 입자들 또는 그 일부로부터 분리된다. 특히 대전 장치는 전극을 이용해서 네거티브 전하 캐리어를 입자들로 전달하도록 설계될 수 있다.A "charging device" for electrostatically charging at least a portion of the particles in the present invention is essentially any device that applies charges to particles or portions of particles, e.g., negative and / or positive charges, . ≪ / RTI > Basically all the mechanisms known in the prior art for the charging of particles, such as photoelectric charging devices, charging devices using ionizing radiation, or electrostatic charging devices can be used. In particular, the charging device can be an electrostatic charging device that charges particles by means of one or more electrodes, for example by corona discharge and / or other types of electric discharges, in which case for example negative charges are transferred Or separated from the particles or portions thereof. In particular, a charging device can be designed to transfer a negative charge carrier to particles using an electrode.
정전식 대전을 위한 대전 장치는 특히 배기 가스 내 코로나 방전을 발생시키기 위한 적어도 하나의 장치를 포함한다. 본 발명에서 코로나 방전은 기본적으로 매체의 중립 상태에 비해 높은 전하 캐리어 농도가 나타나는 비전도성 매체 내 전극에서의 전기 방전을 의미한다. 특히 코로나 방전은 피크 방전일 수 있고, 코로나 방전을 발생시키기 위한 장치는 적어도 하나의 전극, 예컨대 적어도 하나의 전극 팁을 가진 전극, 바람직하게는 적어도 하나의 방전 전극 및 적어도 하나의 상대 전극을 포함할 수 있다. 방전 전극은 특히 적어도 하나의 방전 팁을 포함할 수 있다. 상대 전극은 특히 평면으로 형성될 수 있다. 예컨대 상대 전극으로서는 예컨대 금속으로 및 접지식으로 형성되거나 또는 전기 접지와 연결될 수 있는 유동 파이프가 사용될 수 있다. 예컨대 절연된, 평면의 상대 전극이 구현될 수 있다. 특히 비전도성 매체는 공기 및/또는 배기 가스일 수 있다.The charging device for electrostatic charging includes at least one device for generating a corona discharge in particular in the exhaust gas. Corona discharge in the present invention basically refers to an electric discharge in an electrode in a non-conductive medium where a higher charge carrier concentration appears relative to the neutral state of the medium. In particular, the corona discharge may be a peak discharge, and the device for generating a corona discharge may comprise at least one electrode, for example an electrode with at least one electrode tip, preferably at least one discharge electrode and at least one counter electrode . The discharge electrode may in particular comprise at least one discharge tip. The counter electrode may especially be formed in a flat surface. For example, as a counter electrode, a flow pipe, which may be formed, for example, of metal and grounded or connected to electrical ground, may be used. For example, an insulated, planar counter electrode may be implemented. In particular, the nonconductive medium may be air and / or exhaust gas.
정전식 대전을 위한 대전 장치는 특히 적어도 2개의 전극, 예컨대 적어도 하나의 방전 전극 및 적어도 하나의 상대 전극을 포함할 수 있다. 방전 충전 전극은 특히 적어도 하나의 전극 팁을 포함할 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 다른 전극 형태들, 특히 작은 반경을 가진, 예컨대 반구형 또는 구형 팁을 포함한 막대 전극들이 가능하다. 예컨대 상대 전극은 절연된, 평면의 상대 전극으로서 구현될 수 있다. 방전 전극, 특히 전극 팁은 측정 챔버 내로 돌출할 수 있다. 다른 실시 예들도 기본적으로 가능하다. 정전식 대전을 위한 대전 장치는 특히 유동 파이프, 특히 방전 전극에 대해 전기 절연식 일 수 있다. 따라서 정전식 대전을 위한 대전 장치는 특히 유동 파이프에 대해 전기 절연식인 적어도 하나의 절연체를 포함할 수 있다.The charging device for electrostatic charging may in particular comprise at least two electrodes, for example at least one discharge electrode and at least one counter electrode. The discharge charging electrode may in particular comprise at least one electrode tip. Alternatively or additionally, other electrode types, especially rod electrodes with a small radius, e.g. hemispherical or spherical tips, are possible. For example, the counter electrode may be implemented as an insulated, planar counter electrode. The discharge electrode, in particular the electrode tip, can protrude into the measurement chamber. Other embodiments are basically possible. The charging device for electrostatic charging can be electrically insulated, especially for the flow pipe, in particular for the discharge electrode. Thus, the charging device for electrostatic charging may comprise at least one insulator, in particular electrically insulated for the flow pipe.
본 발명에서 "가열 장치"는 기본적으로 열 형태의 열 에너지를 임의의 체적 및/또는 임의의 소자에 공급하여 상기 체적 및/또는 상기 소자를 따듯하게 하도록 설계되는 임의의 장치를 의미할 수 있다. 특히 가열 장치는 측정 챔버의 체적을 가열하도록 설계될 수 있다. 또한, 가열 장치는 열 흐름을 생성하도록 설계될 수 있다. 열 흐름이라는 표현은 기본적으로 열 전달을 나타낸다. 일반적으로 열 전달은 온도 차이로 인해 더 낮은 온도를 가진 장소를 향해 이루어진다. 예컨대 열전달은 측정 챔버의 한 위치로부터 측정 챔버의 다른 위치로 이루어질 수 있다.In the present invention, the term "heating device" may refer to any device that is designed to supply essentially any heat and / or thermal energy to any volume and / or to warm the volume and / or the device. In particular, the heating device can be designed to heat the volume of the measurement chamber. Further, the heating device can be designed to generate heat flow. The expression heat flow basically represents heat transfer. Generally, heat transfer takes place toward a place with a lower temperature due to the temperature difference. For example, the heat transfer may be from one location in the measurement chamber to another location in the measurement chamber.
전술했듯이, 가열 장치는 측정 챔버의 적어도 측정 챔버 부분 체적을 가열하도록 설계된다. "측정 챔버 부분 체적"이라는 표현은 기본적으로 측정 챔버의 전체 체적과 관련해서 측정 챔버의 체적의 일부를 나타낸다. 특히 센서 소자는 전기 측정 원리를 갖고, 가열 장치는 측정 챔버 부분 체적을 영구적으로 또는 일시적으로, 특히 때에 따라 가열하도록 설계될 수 있다. 특히 가열 장치는 예컨대 전극들 사이의 절연체를 통해 전기적 측정 신호에 영향을 줄 수 있는 누설 전류가 형성될 수 있는 시점에 측정 챔버 부분 체적을 가열하도록 설계될 수 있다. 특히 유동 파이프의 부분으로서의 대전 장치의 상대 전극은 전기 절연될 수 있다. 또한 상대 전극은 센서 소자의 센서 하우징에 대해 전기 절연될 수 있다. 특히 절연 저항은 장치의 수명에 걸쳐 100MΩ 내지 100TΩ의 전기 저항을 가질 수 있다. 특히 가열 장치는 측정 챔버의 표면들, 특히 측정 챔버의 임계 표면들을 가열하도록 설계될 수 있다. "임계 표면"이라는 표현은 가스 내의 입자들을 검출하도록 설계된 측정 챔버의 내부 공간 내 표면, 특히 센서 소자의 부분인 표면들을 나타낸다. 예컨대 센서 소자는 광학 센서 소자일 수 있고, 가열 장치는 적어도 하나의 광학 윈도우 및/또는 적어도 하나의 광학 거울을 가열하도록 설계될 수 있다. 다른 실시 예들도 기본적으로 가능하다. 또한 가열 장치는 대전 장치의 주변을 가열하도록 설계될 수 있다.As mentioned above, the heating device is designed to heat at least the volume of the measuring chamber portion of the measuring chamber. The expression "measurement chamber partial volume" basically represents a portion of the volume of the measurement chamber relative to the total volume of the measurement chamber. In particular, the sensor element has an electrical measurement principle, and the heating device can be designed to permanently or temporarily, in particular, occasionally, heat the measuring chamber partial volume. In particular, the heating device may be designed to heat the volume of the measurement chamber at a point in time that a leakage current, which may affect the electrical measurement signal, for example, may be formed through an insulator between the electrodes. In particular, the counter electrode of the charging device as part of the flow pipe can be electrically insulated. The counter electrode may also be electrically insulated to the sensor housing of the sensor element. In particular, the insulation resistance can have an electrical resistance of 100 M? To 100 T? Over the lifetime of the device. In particular, the heating device can be designed to heat the surfaces of the measuring chamber, in particular the critical surfaces of the measuring chamber. The expression "critical surface" refers to the surfaces in the interior space of a measurement chamber designed to detect particles in the gas, in particular the surfaces which are part of the sensor element. For example, the sensor element may be an optical sensor element and the heating device may be designed to heat at least one optical window and / or at least one optical mirror. Other embodiments are basically possible. The heating device may also be designed to heat the periphery of the charging device.
가열 장치는 적어도 부분적으로, 즉 완전히 또는 부분적으로 측정 챔버 내로 돌출할 수 있다. 또한 가열 장치는 적어도 부분적으로 측정 챔버 내에 배치될 수 있다. 특히 가열 장치는 자립식(self-supporting)으로 형성될 수 있다. "자립식"이라는 표현은 본 발명의 범주에서 부하 수용을 위한 추가의 외부 소자 없이 견디는 임의의 소자의 특성을 나타낸다. 가열 장치는 예컨대 가열 장치의 단부를 통해 측정 챔버의 벽에 고정될 수 있고 측정 챔버 내로 돌출할 수 있다. 또한 가열 장치는 측정 챔버 벽의 개구를 통해 안내될 수 있다. 가열 장치의 일부는 측정 챔버 내로 돌출할 수 있고 가열 장치의 다른 일부는 측정 챔버 외부에 놓일 수 있다. 다른 실시 예도 기본적으로 가능하다.The heating device may at least partially, i.e. completely or partially, protrude into the measurement chamber. The heating device may also be disposed at least partially within the measurement chamber. In particular, the heating device may be formed in a self-supporting manner. The expression "self-sustaining" refers to the characterization of any element that will endure without additional external elements for load acceptance in the context of the present invention. The heating device can be fixed to the wall of the measurement chamber, for example, through the end of the heating device and can protrude into the measurement chamber. The heating device may also be guided through the opening of the measurement chamber wall. A portion of the heating device may protrude into the measurement chamber and another portion of the heating device may be outside the measurement chamber. Other embodiments are basically possible.
가열 장치는 측정 챔버의 길이방향 축에 대해 평행하게 연장되도록 측정 챔버 내에 배치될 수 있다. "길이방향 축"이라는 표현은 기본적으로 소자의 가장 큰 폭의 방향에 상응하는 임의의 소자의 축을 나타낸다. 특히 가열 장치는 측정 챔버 내에 배치되는 가열 장치 부분을 포함한다. 상기 가열 장치 부분은 측정 챔버의 측정 챔버 길이의 적어도 40%, 바람직하게는 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 60% 및 특히 바람직하게는 적어도 70%에 상응하는 가열 장치 부분 길이를 가질 수 있다. 가열 장치는 센서 소자의 부분인 표면들 또는 영역들, 특히 신호 형성에 기여하는 표면들이 측정 챔버 내에서 연소될 수 있도록 배치될 수 있다. 특히 가열 장치는 센서 소자의 부분인 표면들을 연소시키도록, 특히 표면들 상의 응축수를 감소 또는 제거하도록 설계될 수 있다. 특히 표면들 또는 영역들은 상이한 전위를 가진 전기 전도성 영역들을 서로 분리시키는 절연체들을 포함할 수 있다. 또한 센서 소자는 광학 센서 소자일 수 있고, 표면들 또는 영역들은 광학적으로 활성인 면들, 예컨대 윈도우 및/또는 거울을 포함할 수 있다. 측정 챔버 및/또는 센서 소자의 실시예에 따라 측정 챔버 부분 체적은 측정 챔버의 부분 영역, 예컨대 측정 챔버의 5% 내지 60%, 바람직하게는 10% 내지 50%, 특히 바람직하게는 측정 챔버의 20% 내지 30%를 차지하거나 또는 측정 챔버의 대부분, 예컨대 측정 챔버의 70% 내지 95%, 바람직하게는 80% 내지 90%를 차지할 수 있다. 또한 측정 챔버 부분 체적은 측정 챔버 체적의 100%를 차지할 수 있다.The heating device may be arranged in the measuring chamber so as to extend parallel to the longitudinal axis of the measuring chamber. The expression "longitudinal axis" basically represents the axis of any element corresponding to the direction of the widest width of the element. In particular, the heating device includes a heating device portion disposed in the measurement chamber. The heating device portion may have a heating device part length corresponding to at least 40%, preferably at least 50%, preferably at least 60% and particularly preferably at least 70% of the measuring chamber length of the measuring chamber. The heating device may be arranged such that surfaces or areas which are part of the sensor element, in particular surfaces which contribute to signal formation, can be burnt in the measuring chamber. In particular, the heating device can be designed to burn surfaces which are part of the sensor element, in particular to reduce or eliminate condensate on the surfaces. In particular, the surfaces or regions may comprise insulators separating electrically conductive regions having different dislocations from one another. The sensor element may also be an optical sensor element, and the surfaces or regions may comprise optically active surfaces, such as windows and / or mirrors. Depending on the embodiment of the measuring chamber and / or the sensor element, the volume of the measuring chamber may be in the region of the measuring chamber, for example between 5% and 60%, preferably between 10% and 50% of the measuring chamber, % To 30% of the total volume of the measuring chamber, or can occupy most of the measuring chamber, for example 70% to 95%, preferably 80% to 90% of the measuring chamber. In addition, the volume of the measurement chamber part can occupy 100% of the volume of the measurement chamber.
또한 가열 장치는 적어도 부분적으로 가열 장치 지지 소자 상에 배치될 수 있다. "지지 소자"라는 표현은 기본적으로 다른 소자를 기계적으로 지지, 예컨대 유지하도록 설계된 임의의 소자를 나타낸다. "유지"라는 표현은 지지 소자가 다른 소자로부터 분리되게 형성될 수 있고 다른 소자가 지지 소자 상에 놓여 장치 내에서 유지될 수 있는 것, 및/또는 다른 소자가 완전히 또는 부분적으로 지지 소자 내에 통합될 수 있는 것을 포함할 수 있다. 예컨대 지지 소자는 별도 부재로서, 다른 소자와는 독립적으로 형성될 수 있다. 대안으로서, 지지 소자는 예컨대 일체형 구성 요소로서 다른 소자를 완전히 또는 부분적으로 포함할 수 있다.The heating device may also be disposed at least partially on the heating device support element. The expression "support element" refers basically to any element designed to mechanically support, e.g. The expression "holding" means that the support element can be formed to be separate from other elements and the other element can be placed on the support element and held in the apparatus, and / or the other element can be completely or partially incorporated And the like. For example, the supporting element may be formed as a separate member and independently of other elements. Alternatively, the support element may comprise, for example, as an integral component, completely or partially other elements.
가열 장치 지지 소자는 적어도 부분적으로 전기 절연 재료로 제조될 수 있다. 전기 절연 재료는 본 발명의 범주에서 기본적으로 전류 흐름을 적어도 대체로 방지하기에 적합한 임의의 재료, 예컨대 적어도 108Ωm, 특히 적어도 1010Ωm의 비전도율을 가진 재료를 의미할 수 있다. 가열 장치 지지 소자의 전기 절연은 배기 가스에서 나타날 수 있는 높은 온도, 예컨대 400℃에서도 달성될 수 있다. 전기 절연 재료는 특히 세라믹 재료, 예컨대 산화 알루미늄을 포함할 수 있다. 다른 재료들도 기본적으로 가능하다. 가열 장치 지지 소자는 적어도 부분적으로 파이프, 특히 실린더형 파이프로서 형성될 수 있다. 파이프는 측정 챔버의 길이방향 축을 따라 연장될 수 있다. 가열 장치는 적어도 2개의 가열 장치 공급 라인들을 포함할 수 있다. 예컨대 가열 장치 공급 라인들은 적어도 부분적으로 가열 장치 지지 소자 내부에 및/또는 적어도 부분적으로 가열 장치 지지 소자 외부에 장착될 수 있다. 가열 장치 지지 소자는 특히 가열 장치 공급 라인들을, 예컨대 중간 벽에 의해, 하기에 기술될 이온 트랩 장치의 이온 트랩 전극에 대해 전기 절연시키도록 설계될 수 있다.The heater support element may be made at least partially of an electrically insulating material. The electrically insulating material may be any material suitable for at least substantially preventing current flow, basically in the context of the present invention, for example a material having a specific conductivity of at least 10 8 Ωm, in particular at least 10 10 Ωm. The electrical insulation of the heater support element can also be achieved at high temperatures, such as 400 [deg.] C, which may appear in the exhaust gas. The electrically insulating material may in particular comprise a ceramic material, for example aluminum oxide. Other materials are basically possible. The heater support element may be at least partially formed as a pipe, in particular a cylindrical pipe. The pipe may extend along the longitudinal axis of the measurement chamber. The heating device may include at least two heating device supply lines. For example, the heating device feed lines may be mounted at least partially within the heating device support element and / or at least partially outside the heating device support element. The heater support element may be designed to electrically isolate the heater supply lines, in particular by means of an intermediate wall, to the ion trap electrode of the ion trap apparatus described below.
또한 가열 장치는 적어도 하나의 가열 저항을 포함할 수 있다. 가열 장치는 특히 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다. 예컨대 가열 장치는 적어도 하나의 금속 재료를 포함할 수 있다. 특히 금속 재료는 백금, 로듐, 팔라듐으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함할 수 있다. 다른 원소들도 기본적으로 가능하다. 또한 가열 장치는 전기 전도성 재료로서 적어도 하나의 금속 합금을 포함할 수 있다. 금속 합금은 백금, 로듐, 팔라듐으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함할 수 있다. 다른 원소들도 기본적으로 가능하다. 비귀금속 화합물들, 예컨대 니켈, 구리, 크롬, 알루미늄 및 철로 이루어진 그룹으로부터 선택된 특히 열전도 합금들도 가능하다.The heating device may also include at least one heating resistor. The heating device may in particular comprise an electrically conductive material. For example, the heating device may comprise at least one metallic material. In particular, the metal material may include at least one element selected from the group consisting of platinum, rhodium, and palladium. Other elements are basically possible. The heating device may also comprise at least one metal alloy as the electrically conductive material. The metal alloy may include at least one element selected from the group consisting of platinum, rhodium, and palladium. Other elements are basically possible. Non-noble metal compounds, such as nickel, copper, chromium, aluminum and iron, are also possible, especially for thermally conductive alloys.
가열 소자는 길이로 긴 형태를 가질 수 있다. 다른 실시예들도 기본적으로 가능하다. 특히 가열 장치는 적어도 하나의 가열 코일을 포함할 수 있다. "코일"이라는 표현은 가상의 실린더의 외부면 둘레에 적어도 대체로 일정한 피치로 감긴 나선 또는 실린더형 나선을 나타낸다. 가열 코일은 예컨대 가열 장치 지지 소자 상에 배치될 수 있다. 특히 가열 장치 지지 소자는 가열 코일의 내부에 배치될 수 있고, 가열 코일은 가열 장치 지지 소자를 적어도 부분적으로 둘러싼다.The heating element may have a long and long shape. Other embodiments are basically possible. In particular, the heating device may include at least one heating coil. The expression "coil" refers to a spiral or cylindrical spiral wound around an outer surface of a hypothetical cylinder at least at a substantially constant pitch. The heating coil may be arranged, for example, on the heating device support element. In particular, the heater support element can be disposed within the heating coil, and the heating coil at least partially surrounds the heater support element.
또한 가열 장치는 측정 챔버의 적어도 하나의 측정 챔버 벽 상에 배치될 수 있다. 예컨대 가열 장치는 자립식 구조 형태로 배치될 수 있고, 상기 자립식 구조는 센서 소자의 부분인 표면들, 특히 신호 형성에 기여하는 표면들, 특히 임계 표면들로부터 작은 간격, 예컨대 0.5mm 내지 5mm, 바람직하게는 0.75mm 내지 2mm, 및 특히 바람직하게는 1mm의 간격으로 배치될 수 있다. 가열 장치는 임계 표면들을 특히 적은 가열 출력으로 연소시키고 임계 표면들 상의 응축수를 감소 또는 제거하기 위해 배치될 수 있다. 또한 가열 장치는 측정 챔버의 측정 챔버 벽 상에 직접 접하는 적어도 하나의 세라믹 캐리어 상에 장착될 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 가열 장치는 측정 챔버 벽의 절연 면 상에 장착될 수 있다. 다른 실시 예들도 기본적으로 가능하다.The heating device may also be arranged on at least one measuring chamber wall of the measuring chamber. For example, the heating device may be arranged in a self-supporting configuration, which may be a small distance from the surfaces which are part of the sensor element, in particular from surfaces which contribute to signal formation, in particular from critical surfaces, Preferably between 0.75 mm and 2 mm, and particularly preferably between 1 mm. The heating device can be arranged to burn critical surfaces with particularly low heating power and to reduce or eliminate condensate on critical surfaces. The heating device may also be mounted on at least one ceramic carrier directly on the measurement chamber wall of the measurement chamber. Alternatively or additionally, the heating device may be mounted on the insulating surface of the measuring chamber wall. Other embodiments are basically possible.
측정 챔버는 가스에 의해 관류 가능한 적어도 하나의 유동 파이프와 유체 연결될 수 있다. 본 발명에서 "유동 파이프"는 기본적으로 유체에 의해 관류 가능한 임의의 중공 바디를 의미할 수 있다. 상기 중공 바디는 특히 길이로 긴 중공 바디일 수 있다. 유동 파이프는 예컨대 완전히 또는 부분적으로 강성 재료로, 또는 완전히 또는 부분적으로 가요성 재료로, 예컨대 금속 및/또는 세라믹으로 제조될 수 있다. 유동 파이프는 기본적으로 임의의 횡단면, 예컨대 원형, 타원형 또는 다각형 횡단면을 가질 수 있다. 유동 파이프는 예컨대 내연 기관의 배기 가스 시스템 내에 사용될 수 있다. 유동 파이프 내 배기 가스의 유동은 예컨대 층류 또는 난류로 형성될 수 있고, 예컨대 내연 기관의 부하 상태에 의존적일 수 있다.The measurement chamber may be in fluid communication with at least one flow pipe that is permeable to gas. A "flow pipe" in the present invention can basically mean any hollow body that can be perfused by a fluid. The hollow body may be a particularly long hollow body. The flow pipe can be made, for example, completely or partially from a rigid material, or completely or partially from a flexible material, for example metal and / or ceramic. The flow pipe may basically have any cross section, for example a round, oval or polygonal cross section. The flow pipe can be used, for example, in an exhaust gas system of an internal combustion engine. The flow of the exhaust gas in the flow pipe may be formed, for example, by laminar or turbulent flow, and may for example be dependent on the load state of the internal combustion engine.
특히 본원 장치는 가스를 측정 챔버의 외부 주변으로부터 측정 챔버 내로 그리고 측정 챔버로부터 외부 주변으로 안내하기 위한 적어도 하나의 가스 교환 장치도 포함할 수 있다. "가스 교환 장치"라는 표현은 기본적으로 적어도 2 개의 구획들 사이에서 임의의 가스를 공간적으로 분배하도록 설계되는 임의의 장치를 나타낸다. 특히 가스 교환 장치는 적어도 하나의 유입 개구에 의해 그리고 적어도 하나의 배출 개구에 의해 측정 챔버와 연결될 수 있다. 유입 개구는 가스를 측정 챔버의 외부 주변으로부터 측정 챔버 내로 운반하도록 설계될 수 있다. 또한, 배출 개구는 가스를 측정 챔버의 내부로부터, 특히 측정 챔버의 외부 주변으로 운반하도록 설계될 수 있다. 예컨대 측정 챔버는 전술하였거나 또는 하기에 더 설명되듯이, 가스 교환 장치에 의해 유동 파이프와 유체 연결될 수 있다.In particular, the apparatus may also include at least one gas exchange device for guiding the gas from the outer periphery of the measurement chamber into the measurement chamber and from the measurement chamber to the outer periphery. The expression "gas exchange device" essentially refers to any device designed to spatially distribute any gas between at least two compartments. In particular, the gas exchange device can be connected to the measurement chamber by at least one inlet opening and by at least one outlet opening. The inlet opening can be designed to carry gas from the outside periphery of the measurement chamber into the measurement chamber. Further, the discharge opening can be designed to carry gas from the interior of the measurement chamber, in particular to the outer periphery of the measurement chamber. For example, the measuring chamber may be fluidly connected to the flow pipe by a gas exchange device as described above or as further described below.
또한 측정 챔버는 대전 입자들의 압축을 위한 적어도 하나의 압축 장치를 포함할 수 있다. "압축 장치"라는 표현은 본 발명의 범주에서 기본적으로 가스 내 임의의 입자들을 제 1 체적 내부에서 제 2 체적으로 압축하도록 설계된 임의의 장치를 의미하고, 상기 제 2 체적은 상기 제 1 체적보다 작다. 압축 장치에 의해 입자들이 번들링될 수 있다. 번들링은 일반적으로 유동하는 입자들의 편향 또는 콜리메이팅을 의미하고, 입자들의 비행 경로는 체적에서 입자 농도가 높아지도록 합쳐진다. 대전 입자들은 압축 장치에 의해 특히 유동의 한 경로로 번들링될 수 있고 이로써 유동의 중앙에 유지될 수 있다. 이로써, 관류되는 바디, 특히 측정 챔버의 경계 벽들 상에 입자 부착이 방지될 수 있다. 압축 장치는 적어도 부분적으로 측정 챔버 부분 체적 내에 배치될 수 있다. 압축 장치는 예컨대 적어도 2개의 돌출부들을 포함할 수 있다. 2개의 돌출부들은 특히 측정 챔버의 서로 마주보는 측정 챔버 벽들 상에 배치될 수 있고 측정 챔버 내로 돌출할 수 있다. 2개의 돌출부들은 대전 입자들이 흐르는 채널을 형성할 수 있다. 채널은 특히 대전 입자들을 채널을 통해 유동의 한 경로에서 번들링하고 이로써 유동의 중앙에 유지시키도록 설계될 수 있다. 예컨대 채널은 대전 장치의 팁이 채널 내를 가리키도록 배치될 수 있다. 다른 실시예들도 가능하다. 예컨대 입자들의 압축 및/또는 번들링은 외부로부터 인가된 전기장에 의해 지원될 수 있다. The measurement chamber may also include at least one compression device for compression of charged particles. The expression "compression device" means within the scope of the invention essentially any device designed to compress any particles in the gas into a second volume within a first volume, said second volume being smaller than said first volume . The particles can be bundled by the compression device. Bundling generally refers to deflection or collimating of the flowing particles, and the flight path of the particles is combined to increase the particle concentration in volume. The charged particles can be bundled by a compression device, in particular into one path of flow, thereby being held in the center of the flow. Thereby, particle adhesion on the perfused body, in particular on the boundary walls of the measurement chamber, can be prevented. The compression device may be disposed at least partially within the volume of the measurement chamber. The compression device may comprise at least two protrusions, for example. The two protrusions can in particular be arranged on the opposing measuring chamber walls of the measuring chamber and protrude into the measuring chamber. The two protrusions can form a channel through which the charged particles flow. The channel can be designed to bundle, in particular, charged particles in a path of flow through the channel and thereby keep it in the center of the flow. For example, the channel may be arranged so that the tip of the charging device points in the channel. Other embodiments are possible. For example, compression and / or bundling of particles may be supported by an externally applied electric field.
측정 장치는 이온 트랩 장치도 포함할 수 있다. "이온 트랩 장치"라는 표현은 본 발명의 범주에서 기본적으로 대전 입자들, 특히 대전 원자 또는 분자를 전기장 및/또는 자기장에 의해 편향 및/또는 유지 및/또는 저장하도록 설계되는 임의의 장치를 나타낸다. 전기장 및/또는 자기장의 유형 및/또는 세기에 따라 특정 양의 이온이 의도적으로 유지될 수 있다. 이온의 저장은 특히 진공에서 표면과의 접촉 없이 이루어질 수 있다. 예컨대 시간에 따라 변하는 전자기장이 이온을 유지하기 위해 사용될 수 있다. 또한 시간에 따라 일정한 전기장 및 시간에 따라 일정한 자기장이 사용될 수 있다. 다른 실시예들도 가능하다. 이온 트랩 장치는 적어도 하나의 이온 트랩 전극을 포함할 수 있다. 특히 이온 트랩 전극은 자유 이온을 대전 입자들로부터 적어도 대체로 분리시키도록 설계될 수 있다. 이온 트랩 전극은 특히 길이로 긴 형태를 갖는다. 또한 이온 트랩 전극은 대전 장치에 대향하게 배치될 수 있다. 또한, 이온 트랩 전극은 이온 트랩 전극의 팁이 압축 장치의 채널을 가리키도록 배치될 수 있다.The measuring device may also include an ion trap device. The expression "ion trap device" refers to any device designed to deflect and / or maintain and / or store charged particles, especially charged atoms or molecules, by electric and / or magnetic fields in the context of the present invention. Certain amounts of ions may be intentionally maintained depending on the type and / or intensity of the electric field and / or the magnetic field. The storage of the ions can be done in particular in vacuum without contact with the surface. For example, time-varying electromagnetic fields can be used to hold ions. In addition, a constant magnetic field can be used depending on a constant electric field and time according to time. Other embodiments are possible. The ion trap device may include at least one ion trap electrode. In particular, the ion trap electrode can be designed to at least substantially separate free ions from charged particles. The ion trap electrode is particularly long and long in shape. Further, the ion trap electrode may be arranged to face the charging device. Further, the ion trap electrode may be arranged so that the tip of the ion trap electrode points to the channel of the compression apparatus.
이온 트랩 전극은 적어도 하나의 절연 장치를 포함할 수 있다. 특히 이온 트랩 전극은 부분적으로 절연 장치 내에 수용될 수 있고 부분적으로 절연 장치로부터 돌출할 수 있다. 예컨대 절연 장치는 실린더형 파이프를 포함할 수 있고 이온 트랩 전극은 적어도 부분적으로 실린더형 파이프 내에 수용될 수 있다. 실린더형 파이프는 측정 챔버의 길이방향 축을 따라 연장할 수 있다. 또한 실린더형 파이프는 측정 챔버 벽으로부터 측정 챔버 내로 돌출할 수 있다. 절연 장치로부터 돌출된 이온 트랩 전극의 부분은 특히 이온 트랩 전극의 팁이 대전 장치 및/또는 압축 장치를 향하도록 아치를 형성할 수 있다. 절연 장치는 가열 장치용 지지 소자로서도 설계될 수 있다. 예컨대 가열 장치 지지 소자는 전술되었거나 또는 하기에 기술되듯이, 이온 트랩 전극의 절연 장치와 동일할 수 있다. 다른 실시 예들도 가능하다.The ion trap electrode may comprise at least one insulating device. In particular, the ion trap electrode may be partially contained within the insulating device and partially protruding from the insulating device. For example, the isolator may include a cylindrical pipe and the ion trap electrode may be at least partially received within the cylindrical pipe. The cylindrical pipe may extend along the longitudinal axis of the measurement chamber. The cylindrical pipe may also protrude from the measurement chamber wall into the measurement chamber. The portion of the ion trap electrode protruding from the insulating device may form an arch, in particular the tip of the ion trap electrode facing the charging device and / or the compression device. The insulating device can also be designed as a supporting element for the heating device. For example, the heater support element may be the same as the isolation device of the ion trap electrode as described above or as described below. Other embodiments are possible.
본 발명의 다른 양태에서 가스, 특히 내연 기관의 배기 가스 내의 입자들을 검출하기 위한 방법이 제안된다. 상기 방법 단계들은 전술된 순서로 실시될 수 있고, 다른 순서로도 이루어질 수 있다. 또한, 전술된 방법 단계들 중 2개 또는 다수 또는 모두가 시간적으로 겹치거나 또는 동시에 실시될 수 있다. 또한 전술된 방법 단계들 중 하나, 다수 또는 모두가 한 번, 반복해서 또는 영구적으로 실시될 수 있다. 방법은 하나 또는 다수의 전술되지 않은 추가 방법들도 포함할 수 있다. 방법의 다른 세부 사항들에 대해서 기본적으로 장치의 상기 설명이 참조될 수 있ㄴ는데, 그 이유는 방법이 특히 제안된 장치를 사용해서 실시될 수 있기 때문이다. In another aspect of the present invention, a method for detecting particles in exhaust gas of a gas, particularly an internal combustion engine, is proposed. The method steps may be performed in the order described above, or in other orders. Also, two, many, or all of the above-described method steps may overlap in time or simultaneously. Also, one, many, or all of the above-described method steps may be performed once, repeatedly, or permanently. The method may also include one or more additional methods not described above. The above description of the device can basically be referred to for other details of the method, since the method can be carried out in particular using the proposed device.
가스 내의 입자들을 검출하기 위한 방법은A method for detecting particles in a gas
a) 적어도 하나의 측정 챔버 내에 가스를 제공하는 단계;a) providing gas in at least one measurement chamber;
b) 가스 내의 입자들의 적어도 일부를 정전기적으로 대전시켜 대전 입자들을 발생시키는 단계; 및b) electrostatically charging at least a portion of the particles in the gas to generate charged particles; And
c) 대전 입자들을 적어도 하나의 센서 소자에 의해, 특히 검출 영역에서 검출하는 단계를 포함하고,c) detecting charged particles by at least one sensor element, in particular in the detection area,
방법 동안 적어도 하나의 측정 챔버 부분 체적이 적어도 하나의 가열 장치에 의해 가열된다. During the method, at least one of the measuring chamber partial volumes is heated by at least one heating device.
제안된 장치 및 방법은 공지된 장치들 및 방법들에 비해 다수의 장점들을 갖는다. 공지된 장치들 및 방법들은 일반적으로 비교적 적은 수의 입자들의 전하가 측정되는 것을 전제로 할 수 있고, 이는 일반적으로 매우 작은 측정 흐름을 야기하고 이로써 센서의 수명과 관련해서 센서에 대한 절연 요구가 높다. 또한, 카본 블랙 입자들 및/또는 다른 전도성 입자들 및/또는 반전도성 입자들 또는 이온들이 장치의 측정 챔버 내의 벽 상에 일시적 또는 영구적으로 남아 있을 수 있다. 또한 콜드 스타트 후 응축수가 측정 챔버 내에 주어질 수 있고, 이는 작동 시간을 더 길게 할 수 있다.The proposed apparatus and method have a number of advantages over known apparatuses and methods. Known devices and methods generally can assume that the charge of a relatively small number of particles is measured, which generally results in a very small measurement flow and thus a high insulation requirement for the sensor with respect to the life of the sensor . In addition, carbon black particles and / or other conductive particles and / or reversed conductive particles or ions may remain temporarily or permanently on the walls of the measurement chamber of the device. Also, condensation water after a cold start can be given in the measurement chamber, which can make the operation time longer.
본 발명에 따른 장치에 의해 장치의 내노화성이 향상될 수 있다. 특히 가열 장치에 의해 장치의 내노화성이 향상될 수 있고 내연기관을 가진 자동차들 내에 견고한 배기 가스 센서로서 장치를 구현하는 것이 달성될 수 있다. 또한 센서 신호 가용성도 향상된다. 가열 장치는 추가 부재에 대한 최소 비용으로 얻어질 수 있다. 특정 작동 단계에서 측정 챔버는 예컨대 열 유지기에 의해 또는 연소에 의한 제거에 의해 카본 블랙 및 다른 입자들을 내부 측정 챔버 벽들로부터 분리시키기 위해 가열될 수 있다. 가열 장치는 콜드 스타트 후 전형적으로 주어지는 측정 챔버 내의 물 및/또는 응축수를 빨리 증발시키고 이로써 측정 대기를 훨씬 더 앞당기기 위해서도 사용될 수 있다. The aging resistance of the device can be improved by the device according to the present invention. Particularly, it is possible to improve the aging resistance of the device by the heating device and to realize the device as a solid exhaust gas sensor in vehicles having an internal combustion engine. Also, sensor signal availability is improved. The heating device can be obtained at a minimum cost for the additional member. In certain operating phases, the measurement chamber may be heated to separate carbon black and other particles from the inner measurement chamber walls, for example, by a thermal retainer or by removal by burning. The heating device can also be used to quickly evaporate water and / or condensate in a given measurement chamber, typically after a cold start, thereby further accelerating the measurement atmosphere.
예컨대 이온 트랩 전극용 기존의 세라믹 절연체가 가열 장치용 지지 소자로서 사용될 수 있다. 특히 측정 챔버 벽들의 가능한 균일한 가열을 달성하도록, 가열 장치를 가진 절연 소자는 바람직하게는 측정 챔버의 내에서 가능한 중앙에 장착될 수 있다. 또한 측정 챔버의 부분 영역들을 가열하는 장착도 바람직할 수 있고, 이는 입자들의 더 많은 바람직하지 않은 부착을 방지한다. For example, a conventional ceramic insulator for an ion trap electrode can be used as a supporting element for a heating apparatus. In particular, the insulating element with the heating device can preferably be mounted as centrally as possible within the measuring chamber, in order to achieve the possible uniform heating of the measuring chamber walls. Mounting to heat partial areas of the measurement chamber may also be desirable, which prevents more undesirable attachment of the particles.
특히 가열 장치에 의해 측정 챔버 벽들의 관련 영역이 가능한 빨리 그리고 완전히 가열될 수 있다. 또한 바람직하게는 물 및/또는 응축수가 모일 수 있는 측정 챔버 내의 가능한 싱크들이 쉽게 가열될 수 있다. 가열 장치 공급 라인들은 각각 지지 소자 내부에 및/또는 지지 소자 외부에 장착될 수 있다. 이온 트랩 전극 및 가열 장치 공급 라인들은 전기적으로 서로 절연될 수 있다. 예컨대 세라믹의, 실린더형 파이프는 가열 장치 공급 라인들을 서로 분리시키는 중간 벽을 내부에 포함할 수 있다. 또한 가열 장치는 이온 트랩의 절연 소자에 의지하지 않으면서 지지 소자에 의해 구현될 수 있다. 이 경우, 예컨대 세라믹 파이프 또는 막대가 사용될 수도 있다. 또한 가열 소자는 하나 또는 다수의 내부 측정 챔버 벽들 가까이에 장착될 수도 있다. 지지 소자 없이 공급 라인들을 이용한 가열 장치의 자립식 구조도 가능하다. 이 경우 절연은 작은 영역에서만, 특히 공급 라인들이 측정 챔버들 내로 안내되는 위치에서만 요구될 수 있다. 또한 입자들의 대전을 위해 사용되는 가스 흐름이 가열될 수 있다. In particular, by means of the heating device the relevant areas of the measuring chamber walls can be heated as quickly and completely as possible. Also possible is that the possible sinks in the measuring chamber, in which water and / or condensate can collect, can be easily heated. The heater supply lines may each be mounted inside the support element and / or outside the support element. The ion trap electrode and the heating device supply lines can be electrically insulated from each other. For example, a cylindrical, cylindrical, pipe may include an intermediate wall therein to separate heating device supply lines from each other. Further, the heating device can be realized by the supporting element without resorting to the insulating element of the ion trap. In this case, for example, a ceramic pipe or rod may be used. The heating element may also be mounted near one or more inner measuring chamber walls. A self-supporting structure of the heating device using supply lines without supporting elements is also possible. In this case, the insulation may only be required in small areas, especially at the locations where the supply lines are guided into the measurement chambers. The gas flow used for charging the particles can also be heated.
가열 장치는 대기 중의 산소에서의 산화에 대해 내성을 갖고 또한 예컨대 800℃까지의 온도에 대해 내성을 갖는 예컨대 열 전도 합금 또는 저항 합금으로 이루어진 가열 코일로서 구현될 수 있다. 대안으로서, 예컨대 후막 기술에 의해 Al2O3 세라믹 상에 장착되는 백금으로의 구현도 이루어질 수 있다.The heating device may be embodied as a heating coil made of, for example, a thermally conductive alloy or a resistance alloy having resistance to oxidation in oxygen in the atmosphere and also resistant to temperatures up to, for example, 800 占 폚. Alternatively, an implementation with platinum mounted on an Al 2 O 3 ceramic by, for example, a thick film technique can be made.
본 발명의 다른 선택적 세부 사항들 및 특징들은 도면에 개략적으로 도시된 바람직한 실시예들의 하기 설명에 제시된다. Other optional details and features of the invention are set forth in the following description of the preferred embodiments, which are schematically illustrated in the drawings.
도 1은 장치의 길이방향 축에 대해 평행한 단면에서 본 발명에 따른 장치의 일 실시예의 단면도 및
도 2는 장치의 길이방향 축에 대해 평행한 단면에서 본 발명에 따른 장치의 다른 실시예의 단면도. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a cross-sectional view of one embodiment of an apparatus according to the present invention in cross section parallel to the longitudinal axis of the apparatus;
2 is a cross-sectional view of another embodiment of the device according to the invention in cross section parallel to the longitudinal axis of the device.
도 1에는 장치(110)의 길이방향 축(112)에 대해 평행한 단면에서 가스, 특히 내연기관의 배기 가스 내의 입자들(114)을 검출하기 위한 본 발명에 따른 장치(110)의 일 실시예의 단면도가 도시되어 있다.1 illustrates an embodiment of an
장치(110)는 가스에 의해 관류 가능한 측정 챔버(116)를 포함한다. 측정 챔버(116)는 예컨대 직사각 횡단면을 갖는다. 측정 챔버(116)는 다수의 측정 챔버 벽들(118)을 포함할 수 있다. 또한, 측정 챔버(116)는 입자들(114)의 검출이 센서 소자(122)에 의해 이루어질 수 있는 적어도 하나의 검출 영역(120)을 포함할 수 있다. 또한, 장치(110)는 측정 챔버(116)의 외부 주변(126)으로부터 측정 챔버(116) 내로 그리고 측정 챔버(116)로부터 외부 주변(126)으로 가스를 안내하기 위한 적어도 하나의 가스 교환 장치(124)를 포함한다. 특히, 가스 교환 장치(124)는 적어도 하나의 유입 개구(128)에 의해 그리고 적어도 하나의 배출 개구(130)에 의해 측정 챔버(116)와 연결될 수 있다. 특히 장치(110)는 가스 교환 장치(124)에 의해 유동 파이프(132)와 유체 연결될 수 있다. 유동 파이프(132)는 예컨대 내연 기관의 배기 가스 시스템 내에 사용될 수 있다.
측정 챔버(116)는 입자들(114)의 적어도 일부를 정전기적으로 대전시켜 대전 입자들(136)을 발생시키기 위한 적어도 하나의 대전 장치(134)를 포함한다. 정전기적으로 대전시키기 위한 대전 장치(134)는 특히 배기 가스 내 코로나 방전을 발생시키기 위한 적어도 하나의 장치(138)를 포함할 수 있다. 코로나 방전을 발생시키기 위한 장치(138)는 적어도 하나의 전극(140), 예컨대 적어도 하나의 전극 팁(142)을 가진, 특히 방전 전극(144)을 포함한다. 방전 전극(144), 특히 전극 팁(142)이 측정 챔버(116) 내로 돌출될 수 있다.The
또한, 장치(110)는 적어도 하나의 이온 트랩 장치(146)를 포함할 수 있다. 이온 트랩 장치(146)는 대전 입자들, 특히 대전 원자 또는 분자를 전기장 및/또는 자기장에 의해 편향 및/또는 유지 및/또는 저장하도록 설계될 수 있다. 이온 트랩 장치(146)는 적어도 하나의 이온 트랩 전극(148)을 포함할 수 있다. 이온 트랩 전극(148)은 특히 길이로 긴 형태를 가질 수 있다. 이온 트랩 전극(148)은 적어도 하나의 절연 장치(150)를 포함할 수 있다. 특히, 이온 트랩 전극(148)은 부분적으로 절연 장치(150) 내에 수용될 수 있고 부분적으로 절연 장치(150)로부터 돌출할 수 있다. 예컨대 절연 장치(150)는 실린더형 파이프(152)를 포함할 수 있고 이온 트랩 전극(148)은 적어도 부분적으로 실린더형 파이프(152) 내에 수용될 수 있다. 실린더형 파이프(152)는 측정 챔버(116)의 길이방향 축(112)을 따라 연장될 수 있다. 또한 실린더형 파이프(152)는 측정 챔버 벽(154)으로부터 측정 챔버(116) 내로 돌출할 수 있다. 절연 장치(150)로부터 돌출한 이온 트랩 전극(148)의 부분(156)은 특히 이온 트랩 전극(148)의 팁(160)이 대전 장치(134)를 향하도록 아치(158)를 형성할 수 있다.In addition, the
또한 장치(110)는 측정 챔버(116)의 적어도 하나의 측정 챔버 부분 체적(164)을 가열하도록 설계된 적어도 하나의 가열 장치(162)를 포함한다. 가열 장치(110)는 적어도 부분적으로, 즉 완전히 또는 부분적으로 측정 챔버(116) 내로 돌출할 수 있다. 가열 장치(110)는 또한 적어도 부분적으로 측정 챔버(116) 내에 배치될 수 있다. 특히 가열 장치(110)는 자립식으로 형성될 수 있다. 가열 장치(162)는 측정 챔버(116)의 측정 챔버 벽(154)에 고정될 수 있고 및 측정 챔버(116) 내로 돌출할 수 있다. 또한, 가열 장치(162)는 측정 챔버 벽(154)의 개구(166)를 통해 안내될 수 있다. 가열 장치(162)의 부분(168)은 측정 챔버(116) 내로 돌출할 수 있고 가열 장치(162)의 다른 부분(170)은 측정 챔버(116)의 외부에 배치될 수 있다.The
가열 장치(162)는 측정 챔버(116)의 길이방향 축(112)에 대해 평행하게 연장하도록 측정 챔버(116) 내에 배치될 수 있다. 특히 가열 장치(162)는 적어도 하나의 가열 코일(172)을 포함할 수 있다. 가열 장치(162)는 적어도 부분적으로 가열 장치 지지 소자(174) 상에 배치될 수 있다. 가열 장치 지지 소자(174)는 이온 트랩 전극(148)의 절연 장치(150)와 동일할 수 있다. 모든 관련 내부 측정 챔버 벽들(118)의 가능한 균일한 가열을 달성하기 위해, 가열 장치 지지 소자(174) 및 가열 장치(162)는 측정 챔버(116) 내에서 가능한 중앙에 부착될 수 있다. 특히 가열 장치 지지 소자(174)는 측정 챔버(116) 내에 배치되는 가열 장치 부분(171)을 포함할 수 있다. 가열 장치 부분(171)은 측정 챔버(116)의 측정 챔버 길이(LM)의 적어도 80%에 상응하는 가열 장치 부분 길이(LH)를 포함할 수 있다. 가열 장치(162)는 가열 장치 지지 소자(174)의 총 길이(LT)에 걸쳐 연장될 수 있다. 대안으로서, 가열 장치(162)는 특히 신호 형성에 임계적인 측정 챔버(116)의 부분 영역들 내에서 특히 강하게 작용하도록 형성될 수 있다. 이는 예컨대 상이한 전기 전위에 놓인 전극들 사이의 절연체들의 표면들을 포함할 수 있다. 또한 장치(110)는 대전 입자들(136)을 압축하기 위한 적어도 하나의 압축 장치(176)를 포함할 수 있다. 압축 장치(176)는 적어도 부분적으로 측정 챔버 부분 체적(164) 내에 배치될 수 있다. 압축 장치(176)는 예컨대 적어도 2개의 돌출부들(178)을 포함한다. 2개의 돌출부들(178)은 특히 측정 챔버(116)의 서로 마주보는 측정 챔버 벽들(180) 상에 배치될 수 있고 측정 챔버(116) 내로 돌출할 수 있다. 2개의 돌출부들(178)은 대전 입자들(136)이 흐르는 채널(182)을 형성한다. 채널(182)은 특히 대전 입자들(136)을 채널(182)을 통해 유동의 한 경로에서 번들링하여 유동의 중앙에 유지시키도록 설계될 수 있다. 예컨대 채널(182)은 대전 장치(134)의 팁(142)이 채널(182) 내를 가리키도록 배치될 수 있다. 센서 소자(122)는 배출 개구(130)를 통과하는 전류가 검출되는 방식으로 대전 입자들(114)의 전하를 결정하도록 설계될 수 있다. 배출 개구를 통과하는 전류는 특히 전기 장치(186)에 의해 결정될 수 있다. 전기 장치(186)는 특히 대전 장치(134)에 높은 전기 전압을 제공하기 위해 대전 장치(134)와 연결되는 고전압원(188)을 포함한다. 고전압원(188)은 절연 소자(190) 및 추가의 절연 소자(192)에 의해 전기적으로 절연될 수 있다. 대전 장치(134)의 전극(140)은 대전 장치(134)의 벽들(194)의 전기 전위에 상응하는 전기 전위를 갖는다. 또한, 전기 장치(186)는 전기 장치(186)의 하우징(202)의 벽(200)과 함께 갈바닉 접점(198)을 형성할 수 있는 일렉트로미터(196)를 포함할 수 있다. 고전압원(188)은 대전 장치(134) 및 일렉트로미터(196)와 전기적으로 연결될 수 있다. 일렉트로미터(196)는 또한 전기 장치(186)의 하우징(202)의 벽(200)과 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 일렉트로미터(196)는 배출 개구(130)를 통하는 전류가 검출되는 방식으로 대전 입자들(114)의 전하를 결정하도록 설계될 수 있다. 다른 실시 예들도 기본적으로 가능하다.The
도 2에는 장치(110)의 길이방향 축(112)에 대해 평행한 단면에서 가스, 특히 내연 기관의 배기 가스 내의 입자들(114)을 검출하기 위한 본 발명에 따른 장치(110)의 다른 실시 예의 단면도가 도시된다. 장치(110)는 도 1에 따른 장치(110)에 대체로 상응하므로, 도 1의 설명이 대체로 참조될 수 있다.2 shows an alternative embodiment of an
도 2에 따른 장치(110)에서 가열 장치(162)는 측정 챔버(116)의 부분 영역(184)이 가열되도록 장착될 수 있다. 부분 영역(184)은 특히 압축 장치(176)에 의해 형성된 채널(182)을 포함할 수 있다. 가열 장치 부분(171)은 측정 챔버(116)의 측정 챔버 길이(LM)의 최대 45%에 상응하는 가열 장치 부분 길이(LH)를 포함한다. 가열 장치(162)는 가열 장치 지지 소자(174)의 길이(LT)의 최대 55%에 걸쳐 연장될 수 있다.In the
110
장치
114
입자들
116
측정 챔버
122
센서 소자
134
대전 장치
136
대전 입자들
146
이온 트랩 장치
150
절연 장치
162
가열 장치
164
측정 챔버 부분 체적
171
가열 장치 부분
172
가열 코일
174
가열 장치 지지 소자
LH
가열 장치 부분 길이
LM
측정 챔버 길이110 device
114 particles
116 measuring chamber
122 sensor element
134 charging device
136 charged particles
146 Ion trap device
150 Isolation device
162 Heating device
164 Measurement chamber part volume
171 Heating device part
172 Heating coil
174 Heating device support element
L H Heating device part length
L M Measurement chamber length
Claims (12)
- 상기 입자들(114)의 적어도 일부를 정전기적으로 대전시켜 대전 입자들(136)을 발생시키기 위한 적어도 하나의 대전 장치(134)를 포함하는, 가스에 의해 관류 가능한 적어도 하나의 측정 챔버(116);
- 상기 대전 입자들(136)을 검출하기 위한 적어도 하나의 센서 소자(122); 및
- 상기 측정 챔버(116)의 적어도 하나의 측정 챔버 부분 체적(164)을 가열하도록 설계되는 적어도 하나의 가열 장치(162)를 포함하는, 가스 내의 입자들을 검출하기 위한 장치.An apparatus (110) for detecting particles (114) in a gas, particularly an exhaust of an internal combustion engine, the apparatus
- at least one measurement chamber (116) which is capable of being perfused by the gas, wherein the at least one measuring chamber (116) is capable of being perfused by gas, characterized in that it comprises at least one charging device (134) for electrostatically charging at least a part of the particles );
At least one sensor element (122) for detecting the charged particles (136); And
- at least one heating device (162) designed to heat at least one measuring chamber portion volume (164) of the measuring chamber (116).
a) 적어도 하나의 측정 챔버(116) 내에 가스를 제공하는 단계;
b) 가스 내의 입자들(114)의 적어도 일부를 정전기적으로 대전시켜 대전 입자들(136)을 발생시키는 단계; 및
c) 상기 대전 입자들(136)을 적어도 하나의 센서 소자(122)에 의해 검출하는 단계를 포함하고, 상기 방법 동안 적어도 하나의 측정 챔버 부분 체적(164)이 적어도 하나의 가열 장치(162)에 의해 가열되는, 가스 내의 입자들을 검출하기 위한 방법.A method for detecting particles (114) in a gas, in particular an exhaust gas of an internal combustion engine,
a) providing gas in at least one measurement chamber (116);
b) electrostatically charging at least a portion of the particles (114) in the gas to generate charged particles (136); And
and c) detecting the charged particles (136) by at least one sensor element (122), during which the at least one measuring chamber partial volume (164) is transferred to the at least one heating device ≪ / RTI > wherein the gas is heated by a gas.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200052880A (en) * | 2017-09-12 | 2020-05-15 | 로베르트 보쉬 게엠베하 | Particle sensor with flat exposed corona discharge electrode |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20200052880A (en) * | 2017-09-12 | 2020-05-15 | 로베르트 보쉬 게엠베하 | Particle sensor with flat exposed corona discharge electrode |
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