WO2019039072A1 - 微粒子数検出器 - Google Patents

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英正 奥村
和幸 水野
京一 菅野
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    • G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke

Definitions

  • the present invention relates to a particle number detector.
  • ions are generated by corona discharge in a charge generation element, the particles in the gas to be measured are charged by the ions, the charged particles are collected, and the amount of charge of the collected particles is calculated. It is known to measure the number of fine particles based on it. Further, in such a particle number detector, it has been proposed to heat and incinerate the collected particles with a heater, or to heat and incinerate particles collected in gas inflow holes and discharge holes. (See, for example, Patent Document 1).
  • the present invention has been made to solve such problems, and its main object is to determine the number of particles per unit volume in a gas.
  • the first particle number detector of the present invention is A housing having an air passage, A gas measuring unit for measuring the temperature of the gas passing through the inside of the air passage; A charge generation unit that generates electric charge by air discharge in the air passage and adds the electric charge to particles in a gas passing through the air passage to form charged particles; A charged particle collecting electrode for collecting the charged particles; A heater capable of heating the air passage; A heater temperature measurement unit that measures the surface temperature of the heater; A control unit that executes a particle number detection process for determining the number of the particles in the gas; Equipped with When the control unit performs the particulate number detection process, the amount of heat supplied to the heater and the difference between the temperature of the gas and the surface temperature of the heater while the air passage is heated by the heater And determining the flow rate of the gas based on the physical quantity changing in accordance with the charge amount of the charged fine particles collected by the charged fine particle collection electrode and the flow rate of the gas per unit volume in the gas. Determine the number of particles in It is a thing.
  • the number-of-particles detector When executing the number-of-particles detection processing, the number-of-particles detector causes the air passage to be heated by the heater. In that state, the flow rate of the gas is determined based on the difference between the temperature of the gas and the surface temperature of the heater and the amount of heat supplied to the heater. In addition, the number of particles per unit volume in the gas is determined based on the physical quantity that changes according to the charge amount of the charged particles collected by the charged particle collection electrode and the flow rate of the gas.
  • the first particle number detector of the present invention has a function of measuring the flow rate of gas, so the number of particles per unit volume in the gas can be determined without separately preparing a flow meter. .
  • the control unit raises the charged particle collection electrode to a predetermined particle burning temperature by the heater when the particle number detection process is not performed.
  • a refresh process may be performed to burn off the particles deposited on the charged particle collection electrode.
  • the heater can be used both for detecting the flow rate of gas and for refreshing the charged particle collection electrode.
  • the second particle number detector of the present invention is A housing having an air passage, A gas measuring unit for measuring the temperature of the gas passing through the inside of the air passage; A charge generation unit that generates electric charge by air discharge in the air passage and adds the electric charge to particles in a gas passing through the air passage to form charged particles; An excess charge collecting electrode for collecting excess charge that has not been charged to the fine particles; A heater capable of heating the air passage; A heater temperature measurement unit that measures the surface temperature of the heater; A control unit that executes a particle number detection process for determining the number of the particles in the gas; Equipped with When the control unit performs the particulate number detection process, the amount of heat supplied to the heater and the difference between the temperature of the gas and the surface temperature of the heater while the air passage is heated by the heater And determining the flow rate of the gas based on the physical quantity changing in accordance with the charge amount of the surplus charge collected by the surplus charge collection electrode and the flow rate of the gas per unit volume in the gas. Determine the number of particles in It is a thing.
  • the number-of-particles detector When executing the number-of-particles detection processing, the number-of-particles detector causes the air passage to be heated by the heater. In that state, the flow rate of the gas is determined based on the difference between the temperature of the gas and the surface temperature of the heater and the amount of heat supplied to the heater. Further, the number of particles per unit volume in the gas is determined based on the physical quantity that changes in accordance with the charge amount of the excess charge collected by the excess charge collection electrode and the flow rate of the gas.
  • the second particle number detector of the present invention has a function of measuring the flow rate of gas, so the number of particles per unit volume in the gas can be determined without preparing a flow meter separately. .
  • charge includes ions in addition to positive charge and negative charge.
  • the “physical amount” may be a parameter that changes according to the amount of charge, and examples thereof include current.
  • the “heat amount supplied to the heater” can be represented by any two physical quantities of the current flowing to the heater, the voltage applied to both ends of the heater, and the resistance of the heater. Therefore, "the amount of heat supplied to the heater” may be the amount of heat itself, or may be any two of the current flowing through the heater, the voltage applied across the heater, and the resistance of the heater. .
  • the surface temperature of the heater when the control unit executes the particle number detection process, the surface temperature of the heater is higher than the temperature of the gas, and the incineration temperature of the particles is It may be set to a lower temperature.
  • the surface temperature of the heater is higher than the temperature of the gas because the gas passing through the air passage takes away the heat supplied by the heater.
  • the reason why the surface temperature of the heater is lower than the incineration temperature of the particles is to prevent the particles from being incinerated. In this way, the number of particles can be determined more accurately.
  • the charge generation portion includes a discharge electrode and an induction electrode
  • the discharge electrode is provided along the inner surface of the air passage
  • the induction electrode is It may be embedded in the case or provided along the inner surface of the air passage.
  • the casing may have a thermal conductivity [W / m ⁇ K] at 20 ° C. of 3 or more and 200 or less.
  • the heat of the heater is relatively quickly conducted to the air passage, and the responsiveness of the temperature control of the air passage by the heater is improved.
  • the housing may be made of ceramic.
  • the ceramic is excellent in heat resistance, the heat resistance of the fine particle number detector is improved.
  • the ceramic include alumina and aluminum nitride.
  • the thermal conductivity at 20 ° C. is 30 [W / m ⁇ K] for alumina and 150 [W / m ⁇ K] for aluminum nitride.
  • the heater may be embedded in the housing.
  • the heat of the heater is conducted to the air passage more quickly than in the case where the heater is disposed outside the casing, so that the responsiveness of the temperature control of the air passage by the heater is improved.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a particulate number detector 10;
  • FIG. 2 is a perspective view of a charge generation unit 20
  • FIG. 16 is a partial cross-sectional view showing another configuration for generating an electric field on each collection electrode 30, 40.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a particulate number detector 110.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the particle number detector 10
  • FIG. 2 is a perspective view of the charge generation unit 20. As shown in FIG. 1
  • the fine particle number detector 10 measures the number of fine particles contained in a gas (for example, an exhaust gas of a car).
  • the particle number detector 10 includes a housing 12, a gas temperature measuring unit 14, a charge generating unit 20, an excess charge collecting electrode 30, a charged particle collecting electrode 40, a heater 50, and a heater temperature measuring unit. And a control unit 60.
  • the housing 12 is made of an insulating material and has an air passage 13.
  • the air passage 13 penetrates the housing 12 from one opening 13a to the other opening 13b.
  • a ceramic material is mentioned, for example.
  • the type of ceramic material is not particularly limited, and examples thereof include alumina, aluminum nitride, silicon carbide, mullite, zirconia, titania, silicon nitride, magnesia, glass, and mixtures thereof.
  • the housing 12 preferably has a thermal conductivity [W / m ⁇ K] at 20 ° C. of 3 or more and 200 or less.
  • the charge generating portion 20 In the air passage 13, from the upstream side to the downstream side of the gas flow (here, from the opening 13a to the opening 13b), the charge generating portion 20, the excess charge collection electrode 30, and the charged particle collection electrode 40 Are arranged in this order.
  • the gas temperature measurement unit 14 is an element that measures the temperature Ta of the gas passing through the air passage 13.
  • the gas temperature measurement unit 14 is installed on the inner surface of the air passage 13 via a heat insulating member.
  • the charge generating unit 20 is provided to generate a charge in the air passage 13.
  • the charge generation unit 20 has a discharge electrode 22 and two induction electrodes 24, 24.
  • the discharge electrode 22 is provided along the inner surface of the air passage 13, and as shown in FIG. 2, has a plurality of fine protrusions 22a around the rectangular shape.
  • the two induction electrodes 24, 24 are rectangular electrodes, and are embedded in the wall (housing 12) of the air passage 13 so as to be parallel to the discharge electrode 22 at an interval.
  • the high frequency high voltage (for example, pulse voltage etc.) of the discharge power supply 26 is applied between the discharge electrode 22 and the two induction electrodes 24, 24 so as to cause air potential by the potential difference between both electrodes. Discharge occurs.
  • the atmospheric discharge ionizes the gas present around the discharge electrode 22 to generate positive or negative charges 18.
  • the material used for the discharge electrode 22 is preferably a metal having a melting point of 1500 ° C. or more from the viewpoint of heat resistance during discharge.
  • Such metals can include titanium, chromium, iron, cobalt, nickel, niobium, molybdenum, tantalum, tungsten, iridium, palladium, platinum, gold or alloys thereof.
  • platinum and gold which have a small ionization tendency, are preferable in terms of corrosion resistance.
  • the discharge electrode 22 may be bonded to the inner surface of the air passage 13 via a glass paste, or may be formed as a sintered metal by firing a metal paste screen-printed on the inner surface of the air passage 13.
  • the same material as the discharge electrode 22 can be used for the induction electrodes 24, 24.
  • the fine particles 16 contained in the gas enter the air passage 13 through the opening 13a, and when passing through the charge generation unit 20, the charge 18 generated by the aerial discharge of the charge generation unit 20 is added to form charged fine particles P. Move downstream. Further, among the generated charges 18, those not added to the fine particles 16 move downstream as the charges 18.
  • the excess charge collecting electrode 30 is an electrode that removes the charge 18 that has not been added to the particles 16, and is provided along the inner surface of the air passage 13.
  • An electric field generating electrode 32 for collecting excess charge is provided at a position facing the excess charge collecting electrode 30 in the air passage 13.
  • the electric field generating electrode 32 is also provided along the inner surface of the air passage 13.
  • the charged particle collection electrode 40 is provided along the inner surface of the air passage 13.
  • the charged particle collection electrode 40 collects charged particles P.
  • An electric field generating electrode 42 for collecting charged particles is provided at a position facing the charged particle collection electrode 40 in the air passage 13.
  • the electric field generating electrode 42 is also provided along the inner surface of the air passage 13.
  • An electric field is generated on the top).
  • the charged particles P are attracted to and collected by the charged particle collecting electrode 40 by the electric field.
  • An ammeter 48 is connected to the charged particle collection electrode 40. The ammeter 48 detects the current flowing through the charged particle collection electrode 40 and outputs the detected current to the control unit 60.
  • each collection electrode 30, 40 and the strength of the electric field on each collection electrode 30, 40 are determined by the charged particle collection electrode 40 without the charged particle P being collected by the excess charge collection electrode 30.
  • the charge 18 which has not adhered to the particles 16 is set so as to be collected by the excess charge collecting electrode 30.
  • the heater 50 is embedded in the wall (housing 12) of the air passage 13.
  • the heater 50 is connected to a heater power supply 52.
  • the heater power supply 52 applies a voltage between terminals provided at both ends of the heater 50 to cause a current to flow through the heater 50, thereby causing the heater 50 to generate heat.
  • the material of the heater 50 is preferably a material having a relatively large temperature coefficient of resistance, for example, platinum, gold, silver, copper, iron, nickel, molybdenum, tungsten, etc. It is preferable to choose one.
  • the material powder of the housing 12 for example, powder of ceramic such as alumina or zirconia may be added to the heater 50.
  • the heater temperature measuring unit 54 is an element that measures the surface temperature T of the heater 50.
  • the heater temperature measuring unit 54 is provided on the surface of the heater 50.
  • the control unit 60 is configured by a known microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like.
  • the control unit 60 adjusts the voltage of the discharge power supply 26 and the voltage of the heater power supply 52, and inputs the temperature from the gas temperature measurement unit 14 or the heater temperature measurement unit 54, or the charged particle collection electrode 40 from the ammeter 48. Input the current flowing through the
  • the control unit 60 obtains the number of particles per unit volume in the gas passing through the air passage 13 and displays the number on the display 62.
  • the housing 12 provided with various electrodes 22, 24, 30, 32, 40, 42, the gas temperature measuring unit 14, the heater 50 and the heater temperature measuring unit 54 is a plurality of ceramic green sheets It can be produced using Specifically, for each of the plurality of ceramic green sheets, after providing a notch, a through hole, or a groove, screen printing an electrode or a wiring pattern, or arranging a temperature measuring element as necessary, laminating them And bake.
  • the notches, the through holes and the grooves may be filled with a material (for example, an organic material) which is burnt off at the time of firing.
  • the housing 12 provided with the various electrodes 22, 24, 30, 32, 40, 42, the gas temperature measuring unit 14, the heater 50, and the heater temperature measuring unit 54 is obtained.
  • the discharge power source 26 is connected to the discharge electrode 22 and the induction electrodes 24 and 24, the ammeter 48 is connected to the charged particle collection electrode 40, and the heater power source 52 is connected to the heater 50.
  • the control unit 40 is connected to the discharge power supply 26, the ammeter 48, the heater power supply 52, and the display 42.
  • the particulate number detector 10 When detecting the number of particulates 16 contained in the exhaust gas of a car, the particulate number detector 10 is mounted in the exhaust pipe of the engine. At this time, the particulate number detector 10 is attached so that the exhaust gas flows into the air passage 13 from the opening 13a of the particulate number detector 10 and flows out from the opening 13b.
  • the control unit 60 executes a particle number detection process for determining the number of particles 16 in the gas. At that time, the control unit 60 heats the air passage 13 by the heater 50. Specifically, the control unit 60 receives the gas temperature Ta from the gas temperature measurement unit 14 and the surface temperature T of the heater 50 from the heater temperature measurement unit 54, and the gas temperature Ta is set in advance. The voltage V H of the heater power supply 52 applied to the heater 50 is controlled so as to be a temperature. Control unit 60, to a temperature Ta of the gas reaches a set temperature, increasing the surface temperature T of the heater 50 is gradually increasing the voltage V H across the heater 50.
  • the control unit 60 causes the temperature T of the heater 50 to be higher than the temperature Ta of the gas and lower than the incineration temperature (for example, 600 ° C.) of the particles 16.
  • the heat amount (dissipated heat amount) Q H transferred from the housing 12 to the gas is represented by the following formula (1).
  • the heat amount (supply heat amount) Q supplied to the heater 50 is expressed by the following equation (2).
  • Equation (1) is called King's equation.
  • Supply quantity Q is the same as the dissipation heat Q H by the cooling effect of the gas. Therefore, the right side of Formula (1) and the right side of Formula (2) are equal.
  • a and b are constants
  • T and Ta are measured values
  • V H is a value adjusted by the control unit 60.
  • the resistance R H of the heater 50 is a function of the temperature, and can be calculated from the surface temperature T of the heater 50. Therefore, the control unit 60 can obtain the flow velocity U of the gas from these equations.
  • the flow rate q (volume flow rate) of the gas is a value obtained by multiplying the flow velocity U by the cross-sectional area S of the air passage 13. Therefore, the control unit 60 can also obtain the flow rate q of the gas
  • the control unit 60 sets the distance between the discharge electrode 22 and the induction electrode 24 such that the number of charges 18 generated by the aerial discharge of the charge generation unit 20 exceeds the number of particles 16 expected to be contained in the gas.
  • the voltage of the discharge power supply 26 applied to the The fine particles 16 in the gas that has flowed into the air passage 13 bear the charge 18 when passing through the charge generation unit 20 and become the charged fine particles P.
  • the charged particles P move along the flow of the gas without being collected by the excess charge collection electrode 30, and then collected by the charged particle collection electrode 40.
  • those not added to the fine particles 16 are collected by the excess charge collection electrode 30 and discarded to GND.
  • the controller 60 obtains the number of particles per unit volume based on the detection current input from the ammeter 48 connected to the charged particle collection electrode 40 and the gas flow rate q, and displays the number on the display 62.
  • the number of fine particles per unit volume in gas (unit: number / cc) is calculated by the following equation (3).
  • the average charge number (unit: number) is an average value of the charges 18 attached to one particle 16 and can be calculated in advance from the measurement values of the microammeter and the particle number counter.
  • the elementary charge amount (unit: C) is a constant which is also called elementary charge.
  • the flow rate (unit: cc / s) is the flow rate q of the gas calculated as described above.
  • Number of fine particles (detection current) / ⁇ (average charge number) ⁇ (elemental charge amount) ⁇ (flow rate) ⁇ (3)
  • the heater 50 causes the charged particle collection electrode 40 to be at a predetermined particle burning temperature (e.g. By raising the temperature to 0 ° C., a refresh process is performed to burn off the fine particles 16 deposited on the charged fine particle collection electrode 40.
  • the timing of the refresh process may be generated, for example, each time a predetermined period elapses, or may be generated every time the number of particles deposited on the charged particle collection electrode 40 reaches a predetermined number.
  • the air passage 13 may be clogged to cause the gas flow rate to become zero every time it continues for a predetermined time.
  • the control unit 60 does not execute the particle number detection process while the refresh process is being performed.
  • the air passage 13 is heated by the heater 50.
  • the flow rate q of the gas is determined based on
  • a unit volume in the gas is determined based on the physical quantity (the current flowing to the charged particle collecting electrode 40) that changes according to the charge amount of the charged particles P collected by the charged particle collecting electrode 40 and the flow rate q of the gas. Determine the number of particles per shot.
  • the number-of-particles detector 10 has a function of measuring the flow rate q of gas, the number of particles 16 per unit volume in the gas can be determined without preparing a flow meter separately. it can.
  • the control unit 60 sets the surface temperature T of the heater 50 to a temperature higher than the temperature Ta of the gas and lower than the incineration temperature of the particulates 16.
  • the surface temperature T of the heater 50 is made higher than the temperature Ta of the gas because the gas passing through the air passage 13 deprives the heat supplied to the housing 12 by the heater 50.
  • the surface temperature of the heater 50 is made lower than the incineration temperature of the particles in order to prevent the particles from being incinerated. In this way, the number of particles 16 can be determined more accurately.
  • the flow rate of gas is determined by the principle of a so-called thermal flow meter, so the heater 50 can be used both for detecting the flow rate of gas and refreshing the charged particle collection electrode 40.
  • the discharge electrode 22 is provided along the inner surface of the air passage 13, and the induction electrode 24 is embedded in the wall (housing 12) of the air passage 13. Therefore, the flow of gas passing through the air passage 13 is unlikely to be blocked by the charge generation unit 20. Therefore, the gas flow rate can be determined more accurately.
  • the housing 12 has a thermal conductivity [W / m ⁇ K] at 20 ° C. of 3 or more and 200 or less. Therefore, the heat of the heater 50 is conducted to the air passage 13 relatively quickly, and the responsiveness of the adjustment of the temperature Ta by the heater 50 becomes good. Further, since the housing 12 is made of ceramic, the heat resistance of the particle number detector 10 is improved.
  • the heater 50 is embedded in the wall (housing 12) of the air passage 13. Therefore, the heat of the heater 50 is conducted to the air passage 13 more quickly than in the case where the heater is disposed outside the housing 12 or the like. Therefore, the responsiveness of the adjustment of the temperature Ta by the heater 50 is improved.
  • the charged particle collecting electrode 40 collects the charged particles P using an electric field, the charged particles P can be efficiently collected on the charged particle collecting electrode 40.
  • the electric field generating electrodes 32 and 42 are provided along the inner surface of the air passage 13 in the above-described embodiment, they may be embedded in the wall (the housing 12) of the air passage 13. Further, as shown in FIG. 3, instead of the electric field generating electrode 32, a pair of electric field generating electrodes 34 and 36 are embedded in the wall of the air passage 13 so as to sandwich the surplus charge collecting electrode 30. Alternatively, the pair of electric field generating electrodes 44 and 46 may be embedded in the wall of the air passage 13 so as to sandwich the charged particle collecting electrode 40. In this case, when a voltage is applied to the pair of electric field generating electrodes 34 and 36 to generate an electric field on the surplus charge collecting electrode 30, the charges 18 are collected by the surplus charge collecting electrode 30. When a voltage is applied to the pair of electric field generating electrodes 44 and 46 to generate an electric field on the charged particle collecting electrode 40, the charged particles P are collected by the charged particle collecting electrode 40.
  • the charge generation unit 20 is configured by the discharge electrode 22 provided along the inner surface of the air passage 13 and the two induction electrodes 24 and 24 embedded in the housing 12;
  • any configuration may be used as long as it generates an electric charge.
  • the induction electrodes 24, 24 instead of embedding the induction electrodes 24, 24 in the wall of the air passage 13, they may be provided along the inner surface of the air passage 13.
  • the induction electrode 24 may be bonded to the inner surface of the air passage 13 via a glass paste, or the metal paste screen-printed on the inner surface of the air passage 13 may be fired to form a sintered metal.
  • the charge generation portion may be configured of a needle electrode and a counter electrode.
  • the heater 50 is embedded in the lower wall of the air passage 13, but may be embedded in the upper wall of the air passage 13, or may be embedded in the upper and lower walls of the air passage 13.
  • the tubular or spiral heater 50 may be embedded in the housing 12.
  • the heater 50 may be disposed on the outer surface of the housing 12 instead of being embedded in the housing 12.
  • the gas temperature measurement unit 14 is attached to a position close to the inner surface of the air passage 13.
  • the gas measurement unit 14 may be attached to a position close to the central axis of the air passage 13.
  • the charge generation unit 20 is provided below the air passage 13.
  • the charge generation unit 20 may be provided above the air passage 13, or may be provided on both upper and lower sides of the air passage 13.
  • the electric field is generated on the charged particle collecting electrode 40, but even when the electric field is not generated, the distance between the portions of the air passage 13 where the charged particle collecting electrode 40 is provided If the thickness) is adjusted to a minute value (for example, 0.01 mm or more and less than 0.2 mm), it is possible to collect the charged particles P on the charged particle collection electrode 40. That is, since the charged fine particles P have intense Brownian motion, the charged fine particles P can be made to collide with the charged fine particle collecting electrode 40 and be collected by setting the flow channel thickness to a minute value. In this case, the field generating electrode 42 may not be provided.
  • the number of particles per unit volume in the gas is determined using the number-of-particles detector 10.
  • the number of particles per unit volume in the gas is calculated using the number-of-particles detector 110 shown in FIG. You may ask.
  • the particle number detector 110 has the same configuration as the particle number detector 10 except that the charged particle collecting electrode 40 and the charge generating electrode 42 are omitted and the ammeter 48 is connected to the surplus charge collecting electrode 30 and the control unit 60.
  • the same components as those of the particle number detector 10 are denoted by the same reference numerals.
  • the ammeter 48 detects the current flowing through the excess charge collecting electrode 30 and outputs the current to the control unit 60.
  • the voltage applied between the discharge electrode 22 and the induction electrode 24 is adjusted to generate a predetermined amount of charge 18 per unit time.
  • the size of the excess charge collection electrode 30 and the strength of the electric field on the excess charge collection electrode 30 are such that the excess charge is collected by the excess charge collection electrode 30 but the charged particles P are not collected. Is set. Therefore, the charged fine particles P do not get collected by the excess charge collecting electrode 30 and come out of the opening 13 b of the air passage 13.
  • the control unit 60 of the fine particle number detector 10 executes the fine particle number detection process, the temperature Ta of the gas and the surface of the heater 50 are in a state in which the air passage 13 is heated by the heater 50 as in the embodiment described above.
  • the gas flow rate q is obtained.
  • the number of particles per unit volume in the gas (unit: individual) based on the physical quantity (current) that changes in accordance with the charge amount of the excess charge collected by the excess charge collection electrode 30 and the flow rate q of the gas Calculate / cc)
  • the difference between the total number of charges 18 generated and the number of surplus charges is divided by the average charge number of the charged fine particles P to obtain the number of charged fine particles, which is divided by the flow rate q. Since the number-of-particles detector 110 also has a function of measuring the flow rate of the gas, the number of particles per unit volume in the gas can be determined without separately preparing a flow meter.
  • the present invention is applicable to, for example, a particle number detector for determining the number of particles in a gas.

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Abstract

微粒子数検出器は、ガス中の微粒子の数を求める微粒子数検出処理を実行する制御部を備える。制御部は、微粒子数検出処理を実行する際には、ヒータによって通気路を加熱した状態で、ガスの温度とヒータの表面温度との差とヒータに供給される熱量とに基づいてガスの流量を求め、帯電微粒子捕集電極に捕集された帯電微粒子の電荷量に応じて変化する物理量とガスの流量とに基づいてガス中の単位体積当たりの微粒子の数を求める。

Description

微粒子数検出器
　本発明は、微粒子数検出器に関する。
　微粒子数検出器としては、電荷発生素子でコロナ放電によりイオンを発生させ、そのイオンにより被測定ガス中の微粒子を帯電し、帯電した微粒子を捕集し、捕集された微粒子の電荷の量に基づいて微粒子の個数を測定するものが知られている。また、こうした微粒子数検出器において、捕集された微粒子をヒータで加熱して焼却したり、ガスの流入孔や排出孔に溜まった微粒子をヒータで加熱して焼却したりすることが提案されている（例えば特許文献１参照）。
国際公開第２０１５／１４６４５６号パンフレット
　ところで、被測定ガス中の単位体積当たりの微粒子の数を求めるには、被測定ガスの流量を用いる必要がある。しかしながら、特許文献１の微粒子数検出器は、被測定ガスの流量を測定する機能を備えていないため、被測定ガス中の単位体積当たりの微粒子の数を求めることができなかった。
　本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、ガス中の単位体積当たりの微粒子の数を求めることを主目的とする。
　本発明の第１の微粒子数検出器は、
　通気路を有する筐体と、
　前記通気路内を通過するガスの温度を測定するガス測温部と、
　前記通気路内で気中放電により電荷を発生し、前記通気路内を通過するガス中の微粒子に前記電荷を付加して帯電微粒子にする電荷発生部と、
　前記帯電微粒子を捕集する帯電微粒子捕集電極と、
　前記通気路を加熱可能なヒータと、
　前記ヒータの表面温度を測定するヒータ測温部と、
　前記ガス中の前記微粒子の数を求める微粒子数検出処理を実行する制御部と、
　を備え、
　前記制御部は、前記微粒子数検出処理を実行する際には、前記ヒータによって前記通気路を加熱した状態で、前記ガスの温度と前記ヒータの表面温度との差と前記ヒータに供給される熱量とに基づいて前記ガスの流量を求め、前記帯電微粒子捕集電極に捕集された前記帯電微粒子の電荷量に応じて変化する物理量と前記ガスの流量とに基づいて前記ガス中の単位体積当たりの前記微粒子の数を求める、
　ものである。
　この微粒子数検出器は、微粒子数検出処理を実行する際には、ヒータによって通気路を加熱した状態にする。その状態で、ガスの温度とヒータの表面温度との差とヒータに供給される熱量とに基づいてガスの流量を求める。また、帯電微粒子捕集電極に捕集された帯電微粒子の電荷量に応じて変化する物理量とガスの流量とに基づいてガス中の単位体積当たりの微粒子の数を求める。本発明の第１の微粒子数検出器は、ガスの流量を測定する機能を備えているため、別途流量計を用意しなくても、ガス中の単位体積当たりの微粒子の数を求めることができる。
　本発明の第１の微粒子数検出器において、前記制御部は、前記微粒子数検出処理を実行していないときに、前記ヒータによって前記帯電微粒子捕集電極を所定の微粒子焼却温度に昇温することにより、前記帯電微粒子捕集電極に堆積した前記微粒子を焼却するリフレッシュ処理を実行してもよい。こうすれば、ヒータを、ガスの流量の検出と帯電微粒子捕集電極のリフレッシュの両方に利用することができる。
　本発明の第２の微粒子数検出器は、
　通気路を有する筐体と、
　前記通気路内を通過するガスの温度を測定するガス測温部と、
　前記通気路内で気中放電により電荷を発生し、前記通気路内を通過するガス中の微粒子に前記電荷を付加して帯電微粒子にする電荷発生部と、
　前記微粒子に帯電しなかった余剰電荷を捕集する余剰電荷捕集電極と、
　前記通気路を加熱可能なヒータと、
　前記ヒータの表面温度を測定するヒータ測温部と、
　前記ガス中の前記微粒子の数を求める微粒子数検出処理を実行する制御部と、
　を備え、
　前記制御部は、前記微粒子数検出処理を実行する際には、前記ヒータによって前記通気路を加熱した状態で、前記ガスの温度と前記ヒータの表面温度との差と前記ヒータに供給される熱量とに基づいて前記ガスの流量を求め、前記余剰電荷捕集電極に捕集された前記余剰電荷の電荷量に応じて変化する物理量と前記ガスの流量とに基づいて前記ガス中の単位体積当たりの前記微粒子の数を求める、
　ものである。
　この微粒子数検出器は、微粒子数検出処理を実行する際には、ヒータによって通気路を加熱した状態にする。その状態で、ガスの温度とヒータの表面温度との差とヒータに供給される熱量とに基づいてガスの流量を求める。また、余剰電荷捕集電極に捕集された余剰電荷の電荷量に応じて変化する物理量とガスの流量とに基づいてガス中の単位体積当たりの微粒子の数を求める。本発明の第２の微粒子数検出器は、ガスの流量を測定する機能を備えているため、別途流量計を用意しなくても、ガス中の単位体積当たりの微粒子の数を求めることができる。
　なお、本明細書において、「電荷」とは、正電荷や負電荷のほかイオンを含むものとする。「物理量」とは、電荷量に応じて変化するパラメータであればよく、例えば電流などが挙げられる。「ヒータに供給される熱量」は、ヒータに流れる電流、ヒータの両端に印加する電圧及びヒータの抵抗のうちのいずれか２つの物理量によって表すことができる。そのため、「ヒータに供給される熱量」は、熱量そのものであってもよいし、ヒータに流れる電流、ヒータの両端に印加する電圧及びヒータの抵抗のうちのいずれか２つの物理量であってもよい。
　本発明の第１又は第２の微粒子数検出器において、前記制御部は、前記微粒子数検出処理を実行する際には、前記ヒータの表面温度を前記ガスの温度よりも高く前記微粒子の焼却温度よりも低い温度に設定してもよい。ヒータの表面温度をガスの温度よりも高くするのは、通気路を通過するガスがヒータによって供給された熱を奪うからである。ヒータの表面温度を微粒子の焼却温度よりも低くするのは、微粒子が焼却されてしまうのを防止するためである。このようにすれば、微粒子の数をより正確に求めることができる。
　本発明の第１又は第２の微粒子数検出器において、前記電荷発生部は、放電電極と誘導電極とを含み、前記放電電極は、前記通気路の内面に沿って設けられ、前記誘導電極は、前記筐体に埋設されているか前記通気路の内面に沿って設けられていてもよい。こうすれば、通気路を通過するガスの流れが電荷発生部によって妨げられにくいため、ガスの流量をより正確に求めることができる。なお、放電電極や誘導電極は、通気路の内面に無機材料で接合されていてもよいし、通気路の内面に焼結により接合されていてもよい。
　本発明の第１又は第２の微粒子数検出器において、前記筐体は、２０℃における熱伝導率［Ｗ／ｍ・Ｋ］が３以上２００以下であってもよい。こうすれば、ヒータの熱が比較的速やかに通気路に伝導されるため、ヒータによる通気路の温度調整の応答性が良好になる。
　本発明の第１又は第２の微粒子数検出器において、前記筐体は、セラミック製であってもよい。こうすれば、セラミックは耐熱性に優れるため、微粒子数検出器の耐熱性が向上する。セラミックとしては、例えばアルミナや窒化アルミニウムなどが挙げられる。なお、２０℃における熱伝導率は、アルミナが３０［Ｗ／ｍ・Ｋ］、窒化アルミニウムが１５０［Ｗ／ｍ・Ｋ］である。
　本発明の第１又は第２の微粒子数検出器において、前記ヒータは、前記筐体に埋設されていてもよい。こうすれば、ヒータが筐体の外側に配置されている場合に比べて、ヒータの熱が速やかに通気路に伝導されるため、ヒータによる通気路の温度調整の応答性が良好になる。
微粒子数検出器１０の概略構成を表す断面図。 電荷発生部２０の斜視図。 各捕集電極３０，４０上に電界を発生させる別の構成を示す部分断面図。 微粒子数検出器１１０の概略構成を表す断面図。
　本発明の好適な実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は微粒子数検出器１０の概略構成を表す断面図、図２は電荷発生部２０の斜視図である。
　微粒子数検出器１０は、ガス（例えば自動車の排ガス）に含まれる微粒子の数を計測するものである。この微粒子数検出器１０は、筐体１２と、ガス測温部１４と、電荷発生部２０と、余剰電荷捕集電極３０と、帯電微粒子捕集電極４０と、ヒータ５０と、ヒータ測温部５４と、制御部６０とを備えている。
　筐体１２は、絶縁材料からなり、通気路１３を有している。通気路１３は、一方の開口１３ａから他方の開口１３ｂまで筐体１２を貫通している。絶縁材料としては、例えばセラミック材料が挙げられる。セラミック材料の種類は、特に限定するものではないが、例えばアルミナや窒化アルミニウム、炭化珪素、ムライト、ジルコニア、チタニア、窒化珪素、マグネシア、ガラス、またはこれらの混合物などが挙げられる。筐体１２は、２０℃における熱伝導率［Ｗ／ｍ・Ｋ］が３以上２００以下であることが好ましい。通気路１３内には、ガスの流れの上流側から下流側に向かって（ここでは開口１３ａから開口１３ｂに向かって）、電荷発生部２０、余剰電荷捕集電極３０及び帯電微粒子捕集電極４０がこの順に並ぶように設けられている。
　ガス測温部１４は、通気路１３内を通過するガスの温度Ｔａを測定する素子である。ガス測温部１４は、通気路１３の内面に断熱部材を介して設置されている。
　電荷発生部２０は、通気路１３内に電荷を発生するように設けられている。電荷発生部２０は、放電電極２２と２つの誘導電極２４，２４とを有している。放電電極２２は、通気路１３の内面に沿って設けられ、図２に示すように、矩形の周囲に複数の微細突起２２ａを有している。２つの誘導電極２４，２４は、矩形電極であり、通気路１３の壁（筐体１２）に間隔をあけて放電電極２２と平行となるように埋設されている。電荷発生部２０では、放電電極２２と２つの誘導電極２４，２４との間に放電用電源２６の高周波高電圧（例えばパルス電圧等）が印加されることで、両電極間の電位差による気中放電が発生する。このとき、筐体１２のうち放電電極２２と誘導電極２４，２４との間の部分が誘電体層の役割を果たす。この気中放電によって、放電電極２２の周囲に存在するガスがイオン化されて正又は負の電荷１８が発生する。放電電極２２に用いられる材料としては、放電時の耐熱性の点から融点が１５００℃以上の金属が好ましい。こうした金属としては、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、ニオブ、モリブデン、タンタル、タングステン、イリジウム、パラジウム、白金、金またはそれらの合金を挙げることができる。中でも、耐腐食性の点から、イオン化傾向が小さい白金と金が好ましい。放電電極２２は、ガラスペーストを介して通気路１３の内面に接合してもよいし、通気路１３の内面にスクリーン印刷した金属ペーストを焼成して燒結金属として形成してもよい。誘導電極２４，２４も、放電電極２２と同様の材料を用いることができる。
　ガスに含まれる微粒子１６は、開口１３ａから通気路１３内に入り、電荷発生部２０を通過する際に電荷発生部２０の気中放電によって発生した電荷１８が付加されて帯電微粒子Ｐとなって下流に移動する。また、発生した電荷１８のうち微粒子１６に付加されなかったものは、電荷１８のまま下流に移動する。
　余剰電荷捕集電極３０は、微粒子１６に付加されなかった電荷１８を除去する電極であり、通気路１３の内面に沿って設けられている。通気路１３のうち、余剰電荷捕集電極３０と対向する位置には余剰電荷捕集用の電界発生電極３２が設けられている。この電界発生電極３２も、通気路１３の内面に沿って設けられている。電界発生電極３２と余剰電荷捕集電極３０との間に図示しない電界発生用電源の電圧が印加されると、電界発生電極３２と余剰電荷捕集電極３０との間（余剰電荷捕集電極３０上）に電界が発生する。電荷発生部２０の気中放電によって発生した電荷１８のうち微粒子１６に付加されなかったものは、この電界によって余剰電荷捕集電極３０に引き寄せられて捕集され、ＧＮＤ（グランド）に捨てられる。
　帯電微粒子捕集電極４０は、通気路１３の内面に沿って設けられている。帯電微粒子捕集電極４０は、帯電微粒子Ｐを捕集する。通気路１３のうち帯電微粒子捕集電極４０と対向する位置には、帯電微粒子捕集用の電界発生電極４２が設けられている。この電界発生電極４２も、通気路１３の内面に沿って設けられている。電界発生電極４２と帯電微粒子捕集電極４０との間に図示しない電界発生用電源の電圧が印加されると、電界発生電極４２と帯電微粒子捕集電極４０との間（帯電微粒子捕集電極４０上）に電界が発生する。帯電微粒子Ｐは、この電界によって帯電微粒子捕集電極４０に引き寄せられて捕集される。帯電微粒子捕集電極４０には、電流計４８が接続されている。この電流計４８は、帯電微粒子捕集電極４０を流れる電流を検出して制御部６０に出力する。
　各捕集電極３０，４０のサイズや各捕集電極３０，４０上の電界の強さは、帯電微粒子Ｐが余剰電荷捕集電極３０に捕集されることなく帯電微粒子捕集電極４０に捕集されるように、また、微粒子１６に付着しなかった電荷１８が余剰電荷捕集電極３０に捕集されるように、設定されている。
　ヒータ５０は、通気路１３の壁（筐体１２）に埋設されている。ヒータ５０は、ヒータ電源５２に接続されている。ヒータ電源５２は、ヒータ５０の両端に設けられた端子同士の間に電圧を印加してヒータ５０に電流を流すことにより、ヒータ５０を発熱させる。ヒータ５０の材料は、抵抗温度係数の比較的大きな材料が好ましく、例えば白金、金、銀、銅、鉄、ニッケル、モリブデン、タングステンなどが挙げられるが、筐体１２の材料と熱膨張係数の近いものを選ぶのが好ましい。また、ヒータ５０と筐体１２との熱膨張係数の差を低減させるために、ヒータ５０に筐体１２の材料粉末（例えばアルミナやジルコニア等のセラミックの粉末）を添加してもよい。
　ヒータ測温部５４は、ヒータ５０の表面温度Ｔを測定する素子である。ヒータ測温部５４は、ヒータ５０の表面に設けられている。
　制御部６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなる周知のマイクロコンピュータによって構成されている。制御部６０は、放電用電源２６の電圧やヒータ電源５２の電圧を調整すると共に、ガス測温部１４やヒータ測温部５４から温度を入力したり、電流計４８から帯電微粒子捕集電極４０を流れる電流を入力したりする。制御部６０は、通気路１３を通過するガス中の単位体積当たりの微粒子数を求め、ディスプレイ６２に表示する。
　次に、微粒子数検出器１０の製造例について説明する。微粒子数検出器１０のうち、各種電極２２，２４，３０，３２，４０，４２、ガス測温部１４、ヒータ５０及びヒータ測温部５４を備えた筐体１２は、複数枚のセラミックグリーンシートを用いて作製することができる。具体的には、複数枚のセラミックグリーンシートの各々について、必要に応じて切欠や貫通孔や溝を設けたり電極や配線パターンをスクリーン印刷したり測温素子を配置したりした後、それらを積層して焼成する。なお、切欠や貫通孔や溝については、焼成時に焼失するような材料（例えば有機材料）で充填しておいてもよい。こうして、各種電極２２，２４，３０，３２，４０，４２、ガス測温部１４、ヒータ５０及びヒータ測温部５４を備えた筐体１２を得る。続いて、放電用電源２６を放電電極２２と誘導電極２４，２４に接続し、電流計４８を帯電微粒子捕集電極４０に接続し、ヒータ電源５２をヒータ５０に接続する。また、制御部４０を放電用電源２６、電流計４８、ヒータ電源５２及びディスプレイ４２に接続する。こうすることにより、微粒子数検出器１０を作製することができる。
　次に、微粒子数検出器１０の使用例について説明する。自動車の排ガスに含まれる微粒子１６の数を検出する場合、エンジンの排気管内に微粒子数検出器１０を取り付ける。このとき、排ガスが微粒子数検出器１０の開口１３ａから通気路１３に流入し、開口１３ｂから流出するように微粒子数検出器１０を取り付ける。
　制御部６０は、ガス中の微粒子１６の数を求める微粒子数検出処理を実行する。その際、制御部６０は、ヒータ５０によって通気路１３を加熱する。具体的には、制御部６０は、ガス測温部１４からガスの温度Ｔａを入力すると共にヒータ測温部５４からヒータ５０の表面温度Ｔを入力し、ガスの温度Ｔａが予め定められた設定温度になるように、ヒータ５０に印加されるヒータ電源５２の電圧ＶHを制御する。制御部６０は、ガスの温度Ｔａが設定温度に達するまで、ヒータ５０の両端の電圧ＶHを徐々に高くしてヒータ５０の表面温度Ｔを上昇させる。ガスの流速が速い場合、ガスが筐体１２から奪う熱が多くなり、ガスの流速が遅い場合には、ガスが筐体１２から奪う熱が少なくなる。そのため、ガスの流速が速いほどヒータ５０の表面温度Ｔは高くなる。また、制御部６０は、ヒータ５０の温度Ｔを、ガスの温度Ｔａよりも高く、微粒子１６の焼却温度（例えば６００℃）よりも低い温度になるようにする。
　筐体１２からガスに移動する熱量（放散熱量）ＱHは下記式（１）で表される。ヒータ５０に供給される熱量（供給熱量）Ｑは下記式（２）で表される。式（１）はＫｉｎｇの式と呼ばれる。供給熱量Ｑは、ガスの冷却作用による放散熱量ＱHと同じになる。そのため、式（１）の右辺と式（２）の右辺は等しい。ここで、ａ，ｂは定数であり、Ｔ，Ｔａは測定値であり、ＶH は制御部６０によって調整される値である。ヒータ５０の抵抗ＲHは、温度の関数であるため、ヒータ５０の表面温度Ｔから算出することができる。したがって、制御部６０は、これらの式からガスの流速Ｕを求めることができる。ガスの流量ｑ（体積流量）は、流速Ｕに通気路１３の断面積Ｓを乗じた値であるため、制御部６０は、これらの式からガスの流量ｑも求めることができる。
ＱH＝（ａ＋ｂ×Ｕ1/2）×（Ｔ－Ｔａ）　…（１）
　ａ，ｂ：ガス及びヒータ５０の形状により決まる定数
　Ｕ：ガスの流速
　Ｔａ：ガスの温度
　Ｔ：ヒータ５０の表面温度
Ｑ＝ＶH 2／ＲH　…（２）
　ＶH：ヒータ５０の両端の電圧
　ＲH：ヒータ５０の抵抗
　制御部６０は、電荷発生部２０の気中放電によって発生される電荷１８の数がガス中に含まれると予想される微粒子１６の数を上回るように、放電電極２２と誘導電極２４との間に印加される放電用電源２６の電圧を調整する。通気路１３内に流入したガス中の微粒子１６は、電荷発生部２０を通過する際に電荷１８を帯びて帯電微粒子Ｐになる。帯電微粒子Ｐは、余剰電荷捕集電極３０に捕集されることなくガスの流れに沿って移動し、その後、帯電微粒子捕集電極４０に捕集される。一方、電荷発生部２０で発生した電荷１８のうち微粒子１６に付加しなかったものは、余剰電荷捕集電極３０に捕集されてＧＮＤに捨てられる。
　制御部６０は、帯電微粒子捕集電極４０に接続された電流計４８から入力した検出電流とガスの流量ｑとに基づいて単位体積当たりの微粒子数を求め、その数をディスプレイ６２に表示する。ガス中の単位体積当たりの微粒子数（単位：個／ｃｃ）は、下記式（３）により算出される。式（３）中、検出電流（単位：Ａ（＝Ｃ／ｓ））は、電流計４８から入力した電流である。平均帯電数（単位：個）は、１つの微粒子１６に付着する電荷１８の平均値であり、予め微小電流計と粒子数カウンタの測定値から算出可能な値である。素電荷量（単位：Ｃ）は、電荷素量とも呼ばれる定数である。流量（単位：ｃｃ／ｓ）は、上述したように算出されるガスの流量ｑである。
　微粒子数＝（検出電流）／｛（平均帯電数）×（素電荷量）×（流量）｝…（３）
　また、制御部６０は、微粒子数検出処理を実行していない期間において、リフレッシュ処理のタイミングになったならば、ヒータ５０によって帯電微粒子捕集電極４０を所定の微粒子焼却温度（例えば６００℃とか７００℃）に昇温することにより、帯電微粒子捕集電極４０に堆積した微粒子１６を焼却するリフレッシュ処理を実行する。リフレッシュ処理のタイミングは、例えば、所定期間が経過するごとに発生するようにしてもよいし、帯電微粒子捕集電極４０に堆積した微粒子数が所定数に達するごとに発生するようにしてもよいし、更に通気路１３に詰まりが生じてガスの流量がゼロになった状態が所定時間継続したごとに発生するようにしてもよい。制御部６０は、リフレッシュ処理の実行中は微粒子数検出処理を実行しない。
　以上説明した微粒子数検出器１０では、微粒子数検出処理を実行する際には、ヒータ５０によって通気路１３を加熱した状態にする。その状態で、ガスの温度Ｔａとヒータ５０の表面温度Ｔとの差（＝Ｔ－Ｔａ）とヒータ５０に供給される熱量Ｑ（例えばヒータ５０の両端の電圧ＶHとヒータ５０の抵抗ＲH）とに基づいてガスの流量ｑを求める。また、帯電微粒子捕集電極４０に捕集された帯電微粒子Ｐの電荷量に応じて変化する物理量（帯電微粒子捕集電極４０に流れる電流）とガスの流量ｑとに基づいてガス中の単位体積当たりの微粒子の数を求める。このように、微粒子数検出器１０は、ガスの流量ｑを測定する機能を備えているため、別途流量計を用意しなくても、ガス中の単位体積当たりの微粒子１６の数を求めることができる。
　また、制御部６０は、微粒子数検出処理を実行する際には、ヒータ５０の表面温度Ｔをガスの温度Ｔａよりも高く微粒子１６の焼却温度よりも低い温度に設定する。ヒータ５０の表面温度Ｔをガスの温度Ｔａよりも高くするのは、通気路１３内を通過するガスがヒータ５０によって筐体１２に供給された熱を奪うからである。ヒータ５０の表面温度を微粒子の焼却温度よりも低くするのは、微粒子が焼却されてしまうのを防止するためである。このようにすれば、微粒子１６の数をより正確に求めることができる。
　更に、微粒子数検出器１０では、ガスの流量をいわゆる熱式流量計の原理によって求めるため、ヒータ５０をガスの流量の検出と帯電微粒子捕集電極４０のリフレッシュの両方に兼用することができる。
　更にまた、放電電極２２は、通気路１３の内面に沿って設けられ、誘導電極２４は、通気路１３の壁（筐体１２）に埋設されている。そのため、通気路１３を通過するガスの流れが電荷発生部２０によって妨げられにくい。したがって、ガスの流量をより正確に求めることができる。
　そしてまた、筐体１２は、２０℃における熱伝導率［Ｗ／ｍ・Ｋ］が３以上２００以下である。そのため、ヒータ５０の熱が比較的速やかに通気路１３に伝導され、ヒータ５０による温度Ｔａの調整の応答性が良好になる。また、筐体１２はセラミック製であるため、微粒子数検出器１０の耐熱性が向上する。
　そして更に、ヒータ５０は、通気路１３の壁（筐体１２）に埋設されている。そのため、ヒータが筐体１２の外側に配置されている場合等に比べて、ヒータ５０の熱が速やかに通気路１３に伝導される。したがって、ヒータ５０による温度Ｔａの調整の応答性が良好になる。
　そして更にまた、帯電微粒子捕集電極４０は電界を利用して帯電微粒子Ｐを捕集するため、帯電微粒子捕集電極４０に帯電微粒子Ｐを効率よく捕集することができる。
　なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
　例えば、上述した実施形態では、電界発生電極３２，４２を通気路１３の内面に沿って設けたが、通気路１３の壁（筐体１２）に埋設してもよい。また、図３に示すように、電界発生電極３２の代わりに、余剰電荷捕集電極３０を挟むように一対の電界発生電極３４，３６を通気路１３の壁に埋設し、電界発生電極４２の代わりに、帯電微粒子捕集電極４０を挟むように一対の電界発生電極４４，４６を通気路１３の壁に埋設してもよい。この場合、一対の電界発生電極３４，３６に電圧を印加して余剰電荷捕集電極３０上に電界を発生させると、余剰電荷捕集電極３０に電荷１８が捕集される。また、一対の電界発生電極４４，４６に電圧を印加して帯電微粒子捕集電極４０上に電界を発生させると、帯電微粒子捕集電極４０に帯電微粒子Ｐが捕集される。
　上述した実施形態では、電荷発生部２０として、通気路１３の内面に沿って設けられた放電電極２２と筐体１２に埋設された２つの誘導電極２４，２４とにより構成したが、気中放電により電荷を発生するものであれば特にどのような構成でも構わない。例えば、誘導電極２４，２４を通気路１３の壁に埋設する代わりに、通気路１３の内面に沿って設けてもよい。その場合、誘導電極２４は、ガラスペーストを介して通気路１３の内面に接合してもよいし、通気路１３の内面にスクリーン印刷した金属ペーストを焼成して燒結金属として形成してもよい。あるいは、国際公開第２０１５／１４６４５６号パンフレットに記載されているように、電荷発生部を針状電極と対向電極とで構成してもよい。
　上述した実施形態では、ヒータ５０を通気路１３の下側の壁に埋設したが、通気路１３の上側の壁に埋設してもよいし、通気路１３の上下両側の壁に埋設してもよいし、管状又は螺旋状のヒータ５０を筐体１２に埋設してもよい。また、ヒータ５０を筐体１２に埋設する代わりに筐体１２の外面に配置してもよい。
　上述した実施形態では、ガス測温部１４を通気路１３の内面に近い位置に取り付けたが、ガス測温部１４を通気路１３の中心軸に近い位置に取り付けてもよい。
　上述した実施形態では、電荷発生部２０を通気路１３の下側に設けたが、通気路１３の上側に設けてもよいし、通気路１３の上下両側のそれぞれに設けてもよい。
　上述した実施形態では、帯電微粒子捕集電極４０上に電界を発生させたが、電界を発生させない場合でも、通気路１３のうち帯電微粒子捕集電極４０が設けられている部分の間隔（流路厚）を微小な値（例えば０．０１ｍｍ以上０．２ｍｍ未満）に調整すれば、帯電微粒子捕集電極４０に帯電微粒子Ｐを捕集することは可能である。すなわち、帯電微粒子Ｐはブラウン運動が激しいため、流路厚を微小な値にすることで帯電微粒子Ｐを帯電微粒子捕集電極４０に衝突させて捕集することができる。この場合、電界発生電極４２を備えなくてもよい。
　上述した実施形態では、微粒子数検出器１０を用いてガス中の単位体積当たりの微粒子数を求めたが、図４に示す微粒子数検出器１１０を用いてガス中の単位体積当たりの微粒子数を求めてもよい。微粒子数検出器１１０は、帯電微粒子捕集電極４０及び電荷発生電極４２を省略し電流計４８を余剰電荷捕集電極３０及び制御部６０に接続した以外は微粒子数検出器１０と同様の構成であるため、微粒子数検出器１０と同じ構成要素については同じ符号を付した。電流計４８は、余剰電荷捕集電極３０を流れる電流を検出して制御部６０に出力する。放電電極２２と誘導電極２４との間に印加される電圧は、単位時間当たりに所定量の電荷１８が発生するように調整される。余剰電荷捕集電極３０のサイズや余剰電荷捕集電極３０上の電界の強さは、余剰電荷捕集電極３０に余剰電荷は捕集されるが帯電微粒子Ｐは捕集されることのないように、設定される。そのため、帯電微粒子Ｐは余剰電荷捕集電極３０に捕集されることなく通気路１３の開口１３ｂから外へ出ていく。微粒子数検出器１０の制御部６０は、微粒子数検出処理を実行する際には、上述した実施形態と同様、ヒータ５０によって通気路１３を加熱した状態で、ガスの温度Ｔａとヒータ５０の表面温度Ｔとの差（＝Ｔ－Ｔａ）とヒータ５０に供給される熱量Ｑとに基づいてガスの流量ｑを求める。また、余剰電荷捕集電極３０に捕集された余剰電荷の電荷量に応じて変化する物理量（電流）とガスの流量ｑとに基づいてガス中の単位体積当たりの微粒子の数（単位：個／ｃｃ）を求める。ガス中の単位体積当たりの微粒子数は、余剰電荷捕集電極３０に流れる電流に基づいて単位時間当たりの余剰電荷の数（＝電流／素電荷量）を求め、単位時間当たりに電荷発生部２０で発生した電荷１８の総数からその余剰電荷の数を引いた差を帯電微粒子Ｐの平均帯電数で除して帯電微粒子数とし、それを流量ｑで除すことにより、得られる。この微粒子数検出器１１０も、ガスの流量を測定する機能を備えているため、別途流量計を用意しなくても、ガス中の単位体積当たりの微粒子の数を求めることができる。
　本出願は、２０１７年８月２２日に出願された日本国特許出願第２０１７－１５９４９２号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。
　本発明は、例えばガス中の微粒子の数を求める微粒子数検出器に利用可能である。
１０，１１０　微粒子数検出器、１２　筐体、１３　通気路、１３ａ　一方の開口、１３ｂ　他方の開口、１４　ガス測温部、１６　微粒子、１８　電荷、２０　電荷発生部、２２　放電電極、２２ａ　微細突起、２４　誘導電極、２６　放電用電源、３０　余剰電荷捕集電極、３２，３４，３６　電界発生電極、４０　帯電微粒子捕集電極、４２，４４，４６　電界発生電極、４８　電流計、５０　ヒータ、５２　ヒータ電源、５４　ヒータ測温部、６０　制御部、６２　ディスプレイ、Ｐ　帯電微粒子。

Claims (8)

  1. 　通気路を有する筐体と、
    　前記通気路内を通過するガスの温度を測定するガス測温部と、
    　前記通気路内で気中放電により電荷を発生し、前記通気路内を通過するガス中の微粒子に前記電荷を付加して帯電微粒子にする電荷発生部と、
    　前記帯電微粒子を捕集する帯電微粒子捕集電極と、
    　前記通気路を加熱可能なヒータと、
    　前記ヒータの表面温度を測定するヒータ測温部と、
    　前記ガス中の前記微粒子の数を求める微粒子数検出処理を実行する制御部と、
    　を備え、
    　前記制御部は、前記微粒子数検出処理を実行する際には、前記ヒータによって前記通気路を加熱した状態で、前記ガスの温度と前記ヒータの表面温度との差と前記ヒータに供給される熱量とに基づいて前記ガスの流量を求め、前記帯電微粒子捕集電極に捕集された前記帯電微粒子の電荷量に応じて変化する物理量と前記ガスの流量とに基づいて前記ガス中の単位体積当たりの前記微粒子の数を求める、
    　微粒子数検出器。
  2. 　通気路を有する筐体と、
    　前記通気路内を通過するガスの温度を測定するガス測温部と、
    　前記通気路内で気中放電により電荷を発生し、前記通気路内を通過するガス中の微粒子に前記電荷を付加して帯電微粒子にする電荷発生部と、
    　前記微粒子に帯電しなかった余剰電荷を捕集する余剰電荷捕集電極と、
    　前記通気路を加熱可能なヒータと、
    　前記ヒータの表面温度を測定するヒータ測温部と、
    　前記ガス中の前記微粒子の数を求める微粒子数検出処理を実行する制御部と、
    　を備え、
    　前記制御部は、前記微粒子数検出処理を実行する際には、前記ヒータによって前記通気路を加熱した状態で、前記ガスの温度と前記ヒータの表面温度との差と前記ヒータに供給される熱量とに基づいて前記ガスの流量を求め、前記余剰電荷捕集電極に捕集された前記余剰電荷の電荷量に応じて変化する物理量と前記ガスの流量とに基づいて前記ガス中の単位体積当たりの前記微粒子の数を求める、
    　微粒子数検出器。
  3. 　前記制御部は、前記微粒子数検出処理を実行していないときに、前記ヒータによって前記帯電微粒子捕集電極を所定の微粒子焼却温度に昇温することにより、前記帯電微粒子捕集電極に堆積した前記微粒子を焼却するリフレッシュ処理を実行する、
    　請求項１に記載の微粒子数検出器。
  4. 　前記制御部は、前記微粒子数検出処理を実行する際には、前記ヒータの表面温度を前記ガスの温度よりも高く前記微粒子の焼却温度よりも低い温度に設定する、
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の微粒子数検出器。
  5. 　前記電荷発生部は、放電電極と誘導電極とを含み、
    　前記放電電極は、前記通気路の内面に沿って設けられ、
    　前記誘導電極は、前記筐体に埋設されているか前記通気路の内面に沿って設けられている、
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の微粒子数検出器。
  6. 　前記筐体は、２０℃における熱伝導率［Ｗ／ｍ・Ｋ］が３以上２００以下である、
    　請求項１～５のいずれか１項に記載の微粒子数検出器。
  7. 　前記筐体は、セラミック製である、
    　請求項１～６のいずれか１項に記載の微粒子数検出器。
  8. 　前記ヒータは、前記筐体に埋設されている、
    　請求項１～７のいずれか１項に記載の微粒子数検出器。
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