(57)【要約】  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。
2019039072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子数検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１４６４５６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。【０００７】
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。【０００８】
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。【０００９】
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。【００１０】
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。【００１１】
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。【００１２】
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。【００１３】
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。【００１４】
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。【００１５】
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。【００１６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】微粒子数検出器１０の概略構成を表す断面図。
【図２】電荷発生部２０の斜視図。
【図３】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。
【図４】微粒子数検出器１１０の概略構成を表す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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＝ＶH2／ＲH  …（２）
ＶH：ヒータ５０の両端の電圧
ＲH：ヒータ５０の抵抗
【００３５】
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。
【００３６】
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）
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
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。
【符号の説明】
【００５５】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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