(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エーロゾルを含む導管（１１）又は空間内の粒子を監視する装置（１）であって、前記装置（１）は、
エゼクタ（２４）を含み、前記エゼクタ（２４）は、
集束−発散流路と、
前記エゼクタ（２４）の主流を形成するために、粒子を本質的に含まないイオン化されたガス流（Ｃ）を前記エゼクタ（２４）の前記集束−発散流路に供給するように配置されたガス供給手段（６、１６、１８、１９）と、
前記エゼクタ（２４）の副流を形成し、試料エーロゾル流（Ａ）の粒子の少なくとも一部を帯電させるために、前記ガス供給手段（６、１６、１８、１９）及び前記エゼクタ（２４）の前記集束−発散流路によって生み出される吸引力によって、前記導管（１１）又は前記空間から前記エゼクタ（２４）内へ前記試料エーロゾル流（Ａ）を供給するように配置された試料吸込み機構（２）と、
前記粒子に付着しなかったイオンを、前記エゼクタ（２４）の前記集束−発散流路から流れ出るエゼクタ流（Ｊ）から除去するイオン・トラップ（１２）であって、前記イオン・トラップ（１２）は、トラップ・ワイヤの形式で提供されている、イオン・トラップ（１２）と、
前記イオン・トラップから流出する電荷を測定する手段と
を備える、装置（１）において、
前記トラップ・ワイヤ（１２）が、前記エゼクタ（２４）の前記集束−発散流路内へ少なくとも部分的に延びる
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記集束−発散流路が、発散ディフューザ（１０８）を含み、前記トラップ・ワイヤ（１２）が、前記エゼクタ（２４）の前記集束−発散流路の前記発散ディフューザ（１０８）内へ少なくとも部分的に延びることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記トラップ・ワイヤ（１２）が、前記粒子に付着しなかったイオンを、電場、磁場、又はこれらの組合せによって前記エゼクタ流（Ｊ）から除去するように配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記装置が、測定ハウジング（１７）を備え、前記測定ハウジング（１７）の内部に、前記エゼクタ（２４）の上流に配置され、前記導管（１１）又は前記空間と前記試料吸込み機構（２）を通して流体連通した吸込み室（４）と、前記エゼクタ（２４）の下流に配置されたイオン・トラップ室（２２）とが配置されており、前記トラップ・ワイヤ（１２）が、前記イオン・トラップ室（２２）に対して配置されていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記粒子に付着しなかったイオンを除去するために前記トラップ・ワイヤ（１２）を捕集電圧源に接続するトラップ導体（２５）を前記トラップ・ワイヤ（１２）が備え、前記トラップ導体（２５）が、前記測定ハウジング（１７）内で前記吸込み室（４）から前記イオン・トラップ室（２２）まで延びるように配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記粒子に付着しなかったイオンを除去するために前記トラップ・ワイヤ（１２）を捕集電圧源に接続するトラップ導体（２５）を前記トラップ・ワイヤ（１２）が備え、前記トラップ導体（２５）が、前記測定ハウジング（１７）内で、前記吸込み室（４）及び前記エゼクタ（２４）を貫いて前記イオン・トラップ室（２２）まで延びるように配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記トラップ導体（２５）が、トラップ導体導管（２８）内で延びるように配置されていることを特徴とする、請求項５又は６に記載の装置。
【請求項８】
前記トラップ導体導管（２８）の内壁と前記トラップ導体（２５）との間を前記イオン・トラップ室（２２）へ流れるシース・ガス流（Ｈ）が、前記トラップ導体導管（２８）に供給されることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記トラップ・ワイヤ（１２）及び前記トラップ導体（２５）が１本の金属ワイヤ又はロッドとして提供されることを特徴とする、請求項５から８までのいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子を監視する装置、特に独立請求項１の前提部分に定義された装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの工業プロセス及び燃焼プロセスで、直径を有する微粒子が形成される。この微粒子は、さまざまな理由で測定される。微粒子の測定は、健康に対する微粒子の潜在的な影響のために実施されることがあり、また、工業プロセスのオペレーションや、燃焼機関、特にディーゼル機関の運転などの燃焼プロセスのオペレーションを監視するために実施されることもある。微粒子を監視する他の理由は、工業プロセスにおいてナノメートル・サイズの粒子の使用及び生成が増大していることである。以上の理由から、信頼性の高い微粒子測定機器及び微粒子測定方法が求められている。
【０００３】
微粒子を測定する先行技術の１つの方法及び装置が、文献ＷＯ２００９１０９６８８Ａ１に記載されている。この先行技術の方法では、粒子を本質的に含まない清浄なガス（以後、清浄ガス）を装置に供給し、そのガスを、駆動流体流として、吸込み室を経由して、装置内に配置されたエゼクタ（ｅｊｅｃｔｏｒ）へ導く。この清浄ガスはさらに、吸込み室内へ供給する前及び供給する間にイオン化される。イオン化された清浄ガスを、音速で、又は音速に近い速度でエゼクタに供給することが好ましいことがある。清浄ガスのイオン化は、例えばコロナ荷電器（ｃｏｒｏｎａ  ｃｈａｒｇｅｒ）を使用して実施される。吸込み室はさらに、微粒子を有するエーロゾルを含む導管又は空間と流体連通するように配置された試料吸込み口を備える。駆動流体流（すなわち清浄ガス流）は、ダクト又は空間から吸込み室へ流入する試料エーロゾル流が形成されるような吸引力を、試料吸込み口に対して生じさせる。したがって、この試料エーロゾル流は、エゼクタへの副流（ｓｉｄｅ  ｆｌｏｗ）として供給される。イオン化された清浄ガスは、粒子の少なくとも一部を帯電させる。帯電した粒子は、エーロゾルを含むダクト又は空間へ戻されることもある。このように、エーロゾル試料の微粒子は、帯電した粒子が持つ電荷を監視することによって監視される。さらに、エゼクタの下流に配置されたイオン・トラップを使用して遊離イオンが除去される。典型的なエゼクタ（又はエゼクタ・ポンプ）は、狭いスロート（ｔｈｒｏａｔ）の後ろに、ガスの運動エネルギーを圧力に変換する発散円錐（又は発散吐出しディフューザ（ｄｉｖｅｒｇｉｎｇ  ｏｕｔｌｅｔ  ｄｉｆｆｕｓｅｒ））を含む。この発散円錐（又は発散吐出しディフューザ）は、サイズ及びエゼクタ内におけるガスの滞留時間を増大させる。滞留時間の増大は、先行技術の方法（ＷＯ２００９１０９６８８Ａ１）に基づく測定装置の時間応答を遅らせる。
【０００４】
微粒子監視装置に対する重要な１つの要件は、保守を必要とすることなく微粒子監視装置が長期にわたって動作するような信頼性の高い動作である。燃焼機関の微粒子を監視する用途などの多くの用途では、監視装置を連続的に動作させて、微粒子測定をリアルタイムで実施することができることも好ましい。さらに、多くの場合、微粒子監視装置は、粒子測定装置を置く空間が限られた量しかない既存のシステム内に設置しなければならない。工業システム、燃焼システム又はエーロゾルを含む他のシステムは通常、できるだけコンパクトに設計される。したがって、微粒子測定装置のサイズも小さくなければならない。しかしながら、サイズが小さいことの利点は、限られた空間の使用だけに留まらない。サイズが小さいことのより重要な利点は、測定装置に取られることによる粒子の損失が最小化されることである。さらに、サイズが小さいと、ガス流が小さな感知体積をより速く通過するため、測定の時間応答をより速くすることができる。
【０００５】
装置の製造コストが低いことは多くの場合に重要である。そのため、装置を製造するのに、装置の構造が複雑すぎないようにすべきである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２００９１０９６８８Ａ１
【特許文献２】米国特許出願第２００６／０２８４０７７Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、先行技術の欠点を解決する装置及び機構を提供することにある。本発明のそれらの目的は、トラップ・ワイヤ（ｔｒａｐ  ｗｉｒｅ）として提供されたイオン・トラップ１２を備える請求項１の特徴部分に記載の装置によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の好ましい実施形態は従属請求項に開示される。
【０００９】
本発明は、エゼクタ内へ供給された本質的に粒子を含まないイオン化されたガスによってエーロゾルの粒子の少なくとも一部を帯電させ、次いで、エゼクタの実質的に下流で、粒子に付着しなかったイオンを、ワイヤ又はロッドとして形成されたイオン・トラップを使用して除去することによって、エーロゾルの粒子を監視する装置を提供するという発想に基づく。イオン・トラップ・ワイヤはまっすぐなワイヤとすることができ、又は曲げて湾曲した外形を有するようにすることができる。トラップ・ワイヤは、エゼクタ内へ少なくとも部分的に延びる。一実施形態では、トラップ・ワイヤが、エゼクタのスロート内へ少なくとも部分的に延びるように配置される。トラップ・ワイヤがスロート（好ましくはスロートの発散部分）内へ延びると、イオン・トラップは、エゼクタ構造体及びその内部容積を利用する。その結果、測定装置の全体サイズを小さくし、センサ内における試料ガスの滞留時間を短くすることができる。より短い滞留時間は、測定装置のより高速な時間応答を可能にする。
【００１０】
ワイヤ又はロッド・ベースのイオン・トラップは、先行技術でも知られている。米国特許出願第２００６／０２８４０７７Ａ１号（ＴＳＩ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ、２００６年１２月２１日）には、ナノ粒子暴露を非侵襲的に測定する機器であって、エーロゾルの単極性拡散帯電を達成するためのイオンを発生させるコロナ放電要素と、過剰なイオン及び電気移動度があるしきい値よりも大きい帯電した粒子の一部を除去するイオン・トラップとを含む機器が記載されている。好ましくは、管状の導電性構造物がこの構造物から電気的に分離された導電要素を取り囲んでいる静電式沈降分離装置を使用して、より高電気移動度の要素が引き出される。しかしながら、この文献には、エゼクタを使用することによって達成可能な利点が記載されておらず、したがって、この機器では、粒子の損失が生じる可能性がある。
【００１１】
粒子が持つ電荷の測定に基づく粒子測定装置内のエゼクタの利点は、イオンと粒子の高速混合が可能になることである。エゼクタは一般に３つの部分、すなわち吸込みノズル、スロート、及び発散吐出しディフューザを含む。エゼクタ内での駆動流体流と副流の混合が非常に効率的であるたため、実際には、駆動流体流によって運ばれるイオンによって粒子が最後に帯電するのは、エゼクタのスロート内であることを本発明の発明者は見出した。したがって、過剰のイオンを流れから除去するのに使用するイオン・トラップを、エゼクタ内に少なくとも部分的に挿入することができ、したがって流路をかなり短くし、粒子監視装置のサイズをかなり小さくすることができる。このことはさらに、粒子測定装置内への粒子損失を最小化し、装置のより速い時間応答を可能にする。特に円筒対称構造の場合には、イオン・トラップの高圧電極がロッド形であることが好ましく、粒子測定装置内の流れの形に本質的に影響を及ぼさないワイヤであることが最も好ましい。エゼクタの表面、特に発散ディフューザの内面、及び場合によってはさらにスロートの内面は、イオン捕集電極の働きをする。
【００１２】
本発明の好ましい一実施形態では、イオン・トラップが、イオン・トラップ・ワイヤとイオン・トラップ導体の両方を提供する１本のワイヤ又はロッドとして形成される。このイオン・トラップは、測定ハウジング内で、吸込み室からイオン・トラップ室及びエゼクタまで延び、そこでイオン・トラップを形成するように配置される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の利点は、イオン・トラップ・ワイヤが、イオン・トラップの単純な機械構造を提供することである。この単純な機械構造は、粒子を監視する装置又は粒子センサが保守を必要とすることなく長期にわたって動作するように、信頼性の高い動作を向上させる。トラップ導体が測定ハウジング内で吸込み室からイオン・トラップ室及びエゼクタまで延びるイオン・トラップ機構はさらに、コンパクトな構造を提供し、装置の外部寸法又は直径を小さくする。トラップ・ワイヤを、イオン・トラップ・ハウジングの寸法、したがって装置の外部寸法又は長さを小さくすることを可能にするある構成に形成することもできる。トラップ・ワイヤを、中程度のイオン・トラップ電圧の使用を可能にする構成に形成することもできる。
【００１４】
次に、添付図面を参照して、本発明を、好ましい実施形態に関してより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】粒子を監視する先行技術の装置の略図である。
【図２】粒子を監視する本発明に基づく装置の一実施形態の略図である。
【図３】イオン・トラップ導体の一実施形態の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、粒子を監視する先行技術の装置の一実施形態を示す。この装置は、外側ボディ５０を備え、外側ボディ５０の内部には、測定ハウジング１７、並びに装置の電気コンポーネント及び電気導体３０のうちの少なくとも一部が配置されている。図１に示すように、電気コンポーネント及び電気コネクタ３０は実質的に、測定ハウジング１７の外側に、したがって外側ボディ５０と測定ハウジング１７との間に配置されている。
【００１７】
測定ハウジング１７は、エーロゾルの粒子監視がその中で実施される空間を提供する。エーロゾルを含む導管、ダクト、又は空間から、エーロゾル中の粒子を監視し又は測定する測定ハウジング１７の内部へ、試料エーロゾル流Ａが導かれる。装置１は、エーロゾル流Ｆがその中を流れるエーロゾル・ダクト１１に接続されている。したがって、装置１は、エーロゾル流Ｆ中の微粒子又は粒子を監視するように配置されている。このエーロゾル・ダクトは、燃焼機関などの排気ダクトとすることができる。或いは、エーロゾル・ダクトは、エーロゾルを含む任意の空間、又はエーロゾル流Ｆを有する任意のダクト若しくは導管とすることができる。この空間はエーロゾル流を含んでいなければならないが、装置を、実質的に静止したエーロゾルの粒子、例えば屋内空気の粒子を監視するように配置することもできる。図では、粒子監視装置が、エーロゾル・ダクト１１の外側で、エーロゾル・ダクト１１の側壁に接続されている。この構成では、ダクト１１の側壁に開口を形成する必要があるが、この装置は、ダクト１１内の流れの状態にあまり影響を及ぼさない。他の実施形態では、粒子監視装置が、エーロゾル・ダクト１１の内部に位置する。この実施形態では、ダクト１１の内側の側壁に装置を接続することができ、ダクトの側壁に開口を形成する必要がない。例えば燃焼機関の排気ガスの粒子を監視する目的に使用するときに、この装置は、エーロゾル・ダクト又は排気ダクトの内部に配置されることがある。
【００１８】
装置１は、試料エーロゾル流Ａを装置１内へ導くための試料吸込み口２を備える。試料吸込み口２は、エーロゾル・ダクト１１及び装置１の測定ハウジング１７の内部と流体連通している。装置１はさらに、分析後の試料エーロゾル流Ｂがそこを通して測定ハウジング１７及び装置１から排出される試料吐出し口１０を備えることが好ましい。図１の実施形態では、分析後の試料エーロゾルＢがエーロゾル・ダクト１１に戻される。分析後の試料エーロゾルＢを、周囲の大気又は他のある位置、例えば容器に直接に導くように、試料吐出し口１０が配置されることもある。したがって、必ずしも装置１が、エーロゾル・ダクト１１から受け取った試料エーロゾルＡを捕集したり又は蓄積したりするわけではない。代替実施形態では、装置が、１つ又は複数の試料吸込み口を備える試料吸込み機構２を備えることもできる。さらに、この装置は、１つ又は複数の試料吐出し口を備える試料吐出し機構１０を備えることもできる。
【００１９】
装置１は吸込み室４を備え、試料吸込み口２は、エーロゾル・ダクト１１と吸込み室４との間の流体連通を提供するように配置される。この装置はさらに、粒子を含まない清浄ガスＣを吸込み室４内へ供給するガス供給手段を備える。このガス供給手段は、ガス供給接続管１８を含み、ガス供給接続管１８を通して、ガス源１９からの清浄ガスを運ぶことができる。このガスは、ガスから粒子を本質的に除去するために、フィルタなどに通して、加圧されたガス中の粒子濃度が試料エーロゾル流Ａ中の粒子濃度よりも著しく低くなるように清浄化したガスとすることができる。清浄ガスは空気又は他の適切なガスとすることができる。吸込み室４内へ供給する前に清浄ガスをさらに調節してもよい。この調節は、ガスを冷却又は加熱すること、並びに流量制御装置によってガスの流速及び体積を調節することを含むことができる。清浄ガスは次いで、ガス供給接続管１８を通して測定装置１に供給される。
【００２０】
装置１はさらに、清浄ガス供給導管１６を備え、清浄ガス供給導管１６をを通して装置１の吸込み室４へ清浄ガスが供給される。清浄ガス供給導管１６は、ガス供給導管１８と流体連通しており、清浄ガス供給導管１６は、吸込み室４内へ開いたノズル・ヘッド６を備える。この装置はさらに、ノズル・ヘッド６から吸込み室４内へ清浄ガスを供給する前又は清浄ガスを供給している間に清浄ガスの少なくとも一部をイオン化するイオン化装置１４を備える。図１の実施形態では、イオン化装置１４が、清浄ガス供給導管１６に対して配置される。図１の実施形態では、イオン化装置が、清浄ガス供給導管１６内で延びるコロナ針（ｃｏｒｏｎａ  ｎｅｅｄｌｅ）１４である。イオン化装置１４を、清浄ガスをイオン化するのに適した他の種類の電極とすることもできる。有利には、コロナ針１４が本質的にノズル・ヘッド６の近くまで延びるように、ノズル・ヘッド６及びコロナ針１４が配置される。このような配置は、コロナ針１４を清浄な状態に保つのに役立ち、イオンの発生を向上させる。コロナ針１４のそばを通り過ぎる清浄なガス流は、コロナ針を清浄な状態に維持する。コロナ針１４は、１つ又は複数の電気絶縁体３５によって、清浄ガス流導管の壁及び装置１のボディ１７から分離される。ガス供給導管１６の壁は、コロナ針１４と同じ電位にあることが好ましい。上記の説明に従って、ガス供給導管１６は、粒子を本質的に含まないイオン化されたガス流Ｃを吸込み室４に供給するように配置される。
【００２１】
この装置はさらにエゼクタ２４を備える。エゼクタ２４は、集束−発散ノズル２４を構成し、したがって集束−発散流路であるエゼクタ２４のスロート８を形成する。エゼクタ２４は、主流（ｍａｉｎ  ｆｌｏｗ）の運動量を利用して副流体流に対する吸引力を生み出すポンプに似た装置である。主流体流と副流体流は、エゼクタ２４内で少なくとも部分的に混合される。エゼクタ２４のスロート８を通過した後、混合された流体は膨張し、速度は低下し、その結果、運動エネルギーが再び圧力エネルギーに変換される。代替実施形態では、装置が、１つ又は複数の清浄ガス供給導管１６、コロナ針１４、及びエゼクタ２４を備えることもできる。
【００２２】
図１の実施形態では、ノズル６から放出された、粒子を本質的に含まないイオン化されたガス流Ｃが、主流として、エゼクタ２４のスロート８に供給される。したがって、清浄ガス供給導管１６及びノズル・ヘッド６は、粒子を本質的に含まない高速のガス流Ｃをスロート８内へ供給するように配置される。粒子を本質的に含まないガス流Ｃの速度は、音速又は音速に近い速度であることが好ましい。エゼクタ２４内では、粒子を本質的に含まないガス流Ｃが、試料エーロゾル流Ａが吸込み室４内へ吸い込まれるような吸引力を、試料吸込み口２に対して生じさせる。試料エーロゾル流Ａは、エゼクタ２４の副流を形成する。試料エーロゾル流Ａの流量は本質的に、エゼクタ２４の幾何形状、及び粒子を本質的に含まないイオン化されたガス流Ｃの流量だけによって決まる。好ましい一実施形態では、副流Ａに対する主流Ｃの比が小さく、好ましくはこの比が１：１未満、より好ましくは１：３未満である。上記の説明の通り、試料エーロゾル流Ａを装置１内へ能動的に供給する必要はなく、清浄ガス供給手段及びエゼクタ２４によって試料エーロゾル流Ａを吸い込むことができる。
【００２３】
粒子を本質的に含まないイオン化されたガス流Ｃと試料エーロゾル流は、吸込み室４内及びエゼクタ２４内で混合され、それによって、この混合の間に、試料エーロゾル流Ａの粒子が、イオン化された清浄ガス流Ｃによって帯電する。粒子を本質的に含まないイオン化されたガス流Ｃと試料エーロゾル流Ａは１つになって、エゼクタ２５から流れ出る、具体的にはエゼクタ２４のスロート８から流れ出るエゼクタ流Ｊを形成する。装置１はさらに、測定ハウジング１７内にイオン・トラップ室２２を備える。イオン・トラップ室２２は、試料エーロゾル流Ａの粒子に付着しなかったイオンを除去するイオン・トラップ１２を備える。前述の遊離イオンを除去するために、イオン・トラップ１２に捕集電圧を印加することができる。遊離イオンを捕獲する目的に使用する電圧は、装置１の設計パラメータによって異なるが、一般にイオン・トラップ１２の電圧は１０Ｖ〜３０ｋＶである。イオン・トラップ１２の電圧を、核モードの粒子を除去するように、又は最も小さな粒子を集積モードで除去するように調節することもできる。代替実施形態では、イオン・トラップ１２が、粒子に付着しなかったイオンを、電場、磁場、拡散、又はこれらの組合せによってエゼクタ流Ｊから除去するように配置される。
【００２４】
試料エーロゾルと本質的に清浄なガスとの混合物であるエゼクタ流Ｊは、試料エーロゾルの帯電した粒子とともに、吐出し口１０を通って装置１から放出される。放出流Ｂを装置１から排出するために、吐出し口１０は、イオン・トラップ室２２と流体連通するように形成される。放出流Ｂをエーロゾル・ダクト１１に戻すように、又は放出流Ｂを周囲の大気又は他のある位置に供給するように、吐出し口１０を配置することができる。
【００２５】
エーロゾル・ダクト１１内のエーロゾルＦの粒子は、試料エーロゾル流Ａの帯電した粒子が持つ電荷を測定することによって監視される。好ましい一実施形態では、エゼクタ流Ｊと一緒に吐出し口１０を通って装置１から流出する帯電した粒子の電荷を測定することによってエーロゾルＦの粒子が監視される。帯電した粒子が持つ電荷の測定は、代替可能な多くの方法によって測定することができる。一実施形態では、試料吐出し口１０から流出する正味の電流を測定することによって、帯電した粒子が持つ電荷を測定する。通常はｐＡレベルであるこの小さな電流を測定することを可能にするため、装置１は、その全体が、周囲のシステムから分離される。図１では、装置１が、装置１をダクト１１から絶縁するための据付け絶縁体１３を備える。分離された装置１（すなわちボディ５０の壁の１点）と周囲のシステムの接地点との間に、電位計３４を組み込むことができる。この種の設定では、電位計３４が、分離された装置１からイオン化された粒子と一緒に流出する電荷を測定することができる。言い換えると、この種の設定は、流出する電流を測定する。
【００２６】
図１は、装置１から流出する電流を測定することによって粒子を監視するための一実施形態を示す。流出する電流は、電気的装置３０によって測定する。電気的装置３０は、イオン化装置１４に接続されてイオン化装置１４に高電圧を印加する高電圧源３６を備える。高電圧源３６は、絶縁変圧器３８及び絶縁体３５によって他のシステムから電気的に分離されている。イオン化装置１４は、ガス導管１６の壁と同じ電位にある。電気的装置３０はさらに、イオン化装置７と、測定ハウジング１７の壁とガルヴァニック接触したある点との間に組み込まれた電位計３４を備える。高電圧源３６の第１の接点はイオン化装置１４に接続され、第２の接点は、電位計３４の第１の入力として接続される。電位計３４の第２の入力は、測定ハウジング１７の壁及びイオン・トラップ１２に接続される。この種の電気的装置３０では、電位計３４が、イオン化された粒子と一緒にイオン・トラップ室２２及び装置１から流出する電荷、例えば流出電流を測定する。
【００２７】
イオン・トラップ１２は、装置１から遊離イオンが流出することを防ぐ。イオン・トラップ１２は、イオン・トラップ導体２５を介して捕集電圧源２９に接続される。この先行技術では、イオン・トラップ１２が、網状電極又は板状電極として提供される。図１は、エゼクタ流Ｊから遊離イオンを除去するために板状のイオン・トラップ機構１２がエゼクタ２４の下流に配置された先行技術の一実施形態を示す。イオン・トラップ１２は、イオン・トラップ導体２５を介して捕集電圧源２９に接続される。イオン・トラップ導体２５は、実質的に測定ハウジング１７の外側から延びるように、具体的には装置１の外側ボディ５０と測定ハウジング１７との間で延びるように配置される。代替実施形態では、粒子に付着しなかったイオンを電場、磁場、拡散、又はこれらの組合せによってエゼクタ流Ｊから除去するように、イオン・トラップが配置されてもよい。
【００２８】
図２は、本発明の一実施形態を示す。図２では、吸込みノズル１１８、スロート８、及び発散ディフューザ１０８を含むエゼクタ２４内へ少なくとも部分的に延びるように、トラップ・ワイヤ１２が曲げられている。具体的には、トラップ・ワイヤ１２は、エゼクタ２４のスロート８内へ少なくとも部分的に延びるように、又はエゼクタ２４のディフューザ部分１０８内へ少なくとも部分的に延びるように配置される。図２のこの構成は、エゼクタ２４のディフューザ１０８又はスロート８を使用して、粒子に付着しなかった遊離イオンを除去することを可能にする。したがって、トラップ・ワイヤ１２は、エゼクタ２４の長さを利用し、装置の長さ、具体的にはイオン・トラップ室２２の長さを短くするようになっている。試験を実施したところ、意外にも、トラップ・ワイヤ１２がエゼクタ２４に少なくとも部分的に延入しても、粒子の帯電は影響を受けないことが分かった。これは、粒子のイオン化が、エゼクタ２４の出口よりも十分に前方で起こるためである。
【００２９】
図２に示すように、粒子センサを形成する装置１は測定ハウジング１７を備え、測定ハウジング１７内にはエゼクタ２４が配置されている。測定ハウジング１７の内側のエゼクタ２４の上流に、吸込み室４が配置されている。試料吸込み機構２を通して導管１１又は空間から試料エーロゾル流Ａを供給するため、吸込み室１７は、粒子を本質的に含まないイオン化されたガス流Ｃをエゼクタ２４に供給するガス供給手段６、１６、１８、１９を備える。測定ハウジング１７の内側のエゼクタ２４の下流に、イオン・トラップ室２２が配置されている。イオン・トラップ室２２は、粒子に付着しなかったイオンをエゼクタ流Ｊから除去するための捕集電圧をイオン・トラップ１２に印加するためにトラップ導体２５によって捕集電圧源２９に接続されたイオン・トラップ１２を含むイオン・トラップ機構１２、２５、２６を備える。捕集電圧源２９は測定ハウジング１７の外側に位置する。図２に示すように、トラップ導体２５は、測定ハウジング１７内で延びるように、具体的には、イオン・トラップ１２に捕集電圧を印加するために測定ハウジング１７内で吸込み室４からイオン・トラップ室２２まで延びるように配置される。一実施形態では、トラップ導体２５が、測定ハウジング１７内で延びるように、具体的には、イオン・トラップ１２に捕集電圧を印加するために、測定ハウジング１７内で、吸込み室４及びエゼクタ構造体２４を貫いてイオン・トラップ室２２まで延びるように配置される。
【００３０】
トラップ導体２５は、測定ハウジング１７から電気的に絶縁される。トラップ導体２５は、絶縁を目的とした外側絶縁層を備えることができる。測定ハウジング１７は、試料エーロゾル流Ａ、粒子を本質的に含まないイオン化されたガス流Ｃ及びエゼクタ流Ｊからトラップ導体（２５）を分離するためにトラップ導体２５をその中に通すトラップ導体導管２８を、測定ハウジング１７の内部に備えることができる。トラップ導体導管２８は、測定ハウジング１７内のトラップ導体２５に電気的な絶縁を提供することができる。図２に示すように、トラップ導体導管２８は、吸込み室４からイオン・トラップ室２２まで延びることができ、又は、試料エーロゾルＡ及び粒子を本質的に含まないイオン化されたガス流Ｃにトラップ導体２５がさらされないように、測定ハウジング１７内でトラップ導体２５をイオン・トラップ室２２まで延ばすことができるような形で、吸込み室４及びエゼクタ構造体２４を貫いてイオン・トラップ室２２まで延びることができる。エゼクタ２４はセラミック材料から形成することができる。エゼクタ２４のセラミック材料にトラップ導体導管２８を提供することができるように、エゼクタ２４のセラミック材料は、吸込み室４の全体にわたって延びるように配置することができる。したがって、トラップ導体導管２８は、セラミック材料を貫いて、電子装置から、吸込み室及びエゼクタ構造体を通って、イオン・トラップ室２２内へ延びることができる。トラップ導体導管２８は、セラミック材料を貫通する穴をあけることによって形成することができる。セラミック材料を使用してエゼクタ２４を形成するときには、金属層などの導電層でセラミック材料をコーティングすることができる。セラミック材料が測定ハウジング１７と同じ電位になるように、この導電コーティングはさらに測定ハウジング１７の壁と接続する。代替実施形態では、セラミック材料の代わりに他の材料が使用される。他の代替実施形態では、トラップ導体導管２８が、測定ハウジング１７内に配置された別個の導管要素を含む。トラップ導体導管２８は、試料エーロゾル流Ａによってトラップ導体２５が汚れるのを防ぐ。
【００３１】
イオン・トラップ１２又はイオン・トラップ・ホルダ２６がそこを通ってイオン・トラップ室２２内へ延びる開口から、試料エーロゾルの微粒子などの汚染物質がトラップ導体導管２８に入ると、トラップ導体導管２８が汚染される可能性がある。イオン・トラップ・ホルダ２６は、イオン・トラップ１２を支持し、イオン・トラップ導体２５からの捕集電圧をイオン・トラップ１２に伝えるように配置された導電性の任意の機械部品とすることができる。イオン・トラップ・ホルダ２６は別個の部品とすることができ、又はイオン・トラップ導体２５若しくはイオン・トラップ１２又はその両方の一体の部分とすることができる。トラップ導体導管２８が汚れることを防ぐため、トラップ導体導管２８の内壁とトラップ導体２５との間をトラップ導体導管２８に沿ってイオン・トラップ室２２へ流れるシース・ガス流Ｈを、トラップ導体導管２８に供給することができる。シース・ガス流Ｈは、任意の適切なガス源からの任意の適切なガスを含むことができる。好ましい一実施形態では、粒子を本質的に含まないガス流を吸込み室４へも供給しているガス源１９からシース・ガス流Ｈが供給される。トラップ導体導管２８とイオン・トラップ導体２５との間にシース流Ｈが流れる隙間ができるように、トラップ導体導管２８とイオン・トラップ導体２５は異なる断面形状を有することが好ましい。図３は、トラップ導体導管２８が実質的に円形の断面を有し、イオン・トラップ導体２５が実質的に長方形の断面を有する一実施形態を示す。
【００３２】
イオン・トラップ１２は、トラップ・ホルダ２６を使用し又は使用せずにトラップ導体２５に電気的に接続された別個の要素とすることができる。
【００３３】
本発明の好ましい一実施形態では、イオン・トラップ１２及びトラップ導体２５が、トラップ・ホルダ２６のない１本の金属ワイヤ又はロッドとして提供される。このイオン・トラップ又はトラップ・ワイヤ１２は前述の通りに実現することができる。したがって、トラップ・ワイヤ１２は、トラップ導体導管２８内を、イオン・トラップ導体として延び、そこからイオン・トラップ１２としてイオン・トラップ室２２に入る。これは、イオン・トラップ機構の単純でコンパクトな解決策を提供する。この種のイオン・トラップ機構では、イオン・トラップ１２を、イオン・トラップ室２２内のエゼクタ２４内へ少なくとも部分的に延びるように、又はイオン・トラップ室２２内のエゼクタ２４のスロート８内へ少なくとも部分的に延びるように配置された縦のワイヤ又はロッドとすることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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