(57)【要約】  微粒子数検出器１０は、ハニカムフィルタ２０、電荷付加部３０、捕集装置４０及び個数測定装置６０を備えている。ハニカムフィルタ２０は、通気管１２内に導入された自動車の排ガスに含まれる微粒子１６のうち、２５ｎｍ以下の範囲内で予め定められた所定粒径を上限とする極小微粒子１６ａを選択的に除去する。電荷付加部３０は、ハニカムフィルタ２０を通過した後の排ガス中の微粒子１６に電荷を付加して帯電微粒子Ｐとする。個数測定装置６０は、捕集装置４０の捕集電極４８に捕集された帯電微粒子Ｐの電荷の量に基づいて、ハニカムフィルタ２０を通過した後の排ガス中の微粒子１６の数を検出する。
2018012421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通気管内に導入された自動車の排ガスに含まれる微粒子のうち、２５ｎｍ以下の範囲内で予め定められた所定粒径を上限とする極小微粒子を選択的に除去するフィルタと、
前記フィルタを通過した後の排ガス中の微粒子に電荷を付加して帯電微粒子とする電荷付加手段と、
帯電微粒子の電荷の量又は微粒子に付加されなかった電荷の量に基づいて、前記フィルタを通過した後の排ガス中の微粒子の数を検出する検出手段と、
を備えた微粒子数検出器。
【請求項２】
前記フィルタは、多数のセルを備えたハニカムフィルタである、
請求項１に記載の微粒子数検出器。
【請求項３】
前記電荷付加手段は、前記多数のセルのうち前記排ガスの進行方向の下流側のセル間の壁を誘電体層として利用し、該誘電体層を挟んで放電電極と誘導電極とが配置されたものである、
請求項２に記載の微粒子数検出器。
【請求項４】
前記電荷付加手段は、前記多数のセルのうち縦２つと横２つの四角形をなす４つのセルの断面をみたとき、対角位置の２つのセルのうち一方が放電電極として目封じされ、他方が誘導電極として目封じされ、残りの２つがガス流通経路となっている、
請求項３に記載の微粒子数検出器。
【請求項５】
前記フィルタは、スリットを備えており、前記スリットの間隔は、０．０１ｍｍ以上０．２ｍｍ未満の範囲に設定されている、
請求項１に記載の微粒子数検出器。
【請求項６】
前記フィルタは、セラミック製である、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の微粒子数検出器。
【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】
自動車の排ガス中の微粒子数を検出するにあたっては、ＰＭＰ（Particle Measurement Programme、粒子測定プログラム）の規定にしたがって極小微粒子（粒径２３ｎｍ以下の微粒子）を測定対象としないことが一般に知られている（非特許文献１参照）。例えば、特許文献１，２においては、排ガス中の微粒子数を計測する場合、粒径ごとに粒子数を計測し、極小微粒子、特に粒径２０ｎｍ以下の微粒子を除いて粒子数を算出している。一方、微粒子数検出器としては、特許文献３のように、筐体内に導入された被測定ガス中の微粒子に電荷を付加し、電荷が付加された微粒子を捕集し、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１９９２０４号公報
【特許文献２】特開２０１２−１１７５２０号公報
【特許文献３】国際公開第２０１５／１４６４５６号パンフレット
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Regulation No 83 of the Economic Commission for Europe of the United Nations (UNECE) ・ Uniform provisions concerning the approval of vehicles with regard to the emission of pollutants according to engine fuel requirements [2015/1038]
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の微粒子数検出器では、微粒子のサイズを考慮せずに微粒子の個数を測定するため、極小微粒子の個数もカウントしてしまい、測定精度が低下するという問題があった。特に、自動車の排ガスの温度が低い場合、排ガスに含まれる微粒子全体に占める極小微粒子の割合が高くなるため、測定精度の低下が著しくなるという問題があった。【０００６】
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、自動車の排ガスの温度にかかわらず排ガスに含まれる微粒子の数を精度よく検出することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の微粒子数検出器は、
通気管内に導入された自動車の排ガスに含まれる微粒子のうち、２５ｎｍ以下の範囲内で予め定められた所定粒径を上限とする極小微粒子を選択的に除去するフィルタと、
前記フィルタを通過した後の排ガス中の微粒子に電荷を付加して帯電微粒子とする電荷付加手段と、
帯電微粒子の電荷の量又は微粒子に付加されなかった電荷の量に基づいて、前記フィルタを通過した後の排ガス中の微粒子の数を検出する検出手段と、
を備えたものである。【０００８】
この微粒子数検出器では、通気管内に導入された自動車の排ガスがフィルタを通過する際、その排ガス中の微粒子のうち極小微粒子が選択的に除去される。フィルタを通過した後の排ガス中の微粒子は、電荷が付加されて帯電微粒子になる。そして、帯電微粒子の電荷の量又は微粒子に付加されなかった電荷の量に基づいて、フィルタを通過した後の排ガス中の微粒子の数が検出される。ところで、極小微粒子は、測定対象外の微粒子である。この極小微粒子は、排ガスの温度が高温（例えば２００℃以上）のときには出現頻度は低いが、低温（例えば１００℃以下）のときに出現頻度が高くなり微粒子の粒度分布においてピークを示すことがある。本発明では、測定対象外の極小微粒子を予めフィルタで選択的に除去するため、自動車の排ガスの温度にかかわらず排ガスに含まれる測定対象の微粒子の数を精度よく検出することができる。【０００９】
なお、本明細書において、「所定粒径」とは、２５ｎｍ以下の範囲内で予め定められた粒径であればよく、例えば２５ｎｍであってもよいし、２３ｎｍであってもよいし、２０ｎｍであってもよいし、１５ｎｍであってもよいし、１０ｎｍであってもよい。「極小微粒子を選択的に除去する」とは、フィルタの透過特性をみたときに極小微粒子の透過係数が非極小微粒子（極小微粒子以外の微粒子）の透過係数よりも低いことをいう。「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。「微粒子の数を検出する」とは、微粒子の数を測定する場合のほか、微粒子の数が所定の数値範囲に入るか否か（例えば所定のしきい値を超えるか否か）を判定する場合も含むものとする。
【００１０】
本発明の微粒子数検出器において、前記フィルタは、多数のセルを備えたハニカムフィルタであってもよい。こうすれば、通気管内に導入された排ガスがセルを通過する際、排ガス中の極小微粒子はブラウン運動によりセルの壁に選択的に吸着される。そのため、比較的簡単な構成で本発明を実現することができる。【００１１】
この場合、前記電荷付加手段は、前記多数のセルのうち前記排ガスの進行方向の下流側のセル間の壁を誘電体層として利用し、該誘電体層を挟んで放電電極と誘導電極とが配置されたものとしてもよい。こうすれば、電荷付加手段とフィルタとは一体であるため、より簡単な構成で本発明を実現することができる。また、前記電荷付加手段は、前記多数のセルのうち縦２つと横２つの四角形をなす４つのセルの断面をみたとき、対角位置の２つのセルのうち一方に放電電極が設けられ、他方に誘導電極が設けられ、残りの２つがガス流通経路となっていてもよい。なお、セルに設けられる電極（放電電極や誘導電極）は、セルを目封じするように設けられていてもよいし、セルを目封じすることなくセルの内壁にフィルム状に設けられていてもよい。【００１２】
本発明の微粒子数検出器において、前記フィルタは、スリットを備えており、前記スリットの間隔は、０．０１ｍｍ以上０．２ｍｍ未満の範囲に設定されていてもよい。こうすれば、通気管内に導入された排ガスがスリットを通過する際、排ガス中の極小微粒子はブラウン運動によりスリットを形成する壁に選択的に吸着される。そのため、比較的簡単な構成で本発明を実現することができる。スリットの間隔を０．０１ｍｍ以上としたのは圧損が高くなりすぎるのを避けるためであり、０．２ｍｍ未満としたのはブラウン運動している極小微粒子をフィルタに吸着しやすくするためである。【００１３】
本発明の微粒子数検出器において、前記フィルタは、セラミック製であることが好ましい。セラミックは耐熱性に優れるため、例えばフィルタを高温にしてフィルタに付着した微粒子を熱分解する際などに適している。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】微粒子数検出器１０の概略構成を表す断面図。
【図２】ハニカムフィルタ２０の斜視図。
【図３】ハニカムフィルタ２０の透過特性を示すグラフ。
【図４】ハニカムフィルタ２０の部分背面図。
【図５】ハニカムフィルタ２０の別例の部分背面図。
【図６】微粒子数検出器１１０の概略構成を表す断面図。
【図７】スリット２２２を備えたフィルタ２２０の斜視図。
【図８】フィルタ２２０の透過特性を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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である。
【００１６】
微粒子数検出器１０は、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、図１に示すように、セラミック製の通気管１２内に、ハニカムフィルタ２０、電荷付加部３０、捕集装置４０、余剰電荷除去装置５０、個数測定装置６０及びヒータ７０を備えている。通気管１２は、ガスを通気管１２内に導入するガス導入口１２ａと、通気管１２を通過してきたガスを排出するガス排出口１２ｂとを有している。
【００１７】
ハニカムフィルタ２０は、ハニカム構造体であり、ガスの進行方向に沿ってハニカムフィルタ２０を貫通する多数のセル２２を有している。ハニカムフィルタ２０としては、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）のベースとなる周知のハニカム構造体（目封じされていないもの）を用いることができる。図２はハニカムフィルタ２０の斜視図である。図２では、ハニカムフィルタ２０の断面形状を四角形としたが、特に四角形に限定されるものではなく、通気管１２の断面形状と一致させればよい。ハニカムフィルタ２０は、２５ｎｍ以下の範囲内で予め定められた所定粒径（ここでは２３ｎｍとする）を上限とする極小微粒子１６ａを選択的に除去する機能を有する。極小微粒子１６ａ以外の微粒子である非極小微粒子１６ｂは、粒径が比較的大きい微粒子であり、ブラウン運動は穏やかなため、セル２２の壁面に吸着されることなくガス進行方向に進んでハニカムフィルタ２０を通過するものが多い。一方、極小微粒子１６ａは、ブラウン運動が活発なため、ガス進行方向に進むよりもセル２２の壁面に拡散してその壁面に吸着されるものが多い。例えば、ハニカムフィルタ２０のサイズを壁厚１２ｍｉｌ（約３０５μｍ）、セル密度３００セル／平方インチ、ガス進行方向の長さ５．４ｍｍとしたときの、ハニカムフィルタ２０の透過特性を図３に示す。図３から明らかなように、極小微粒子１６ａの透過係数は、非極小微粒子１６ｂの透過係数よりも低くなっている。具体的には、粒径１０ｎｍの微粒子の透過係数はほぼゼロ、粒径２３ｎｍの微粒子の透過係数は約０．２、粒径５０ｎｍ以上の微粒子の透過係数は０．５以上となっている。そのため、このハニカムフィルタ２０は、極小微粒子１６ａを選択的に除去する。非極小微粒子１６ｂもハニカムフィルタ２０によって一部除去されるが、ハニカムフィルタ２０によって除去される量（損失分）を考慮して、個数測定装置６０で測定された個数を補正することにより、排ガス中に実際に含まれている非極小微粒子１６ｂの個数に変換することができる。
【００１８】
ハニカムフィルタ２０は、セラミックス製でもよいし、金属製であってもよいが、セラミックス製の方がより好ましい。セラミックス製であれば、耐熱性に優れるため、後述するヒータ７０によって昇温させ、主にカーボンから成る付着した微粒子を熱分解するのに適しているからである。微粒子を熱分解する温度は、たとえば６００℃以上であれば十分と考えられる。セラミックスとしては、アルミナ、窒化ケイ素、ムライト、ジルコニア、コージェライト及びマグネシアからなる群より選ばれた少なくとも１種が好ましい。また、金属製の場合には、ステンレスなど耐熱性の高い金属を選択すれば、同等の効果を得ることができる。
【００１９】
ハニカムフィルタ２０の通気面における表面粗さＲａは、特に限定するものではないが、０．１μｍ以上であることが好ましい。こうすれば、表面積が増加し、微粒子が付着する量が増えるため、穴詰まりに至るまでの時間を長引かせることができ、結果としてハニカムフィルタ２０の耐久性を向上させることができるからである。ハニカムフィルタ２０の構成材料は、閉気孔を有する多孔質体であることが好ましい。こうすれば、ハニカムフィルタ２０自身の熱容量が低下するため、ハニカムフィルタ２０に付着した微粒子を後述するヒータ７０で分解する際、所定の温度まで昇温するのに必要な時間が短縮され、メンテナンス性に優れた粒子数計測器を実現することができる。気孔率は、フィルタ性能を考慮すると高いほど好ましいが、高すぎると機械的強度が低下するおそれがあるため、８０％以下とするのが好ましい。
【００２０】
電荷付加部３０は、図１に示すように、ハニカムフィルタ２０のうちガス進行方向の下流側の面（背面）に組み込まれている。電荷付加部３０は、第１導電プラグ３１及び第２導電プラグ３２を有している。図４は、ハニカムフィルタ２０の部分背面図である。第１及び第２導電プラグ３１，３２は、縦横に多数並んだセル２２を１つおきに導電材料（例えば金属）で目封じしたものである。図４において、横方向に並んだ複数のセル２２をみると、第１導電プラグ３１で目封じされたセル２２、目封じされていないセル２２、第２導電プラグ３２で目封じされたセル２２、目封じされていないセル２２、という順序が繰り返されるように並んでいる。また、縦方向に並んだ複数のセル２２をみると、第１導電プラグ３１で目封じされたセル２２、目封じされていないセル２２、第２導電プラグ３２で目封じされたセル２２、目封じされていないセル２２、という順序が繰り返されるように並んでいる。対角線方向（下から斜め右上の方向）に連なる複数の第１導電プラグ３１は、ハニカムフィルタ２０の隔壁２４を斜めに連通する第１導電ライン３１ａを介して互いに電気的に接続されている。同じく対角線方向（下から斜め右上の方向）に連なる複数の第２導電プラグ３２も、隔壁２４を斜めに連通する第２導電ライン３２ａを介して互いに電気的に接続されている。そして、隔壁２４を介して対向する一対の第１導電プラグ３１と第２導電プラグ３２は、両プラグ３１，３２の間の隔壁２４と共に電荷付加部３０を構成する。すなわち、電荷付加部３０は、放電電極となる第１導電プラグ３１と、誘導電極となる第２導電プラグ３２と、誘電体層となる両プラグ間の隔壁２４とで構成される。第１導電プラグ３１と第２導電プラグ３２との間に高電位差が生じるように低周波又は直流の放電用電源３４から電力が供給されると、気中放電により排ガス中の酸素分子や水分子などが電離してイオン（電荷）が発生する。気中放電としては、例えばコロナ放電、誘電体バリア放電、コロナ放電と誘電体バリア放電の両方などが挙げられる。図４には、放電領域３６を模式的に扇形の点線で示す。この気中放電中を排ガスが通過することにより、図１に示すように排ガス中の非極小微粒子１６ｂに電荷１８が付加されて帯電微粒子Ｐになる。
【００２１】
捕集装置４０は、帯電微粒子Ｐを捕集する装置であり、通気管１２内の中空部１２ｃに設けられている。捕集装置４０は、電界発生部４２及び捕集電極４８を有している。電界発生部４２は、中空部１２ｃの壁に埋設された負極４４と、その負極４４に対向する壁に埋設された正極４６とを有している。捕集電極４８は、正極４６が埋設された中空部１２ｃの壁に露出している。電界発生部４２の負極４４には負電位−Ｖ１が印加され、正極４６には接地電位Ｖｓｓが印加される。負電位−Ｖ１のレベルは−ｍＶオーダーから−数１０Ｖである。これにより、中空部１２ｃの内部には正極４６から負極４４に向かう電界が発生する。したがって、中空部１２ｃに入り込んだ帯電微粒子Ｐは、発生している電界によって、正極４６に引き寄せられ、その途中に設置された捕集電極４８に捕集される。
【００２２】
余剰電荷除去装置５０は、微粒子１６に付加されなかった電荷１８を除去する装置であり、中空部１２ｃのうち捕集装置４０の手前（ガス進行方向の上流側）に設けられている。余剰電荷除去装置５０は、電界発生部５２及び除去電極５８を有している。電界発生部５２は、中空部１２ｃの壁に埋設された負極５４と、その負極５４に対向する壁に埋設された正極５６とを有している。除去電極５８は、正極５６が埋設された中空部１２ｃの壁に露出している。電界発生部５２の負極５４には負電位−Ｖ２が印加され、正極５６には接地電位Ｖｓｓが印加される。負電位−Ｖ２のレベルは−ｍＶオーダーから−数１０Ｖである。負電位−Ｖ２の絶対値は、捕集装置４０の負極４４に印加される負電位−Ｖ１の絶対値よりも１桁以上小さい。これにより、正極５６から負極５４に向かう弱い電界が発生する。したがって、電荷付加部３０で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電荷１８は、弱い電界によって正極５６に引き寄せられ、その途中に設置された除去電極５８を介してＧＮＤに捨てられる。
【００２３】
個数測定装置６０は、捕集された帯電微粒子Ｐの電荷１８の量に基づいて微粒子１６の個数を測定する装置であり、電流測定部６２及び個数算出部６４を有している。電流測定部６２と捕集電極４８との間には、捕集電極４８側からコンデンサ６６と抵抗器６７とスイッチ６８とが直列に接続されている。スイッチ６８は、半導体スイッチが好ましい。スイッチ６８がオンされて捕集電極４８と電流測定部６２とが電気的に接続されると、捕集電極４８に付着した帯電微粒子Ｐに付加された電荷１８に基づく電流が、コンデンサ６６と抵抗器６７からなる直列回路を介して過渡応答として電流測定部６２に伝達される。電流測定部６２は、通常の電流計を用いることができる。個数算出部６４は、電流測定部６２からの電流値に基づいて帯電微粒子Ｐの個数を演算する。
【００２４】
ヒータ７０は、中空部１２ｃのうち捕集電極４８が設けられた壁に埋設されている。ヒータ７０は、捕集電極４８に捕集された帯電微粒子Ｐを焼却して捕集電極４８をリフレッシュするときに図示しない電源から電力が供給されるようになっている。なお、ヒータ７０は、ＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｃｔｉｏｎ：可溶性有機成分）と呼ばれる高分子炭化水素の影響をなくした状態で微粒子数を測定する際にも利用される。
【００２５】
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を計測する場合、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のガス導入口１２ａから通気管１２内に導入され、ガス排出口１２ｂから排出されるように微粒子数検出器１０を取り付ける。
【００２６】
微粒子１６には、上述したように極小微粒子１６ａと非極小微粒子１６ｂとがあり、極小微粒子１６ａはＰＭＰの規定によれば測定対象外である。極小微粒子１６ａは、排ガスの温度が高温（例えば２００℃以上）のときには出現頻度は低いが、低温（例えば１００℃以下）のときに出現頻度が高くなり微粒子１６の粒度分布においてピークを示すことがある。また、ヒータ７０は、ハニカムフィルタ２０に付着した粒子を除去するのにも用いられる。このようにハニカムフィルタ２０に粒子を除去する機能を有することにより、メンテナンス性に優れた微粒子計測器を得ることができる。
【００２７】
ガス導入口１２ａから通気管１２内に導入された排ガスは、ハニカムフィルタ２０を通過すると、その排ガスに含まれていた微粒子１６のうち極小微粒子１６ａが選択的に除去される。一方、ハニカムフィルタ２０の下流側に設けられた電荷付加部３０では、気中放電により電荷１８が発生する。その電荷１８は、ハニカムフィルタ２０のガス進行方向の下流側へ放出される。ハニカムフィルタ２０を通過した後の微粒子１６（主として非極小微粒子１６ｂ）は、ハニカムフィルタ２０のガス進行方向の下流側へ放出された電荷１８と混合され、電荷１８が付加されて帯電微粒子Ｐになって中空部１２ｃに入る。帯電微粒子Ｐは、電界が弱く除去電極５８の長さが中空部１２ｃの長さに対して１／２０〜１／１０と短い余剰電荷除去装置５０をそのまま通過して捕集装置４０に至る。また、微粒子１６に付加されなかった電荷１８も、中空部１２ｃに入る。こうした電荷１８は、電界が弱くても余剰電荷除去装置５０の正極５６に引き寄せられ、その途中に設置された除去電極５８を介してＧＮＤに捨てられる。これにより、微粒子１６に付加されなかった不要な電荷１８は捕集装置４０にほとんど到達することがない。
【００２８】
帯電微粒子Ｐは、捕集装置４０に至ると、正極４６に引き寄せられ、その途中に設置された捕集電極４８に捕集される。捕集電極４８に付着された帯電微粒子Ｐの電荷１８に基づく電流が、コンデンサ６６と抵抗器６７からなる直列回路を介して過渡応答として個数測定装置６０の電流測定部６２に伝達される。
【００２９】
電流Ｉと電荷量ｑの関係は、Ｉ＝ｄｑ／（ｄｔ）、ｑ＝∫Ｉｄｔである。したがって、個数算出部６４は、スイッチ６８がオンされている期間（スイッチオン期間）にわたって電流測定部６２からの電流値を積分（累算）して電流値の積分値（蓄積電荷量）を求める。スイッチオン期間の経過後に、蓄積電荷量を素電荷で除算して電荷の総数（捕集電荷数）を求め、その捕集電荷数を１つの微粒子１６に付加する電荷の数の平均値で除算することで、一定時間（例えば５〜１５秒）にわたって捕集電極４８に付着していた微粒子１６の個数を求めることができる。そして、個数算出部６４は、一定時間における微粒子１６の個数を算出する演算を、所定期間（例えば１〜５分）にわたって繰り返し行って積算することで、所定期間にわたって捕集電極４８に付着した微粒子１６の個数を算出することができる。また、コンデンサ６６と抵抗器６７による過渡応答を利用することで、小さな電流でも測定することが可能となり、微粒子１６の個数を高精度に検出することができる。ｐＡ（ピコアンペア）レベルやｎＡ（ナノアンペア）レベルの微小な電流であれば、例えば抵抗値の大きい抵抗器６７を使用して時定数を大きくすることで、微小な電流の測定が可能となる。なお、適時、ヒータ７０に電力を供給して捕集電極４８に捕集された微粒子１６を焼却して捕集電極４８をリフレッシュする。
【００３０】
個数算出部６４で算出された微粒子数は、ハニカムフィルタ２０を通過した後の微粒子１６（主として非極小微粒子１６ｂ）の個数である。排ガスがハニカムフィルタ２０を通過する際、測定対象外の極小微粒子１６ａがハニカムフィルタ２０で選択的に除去されるが、測定対象の非極小微粒子１６ｂもその一部がハニカムフィルタ２０で除去される。また、ハニカムフィルタ２０のうち目封じされたセル２２に入った非極小微粒子１６ｂはハニカムフィルタ２０を通過しない。これらの点を考慮すると、個数算出部６４で算出された微粒子数は、真の微粒子数ではなく、見かけの微粒子数である。この見かけの微粒子数に対して、非極小微粒子１６ｂがハニカムフィルタ２０で捕捉された分（損失分）を回復するように補正し、更に目封じされたセル２２に入った非極小微粒子１６ｂの数も回復するように補正すれば、真の微粒子数に近い数値を求めることができる。例えば、ハニカムフィルタ２０が図３の透過特性を備えている場合、非極小微粒子１６ｂの透過係数の平均値を求め、見かけの微粒子数をその平均値で除算し、更にその値を、すべてのセル２２の個数に対する目封じされていないセル２２の個数の割合で除算することにより、真の微粒子数に近い数値を求めてもよい。
【００３１】
ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のハニカムフィルタ２０が本発明のフィルタに相当し、電荷付加部３０が電荷付加手段に相当し、捕集装置４０及び個数測定装置６０が本発明の検出手段に相当する。
【００３２】
以上詳述した本実施形態によれば、自動車の排ガスの温度にかかわらず排ガスに含まれる測定対象の非極小微粒子１６ｂの数を精度よく検出することができる。具体的には、測定対象外の極小微粒子１６ａは、排ガスの温度が高温（例えば２００℃以上）のときには出現頻度は低いが、低温（例えば１００℃以下）のときに出現頻度が高くなる。しかし、本実施形態では、予めハニカムフィルタ２０で極小微粒子１６ａを選択的に除去するため、最終的に算出される真の微粒子数に近い数値には極小微粒子１６ａの数はほとんど含まれない。そのため、自動車の排ガスの温度にかかわらず排ガスに含まれる測定対象の微粒子の数を精度よく検出することができる。
【００３３】
また、ハニカムフィルタ２０を採用しているため、比較的簡単な構成で本発明を実現することができる。特に、電荷付加部３０とハニカムフィルタ２０とを一体の構造としたため、より簡単な構成で本発明を実現することができる。
【００３４】
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。
【００３５】
例えば、上述した実施形態では、電荷付加部３０として、放電電極である第１導電プラグ３１や誘導電極である第２導電プラグ３２を、セル２２を目封じするように設けたが、特に目封じする必要はない。例えば、図５に示すように、第１導電プラグ３１の代わりにセル２２の内壁に第１導電薄膜１３１を設け、第２導電プラグ３２の代わりにセル２２の内壁に第２導電薄膜１３２を設けてもよい。対角線方向の複数の第１導電薄膜１３１は隔壁２４を斜めに連通する第１導電ライン１３１ａを介して互いに電気的に接続されている。また、対角線方向の複数の第２導電薄膜１３２は隔壁２４を斜めに連通する第２導電ライン１３２ａを介して互いに電気的に接続されている。この場合も、上述した実施形態と同様の効果が得られる。また、上述した実施形態に比べて、ハニカムフィルタ２０を通過する排ガスの圧力損失を小さくすることができる。
【００３６】
上述した実施形態では、電荷付加部３０をハニカムフィルタ２０の下流側に一体に形成したが、両者を別部材としてもよい。その一例を図６に示す。図６の微粒子数検出器１１０では、ハニカムフィルタ２０の代わりに電荷付加部３０を有さないハニカムフィルタ１２０を配置したことと、そのハニカムフィルタ１２０と中空部１２ｃとの間に電荷付加素子２３０を配置したこと以外は、上述した実施形態の微粒子数検出器１０と同様である。そのため、微粒子数検出器１１０では、微粒子数検出器１０と同様の構成要素については同じ符号を付し、その説明を省略する。ハニカムフィルタ１２０は、セラミックス製のハニカム構造体であり、ガスの進行方向に沿ってハニカムフィルタ１２０を貫通する多数のセル１２２を有している。電荷付加素子２３０は、針状電極２３２と、その針状電極２３２に対向して設置された対向電極２３３とを有している。また、針状電極２３２と対向電極２３３とは、電圧Ｖｐ（例えばパルス電圧等）を印加する放電用電源２３４に接続されている。電荷付加素子２３０は、針状電極２３２と対向電極２３３との間に電圧Ｖｐ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。この気中放電中をハニカムフィルタ１２０を通過した後の排ガスが通過することにより、排ガス中の微粒子１６（主として非極小微粒子１６ｂ）は電荷１８が付加されて帯電微粒子Ｐになる。この微粒子数検出器１１０も、上述した実施形態と同様、電荷付加素子２３０の上流側にあるハニカムフィルタ１２０で極小微粒子１６ａが選択的に除去されるため、自動車の排ガスの温度にかかわらず排ガスに含まれる測定対象の微粒子の数を精度よく検出することができる。
【００３７】
なお、電荷付加素子２３０は、針状電極２３２と対向電極２３３により構成したが、他の構成を採用してもよい。例えば、誘電体層の一方の面に放電電極を設け、その誘電体層の他方の面又は内部に誘導電極を設け、放電電極と誘導電極との間に高電位差が発生するように低周波又は直流電力を供給して気中放電を発生させてもよい。
【００３８】
また、図６の微粒子数検出器１１０のハニカムフィルタ１２０に代えて、図７に示すようにスリット２２２を備えたフィルタ２２０を採用してもよい。フィルタ２２０は、複数の金属板２２４を所定の間隔をあけて配置することによりスリット２２２を形成したものである。スリット間隔は０．０１ｍｍ以上０．２ｍｍ未満の範囲に設定されている。スリット間隔を０．０１ｍｍ以上としたのは圧損が高くなりすぎるのを避けるためであり、０．２ｍｍ未満としたのはブラウン運動している極小微粒子を金属板２２４に吸着しやすくするためである。ここで、スリット間隔が４ｍｍの場合と０．１ｍｍの場合のフィルタ２２０の透過特性のグラフを図８に示す。スリット間隔が４ｍｍの場合、スリット間隔が広すぎるため、ガス中の微粒子は粒径にかかわらず高い透過係数でスリット２２２を透過してしまう。これに対して、スリット間隔が０．１ｍｍの場合、非極小微粒子は、ブラウン運動が穏やかなため金属板２２４の壁面に吸着されることなくガス進行方向に進んでフィルタ２２０を通過するものが多いが、極小微粒子は、ブラウン運動が活発なため、ガス進行方向に進むよりも金属板２２４の壁面に拡散してその壁面に吸着されるものが多い。スリット間隔が０．１ｍｍの場合、粒径１０ｎｍの微粒子の透過係数は約０．２、粒径２３ｎｍの微粒子の透過係数は約０．７、粒径５０ｎｍ以上の微粒子の透過係数は０．８以上であり、フィルタ２２０は極小微粒子１６ａを選択的に除去することができる。このように、図６の微粒子数検出器１１０のハニカムフィルタ１２０に代えて、図７に示すフィルタ２２０を採用した場合でも、電荷付加素子２３０の上流側にあるフィルタ２２０で極小微粒子が選択的に除去されるため、自動車の排ガスの温度にかかわらず排ガスに含まれる測定対象の微粒子の数を精度よく検出することができる。なお、図８の透過特性は、図３の透過特性に比べてＰＭＰ法により準拠したものとなっている。こうしたフィルタ２２０も、ハニカムフィルタ１２０と同様、セラミックス製が好ましい。
【００３９】
上述した実施形態では、電荷１８が付加された微粒子１６の数を計測したが、発生する電荷１８の総数から微粒子１６に付加しなかった電荷１８の数を差し引くことにより、電荷１８が付加された微粒子１６の数を求めてもよい（例えばＷＯ２０１５／１４６４５６の第３の実施の形態参照）。具体的には、まず、微粒子１６がほとんど存在しないガスを使用して電荷付加部３０で発生した電荷１８の数（Ｎ１）を計測する。次に、微粒子１６を含むガスを使用して、電荷付加部３０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の数（Ｎ２）を計測する。電荷付加部３０で発生した電荷１８のうち微粒子１６に付加したものの数（Ｎ３）は、Ｎ３＝Ｎ１−Ｎ２で求めることができる。そして、Ｎ３を、１つの微粒子１６に付加する電荷の数の平均値ＮＡで除した値（Ｎ）は、微粒子１６の数と実質的に同じであり、Ｎ＝Ｎ３／ＮＡで求めることができる。このようにしてもガスに含まれる微粒子数を計測することができる。
【００４０】
上述した実施形態では、所定粒径を２３ｎｍとし、その所定粒径を上限とする極小微粒子１６ａをハニカムフィルタ２０で選択的に除去するものを例示したが、所定粒径を２５ｎｍとしたり２０ｎｍとしたり１５ｎｍとしたり１０ｎｍとしてもよい。その場合、所定粒径の大きさに合わせて、ハニカムフィルタ２０の壁厚やセル密度、ガス進行方向の長さ等を適宜変更すればよい。
【００４１】
上述した実施形態では、ガス中の微粒子の数を計測する微粒子数検出器１０を例示したが、ガス中の微粒子の数を計測する代わりに、その微粒子の数が所定範囲に入るか否か（例えば所定の閾値を超えるか否か）を判定してもよい。
【００４２】
上述した実施形態では、微粒子数検出器１０は余剰電荷除去装置５０を備えていたが、これを省略してもよい。
【００４３】
本出願は、２０１６年７月１２日に出願された日本国特許出願第２０１６−１３７４１４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】
【００４４】
本発明は、被測定ガス中の微粒子数を検出する微粒子数検出器に利用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  微粒子数検出器、１２  通気管、１２ａ  ガス導入口、１２ｂ  ガス排出口、１２ｃ  中空部、１６  微粒子、１６ａ  極小微粒子、１６ｂ  非極小微粒子、１８  電荷、２０  ハニカムフィルタ、２２  セル、２４  隔壁、３０  電荷付加部、３１  第１導電プラグ、３１ａ  第１導電ライン、３２  第２導電プラグ、３２ａ  第２導電ライン、３４  放電用電源、３６  放電領域、４０  捕集装置、４２  電界発生部、４４  負極、４６  正極、４８  捕集電極、５０  余剰電荷除去装置、５２  電界発生部、５４  負極、５６  正極、５８  除去電極、６０  個数測定装置、６２  電流測定部、６４  個数算出部、６６  コンデンサ、６７  抵抗器、６８  スイッチ、７０  ヒータ、１１０  微粒子数検出器、１２０  ハニカムフィルタ、１２２  セル、１３１  第１導電薄膜、１３１ａ  第１導電ライン、１３２  第２導電薄膜、１３２ａ  第２導電ライン、２２０  フィルタ、２２２  スリット、２２４  金属板、２３０  電荷付加素子、２３２  針状電極、２３３  対向電極、２３４  放電用電源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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