AT520828B1 - Verfahren und Anordnung umfassend Kondensationspartikelzähler, Betriebsstoff und Trägergas - Google Patents

Abstract

Verfahren und Anordnung umfassend einen Kondensationspartikelzähler (1), einen Betriebsstoff (2) und ein den Kondensationspartikelzähler (1) im Messbetrieb entlang eines Hauptströmungspfads (4) durchströmendes Trägergas (3), wobei der Kondensationspartikelzähler (1) einen Sättiger (5) und eine entlang des Hauptströmungspfads (4) des Trägergases (3) nach dem Sättiger (5) angeordnete und in das angereicherte Trägergas (3) mündende Düsenvorrichtung (6) aufweist, wobei der Kondensationspartikelzähler (1) einen nach der Düsenvorrichtung (6) angeordneten Kondensationsbereich (9) zur Übersättigung der Mischung enthaltend Trägergas (3), Betriebsstoff (2) und Messaerosol (8) aufweist, und wobei der Kondensationspartikelzähler (1) eine entlang des Hauptströmungspfads (4) nach dem Kondensationsbereich (9) angeordnete Messvorrichtung (10) zur Detektion der durch den kondensierten Betriebsstoff (2) vergrößerten Partikel des Messaerosols (8) aufweist. Erfindungsgemäß ist das Trägergas (3) ein Inertgas, der Betriebsstoff (2) ist ein Alkan mit der Strukturformel CnH2n+2 und einer Ordnungszahl n zwischen 16 und 24 und das Trägergas (3) ist im Messbetrieb von der Temperieranordnung (11) im Kondensationsbereich (9) auf eine Kondensationstemperatur von über 150°C temperiert.

Description

Beschreibung

VERFAHREN UND ANORDNUNG UMFASSEND KONDENSATIONSPARTIKELZÄHLER, BETRIEBSSTOFF UND TRÄGERGAS

[0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung umfassend einen Kondensationspartikelzähler, einen Betriebsstoff und ein Trägergas, wobei das Trägergas den Kondensationspartikelzähler im Messbetrieb entlang eines Hauptströmungspfads durchströmt, wobei der Kondensationspartikelzähler einen Sättiger zur Anreicherung, insbesondere zur Sättigung, des Trägergases mit einem Betriebsstoff aufweist, wobei der Sättiger im Messbetrieb zumindest teilweise mit dem Betriebsstoff befüllt und von dem Trägergas durchströmt ist, wobei der Kondensationspartikelzähler eine entlang des Hauptströmungspfads des Trägergases nach dem Sättiger angeordnete und in das angereicherte Trägergas mündende Düsenvorrichtung aufweist, die mit einer Messaerosolzuleitung verbunden und zur Einbringung eines partikelbeladenen Messaerosols in das angereicherte Trägergas eingerichtet ist, wobei der Kondensationspartikelzähler einen entlang des Hauptströmungspfads nach der Düsenvorrichtung angeordneten Kondensationsbereich zur Übersättigung der Mischung enthaltend das Trägergas, den Betriebsstoff und das Messaerosol aufweist, wobei der Kondensationspartikelzähler eine entlang des Hauptströmungspfads nach dem Kondensationsbereich angeordnete Messvorrichtung zur Detektion der durch den kondensierten Betriebsstoff vergrößerten Partikel des Messaerosols aufweist, und wobei der Kondensationspartikelzähler eine Temperieranordnung zur Temperierung des Trägergases aufweist.

[0002] Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Kondensationspartikelzählers.

[0003] Kondensationspartikelzähler sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt und publiziert. Bei herkömmlichen Kondensationspartikelzählern wird ein Aerosolstrom mit einem dampfförmigen Betriebsstoff gesättigt und in weiterer Folge in einem Kondensationsbereich derart abgekühlt, dass die im Aerosolstrom enthaltenen Partikel als Kondensationskeime wirken, an denen sich der kondensierende Betriebsstoff anlagert. Dadurch werden die Partikel vergrößert und können mit höherer Genauigkeit von einer Messvorrichtung erfasst, insbesondere gezählt werden. Einen derartigen Kondensationspartikelzähler zeigen beispielsweise JP S6176935 A oder die WO 2017/085184 A1 der Anmelderin, wo die Verwendung von Wasser, Alkan oder Alkohol als Betriebsstoff beschrieben ist. Ein Kondensationskernzähler, in dem n-Alkane mit der allgemeinen chemischen Formel CnH2n+2 mit einer Ordnungszahl n von zehn, elf oder 12 verwendet werden, zeigt die WO 2015/028553 A1 der Anmelderin. Als Messaerosol wird häufig das Abgas einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt, um beispielsweise die Partikelemissionen eines Kraftfahrzeugs zu messen. Es sind auch Kondensationspartikelzähler in Gebrauch, die das Messaerosol mit einem - vorzugsweise inerten - Trägergas mischen, wie beispielsweise in der US 2008/152547 A1 beschrieben. Abgase von Verbrennungskraftmaschinen enthalten neben den zu messenden Partikeln jedoch noch weitere Bestandteile wie beispielsweise Wasserdampf, unverbrannte Kohlenwasserstoffe oder Schwefelsäure. Diese weiteren Bestandteile können die Messung beeinträchtigen und sogar den Kondensationspartikelzähler beschädigen. Aus diesem Grund wird das Messaerosol bei herkömmlichen Kondensationspartikelzählern konditioniert. Bei dieser Konditionierung wird das Messaerosol beispielsweise getrocknet, gekühlt und verdünnt. Jedoch hat sich in der Praxis herausgestellt, dass die Konditionierung des Messaerosols die Genauigkeit der Messung beeinträchtigt, da bei der Konditionierung ein beträchtlicher Teil der Partikel des Messaerosols verloren geht bzw. aus dem Messaerosol gefiltert wird, wobei dieses Problem insbesondere bei Nanopartikeln, z.B. in der Größe von unter 25nm auftritt.

[0004] Zur Lösung dieses Problems sind sogenannte Hochtemperatur-Kondensationspartikelzähler bzw. HT-CPCs bekannt. Bei dieser speziellen Bauart eines Kondensationspartikelzählers wird die Temperatur entlang der Strömung des Messaerosols über den maßgeblichen Taupunkttemperaturen der im Abgas enthaltenen und dampfförmig gebundenen Bestandteile ge halten. In der Regel wird als Minimaltemperatur die Taupunkttemperatur von Schwefelsäure gewählt, die etwa im Bereich von 150°C liegt. Dadurch wird verhindert, dass Stoffe wie Wasserdampf oder dampfförmige Schwefelsäure im Bereich der Messvorrichtung kondensieren und die Messung beeinträchtigen oder die Messvorrichtung beschädigen.

[0005] Jedoch hat sich in der Praxis herausgestellt, dass bei HT-CPCs weitere Probleme auftreten, die keinen stabilen Betrieb ermöglichen. So treten bei herkömmlichen HT-CPCs überraschenderweise bereits nach kurzer Betriebsdauer Beschädigungen am Sättiger auf, wodurch die Messgenauigkeit und die Lebensdauer des HT-CPCs stark herabgesetzt werden.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es nun, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und einen verbesserten Kondensationspartikelzähler, insbesondere mit dauerhaft erhöhter Messgenauigkeit zu schaffen.

[0007] Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

[0008] Intensive Studien haben ergeben, dass die Beschädigung des Sättigers bei Hochtemperatur-Kondensationspartikelzählern durch unerwünschte Reaktionen des Betriebsstoffs bewirkt wird. Herkömmliche Betriebsstoffe sind meist langkettige Ester, insbesondere Dioctylphthalate, die in flüssiger Form zugeführt und durch die Beheizung des Sättigers dampfförmig im Aerosolstrom oder im Trägergas aufgenommen oder gebunden werden. Diese Ester haben sich in der Praxis aber als nicht ausreichend thermostabil herausgestellt.

[0009] Für herkömmliche Niedertemperatur-Kondensationspartikelzähler sind als Betriebsstoffe auch Kohlenwasserstoffe bekannt. Bei höheren Temperaturen reagieren diese Kohlenwasserstoffe jedoch mit dem Sauerstoff des Aerosolstroms oder des Trägergases, wodurch die molekulare Struktur der Betriebsstoffe in nachteiliger Weise verändert wird. Überdies kommt es bei höheren Temperaturen zum sogenannten „Cracken“ der Kohlenwasserstoffe des Betriebsstoffs. Nebenprodukte dieser Reaktion lagern sich in weiterer Folge im Sättiger ab, was zu einem Verlegen des Sättigers führen kann.

[0010] Die Messgenauigkeit des Kondensationspartikelzählers kann insbesondere dadurch erhöht werden, dass eine verbesserte Düsenvorrichtung zur verteilten Beimengung des Messaerosols in das Trägergas eingesetzt wird.

[0011] Die Messgenauigkeit des Kondensationspartikelzählers kann insbesondere dadurch verbessert werden, dass ein verbesserter Sättiger eingesetzt wird.

[0012] Unter Konditionierung wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung eine Behandlung, insbesondere eine Filterung, Verdünnung und/oder Trocknung, des Messaerosolstroms verstanden.

[0013] Insbesondere betrifft die Erfindung eine Anordnung umfassend einen Kondensationspartikelzähler, einen Betriebsstoff und ein Trägergas, wobei das Trägergas den Kondensationspartikelzähler im Messbetrieb entlang eines Hauptströmungspfads durchströmt, wobei der Kondensationspartikelzähler einen Sättiger zur Anreicherung, insbesondere zur Sättigung, des Trägergases mit einem Betriebsstoff aufweist, wobei der Sättiger im Messbetrieb zumindest teilweise mit dem Betriebsstoff befüllt und von dem Trägergas durchströmt ist, wobei der Kondensationspartikelzähler eine entlang des Hauptströmungspfads des Trägergases nach dem Sättiger angeordnete und in das angereicherte Trägergas mündende Düsenvorrichtung aufweist, die mit einer Messaerosolzuleitung verbunden und zur Einbringung eines partikelbeladenen Messaerosols in das angereicherte Trägergas eingerichtet ist, wobei der Kondensationspartikelzähler einen entlang des Hauptströmungspfads nach der Düsenvorrichtung angeordneten Kondensationsbereich zur Übersättigung der Mischung enthaltend das Trägergas, den Betriebsstoff und das Messaerosol aufweist, wobei der Kondensationspartikelzähler eine entlang des Hauptströmungspfads nach dem Kondensationsbereich angeordnete Messvorrichtung zur Detektion der durch den kondensierten Betriebsstoff vergrößerten Partikel des Messaerosols aufweist, und wobei der Kondensationspartikelzähler eine Temperieranordnung zur Temperierung des Trä gergases aufweist.

[0014] Insbesondere ist vorgesehen, dass das Trägergas ein Inertgas ist, dass der Betriebsstoff ein Alkan mit der Strukturformel CnH2n+2 und einer Ordnungszahl n zwischen 16 und 24 ist, und/oder dass das Trägergas im Messbetrieb von der Temperieranordnung im Kondensationsbereich auf eine Kondensationstemperatur von über 150°C, vorzugsweise von über 190°C temperiert ist.

[0015] Die Verwendung eines Alkan mit der Strukturformel CnH2n+2 und einer Ordnungszahl n zwischen 16 und 24 bedeutet dabei, dass (auch) dessen zugehörige Isomere verwendet werden.

[0016] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Trägergas Stickstoff ist.

[0017] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das den Sättiger im Messbetrieb durchströmende Trägergas ein abgasfreies und sauerstofffreies Gas oder Gasgemisch ist.

[0018] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Betriebsstoff ein Alkan mit der Strukturformel C20H42 und insbesondere Eicosan ist.

[0019] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Trägergas im Messbetrieb von der Temperieranordnung im Sättiger auf eine Sättigertemperatur temperiert ist, wobei die Sättigertemperatur größer ist als die Temperatur des Trägergases im Kondensationsbereich und insbesondere größer ist als 200°C oder 210°C.

[0020] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Temperatur des Trägergases und/oder des Messaerosols im Kondensationsbereich kleiner ist als die Sättigertemperatur aber größer als 180°C insbesondere größer als 190°C ist.

[0021] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Messaerosol im Messbetrieb ein Teil der Anordnung ist, dass das Messaerosol ein unkonditionierter Teilstrom des Abgases eines Prüflings ist, dass der Prüfling eine Verbrennungskraftmaschine, eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsanlage und/oder ein Kraftfahrzeug ist, und/oder dass das Messaerosol insbesondere ein unverdünnter, ungetrockneter und/oder direkt von der Entnahmestelle abgezweigter Teilstrom des Abgases des Prüflings ist.

[0022] Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Kondensationspartikelzählers, bei dem ein Trägergas entlang eines Hauptströmungspfads durch den Kondensationspartikelzähler gefördert wird, wobei das Trägergas bei der Durchströmung des Kondensationspartikelzählers entlang des Hauptströmungspfads von einer Temperieranordnung zumindest abschnittsweise temperiert wird, und wobei entlang des Hauptströmungspfads nacheinander das Trägergas durch einen Sättiger mit einem Betriebsstoff anreichert oder gesättigt wird, dem angereicherten Trägergas durch eine Düsenvorrichtung ein Messaerosol beigemengt wird, der Mischung enthaltend das Trägergas, den Betriebsstoff und das Messaerosol in einem Kondensationsbereich übersättigt wird, und die durch den kondensierten Betriebsstoff vergrößerten Partikel des Messaerosols in einer Messvorrichtung detektiert werden wobei gegebenenfalls vorgesehen ist, dass das Trägergas ein Inertgas ist, dass der Betriebsstoff ein Alkan mit der Strukturformel CnH2n+2 und einer Ordnungszahl n zwischen 16 und 24 oder ein zugehöriges Isomer ist, und/oder dass das Trägergas und das Messaerosol im Messbetrieb von der Temperieranordnung im Kondensationsbereich auf eine Kondensationstemperatur von über 150°C, vorzugsweise von über 190°C temperiert wird.

[0023] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Trägergas im Messbetrieb von der Temperieranordnung im Sättiger auf eine Sättigertemperatur temperiert wird, wobei die Sättigertemperatur größer ist als die Temperatur des Trägergases im Kondensationsbereich und insbesondere größer ist als 200°C oder 210°C.

[0024] Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird als Betriebsstoff C20H42 und als Trägergas N2 verwendet. Ferner liegt bei dieser bevorzugten Ausführungsform die Temperatur im Sättiger im Bereich von oder über 200°C. Überdies liegt bei dieser bevorzugten Ausführungsform die Temperatur im Kondensationsbereich unterhalb der Temperatur im Sättiger, insbesondere im Bereich von oder über 190°C. Des Weiteren liegt bei dieser bevorzugten Ausführungsform die Temperatur in der Messvorrichtung über der Taupunkttemperatur von Schwefelsäure, insbesondere im Bereich von oder über 150°C, bevorzugt im Bereich von oder über 190°C. Die Temperaturangaben der besonders bevorzugten Ausführungsform beziehen sich auf das durch den im bestimmungsgemäßen Betrieb durch den Kondensationspartikelzähler geleiteten Gasstrom bzw. Aerosolstrom. Gemäß dieser besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Messaerosolstrom nach dem Sättiger, jedoch vor dem oder im Kondensationsbereich und vor der Messvorrichtung dem angereicherten oder gesättigten Trägergas beigemengt.

[0025] Bei einem als Hochtemperatur-Kondensationspartikelzähler ausgebildeten Kondensationspartikelzähler liegt die Minimaltemperatur des Messaerosols insbesondere über der Säuretaupunkttemperatur von Schwefelsäure.

[0026] Die Säuretaupunkttemperatur liegt in der Regel im Bereich von 120°C bis 150°C.

[0027] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Temperieranordnung im Messbetrieb derart ausgestaltet oder eingerichtet ist, dass die Temperatur im Messkanal der Messvorrichtung größer ist als 190°C und insbesondere größer ist als 200°C oder zwischen 220°C und 240°C und insbesondere bei 230°C liegt, und/oder dass die Temperieranordnung im Messbetrieb derart ausgestaltet oder eingerichtet ist, dass die Oberflächentemperatur der dem Messaerosolstrom zugewandten Fläche des Hauptkanals größer ist als 190°C und insbesondere größer ist als 200°C oder zwischen 220°C und 240°C und insbesondere bei 230°C liegt.

[0028] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Temperieranordnung im Messbetrieb derart ausgestaltet oder eingerichtet ist, dass die Temperatur des Messkanals oder innerhalb des Messkanals der Messvorrichtung zwischen 220°C und 240°C und insbesondere 230°C beträgt, dass die Temperatur des Sättigungsbereichs oder im Sättiger zwischen 200°C und 220°C und insbesondere 210°C beträgt, und dass die Temperatur des Kondensationsbereichs oder im Kondensationsbereich zwischen 190°C und 200°C beträgt.

[0029] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Messaerosolstrom derart beheizt wird, dass die Temperatur des Messaerosolstroms an jeder Stelle des Hauptkanals größer ist als die Säuretaupunkttemperatur der gegebenenfalls im Messaerosolstrom enthaltenen Säuren, insbesondere der Schwefelsäure, wobei die Säuretaupunkttemperatur insbesondere im Bereich von 120°C bis 150°C liegt.

[0030] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Temperieranordnung im Messbetrieb derart betrieben wird, dass die Temperatur im Sättiger und im Kondensationsbereich größer ist als 180°C und insbesondere größer ist als 190°C, und dass die Heizanordnung derart betrieben wird, dass die Temperatur im Sättiger größer ist als im Kondensationsbereich und insbesondere größer ist als 200°C oder 210°C.

[0031] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Temperieranordnung im Messbetrieb derart betrieben wird, dass die Temperatur des Messkanals der Messvorrichtung zwischen 220°C und 240°C beträgt, dass die Temperatur des Sättigungsbereichs zwischen 200°C und 220°C beträgt, und dass die Temperatur des Kondensationsbereichs zwischen 190°C und 200°C beträgt.

[0032] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Messaerosolstrom im Sättiger auf eine Temperatur zwischen 200°C und 220°C gebracht wird, und dass der Messaerosolstrom im Kondensationsbereich auf eine Temperatur zwischen 190°C und 200°C gebracht wird, und dass der Messkanal der Messvorrichtung auf eine Temperatur zwischen 220°C und 240°C gebracht wird.

[0033] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Messaerosolstrom im Messbetrieb aus dem Kondensationsbereich mit einer Temperatur von über 190° und insbesondere mit einer Temperatur von 190°C bis 200°C in den Messkanal der Messvorrichtung eingeleitet oder durch eine Vereinzelungsdüse eingeblasen wird, und dass der Messaerosolstrom im Messkanal durch die Temperieranordnung erwärmt wird und insbesondere auf eine Temperatur von über 200° und/oder auf eine Temperatur zwischen 220°C und 240°C erwärmt wird.

[0034] Durch die spezielle Ausgestaltung der Düsenvorrichtung wird das eingebrachte partikel beladene Messaerosol bevorzugt ringförmig von einem im Wesentlichen partikelfreien Strom umgeben. Hierdurch können Verluste von Partikeln an der mit Betriebsstoff benetzten Wand des nachfolgenden Kondensationsbereichs vermieden und die Kontamination des Kondensationsbereichs, beispielsweise durch Rückfluss von Kondensat, kann verringert werden.

[0035] In weiterer Folge wird die Erfindung anhand einer exemplarischen, nicht einschränkenden, Ausführungsform weiter beschrieben, die in den Figuren dargestellt ist. Darin zeigen [0036] Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform eines Kondensationspartikelzählers, [0037] Figur 2 einen Detailausschnitt des Kondensationspartikelzählers aus Figur 1, [0038] Figur 3 eine weitere schematische Schnittdarstellung eines Kondensationspartikelzählers, insbesondere des Kondensationspartikelzählers aus Figur 1, [0039] Figur 4 eine schematische Schrägansicht maßgeblicher Komponenten einer Verteilerdüse, wie sie beispielsweise in einem Kondensationspartikelzähler gemäß mindestens einer der Figuren 1-3 eingesetzt werden kann, und [0040] Figur 5 eine schematische Schrägansicht maßgeblicher Komponenten eines Sättigungskörpers, wie er beispielsweise in einem Kondensationspartikelzähler gemäß mindestens einer der Figuren 1-3 eingesetzt werden kann.

[0041] Die Bezugszeichen der Figuren entsprechen folgenden Komponenten: Kondensationspartikelzähler 1, Betriebsstoff 2, Trägergas 3, Hauptströmungspfad 4, Sättiger 5, Düsenvorrichtung 6, Messaerosolzuleitung 7, Messaerosol 8, Kondensationsbereich 9, Messvorrichtung 10, Temperieranordnung 11, Hauptkanal 12, Düsenabschnitt 13, Endabschnitt (der Verteilerdüse) 15, Verteilerdüse 16, Wand (des Düsenabschnitts) 17, Eintrittsquerschnitt 18, Austrittsöffnung 19, Eintrittskanal 20, Verteilerkanal 21, Eintrittsöffnung 22, Überlauföffnung 23, freies Ende (der Messaerosolzuleitung) 24, freie Querschnitt (des freien Endes der Messaerosolzuleitung) 25, Austrittsabschnitt (der Verteilerdüse) 26, Sättigungskörper 27, Sättigungskanal 28, Sättigungskanalwand 29, wannenförmiger Abschnitt 30, Sättigungsraum 31, Betriebsstoffzuleitung 32, Betriebsstoffreservoir 33, Füllstandsregelvorrichtung 34, Druckausgleichsöffnung 35.

[0042] Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer möglichen Ausführungsform eines Kondensationspartikelzählers 1 bzw. einer Anordnung eines Kondensationspartikelzählers 1 mit einem Betriebsstoff 2, einem Trägergas 3 und/oder einem Messaerosol 8.

[0043] Der Kondensationspartikelzähler 1 wird im bestimmungsgemäßen Betrieb entlang eines Hauptströmungspfads 4 von einem Trägergas 3 durchströmt. Bei dem Trägergas 3 handelt es sich um ein abgasfreies und sauerstofffreies Gas oder Gasgemisch.

[0044] Dabei durchströmt das Trägergas 3 einen Sättiger 5, in dem das Trägergas 3 mit einem Betriebsstoff 2 angereichert oder gesättigt wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist entlang des Hauptströmungspfads 4 nach dem Sättiger 5 eine Düsenvorrichtung 6 angeordnet. Die Düsenvorrichtung 6 umfasst eine Messaerosolzuleitung 7 zur Zuleitung des Messaerosols 8 in das angereicherte oder gesättigte Trägergas 3. In einer vorteilhaften Ausführung handelt es sich bei dem Messaerosol 8 um einen unkonditionierten Teilstrom des Abgases eines Prüflings wie z.B. einer Verbrennungskraftmaschine, einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsanlage und/oder eines Kraftfahrzeugs, das - unter anderem, einen Verbrennungsmotor aufweist. Das Messaerosol 8 ist dabei insbesondere ein unverdünnter, ungetrockneter und/oder direkt von einer Entnahmestelle - beispielsweise im Abgassystem bzw. Auspuff -abgezweigter Teilstrom des Abgases des Prüflings.

[0045] In der vorliegenden Ausführungsform ist in oder entlang des Hauptströmungspfads 4 nach der Düsenvorrichtung 6 ein Kondensationsbereich 9 vorgesehen. In dem Kondensationsbereich 9 werden die physikalischen Parameter derart angepasst, dass es zu einer Übersättigung des Gemischs kommt, welches das Trägergas 3, den Betriebsstoff 2 und das Messaerosol 8 umfasst, womit die im Messaerosol 8 enthaltenen Partikel durch den kondensierenden Betriebsstoff 2 vergrößert werden.

[0046] Nach dem Kondensationsbereich 9 ist entlang des Hauptströmungspfads 4 eine Messvorrichtung 10 nachgeordnet. Diese Messvorrichtung 10 kann beispielsweise eine herkömmliche Messvorrichtung 10 eines Kondensationspartikelzählers sein, die beispielsweise eine Vereinzelungsdüse zur Vereinzelung der Partikel des Messaerosols 8 aufweist. Insbesondere umfasst die Messvorrichtung 10 ein optisches Messgerät zur Detektion von Partikeln.

[0047] Ferner umfasst der Kondensationspartikelzähler 1 eine Temperieranordnung 11, die dazu geeignet und/oder eingerichtet ist, eine Beheizung und gegebenenfalls eine Kühlung vorzunehmen. Insbesondere erstreckt sich durch den gesamten Kondensationspartikelzähler 1 ein Hauptkanal 12, durch den anfänglich nur das Trägergas 3 und in weiterer Folge auch der Betriebsstoff 2 und das Messaerosol 8 hindurchgefördert werden. Die Temperieranordnung 11 kann beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass ein Teil, im vorliegenden Fall der Sättiger 5, beheizt ist. Der Kondensationsbereich 9 kann beispielsweise eine Temperatur aufweisen, die geringer ist als die Temperatur im Bereich des Sättigers 5, womit die physikalischen Rahmenbedingungen im Verlauf des Hauptkanals 12 derart abgeändert werden, dass zuerst eine Anreicherung bzw. eine Sättigung des Trägergases 3 mit dem Betriebsstoff 2 erfolgt, und dass es anschließend im Kondensationsbereich 9, beispielsweise durch eine aktive oder passive Kühlung, zu einer Übersättigung kommt.

[0048] Günstigerweise wird das Trägergas 3 im Messbetrieb von der Temperieranordnung 11 im Sättiger 5 auf eine Sättigertemperatur temperiert, wobei die Sättigertemperatur größer ist als die Temperatur des Trägergases 3 im Kondensationsbereich 9 und insbesondere größer ist als 200°C oder 210°C. Demnach wird das Trägergas 3 im Messbetrieb von der Temperieranordnung 11 im Kondensationsbereich 9 auf eine Kondensationstemperatur von über 150°C, vorzugsweise von über 190°C temperiert.

[0049] Insbesondere kann durch die Temperieranordnung 11 die Temperatur des Messaerosols 8 im Kondensationspartikelzähler 1 über einem gewissen Minimalwert gehalten werden, sodass eine Kondensation von im Messaerosol enthaltenem Wasserdampf oder Schwefelsäuredampf vermieden wird. Bevorzugt liegt in allen Ausführungsformen des Kondensationspartikelzählers die Minimaltemperatur oberhalb der Taupunkttemperatur von Wasser und/oder oberhalb der Taupunkttemperatur von Schwefelsäure. Günstigerweise ist die Temperatur des Trägergases 3 und/oder des Messaerosols 8 im Kondensationsbereich 9 kleiner als die Sättigertemperatur aber größer als 180°C, insbesondere größer als 190°C.

[0050] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Messaerosolstrom des Messaerosols 8 derart beheizt wird, dass die Temperatur des Messaerosolstroms an jeder Stelle des Hauptkanals 12 größer ist als die Säuretaupunkttemperatur der gegebenenfalls im Messaerosolstrom enthaltenen Säuren, insbesondere der Schwefelsäure, wobei die Säuretaupunkttemperatur insbesondere im Bereich von 120°C bis 150°C liegt.

[0051] Demnach ist der erfindungsgemäße Kondensationspartikelzähler 1 als HT-CPC ausgeführt. Bei einem als HAT-CPC bzw. Hochtemperatur-Kondensationspartikelzählerausgebildeten Kondensationspartikelzähler liegt die Minimaltemperatur des Messaerosols insbesondere über der Säuretaupunkttemperatur von Schwefelsäure. Die Säuretaupunkttemperatur liegt in der Regel im Bereich von 120°C bis 150°C.

[0052] Der Sättiger 5 umfasst in der vorliegenden Ausführungsform einen Sättigungskörper 27, der entlang des Hauptströmungspfads 4 mehrere Sättigungskanäle 28 umfasst. Die Sättigungskanäle 28 sind jeweils durch Sättigungskanalwände 29 voneinander getrennt. Der Sättiger 5 umfasst einen Sättigungsraum 31 mit einem wannenförmigen Abschnitt 30. Form und/oder Verlauf des Sättigungsraums 31 im Sättiger 5 ist an die Form und/oder den Verlauf des Sättigungskörpers 27 angepasst.

[0053] Der Sättigungsraum 31 ist entlang des Hauptströmungspfads 4 rohrförmig ausgebildet. Im - bei bestimmungsgemäßer Verwendung geodätisch - oberen Bereich, oberhalb des wannenförmigen Abschnitts 30 ist eine Druckausgleichsöffnung 35 vorgesehen. Der Sättigungskörper 27 ist in der vorliegenden Ausführungsform in dem Sättigungsraum 31 angeordnet und ragt in den wannenförmigen Abschnitt 30. Der Sättigungskörper 27 ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein poröser Körper, der zumindest teilweise mit dem Betriebsstoff 2 befüllt bzw. getränkt und/oder befüllbar bzw. tränkbar ist. Beim Durchströmen der Sättigungskanäle 28 wird das Trägergas 3 mit dem Betriebsstoff 2 angereichert oder gesättigt. Zur Zuführung des Betriebsstoffs 2 ist eine Betriebsstoffzuleitung 32 vorgesehen, die mit einem Betriebsstoffreservoir 33 verbunden ist. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Sättiger 5 überdies die oben erwähnte Druckausgleichsöffnung 35. In der vorliegenden Ausführungsform kann der wannenförmige Abschnitt 30 teilweise oder vollständig mit dem Betriebsstoff 2 gefüllt werden. Hierzu ist der wannenförmige Abschnitt 30 durch den unteren Teil des Sättigungsraums 31 begrenzt, der zusätzlich entlang des Hauptströmungspfads vor und nach dem Sättigungskörper 27 eine Stufe bzw. eine Schulter umfasst, sodass eine Wanne gebildet ist, in der der bevorzugt flüssig zugeführte Betriebsstoff 2 angeordnet sein kann. Auch der Sättigungskörper 27 ragt bevorzugt in diesen wannenförmigen Abschnitt 30, wodurch, durch seine poröse Struktur, der Betriebsstoff 2 beispielsweise durch Kapillarwirkung den gesamten Sättigungskörper 27 tränkt.

[0054] Zur Einbringung des Messaerosols 8 in das mit Betriebsstoff 2 angereicherte Trägergas 3 ist die Düsenvorrichtung 6 vorgesehen. Die Düsenvorrichtung 6 umfasst eine Verteilerdüse 16, die in einem Düsenabschnitt 13 des Hauptkanals 12 angeordnet ist. Insbesondere ist die Verteilerdüse 16 beabstandet von der Wand 17 des Düsenabschnitts 13 angeordnet, womit sich in der vorliegenden Ausführungsform ein Ringspalt ergibt, in den das Messaerosol 8 eingebracht wird. Die Verteilerdüse 16 ragt dabei im Düsenabschnitt 13 entlang des Hauptströmungspfads 4 auskragend in den Hauptkanal 12 und umfasst einen als freies Ende ausgebildeten Endabschnitt 15. Der Endabschnitt 15 der Verteilerdüse 16 ist entlang des Hauptströmungspfads 4 im Düsenabschnitt 13 keilförmig oder konisch zusammenlaufend ausgebildet und bildet dadurch eine Spitze. Form und Verlauf des Hauptkanals 12 im Düsenabschnitt 13 sind Form und Verlauf der Verteilerdüse 16 angepasst. Derart folgt die Wand des Hauptkanals 12 im Düsenabschnitt 13 der Außenkontur der Verteilerdüse 16 beanstandet, wodurch der Hauptkanal 12 im Düsenabschnitt 13 einen ringförmigen Querschnitt aufweist oder ringspaltförmig ausgebildet ist. Der Ringspalt beginnt schon stromaufwärts der Düsenvorrichtung 6 im Bereich der Messaerosolzuleitung 7.

[0055] In der vorliegenden Ausführungsform ist der Kondensationspartikelzähler 1 als Hochtemperaturkondensationspartikelzähler ausgebildet. Dieser Kondensationspartikelzähler 1 hat den technischen Vorteil, dass das Messaerosol 8 im Wesentlichen unkonditioniert zugeführt werden kann. Da die Minimaltemperatur des Messaerosols 8 im Verlauf der maßgeblichen Komponenten des Kondensationspartikelzählers 1 oberhalb der Taupunkttemperatur von Wasser und gegebenenfalls auch Schwefelsäure liegt, werden Messfehler verringert, obwohl das Abgas ein im Wesentlichen ungetrocknetes und im Wesentlichen ungefiltertes Abgas einer Verbrennungskraftmaschine sein kann.

[0056] Um trotz der hohen Temperaturen einen stabilen Betrieb aufrechterhalten zu können, wird als Betriebsstoff 2 günstigerweise ein Alkan mit der Strukturformel CnH2n+2 und einer Ordnungszahl n zwischen 16 und 24 verwendet. Dabei kommen auch dessen Isomere zur Anwendung. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein Alkan mit der Strukturformel C20H42, insbesondere Eicosan, verwendet. Als Trägergas wird ein Inertgas, insbesondere Stickstoff, verwendet. Dadurch wird verhindert, dass trotz der hohen Temperatur der Betriebsstoff 2 im Sättiger 5 oxidiert, crackt oder in sonstiger Weise seine molekulare Struktur ungewünscht ändert. Durch die Zuleitung des Messaerosols 8 nach dem Sättiger 5 wird zusätzlich noch verhindert, dass Bestandteile des Messaerosols 8 die Funktion des Sättigers 5 beeinträchtigen. Um trotz der späten Beimengung des Messaerosols 8 eine ausreichende Durchmischung des Messaerosols 8 mit dem angereicherten oder gesättigten Trägergas 3 zu bewirken, kann eine speziell ausgestaltete Düsenvorrichtung vorgesehen sein.

[0057] Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Details der Düsenvorrichtung 6, insbesondere der Düsenvorrichtung 6 aus Fig. 1.

[0058] Der Hauptkanal 12 umfasst einen Düsenabschnitt 13 mit einer Wand 17. Innerhalb des

Hauptkanals 12, insbesondere im Düsenabschnitt 13, ist beabstandet von der Wand 17 die Verteilerdüse 16 angeordnet. Die Verteilerdüse 16 ragt damit im dargestellten Ausführungsbeispiel mittig in den Düsenabschnitt 13 des Hauptkanals 12. Die Verteilerdüse 16 verläuft im Wesentlichen entlang des Hauptströmungspfads 4 und weist, wie schon weiter oben erläutert, einen Endabschnitt 15 auf, der in der vorliegenden Ausführungsform als freies Ende ausgebildet ist.

[0059] Die Wand 17 des Düsenabschnitts 13 ist im Wesentlichen dem Verlauf der Verteilerdüse 16 angepasst. Durch die vorliegende Konfiguration ist zwischen der Verteilerdüse 16 und der Wand 17 des Düsenabschnitts 13 ein Ringkanal gebildet, der im bestimmungsgemäßen Betrieb von dem angereicherten Trägergas 3 durchströmt wird. In diesen Ringkanal wird durch die Düsenvorrichtung 6 das Messaerosol 8 beigemischt. Hierzu weist die Verteilerdüse 16 eine Eintrittsöffnung 22 bzw. einen Eintrittskanal 20 mit einem freien Eintrittsquerschnitt 18 auf. Durch diese Eintrittsöffnung 22 wird das Messaerosol 8 in die Verteilerdüse 16 eingebracht. Ferner weist die Verteilerdüse 16 mindestens eine Austrittsöffnung 19 zur verteilten Beimengung des Messaerosols 8 in das angereicherte Trägergas auf. Zur Verbindung der Eintrittsöffnung 22 mit der Austrittsöffnung 19 sind ein Eintrittskanal 20 und mindestens ein Verteilerkanal 21 vorgesehen. In der vorliegenden Ausführungsform sind mehrere Austrittsöffnungen 19 vorgesehen, von denen jeweils ein Verteilerkanal 21 Richtung Eintrittskanal 20 verläuft, um dadurch das den Eintrittskanal 20 durchströmende Messaerosol 8 über die Verteilerkanäle 21 an alle Austrittsöffnungen 19 zu verteilen. Die Austrittsöffnungen 19 sind dabei in einem Austrittsabschnitt 26 der Verteilerdüse 16 am Umfang bzw. am Mantel der Verteilerdüse 16 ausgeführt. Bevorzugt sind die die Austrittsöffnungen entlang dem Umfang des Mantels der Verteilerdüse 16 in einer Reihe, insbesondere unmittelbar nebeneinander angeordnet, wie teilweise in Fig. 4 erkennbar ist. An den Austrittsabschnitt 26 schließt der Endabschnitt 15 - insbesondere unmittelbar - an.

[0060] Die Zuführung des Messaerosols 8 zur Verteilerdüse 16 erfolgt über die Messaerosolzuleitung 7. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Messaerosolzuleitung 7 ein freies Ende 24, das auf die Eintrittsöffnung 22 gerichtet ist. Insbesondere ragt die Eintrittsöffnung 22 bzw. der Eintrittskanal 20 in das freie Ende 24 der Messaerosolzuleitung 7. Ferner ist in der vorliegenden Ausführungsform eine Überlauföffnung 23 vorgesehen. Überschüssiges Messaerosol 8, das nicht in die Eintrittsöffnung 22 bzw. den Eintrittskanal 20 eingebracht wird, wird über die Überlauföffnung 23 abgeführt. Insbesondere weist das freie Ende 24 der Messaerosolzuleitung 7 einen freien Querschnitt 25 auf, der größer ist, als der Eintrittsquerschnitt 18 und/oder die Eintrittsöffnung 22.

[0061] In der vorliegenden Ausführungsform ist der Eintrittsquerschnitt 18 der Eintrittsöffnung 22 bzw. des Eintrittskanals 20 derart ausgestaltet, dass der Eintrittsquerschnitt 18 jenes Element im Verlauf der Strömung in der Verteilerdüse 16 ist, das den größten Strömungswiderstand aufweist. Der Eintrittsquerschnitt 18 wirkt dadurch als Drossel bzw. als Durchflussregler. Im dargestellten Fall mehrere Austrittsöffnungen 19 ist der freie Eintrittsquerschnitt 18 kleiner als der kleinste Gesamtaustrittsquerschnitt aller Austrittsöffnungen 19. Im nicht dargestellten Fall einer einzigen Austrittsöffnung 19 ist der freie Eintrittsquerschnitt 18 kleiner als der kleinste Gesamtquerschnitt aller Verteilerkanäle 21 oder, im Fall eines einzigen Verteilerkanals 21, dieses Verteilerkanals 21.

[0062] Günstigerweise ist der freie Eintrittsquerschnitt 18 durch eine Rohrleitung mit definierter Geometrie gebildet. Insbesondere ist ein Rohrabschnitt mit kreisrundem freien Querschnitt vorgesehen, wobei der freie Durchmesser 0,5 - 1,5 mm, bevorzugt 0,7 mm betragen kann. Die Länge ist mit 10 - 25 mm vorgesehen.

[0063] Der tatsächlich durch die Verteilerdüse 16 geförderte Volumenstrom des Messaerosols 8 ist durch diese Konfiguration im Wesentlichen durch den Druckunterschied zwischen der Eintrittsöffnung 22 und der Austrittsöffnung 19 definiert. Bei bekannten Drücken kann durch den ebenfalls bekannten Drosseleffekt des Eintrittsquerschnitts 18 der Volumenstrom des Messaerosols bestimmt und insbesondere gesteuert oder geregelt werden. Der Eintrittskanal 20 kann in allen Ausführungsformen, insbesondere als Kapillare ausgestaltet sein, oder eine Kapillare umfassen.

[0064] So entspricht der Druck im Bereich der Austrittsöffnung 19 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform im Wesentlichen dem Umgebungsdruck. Der Druck im Bereich der Eintrittsöffnung 22 entspricht dem Staudruck der durch das Messaerosol 8 angeströmten Eintrittsöffnung 22.

[0065] In einer alternativen Ausführungsform entspricht der Druck im Bereich der Austrittsöffnung 19 bezüglich dem Umgebungsdruck einem Unterdrück, wobei der Druck im Bereich der Eintrittsöffnung 22 im Wesentlichen dem Umgebungsdruck entspricht.

[0066] Bevorzugt ist der Kondensationspartikelzähler derart ausgestaltet, dass mindestens eine Steuervorrichtung zur Beeinflussung, Steuerung oder Regelung des Volumenstroms des Trägergases 3 vorgesehen ist, dass mindestens eine Steuervorrichtung zur Beeinflussung, Steuerung oder Regelung des Volumenstroms des Messaerosols 8 vorgesehen ist, und dass die beiden Steuervorrichtungen zumindest einen Teil einer Regelvorrichtung zur Regelung der Verdünnung des Messaerosols durch das Trägergas 3 bilden.

[0067] Bevorzugt ist der Kondensationspartikelzähler derart ausgestaltet, dass die Regelvorrichtung, zur Anpassung der Verdünnung des Messaerosols 8 unter Berücksichtigung der im Messaerosol 8 enthaltenen Partikelanzahl oder Partikeldichte, Messdaten der Messvorrichtung 10 verarbeitet.

[0068] Eine Steuervorrichtung zur Beeinflussung, Steuerung oder Regelung eines Volumenstroms kann beispielsweise ein steuerbares Ventil und/oder eine steuerbare Fördervorrichtung wie beispielsweise ein Gebläse oder ein Sauggebläse umfassen oder sein. Durch eine derartige Steuervorrichtung können der Volumenstrom und dadurch gegebenenfalls auch die Druckverhältnisse im Verlauf der Strömung beeinflusst werden. Über die spezielle Ausgestaltung der Verteilerdüse 16 kann hierdurch die Verdünnung des Messaerosols 8 durch das Trägergas 3 geregelt werden. Die beiden Steuervorrichtungen sind bei einer derartigen Ausgestaltung ein Teil einer Regelvorrichtung zur Regelung der Verdünnung des Messaerosols 8.

[0069] Insbesondere kann der Durchfluss bzw. der Volumenstrom des Messaerosols 8 durch den Eintrittskanal 20 bei bekannten Strömungsverhältnissen unter Berücksichtigung der Druckdifferenz vor und nach der Verteilerdüse 16 bestimmt und somit gegebenenfalls durch eine Einstellung der Druckdifferenz geregelt werden.

[0070] Gemäß einer ersten möglichen Betriebsart kann das Trägergas 3 derart durch den Hauptkanal 12 gefördert werden, dass im Hauptkanal 12 und dadurch auch im Bereich der Austrittsöffnungen 19 der Verteilerdüse 16 im wesentlichen Umgebungsdruck herrscht. Über eine Steuerung oder Regelung des Volumenstroms des zugeführten Messaerosols 8 kann der Staudruck im Bereich der Eintrittsöffnung 22 gesteuert oder geregelt werden. Die sich daraus ergebende Druckdifferenz ermöglicht eine Bestimmung des Volumenstroms des in das Trägergas 3 eingebrachten Messaerosols 8. Bei bekanntem Volumenstrom des Trägergases kann dadurch die Verdünnung des Messaerosols 8 bestimmt werden.

[0071] Gemäß einerweiteren möglichen Betriebsart kann das Trägergas 3 durch den Hauptkanal 12 gesaugt werden, wobei das Sauggebläse bevorzugt nach der Messvorrichtung 10 vorgesehen ist. Über ein oder mehrere Steuerventile kann nun im Hauptkanal 12 ein Unterdrück eingestellt werden. Beispielsweise kann in jenem Bereich, in dem das Trägergas in den Kondensationspartikelzähler 1 und dadurch auch in den Hauptkanal 12 eintritt, ein Durchflussregler oder Durchflussventil vorgesehen sein. Die Zuführung des Messaerosols 8 durch die Messaerosolzuleitung 7 kann, beispielsweise bei ausreichend großer Dimensionierung der Überlauföffnung 23, im Wesentlichen bei Umgebungsdruck erfolgen. Durch diese Konfiguration ist die Druckdifferenz vor und nach der Verteilerdüse 16 bekannt, womit die Verdünnung des Messaerosols 8 im Trägergas 3 bestimmt werden kann.

[0072] Gemäß einer weiteren möglichen Betriebsart kann sowohl der Druck im Bereich der

Eintrittsöffnung 22 der Verteilerdüse 16 als auch der Druck im Bereich der Austrittsöffnung(en) 19 der Verteilerdüse 16 vom Umgebungsdruck abweichen, aber bekannt oder messbar sein, sodass auch die Druckdifferenz und die Verdünnung bestimmt werden können.

[0073] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Regelvorrichtung direkt oder indirekt mit der Messvorrichtung 10 verbunden sein. Insbesondere werden dabei Messdaten der Messvorrichtung von der Regelvorrichtung verarbeitet oder berücksichtigt. Dadurch kann die Verdünnung beispielsweise an den Partikelgehalt des Messaerosols 8 angepasst werden. Weist das Messaerosol einen hohen Partikelgehalt auf, so kann die Verdünnung erhöht werden. Weist das Messaerosol einen niedrigen Partikelgehalt auf, so kann die Verdünnung verringert werden. Hierdurch wird die Messgenauigkeit des Kondensationspartikelzählers verbessert. Eine Veränderung der Verdünnung kann wie oben beschrieben erfolgen.

[0074] In der vorliegenden Ausführungsform sind die Austrittsöffnungen 19 trichterförmig ausgeführt und erweitern sich ausgehend von dem Verteilerkanal 21 nach außen. Günstigerweise ist dabei der Verteilerkanal 21 in einem ersten Abschnitt, anschließend an den Eintrittskanal 20, mit konstantem Querschnitt ausgebildet und der Querschnitt nimmt ab einem gewissen Abstand vom Eintrittskanal trichterförmig zu.

[0075] In der vorliegenden Ausführungsform der Verteilerdüse 16 mündet die Austrittsöffnung 19 schräg in den Hauptkanal 12. Der Öffnungswinkel beträgt in der vorliegenden Ausführungsform etwa 60°. Es sind insbesondere acht Bohrungen mit einem Durchmesser von jeweils etwa 1 mm und einer Neigung von etwa 50° zur Vertikalachse vorgesehen. Diese Konfiguration ist, wie bevorzugt das gesamte Strömungssystem, auf einen für derartige Systeme üblichen Volumenstrom von 1 Norm-Liter/min (1 NL/min, 1.000 sccm) ausgelegt. Selbstverständlich ist, im Rahmen der vorliegenden Erfindung, eine Anpassung an andere Volumenströme durch entsprechende konstruktive Adaptierungen möglich.

[0076] Figur 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform des Kondensationspartikelzählers, insbesondere des Kondensationspartikelzählers aus der Figur 1, wobei die Schnittebene im Wesentlichen eine Normalebene des auf Strömungskanals im Bereich des Sättigers 5 ist. Die Schnittebene verläuft durch den Sättigungskörper 27, die Sättigungskanäle 28, die Sättigungskanalwände 29, den Sättigungsraum 31, den wannenförmigen Abschnitt 30 des Sättigungsraums 31 entlang der Betriebsstoffzuleitung 32 durch das Betriebsstoffreservoir 33, die Füllstandsregelvorrichtung 34 und durch die Druckausgleichsöffnung 35. Die Füllstandsregelvorrichtung 34 ist dabei zur Regelung des Füllstands des Betriebsstoffs 2 im Betriebsstoffreservoir 33 vorgesehen und ist über die Betriebsstoffzuleitung 32 zur Regelung oder Steuerung der Betriebsstoffzufuhr an den Sättigungskörper 27 eingerichtet.

[0077] Durch die spezielle Anordnung der Betriebsstoffzuleitung 32 sind der wannenförmige Abschnitt 30 und das Betriebsstoffreservoir 33 als kommunizierende Gefäße ausgebildet bzw. wirken als kommunizierende Gefäße. Über eine Füllstandsregelung im Betriebsstoffreservoir 33 kann dadurch auch der Füllstand in dem wannenförmigen Abschnitt 30 gesteuert bzw. geregelt werden. Hierzu ist die Betriebsstoffzuleitung 32 ringförmig ausgebildet und jeweils von unten an den wannenförmigen Abschnitt 30 und an das Betriebsstoffreservoir 33 angeschlossen.

[0078] Der Sättigungskörpers 27 ist in der vorliegenden Ausführungsform zumindest teilweise, bevorzugt vollständig aus einem porösen Material, insbesondere aus einem porösen Aluminiumoxidkeramikwerkstoff, gebildet. Der Sättigungskörper 27 ragt in den wannenförmigen Abschnitt 30, der zumindest teilweise mit dem Betriebsstoff 2 gefüllt ist. Durch die poröse Struktur wird der Sättigungskörper 27 selbsttätig mit dem Betriebsstoff 2 getränkt. Der Sättigungskörper 27 umfasst mehrere Sättigungskanäle 28, die im bestimmungsgemäßen Betrieb von dem Trägergas 3 durchströmt werden. Die Sättigungskanalwände 29, durch die die Sättigungskanäle 28 gebildet sind, oder die zwischen den Sättigungskanäle 28 verlaufen, sind ebenfalls zumindest teilweise aus dem porösen Material gebildet und mit dem Betriebsstoff 2 getränkt. Wird nun der Sättigungsraum 31 von dem Trägergas 3 durchströmt, so strömt das Trägergas 3 durch die Sättigungskanäle 28 und wird dabei über die Sättigungskanalwände 29 mit dem Betriebsstoff 2 angereichert oder gesättigt.

[0079] Figur 4 zeigt eine schematische Schrägansicht einer Ausführungsform einer Verteilerdüse 16, insbesondere der Verteilerdüse 16, aus den Figuren 1 und 2. Die Verteilerdüse 16 umfasst mehrere Austrittsöffnungen 19. In dieser Ausführungsform sind die Austrittsöffnungen 19 entlang des Umfangs bzw. des Mantels der Verteilerdüse 16 verteilt angeordnet. Gemäß dieser Ausführungsform sind die Austrittsöffnungen 19 im Wesentlichen schräg radial verlaufend und gleichmäßig beabstandet verteilt an der Verteilerdüse 16 angeordnet. Insbesondere sind die Austrittsöffnungen 19 in einer Reihe nebeneinander angeordnet. Die Austrittsöffnungen 19 sind trichterförmig ausgebildet und erweitern sich vom Querschnitt der Verteilerkanäle 21 nach außen. Dadurch wirken die Austrittsöffnungen 19 als eine Art Diffusor, wodurch eine verbesserte Durchmischung bei der Beimengung des Messaerosols in das Trägergas bewirkt wird.

[0080] Eine gute Durchmischung ist in allen Ausführungsformen vorteilhaft, damit die Partikel ohne Koinzidenz-Fehler getrennt voneinander und damit individuell durch Anlagerung des Betriebsstoffes wachsen können. Dies wird insbesondere durch die konstruktiven Maßnahmen einer laminaren Strömung, einer angepassten Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Ausgestaltung der Düsenvorrichtung 6 begünstigt.

[0081] Die Verteilerdüse 16 weist einen Endabschnitt 15 auf, der als freies Ende der Verteilerdüse 16 ausgebildet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Endabschnitt 15 kegelförmig zusammenlaufend ausgebildet, wodurch an dem Endabschnitt 15 eine Spitze gebildet ist.

[0082] Figur 5 zeigt eine Ausführungsform eines Sättigungskörpers 27, insbesondere des Sättigungskörpers 27, der Figuren 1 und 3. Der Sättigungskörpers 27 weist bevorzugt einen der Form des Sättigungsraums 31 angepasste Form auf. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Sättigungskörper 27 zylinderförmig ausgebildet. Der Sättigungskörper 27 weist eine Vielzahl an Sättigungskanälen 28 auf, die bevorzugt entlang des Hauptströmungspfads 4 verlaufen. Insbesondere ist der Verlauf des Hauptströmungspfads 4 durch den Verlauf der Sättigungskanäle 28 bestimmt. Die Sättigungskanäle 28 sind in der vorliegenden Ausführungsform durch die Sättigungskanalwände 29 gebildet. Diese verlaufen in der vorliegenden Ausführungsform wa-ben- oder rasterförmig entlang des Hauptströmungspfads 4 durch den Sättigungskörper 27. Dadurch weisen die waben- oder rasterförmigen Sättigungskanäle 28 der Ausführungsform der Figur 5 einen im Wesentlichen rechteckigen bzw. quadratischen Querschnitt auf. Bevorzugt ist der Querschnitt der Sättigungskanäle 28 im Verlauf der Sättigungskanäle 28 entlang des Hauptströmungspfads 4 konstant. Die Sättigungskanäle 28 nehmen in einer Normalebene des Hauptströmungspfads 4 mehr als 70%, vorzugsweise mehr als 80%, der Querschnittsfläche des Sättigungskörpers 27 ein, wobei unvollständige Sättigungskanäle 28 am Rand des Sättigungskörpers 27 nicht berücksichtigt sind.

[0083] Der Sättigungskörpers 27 ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform aus einem porösen Aluminiumoxidkeramikwerkstoff gebildet. Dieser Werkstoff besteht vorzugsweise zu über 80 % aus einer Mischung aus AI2O3 und SiO2. Günstigerweise enthält der Aluminiumoxidkeramikwerkstoff 45-55% (z.B. 51,7%) AI2O3 und/oder 38-45% (z.B. 42% ) SiO2. In einer Variante der Erfindung ist zusätzlich auch 3-5% K2O, insbesondere 4,1% K2O, enthalten, wobei zusätzlich weitere Bestandteile wie Fe2O3, TiO2, CaO, MgO und/oder Na2O, jeweils im Bereich von oder unterhalb 1% enthalten sein können. Dabei weist der Aluminiumoxidkeramikwerkstoff bevorzugt eine Dichte von 2-3, insbesondere von 2,7g/cm3 nach der hydrostatischen Methode DIN VDE 0335/2 und eine Wasserabsorption von kleiner als 0,1% insbesondere von 0% nach der hydrostatischen Methode DIN VDE 0335/2 auf.

[0084] Der Sättigungskörper 27 bzw. der Aluminiumoxidkeramikwerkstoff weist günstigerweise eine Porosität auf, die eine ausreichende Kapillarwirkung für das Betriebsmittel bzw. den Betriebsstoff 2 aufweist. Beispielsweise sollte ein Sättigungskörper 27 mit einem Durchmesser von etwa 2,5cm zur Gänze benetzt oder getränkt werden, wenn er beispielsweise etwa 1/5 tief im Betriebsstoff 2 steht.

[0085] Ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Kondensationspartikelzählers 1 sieht dabei vor, dass ein Trägergas 3 - insbesondere ein Inertgas wie z.B. Stickstoff - entlang eines Hauptströmungspfads 4 durch den Kondensationspartikelzähler 1 gefördert wird, wobei das Trägergas 3 bei der Durchströmung des Kondensationspartikelzählers 1 entlang des Hauptströmungspfads 4 von einer Temperieranordnung 11 zumindest abschnittsweise temperiertwird. Entlang des Hauptströmungspfads 4 wird nacheinander: [0086] - das Trägergas 3 durch einen Sättiger 5 mit einem Betriebsstoff 2 - insbesondere ein Alkan mit der Strukturformel CnH2n+2 und einer Ordnungszahl n zwischen 16 und 24 bzw. zugehörige Isomere, z.B. mit Strukturformel C20H42 und insbesondere Eicosan - angereichert oder gesättigt; [0087] - dem angereicherten Trägergas 3 durch eine Düsenvorrichtung 6 ein Messaerosol 8 beigemengt; [0088] - die Mischung enthaltend das Trägergas 3, den Betriebsstoff 2 und das Messaerosol 8 in einem Kondensationsbereich 9 übersättigt; und [0089] - die durch das kondensierte Betriebsmittel vergrößerten Partikel des Messaerosols 8 in einer Messvorrichtung 10 detektiert.

[0090] Trägergas 3 und Messaerosol 8 werden im Messbetrieb von der Temperieranordnung 11 im Kondensationsbereich 9 auf eine Kondensationstemperatur von über 150°C, vorzugsweise von über 190°C temperiert.

[0091] Die Figuren 1-5 betreffen bevorzugt eine einzige vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kondensationspartikelzählers bzw. einer erfindungsgemäßen Anordnung umfassend einen Kondensationspartikelzähler.

[0092] Grundsätzlich können die Düsenvorrichtung 6 und insbesondere die Verteilerdüse 16 jedoch auch zur Verbesserung der Beimengung des Messaerosols in einem herkömmlichen Kondensationspartikelzähler eingesetzt werden.

[0093] Grundsätzlich kann auch der Sättiger 5 und insbesondere der Sättigungskörper 27 sowie die Steuerung des Füllstands im Sättigungsraum in einem herkömmlichen Kondensationspartikelzähler eingesetzt werden.

Claims (14)

Patentansprüche

1. Anordnung umfassend einen Kondensationspartikelzähler (1), einen Betriebsstoff (2) und ein Trägergas (3), - wobei das Trägergas (3) den Kondensationspartikelzähler (1) im Messbetrieb entlang eines Hauptströmungspfads (4) durchströmt, - wobei der Kondensationspartikelzähler (1) einen Sättiger (5) zur Anreicherung, insbesondere zur Sättigung, des Trägergases (3) mit einem Betriebsstoff (2) aufweist, - wobei der Sättiger (5) im Messbetrieb zumindest teilweise mit dem Betriebsstoff (2) befällt und von dem Trägergas (3) durchströmt ist, - wobei der Kondensationspartikelzähler eine entlang des Hauptströmungspfads (4) des Trägergases (3) nach dem Sättiger (5) angeordnete und in das angereicherte Trägergas (3) mündende Düsenvorrichtung (6) aufweist, die mit einer Messaerosolzuleitung (7) verbunden und zur Einbringung eines partikelbeladenen Messaerosols (8) in das angereicherte Trägergas (3) eingerichtet ist, - wobei der Kondensationspartikelzähler (1) einen entlang des Hauptströmungspfads (4) nach der Düsenvorrichtung (6) angeordneten Kondensationsbereich (9) zur Übersättigung der Mischung enthaltend das Trägergas (3), den Betriebsstoff (2) und das Messaerosol (8) aufweist, - wobei der Kondensationspartikelzähler (1) eine entlang des Hauptströmungspfads (4) nach dem Kondensationsbereich (9) angeordnete Messvorrichtung (10) zur Detektion der durch den kondensierten Betriebsstoff vergrößerten Partikel des Messaerosols (8) aufweist, - und wobei der Kondensationspartikelzähler (1) eine Temperieranordnung (11) zur Temperierung des Trägergases (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, - dass das Trägergas (3) ein Inertgas ist, - dass der Betriebsstoff (2) ein Alkan mit der Strukturformel CnH2n+2 und einer Ordnungszahl n zwischen 16 und 24 ist, - und dass das Trägergas (3) im Messbetrieb von der Temperieranordnung (11) im Kondensationsbereich (9) auf eine Kondensationstemperatur von über 150°C, vorzugsweise von über 190°C temperiert ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergas (3) Stickstoff ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das den Sättiger (5) im Messbetrieb durchströmende Trägergas (3) ein abgasfreies und sauerstofffreies Gas oder Gasgemisch ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsstoff (2) ein Alkan mit der Strukturformel C2oH42 und insbesondere Eicosan ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, - dass das Trägergas (3) im Messbetrieb von der Temperieranordnung (11) im Sättiger (5) auf eine Sättigertemperatur temperiert ist, - wobei die Sättigertemperatur größer ist als die Temperatur des Trägergases (3) im Kondensationsbereich (9) und insbesondere größer ist als 200°C oder 210°C.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Trägergases (3) und/oder des Messaerosols (8) im Kondensationsbereich (9) kleiner ist als die Sättigertemperatur aber größer als 180°C insbesondere größer als 190°C ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Messaerosol (8) im Messbetrieb ein Teil der Anordnung ist, dadurch gekennzeichnet, - dass das Messaerosol (8) ein unkonditionierter Teilstrom des Abgases eines Prüflings ist, - dass der Prüfling eine Verbrennungskraftmaschine, eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsanlage und/oder ein Kraftfahrzeug ist, - und dass das Messaerosol (8) insbesondere ein unverdünnter, ungetrockneter und/oder direkt von der Entnahmestelle abgezweigter Teilstrom des Abgases des Prüflings ist.

8. Verfahren zum Betrieb eines Kondensationspartikelzählers (1), insbesondere nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem ein Trägergas (3) entlang eines Hauptströmungspfads (4) durch den Kondensationspartikelzähler (1) gefördert wird, - wobei das Trägergas (3) bei der Durchströmung des Kondensationspartikelzählers (1) entlang des Hauptströmungspfads (4) von einer Temperieranordnung (11) zumindest abschnittsweise temperiert wird, - und wobei entlang des Hauptströmungspfads (4) nacheinander: - das Trägergas (3) durch einen Sättiger (5) mit einem Betriebsstoff (2) anreichert oder gesättigt wird, - dem angereicherten Trägergas (3) durch eine Düsenvorrichtung (6) ein Messaerosol (8) beigemengt wird, - der Mischung enthaltend das Trägergas (3), den Betriebsstoff (2) und das Messaerosol (8) in einem Kondensationsbereich (9) übersättigt wird, - und die durch den kondensierten Betriebsstoff vergrößerten Partikel des Messaerosols (8) in einer Messvorrichtung (10) detektiert werden, dadurch gekennzeichnet, - dass das Trägergas (3) ein Inertgas ist, - dass der Betriebsstoff (2) ein Alkan mit der Strukturformel CnH2n+2 und einer Ordnungszahl n zwischen 16 und 24 ist, - und dass das Trägergas (3) und das Messaerosol (8) im Messbetrieb von der Temperieranordnung (11) im Kondensationsbereich (9) auf eine Kondensationstemperatur von über 150°C, vorzugsweise von über 190°C temperiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergas (3) Stickstoff ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das den Sättiger (5) im Messbetrieb durchströmenden Trägergas (3) ein abgasfreies und sauerstofffreies Gas oder Gasgemisch ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsstoff (2) ein Alkan mit der Strukturformel C20H42 und insbesondere Eicosan ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, - dass das Trägergas (3) im Messbetrieb von der Temperieranordnung (11) im Sättiger (5) auf eine Sättigertemperatur temperiert wird, - wobei die Sättigertemperatur größer ist als die Temperatur des Trägergases (3) im Kondensationsbereich und insbesondere größer ist als 200°C oder 210°C.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Trägergases (3) im Kondensationsbereich kleiner ist als die Sättigertemperatur aber größer als 180°C insbesondere größer als 190°C ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, - dass das Messaerosol (8) ein unkonditionierter Teilstrom des Abgases eines Prüflings ist, - dass der Prüfling eine Verbrennungskraftmaschine, eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsanlage und/oder ein Kraftfahrzeug ist, - und dass das Messaerosol (8) insbesondere ein unverdünnter, ungetrockneter und/oder direkt von der Entnahmestelle abgezweigter Teilstrom des Abgases des Prüflings ist.