AT522217A1 - Kondensationspartikelzähler mit unterschiedlich temperierten Kondensationskanälen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kondensationspartikelzähler und ein Verfahren zur Kondensationspartikelmessung, wobei der Kondensationspartikelzähler einen Sättigungsabschnitt (1) zur Anreicherung und/oder Sättigung eines Messaerosols mit einem Betriebsmittel, einen Kondensationsabschnitt (2), der zur Übersättigung des zuvor angereicherten Messaerosol eingerichtet ist, eine Messvorrichtung (3), die zur Detektion der, im Kondensationsabschnitt (2) durch das kondensierte Betriebsmittel vergrößerten, Partikel des Messaerosols eingerichtet ist, umfasst, wobei der Kondensationsabschnitt (2) mindestens zwei unterschiedlich temperierte Kondensationskanäle (4, 5) umfasst, die strömungstechnisch parallel zueinander angeordnet und im Messbetrieb von je einem Teilvolumenstrom (6, 7) des Messaerosols durchströmt werden oder sind, und wobei die Kondensationskanäle (4, 5) vor der Messvorrichtung (3) zusammengeführt sind und die Teilvolumenströme (6, 7) im Messbetrieb vereinigt der Detektion zugeführt werden oder sind.

Description

Kondensationspartikelzähler mit unterschiedlich temperierten Kondensationskanälen

Die Erfindung betrifft einen Kondensationspartikelzähler und ein Verfahren gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.

Kondensationspartikelzähler sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt und publiziert. Bei all diesen Ausführungsformen wird ein Messaerosol mit einem Betriebsmittel in einem Sättigungsabschnitt angereichert und anschließend in einem Kondensationsabschnitt übersättigt, sodass sich das Betriebsmittel an die als Kondensationskeime wirkenden Partikel anlagert und diese vergrößert. Die dadurch vergrößerten Partikel können in weiterer Folge von einer Messeinrichtung, insbesondere von einer optischen Zähleinrichtung, detektiert, insbesondere gezählt

werden.

Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird unter einem Messaerosol ein

partikelbeladenes Gas bzw. ein partikelbeladenes Messgas verstanden.

Zur Vergrößerung der Partikel wird somit in einem ersten Schritt das Betriebsmittel bevorzugt dampfförmig in dem Messaerosol oder in einem Trägergas gebunden. Dieses angereicherte Messaerosol wird in weiterer Folge abgekühlt, womit es zu einer Übersättigung kommt. Hierbei ergibt sich aus der Kelvingleichung ein kritischer Minimaldurchmesser für die heterogene Kondensation von Flüssigkeitströpfchen auf Kondensationskeimen bei einem gegebenen Druck-Temperatur-Verhältnis. Kondensationskeime sind insbesondere die im Messaerosol vorhandenen Partikel. Auf Kondensationskeime aufgewachsene Flüssigkeitströpfchen, deren Durchmesser größer ist als der kritische Minimaldurchmesser, wachsen durch weitere Anlagerung des Betriebsmittels. Durch die Einstellung eines Druck-Temperatur-Verhältnisses im Kondensationsbereich kann somit eine Wahl getroffen werden, ab welcher

Partikelgröße die Partikel vergrößert und dadurch detektiert werden.

Dieser Effekt kann nun zur Erweiterung des Messbereichs, insbesondere hinsichtlich der Erfassung unterschiedlicher Partikelgrößen, und zur Ableitung weiterer

Messinformationen genutzt werden.

Gemäß Stand der Technik wird diese Tatsache in aufwändigen Messaufbauten mit

mehreren Kondensationspartikelzählern und mehreren Messeinrichtungen genutzt.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Kondensationspartikelzähler und ein Verfahren bereitzustellen, die eine Erweiterung des Messbereichs und der ableitbaren

Informationen bei Beibehaltung eines einfachen Aufbaus ermöglichen.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Insbesondere betrifft die Erfindung einen Kondensationspartikelzähler umfassend einen Sättigungsabschnitt zur Anreicherung und/oder Sättigung eines gasförmigen Mediums mit einem Betriebsmittel, einen Kondensationsabschnitt, der zur Übersättigung des zuvor angereicherten gasförmigen Mediums eingerichtet ist, und eine Messvorrichtung, die zur Detektion von in dem gasförmigen Medium enthaltenen Partikeln, die in dem Kondensationsabschnitt durch das kondensierte Betriebsmittel vergrößerbar sind,

eingerichtet ist.

Dabei umfasst der Kondensationsabschnitt mindestens zwei unterschiedlich temperierte Kondensationskanäle, die strömungstechnisch parallel zueinander angeordnet und im Messbetrieb von je einem Teilvolumenstrom des gasförmigen Mediums durchströmbar sind, und die Teilvolumenströme der Kondensationskanäle sind im Messbetrieb vereinigt der Detektion zuführbar. Insbesondere werden die Teilvolumenströme und

deren vergrößerte Partikel miteinander vermischt.

Günstigerweise handelt es sich bei dem gasförmigen Medium im Sättigungsabschnitt um ein Trägergas oder ein Messaerosol oder eine Mischung aus Trägergas und Messaerosol und bei dem gasförmigen Medium im Kondensationsabschnitt um ein Messaerosol oder bereits stromaufwärts des Sättigungsabschnitts vermischtes Trägergas und Messaerosol oder um Trägergas mit im Sättigungsabschnitt

zugeführtem Messaerosol.

Vorzugsweise sind die Kondensationskanäle vor der Messvorrichtung zusammengeführt und die Teilvolumenströme sind im Messbetrieb vereinigt der

Detektion zuführbar. Mit anderen Worten sind Teilvolumenströme vor der

Messvorrichtung zusammenführbar und als ein Gesamtvolumenstrom in der

Messvorrichtung messbar.

In einer Variante ist vorgesehen, dass die Kondensationskanäle thermisch voneinander entkoppelt sind, und/oder dass zwischen den Kondensationskanälen eine thermische Isolierung vorgesehen ist. Unter thermisch entkoppelt ist hier zu verstehen, dass sich die in den Kondensationskanälen bewegten Fluidströme hinsichtlich ihrer Temperatur nicht beeinflussen.

Vorzugsweise sind die Kondensationskanäle entlang ihres Verlaufs gasundurchlässig voneinander abgetrennt, sodass zwischen den Kanälen kein Gasaustausch stattfindet.

In einer weiteren Variante ist vorgesehen, dass die Kondensationskanäle im Wesentlichen dieselbe Länge und denselben Querschnitt aufweisen, und/oder dass die Kondensationskanäle derart ausgestaltet sind, dass die Volumenströme, insbesondere die Teilvolumenströme, in den Kondensationskanälen im Wesentlichen gleich sind.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Kondensationskanäle zur Zusammenführung, insbesondere zur Zusammenführung vor der Messvorrichtung, in eine Sammelleitung

münden.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Sammelleitung, insbesondere über eine Düse, in die Messvorrichtung mündet. Die Düse kann beispielsweise als Vereinzelungsdüse ausgestaltet sein, durch die vergrößerte Partikel beider Kondensationskanäle geleitet

werden.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das gasförmige Medium ein Messaerosol, insbesondere ein partikelbeladenes Abgas einer Verbrennungskraftmaschine ist oder enthält.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Sättigungsabschnitt zumindest eine Mediumzuleitung zur Zuleitung zumindest eines Messeaerosols und einen

Sättigungsbereich zum Einbringen des Betriebsmittels umfasst.

Dabei ist vorgesehen, dass eine erste Mediumzuleitung zur Zuleitung zumindest des Messaerosols vor dem Sättigungsbereich einmündet oder dass eine erste Mediumzuleitung zur Zuleitung eines Trägergases vor dem Sättigungsbereich

einmündet, wobei der Sättigungsbereich von dem Trägergas durchströmbar ist und eine zweite Mediumzuleitung zur Zuleitung des Messaerosols nach dem Sättigungsbereich einmündet. In einer Variante kann auch über die erste Mediumzuleitung eine Mischung

des Messaerosols mit einem Trägergas zugeführt werden.

Günstigerweise ist die Messvorrichtung dazu geeignet und/oder eingerichtet, Partikel unterschiedlicher Größe zu detektieren und/oder Größenunterschiede von detektierten

Partikeln zu erfassen.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Partikelmessung, insbesondere in einem Kondensationspartikelzähler der vorbeschriebenen Art, umfassend folgende Schritte:

- Anreichern und/oder Sättigen eines gasförmigen Mediums mit einem Betriebsmittel in einem Sättigungsabschnitt,

- Übersättigen des zuvor angereicherten gasförmigen Mediums in einem Kondensationsabschnitt,

- Detektion der, in dem Kondensationsabschnitt durch das kondensierte Betriebsmittel vergrößerten, Partikel des gasförmigen Mediums in einer Messvorrichtung.

Dabei ist vorgesehen, dass das zuvor mit Betriebsmittel angereicherte gasförmige Medium in mindestens zwei Teilvolumenströme aufgeteilt wird, dass die Teilvolumenströme unterschiedlich temperiert und dadurch unterschiedlich übersättigt werden, und dass die Teilvolumenströme anschließend der Messvorrichtung zugeführt

werden.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem gasförmigen Medium im Sättigungsabschnitt um ein Trägergas oder ein Messaerosol oder eine Mischung aus Trägergas und Messaerosol und bei dem gasförmigen Medium im Kondensationsabschnitt um ein Messaerosol oder bereits stromaufwärts des Sättigungsabschnitts vermischtes Trägergas und Messaerosol oder um Trägergas mit im Sättigungsabschnitt

zugeführtem Messaerosol.

Vorzugsweise werden die Teilvolumenströme wieder zusammengeführt, bevor die zusammengeführten Teilvolumenströme als ein Gesamtvolumenstrom der

Messvorrichtung zugeführt werden.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Teilvolumenströme zur unterschiedlichen Temperierung durch strömungstechnisch parallel zueinander verlaufende und jeweils

unterschiedlich temperierte Kondensationskanäle geleitet werden.

In einer Variante ist vorgesehen, dass die Teilvolumenströme zur Übersättigung des gasförmigen Mediums in den Kondensationskanälen auf unterschiedliche Temperaturen abgekühlt und/oder erwärmt werden, und dass dadurch in den unterschiedlich temperierten Teilvolumenströmen Partikel unterschiedlicher Partikelgrößenbereiche durch das kondensierende Betriebsmittel vergrößert werden.

Günstigerweise werden mit der Messvorrichtung die Größe der und/oder die

Größenunterschiede zwischen den Partikeln detektiert.

Vorzugsweise umfasst der Sättigungsabschnitt einen Sättiger mit mindestens einem Sättigungskanal, der von einem mit Betriebsmittel getränkten porösen Körper oder von dem Betriebsmittel selbst begrenzt ist. Der Sättiger weist eine Sättigertemperatur auf, bei der das Betriebsmittel dampfförmig von einem Trägergas oder von dem Messaerosol selbst aufgenommen wird. Dadurch wird das Trägergas oder das Messaerosol mit dem Betriebsmittel angereichert bzw. gesättigt.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass der in den ersten Kondensationskanal eintretende Teilvolumenstrom und der in den zweiten Kondensationskanal eintretende Teilvolumenstrom in demselben Sättigungsabschnitt und/oder in demselben Sättiger, und insbesondere bei derselben Sättigertemperatur mit dem Betriebsmittel angereichert bzw. gesättigt wurden. Hierbei kann durch eine Wahl der Temperaturen in dem Sättigungsabschnitt und in dem Kondensationsabschnitt die Übersättigung in den einzelnen Kondensationskanälen und damit auch die minimale Größe der durch

Kondensation vergrößerbaren Partikel festgelegt werden.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Sättigungstemperatur größer als die Temperatur im ersten Kondensationskanal und größer als die Temperatur im zweiten Kondensationskanal. Bei dieser Ausführungsform entspricht der in den Kondensationskanälen herrschende Druck im Wesentlichen dem in dem Sättigungsabschnitt herrschend Druck. Dieser Betriebsdruck des

Kondensationspartikelzählers entspricht bevorzugt im Wesentlichen dem

Umgebungsdruck. Der Betriebsdruck kann aber gegebenenfalls durch ein Gebläse zur Durchleitung des Messaerosols angehoben oder, im Falle eines Sauggebläses, abgesenkt sein.

Es hat sich gezeigt, dass die in der Messvorrichtung detektierte Größe der durch Kondensation vergrößerten Partikel im Wesentlichen unabhängig von der ursprünglichen Partikelgröße ist. Werden Partikel unterschiedlicher Größe bei einer konstanten Temperatur in dem Kondensationsabschnitt vergrößert, so weisen diese in der Regel nach der Vergrößerung alle im Wesentlichen dieselbe Größe auf.

Dank der erfindungsgemäßen Lösung kann die Größe der durch Kondensation vergrößerten Partikel durch die Wahl der Temperatur im Kondensationsabschnitt, insbesondere durch die Wahl des Temperaturunterschieds zum Sättigungsbereich, gewählt werden.

Die Größe der durch Kondensation vergrößerten Partikel, insbesondere die Endgröße der vergrößerten Partikel, hängt zusammenfassend also maßgeblich von den Parametern des Sättigungs- und Kondensationsabschnitts ab, und nicht von der ursprünglichen Partikelgröße.

Überdies ist es bei dem erfindungsgemäßen Kondensationspartikelzähler möglich, mit einer Messvorrichtung, die zur Detektion von Partikeln eingerichtet ist, auch Messdaten darüber zu erhalten, zu welcher Größenklasse die vergrößerten Partikel gehören.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kondensationspartikelzähler für eine Detektion von Partikeln mit einer Größe von größer als 1 nm, insbesondere mit einer Größe von 10-1000 nm ausgelegt. Die durch die Kondensation vergrößerten Partikel weisen beispielhaft, je nach Wahl der Parameter des Kondensationspartikelzählers wie Temperatur in dem Sättigungsabschnitt, die Temperatur in dem Kondensationsabschnitt und/oder dem verwendeten Betriebsmittel, eine Größe von etwa 1-20 um, bevorzugt von etwa 2-10

um auf.

Eine mögliche Anwendung des erfindungsgemäßen Kondensationspartikelzählers ist eine Messbereichserweiterung bei gleichzeitiger Beibehaltung der Vergleichbarkeit der

Messergebnisse mit Kondensationspartikelzählern mit eingeschränktem Messbereich.

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Beispielsweise wurden bisher Kondensationspartikelzähler verwendet, deren Messbereich für eine Partikelgröße von größer als 23 nm ausgelegt war. Nun besteht jedoch auch eine Nachfrage nach Kondensationspartikelzählern, deren Messbereich für eine Partikelgröße von größer als 10 nm ausgelegt ist. Deren Ergebnisse sollen jedoch

dennoch mit den bisherigen Messergebnissen verglichen werden.

Durch den erfindungsgemäßen Kondensationspartikelzähler kann nun die Temperatur in einem der Kondensationskanäle derart gewählt werden, dass die Ergebnisse im Wesentlichen den Ergebnissen des auf 23 nm ausgelegten Kondensationspartikelzählers entsprechen. In einem zweiten Kondensationskanal kann die Temperatur derart gewählt werden, dass der Messbereich auf eine Partikelgröße von größer als 10 nm erweitert wird. Die Detektion der Partikel beider Teilvolumenströme, also des Teilvolumenstroms des ersten Kondensationskanals und das Teilvolumenstroms des zweiten Kondensationskanals können in einer Messvorrichtung detektiert und voneinander unterschieden werden. Während die Ergebnisse mit erweitertem Messbereich beispielsweise zum Nachweis der Einhaltung gesetzgeberischer Vorgaben verwendet werden können, werden die Ergebnisse mit eingeschränktem Messbereich beispielsweise für Forschungszwecke, insbesondere

zum Vergleich mit vormals aufgenommenen Messergebnissen, verwendet.

Eine weitere mögliche Anwendung der Erfindung wäre es, wiederum unterschiedliche Kondensationskanäle mit unterschiedlichen Temperaturen zu verwenden, sodass in einem der Kondensationskanäle Partikel bis zu einer anderen Minimalgröße vergrößert werden als in einem anderen Kondensationskanal. In weiterer Folge werden die

vergrößerten Partikel beider Teilvolumenströme von einer Messvorrichtung detektiert.

Die Messvorrichtung ermöglicht gegebenenfalls durch die unterschiedliche Größe der vergrößerten Partikel eine Unterscheidung der Partikel eines Teilvolumenstroms gegenüber den Partikeln des anderen Teilvolumenstroms. Dadurch kann gemessen oder zumindest abgeschätzt werden, welchen Anteil an der gesamt gemessen Partikelzahl jene Partikel des Aerosols haben, die eine Größe zwischen der Minimalgröße des ersten Teilvolumenstroms und der Minimalgröße des zweiten

Teilvolumenstroms haben.

Bevorzugt wird in allen Ausführungsformen das Messaerosol und gegebenenfalls ein Trägergas kontinuierlich durch den Kondensationspartikelzähler und dessen Hauptkomponenten gefördert. Die Förderung kann beispielsweise durch ein der Messvorrichtung nachgeschaltetes Sauggebläse erfolgen.

Gegebenenfalls können mehr als zwei Kondensationskanäle vorgesehen sein, wobei zumindest in zwei Kondensationskanälen unterschiedliche Kondensationstemperaturen

oder Kondensationsbedingungen herrschen. Gegebenenfalls erfolgt eine Verdünnung des Messaerosols durch ein Trägergas. Als Betriebsmittel kommen beispielsweise Butanol oder Decan zur Anwendung.

Die Erfindung wird nun anhand einer nicht einschränkenden, exemplarischen Ausführungsform weiter beschrieben. Dabei entsprechen die Bezugszeichen folgenden Komponenten: Sättigungsabschnitt 1, Kondensationsabschnitt 2, Messvorrichtung 3, Kondensationskanäle 4, 5, Teilvolumenströme 6, 7, Isolierung 8, Sammelleitung 9, Düse 10, Messaerosolzuleitung 11, 11‘; Sättigungsbereich 12, Sauggebläse 13, Aufteilleitung 14, Temperierelement 15, 15‘; Strahlungsquelle 16, Detektor 17; Kondensationspartikelzähler 100.

Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kondensationspartikelzählers 100. Der Kondensationspartikelzähler 100 umfasst einen Sättigungsabschnitt 1, einen Kondensationsabschnitt 2 und eine Messvorrichtung 3. Der Sättigungsabschnitt 1 umfasst dabei im Wesentlichen den in Fig. 1 mit einem strichlierten Rahmen

versehenen Bereich.

Während der Kondensationspartikelzähler 100 im dargestellten Ausführungsbeispiel hinsichtlich der Anordnung des Sättigungsabschnitts 1 zu Kondensationsabschnitt 2 und Messvorrichtung 3 einen im Wesentlichen L-förmigen Aufbau hat, ist die Erfindung auch auf andere, insbesondere lineare Aufbauten anwendbar, wo Sättigungs- 1, Kondensationsabschnitt 2 und Messvorrichtung 3 entlang einer im Wesentlichen gemeinsamen Längsachse angeordnet sind.

Der Sättigungsabschnitt 1 umfasst einen Sättigungsbereich 12, in dem ein Betriebsmittel zugeführt wird. Dieses Betriebsmittel dient der Anreicherung bzw. der Sättigung des den Sättigungsabschnitt 1 durchströmenden gasförmigen Mediums, z.B. eines Gases (z.B. ein Trägergas) oder eines Aerosols. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Messaerosol — beispielsweise ein partikelbeladenes Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, wobei es sich definitionsgemäß bei einem Messaerosol um ein partikelbeladenes Gas handelt — durch eine erste Mediumzuleitung 11 eingebracht und durch den Sättigungsbereich 12 des Sättigungsabschnitts 1 geleitet, um mit dem Betriebsmittel angereichert zu werden. Hierzu ist im Sättigungsbereich 12 ein poröser Körper angeordnet, der mit dem Betriebsmittel getränkt ist. Zusätzlich umfasst der Sättigungsabschnitt 1 eine nicht dargestellte Heizung, die zur Beheizung des Betriebsmittels und/oder des Messaerosols eingerichtet ist. Bei dem über die erste Mediumzuleitung 11 eingebrachten gasförmigen Medium kann es sich auch um eine

Mischung aus einem Messaerosol und einem Trägergas handeln.

In weiterer Folge wird das zuvor in dem Sättigungsabschnitt 1 angereicherte bzw. gesättigte gasförmige Medium — hier also das Messaerosol —- durch einen Kondensationsabschnitt 2 geleitet. In dem Kondensationsabschnitt 2 wird das angereicherte Messaerosol im Wesentlichen abgekühlt, womit es zu einer Übersättigung kommt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kondensationspartikelzählern wird bei der vorliegenden Ausführungsform das Messaerosol in zwei Teilvolumenströme 6, 7 aufgeteilt. Hierzu sind zwei Kondensationskanäle 4, 5 vorgesehen, wobei die Aufteilung wie im dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Aufteilleitung 14 erfolgen kann. Allerdings ist auch ein direkter Anschluss der Kondensationskanäle 4, 5 an den Sättigungsabschnitt 1 möglich. Unter Kondensationskanälen werden im Rahmen der vorliegenden Offenbarung jegliche von Fluiden durchströmbare Strukturen verstanden, die also einen Strömungsweg eines Fluids gegenüber der Umgebung begrenzen. Die beiden Kondensationskanäle 4, 5 verlaufen strömungstechnisch parallel zueinander. Im Verlauf dieser Kondensationskanäle 4, 5 gibt es untereinander keinen Gasaustausch.

In bevorzugter Weise herrschen in beiden Kondensationskanäle 4, 5 im Wesentlichen dieselben Strömungsbedingungen, sodass zwei Partikel, die gleichzeitig in den Kondensationsabschnitt 2 eintreten, diesen aber in unterschiedlichen Kondensationskanäle 4, 5 durchströmen, auch wieder im Wesentlichen gleichzeitig aus

dem Kondensationsabschnitt 2 austreten. Dadurch kann ein zeitlicher Versatz der Messergebnisse der Kondensationskanäle 4, 5 vermieden oder minimiert werden.

In der vorliegenden Ausführungsform ist zwischen den beiden Kondensationskanälen 4, 5 eine Isolierung 8 zur thermischen Isolierung oder thermischen Entkopplung der beiden Kondensationskanäle 4, 5 angeordnet. Der Kondensationsabschnitt 2 kann, wie in der vorliegenden Ausführungsform, einen Strömungskanal mit ringförmigem Querschnitt umfassen der in mehrere Ringsegmente unterteilt ist. Die jeweiligen Ringsegmente des Querschnitts bilden die einzelnen Kondensationskanäle 4, 5. In der vorliegenden Ausführungsform sind demnach zwei Ringsegmente vorhanden, die die beiden Kondensationskanäle 4, 5 bilden. Die Abtrennung der Ringsegmente und damit der Kondensationskanäle 4, 5 gegenüber einander erfolgt bevorzugt über einen thermisch isolierend wirkenden Körper, insbesondere über eine Isolierung 8. Grundsätzlich können die Kondensationskanäle 4, 5 jedoch einen beliebigen, zur

Erzielung des erfindungsgemäßen Effektes geeigneten, Querschnitt aufweisen.

In den beiden Kondensationskanälen 4, 5 herrschen jedoch erfindungsgemäß unterschiedliche Kondensationsbedingungen. So kann die in einem Kondensationskanal 4 herrschende Kondensationstemperatur von der im anderen Kondensationskanal 5 herrschenden Kondensationstemperatur abweichen. Dadurch, dass in den unterschiedlichen Kondensationskanälen 4, 5 unterschiedliche Temperaturen herrschen, weicht die Übersättigung in dem einen Kanal von der Übersättigung in dem anderen Kanal ab. Je höher die Übersättigung in einem Kondensationskanal 4, 5 ist, desto kleinere Partikel können als Kondensationskeime

wirken.

Im vorliegenden Fall kann beispielsweise die Kondensationstemperatur im ersten Kondensationskanal 4 kleiner sein als die im zweiten Kondensationskanal 5 herrschende Kondensationstemperatur. Dadurch werden im ersten Kondensationskanal 4 Partikel ab einer gewissen Minimalgröße durch kondensierendes Betriebsmittel vergrößert. Auch im zweiten Kondensationskanal 5 werden Partikel ab einer gewissen Minimalgröße durch kondensierendes Betriebsmittel vergrößert. Aufgrund der unterschiedlichen Übersättigung wird die Minimalgröße im ersten Kondensationskanal 4 kleiner sein als die Minimalgröße im zweiten Kondensationskanal 5.

Um die unterschiedlichen Bedingungen in den Kondensationskanälen 4, 5 einzustellen kann zumindest einem der Kondensationskanäle 4, 5 ein Temperierelement 15, 15‘ zugeordnet sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Temperierelemente 15, 15‘ vorgesehen, wobei dem ersten Kondensationskanal 4 ein erstes Temperierelement 15 zugeordnet ist und dem zweiten Kondensationskanal 5 ein zweites Temperierelement 15‘. Die Temperierelemente 15, 15° sind vorzugsweise dazu eingerichtet, je nach Bedarf zu heizen oder zu kühlen — sie können beispielsweise als Peltierelemente ausgeführt sein —, es ist aber auch möglich, die Temperierelemente 15, 15‘ mit nur einer Funktionalität, also heizen oder kühlen, auszustatten. Wenn nur einem Kondensationskanal 4, 5 ein Temperierelement 15, 15‘ zugeordnet ist, kann dieses je nach Bedarf als Heizung, Kühlung oder beides ausgeführt sein.

In weiterer Folge werden die Teilvolumenströme 6, 7 wieder zusammengeführt. Hierzu münden die beiden Kondensationskanäle 4, 5 in eine Sammelleitung 9. Diese Sammelleitung wird daher im Messbetrieb von einem Aerosol durchströmt, das sowohl Partikel umfasst, die im ersten Kondensationskanal 4 durch kondensierendes Betriebsmittel vergrößert wurden als auch Partikel, die am zweiten Kondensationskanal 5 durch kondensierendes Betriebsmittel vergrößert wurden.

In weiterer Folge wird der die Sammelleitung 9 durchströmende Volumenstrom einer Messvorrichtung 3 zur Detektion der Partikel zugeführt. Insbesondere ist die Messvorrichtung 3 dazu geeignet und/oder eingerichtet, Partikel unterschiedlicher Größe zu detektieren und gegebenenfalls auch die Größenunterschiede zu erfassen. Insbesondere weisen Partikel des ersten Kondensationskanals 4 eine andere Größe auf als Partikel des zweiten Kondensationskanals 5. Hierdurch kann anhand der Messergebnisse festgestellt werden, ob ein detektiertes Partikel in dem ersten Kondensationskanal 4 oder in dem zweiten Kondensationskanal 5 vergrößert wurde.

In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung 3 eine Düse 10, die insbesondere als Vereinzelungsdüse ausgebildet ist. Zur Detektion umfasst die Messvorrichtung 3 beispielsweise eine Strahlungsquelle 16, insbesondere einen Laser, deren Strahlung auf die Partikel trifft, von diesen gestreut wird, wobei die gestreute Strahlung von einem Detektor 17, beispielsweise einem Photodetektor, detektiert wird. Durch diese Messvorrichtung 3 kann einerseits eine Partikelzählung vorgenommen werden. Andererseits bewirken unterschiedlich große Partikel eine unterschiedliche

Streuung der Strahlung, womit auch Rückschlüsse über die Anzahl der im jeweiligen Kondensationskanal 4, 5 vergrößerten Partikel gezogen werden können. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Messvorrichtung 3 um eine Vorrichtung zur Erfassung der durch Partikel bewirkten Streuung der mit einer Strahlungsquelle 16 eingestrahlten Strahlung, insbesondere zur Ermittlung der Größe der Partikel und/oder der Größenunterschiede der detektierten Partikel. Die Messvorrichtung 3 kann insbesondere als für Kondensationspartikelzähler übliche Messvorrichtung ausgebildet

sein.

Als Beispiel kann in der Ausführungsform der Figur 1 die Temperatur im Sättigungsbereich 38°C betragen. In dieser Ausführungsform kann die Temperatur in einem der Kondensationskanäle 32°C und dem anderen Kondensationskanal 20°C betragen.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird ein Trägergas, beispielsweise Stickstoff, über die dargestellte erste Mediumzueitung 11 (die in diesem Fall als Trägergaszuleitung fungiert) durch den Sättigungsbereich 12 geleitet und mit dem Betriebsmittel angereichert bzw. gesättigt. Erst nach dem Sättigungsbereich 12 — aber noch im Sättigungsabschnitt 1 — wird das Messaerosol über eine zweite Mediumzuleitung 11‘ -— in der Figur strichliert dargestellt — dem Trägergas beigemengt, womit ebenfalls ein mit Betriebsmittel angereichertes bzw. gesättigtes Messaerosol gebildet wird.

Gemäß einer weiteren nicht dargestellten, alternativen Ausführungsform, umfasst der Sättigungsabschnitt 1 keinen porösen Körper, sondern lediglich ein mit flüssigem Betriebsmittel gefülltes Becken.

Claims (1)

1. Patentansprüche

   Kondensationspartikelzähler (100) umfassend:

   - einen Sättigungsabschnitt (1) zur Anreicherung und/oder Sättigung eines gasförmigen Mediums mit einem Betriebsmittel,

   - einen Kondensationsabschnitt (2), der zur Übersättigung des zuvor angereicherten gasförmigen Mediums eingerichtet ist,

   - eine Messvorrichtung (3), die zur Detektion von in dem gasförmigen Medium enthaltenen Partikeln, die in dem Kondensationsabschnitt (2) durch das kondensierte Betriebsmittel vergrößerbar sind, eingerichtet ist,

   dadurch gekennzeichnet,

   - dass der Kondensationsabschnitt (2) mindestens zwei unterschiedlich temperierte Kondensationskanäle (4, 5) umfasst, die strömungstechnisch parallel zueinander angeordnet und im Messbetrieb von je einem Teilvolumenstrom (6, 7) des gasförmigen Mediums durchströmbar sind,

   - und dass die Teilvolumenströme (6, 7) der Kondensationskanäle (4, 5) im Messbetrieb vereinigt der Detektion zuführbar sind.

   Kondensationspartikelzähler (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem gasförmigen Medium im Sättigungsabschnitt (1) um ein Trägergas oder ein Messaerosol oder eine Mischung aus Trägergas und Messaerosol handelt und dass es sich bei dem gasförmigen Medium im Kondensationsabschnitt (2) um ein Messaerosol oder bereits stromaufwärts des Sättigungsabschnitts (1) vermischtes Trägergas und Messaerosol oder um Trägergas mit im Sättigungsabschnitt (1) zugeführtem Messaerosol handelt.

   Kondensationspartikelzähler (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

   - dass die Kondensationskanäle (4, 5) thermisch voneinander entkoppelt sind, - und/oder dass zwischen den Kondensationskanälen (4, 5) eine thermische Isolierung (8) vorgesehen ist.

   Kondensationspartikelzähler (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

   gekennzeichnet, dass die Kondensationskanäle (4, 5) entlang ihres Verlaufs gasundurchlässig voneinander abgetrennt sind.

   10.

   14

   Kondensationspartikelzähler (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

   - dass die Kondensationskanäle (4, 5) im Wesentlichen dieselbe Länge und denselben Querschnitt aufweisen,

   - und/oder dass die Kondensationskanäle (4, 5) derart ausgestaltet sind, dass die Volumenströme, insbesondere die Teilvolumenströme (6, 7), in den Kondensationskanälen (4, 5) im Wesentlichen gleich sind.

   Kondensationspartikelzähler (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationskanäle (4, 5) zur Zusammenführung in eine Sammelleitung (9) münden.

   Kondensationspartikelzähler (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelleitung (9), insbesondere über eine Düse (10), in die Messvorrichtung (3) mündet.

   Kondensationspartikelzähler (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Medium ein Messaerosol, insbesondere ein partikelbeladenes Abgas einer Verbrennungskraftmaschine ist oder enthält.

   Kondensationspartikelzähler (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Sättigungsabschnitt (1) zumindest eine Mediumzuleitung (11, 11°) zur Zuleitung zumindest eines Messeaerosols und einen Sättigungsbereich (12) zum Einbringen des Betriebsmittels umfasst, dadurch gekennzeichnet,

   - dass eine erste Mediumzuleitung (11) zur Zuleitung zumindest des Messaerosols vor dem Sättigungsbereich (12) einmündet, oder

   - dass eine erste Mediumzuleitung (11) zur Zuleitung eines Trägergases vor dem Sättigungsbereich (12) einmündet, wobei der Sättigungsbereich (12) von dem Trägergas durchströmbar ist und eine zweite Mediumzuleitung (11°) zur Zuleitung des Messaerosols nach dem Sättigungsbereich (12) einmündet.

   Kondensationspartikelzähler (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (3) dazu geeignet und/oder

   11.

   12.

   13.

   15

   eingerichtet ist, Partikel unterschiedlicher Größe zu detektieren und/oder Größenunterschiede von detektierten Partikeln zu erfassen.

   Verfahren zur Partikelmessung, insbesondere in einem Kondensationspartikelzähler (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, umfassend folgende Schritte:

   - Anreichern und/oder Sättigen eines gasförmigen Mediums mit einem Betriebsmittel in einem Sättigungsabschnitt (1),

   - Übersättigen des zuvor angereicherten gasförmigen Mediums in einem Kondensationsabschnitt (2),

   - Detektion der, in dem Kondensationsabschnitt (2) durch das kondensierte Betriebsmittel vergrößerten, Partikel des gasförmigen Mediums in einer Messvorrichtung (3),

   dadurch gekennzeichnet,

   - dass das zuvor mit Betriebsmittel angereicherte gasförmige Medium in mindestens zwei Teilvolumenströme (6, 7) aufgeteilt wird,

   - dass die Teilvolumenströme (6, 7) unterschiedlich temperiert und dadurch unterschiedlich übersättigt werden, und

   - dass die Teilvolumenströme (6, 7) anschließend der Messvorrichtung (3) zugeführt werden.

   Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem gasförmigen Medium im Sättigungsabschnitt (1) um ein Trägergas oder ein Messaerosol oder eine Mischung aus Trägergas und Messaerosol handelt und dass es sich bei dem gasförmigen Medium im Kondensationsabschnitt (2) um ein Messaerosol oder bereits stromaufwärts des Sättigungsabschnitts (1) vermischtes Trägergas und Messaerosol oder um Trägergas mit im Sättigungsabschnitt (1) zugeführtem Messaerosol handelt.

   Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilvolumenströme (6, 7) zur unterschiedlichen Temperierung durch strömungstechnisch parallel zueinander verlaufende und jeweils unterschiedlich temperierte Kondensationskanäle (4, 5) geleitet werden.

   14.

   15.

   16

   Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet,

   - dass die Teilvolumenströme (6, 7) zur Übersättigung des gasförmigen Mediums in den Kondensationskanälen (4, 5) auf unterschiedliche Temperaturen abgekühlt und/oder erwärmt werden,

   - und dass dadurch in den unterschiedlich temperierten Teilvolumenströmen (6, 7) Partikel unterschiedlicher Partikelgrößenbereiche durch das kondensierende Betriebsmittel vergrößert werden.

   Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass

   mit der Messvorrichtung (3) die Größe der und/oder die Größenunterschiede zwischen den Partikeln detektiert werden.