DE102007061070B4

DE102007061070B4 - Kalibrieraerosolgenerator und Verfahren zur Herstellung eines Kalibrieraerosols für die Anzahlkonzentration luftgetragener Partikeln mttels kontinuierlichem Prozess

Info

Publication number: DE102007061070B4
Application number: DE102007061070A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Prof. Dr. Koch; Gerhard Dr. Pohlmann
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2027-12-14
Also published as: DE102007061070A1; DE102007061070B8

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines Kalibrieraerosols für die Anzahlkonzentration luftgetragener Partikel und einen Kalibrieraerosolgenerator zur Herstellung dieses Aerosols mit einer definierten Konzentration einer Kalibrieraerosolkomponente. Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Durchführung einer Brownschen Koagulation unter kontrollierten Bedingungen in einem runden turbulenten Freistrahl. Damit kann ein kontinuierlicher Aerosolstrom mit einer ab initio vorhersagbaren Anzahlkonzentration hergestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines Kalibrieraerosols für die Anzahlkonzentration luftgetragener Partikeln und einen Kalibrieraerosolgenerator zur Herstellung dieses Aerosols mit einer definierten Konzentration einer Kalibrieraerosolkomponente. Anwendungen liegen auf den Gebieten der Sensorik, Detektion und Überwachung von chemischen und biologisch aktiven Stoffen, insbesondere Gasen und Aerosolen, in Forschung, Umwelt und Industrie.
Hintergrund der Erfindung
Die Konzentration umweltrelevanter atmosphärischer Spurengase wie z. B. Stickstoffoxid, Schwefeldioxid etc. (angegeben in Mikrogramm pro Kubikmeter Luft) wird heutzutage in der Regel kontinuierlich gemessen. Entsprechende automatische Analysatoren befinden sich beispielsweise in Umweltmessnetzen zur Beurteilung der Außenluftgüte oder in Abgasmessanlagen zur Zertifizierung der Schadstoffklasse von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen. Für die erforderliche, wiederkehrende Kalibrierung der Analysatoren werden Gasgemische in Druckzylindern oder auf Gaspermeation beruhende Kalibriergasgeneratoren eingesetzt. Mit diesen Vorrichtungen werden Gasgemische bekannter Konzentration den Analysatoren zugeführt.
Die Anzahlkonzentration der in der Außenluft oder in Abgasen suspendierten Aerosolpartikeln (angegeben in Anzahl der Teilchen pro Kubikmeter Luft) ist eine weitere zunehmend wichtige umweltrelevante Kenngröße. Hierfür gibt es ebenfalls kontinuierliche Messverfahren z. B. Kondensationskernzähler, optische Partikelspektrometer, Aerosolphotometer etc., die gegebenenfalls in Kombination mit Vorrichtungen zur Konditionierung des Messgutes wie z. B. Konzentrationsverdünnungssystemen betrieben werden müssen. Wünschenswert wäre auch hier analog zur Gasmesstechnik ein Kalibrieraerosolgenerator zur Herstellung von Prüfluft, die eine bekannte Anzahlkonzentration suspendierter Partikeln enthält. Dieser Standard sollte die Anzahlkonzentration auf einfache Weise auf kalibrierbare Messgrößen zurückführen. Die Prüfaerosolkonzentration sollte den Konzentrationsbereich des Messgutes überdecken. In der Abgasmesstechnik werden Konzentrationen von bis zu 10⁷ [Teilchen/cm³] gemessen. Die typischen anzahlrelevanten mittleren Partikelgrößen sowohl in der Außenluft als auch in Abgasen von Verbrennungsprozessen liegen im Bereich weniger Zehntel Mikrometer. Das Prüfaerosol sollte ebenfalls diese Partikelgröße besitzen.
Stand der Technik
Prinzipiell ist die Partikelzählung ein Absolutverfahren zur Messung der Anzahlkonzentration luftgetragener Partikeln. Dazu wird eine bekannte Menge Luft durch einen entsprechenden Zähler (Kondensationskernzähler) geleitet und es wird jedes in dem definierten Luftvolumen suspendierte Partikel gezählt. Die messbare Konzentrationsobergrenze derzeitiger Zähler beträgt bedingt durch zunehmende Partikelkoinzidenzen im Messvolumen der Geräte bei höheren Konzentrationen ca. 10⁵ [Teilchen/cm³].
Üblicherweise werden Anzahlkonzentrationsmessgeräte durch Vergleich mit einem derartigen zählenden Messverfahren überprüft.
Die Erzeugung eines Testgases mit vorbestimmter Konzentration ist aus mehreren Patentdokumenten bekannt. In US 5493891 A wird beispielsweise eine Vorrichtung beschrieben, bei der ein Trägergas durch zwei wässerige Kalibrierlösungen geleitet wird. Mit DE 4433607 C2 wird ein Kalibriergasgenerator vorgestellt, in dem zwei Behälter, jeweils enthaltend eine Kalibrierlösung, durch die das Trägergas geleitet wird, derart angeordnet sind, dass sich einer der beiden Behälter im Inneren des anderen Behälters befindet. In GB 2415038 A wird hingegen ein Generator eines Kalibriergases beschrieben, in dem eine elektrochemische Zelle zur Erzeugung eines Schadstoffgases eingebaut ist.
Aus US 5500027 A ist auch ein Aerosolgenerator nach einem modifizierten Sinclair-La Mer Prinzip bekannt, der zur aufwendigen Herstellung eines Kalibrieraerosols nutzbar ist.
Nachteilig an diesem Stand der Technik sind jedoch der zu niedrige, verfügbare Konzentrationsbereich und der hohe Preis der Kalibriermessgeräte.
Aus der DE 10 2006 031 206 A1 ist ein Generator bekannt, mit dem definierte auf einfache Messgrößen rückführbare Anzahlkonzentrationen von Partikelgrößen im Zehntelmikrometerbereich hergestellt werden können.
Dabei wird über die Entspannung einer Gleichgewichtsdampfatmosphäre auf dem Weg der adiabatischen Abkühlung ein Nukleations-Aerosol hergestellt, dessen Anzahlkonzentration bei definierten Temperaturen und Volumina über die Zeit bestimmbar ist.
Nachteilig hierbei ist, dass es sich um einen diskontinuierlichen Prozess handelt und pro Verfahrensdurchlauf nur eine Probe entnommen werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein einfaches und effizientes Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines Kalibrieraerosols für die Anzahlkonzentration luftgetragener Partikeln zu entwickeln, mit dem definierte auf einfache Messgrößen rückführbare Anzahlkonzentrationen von Partikelgrößen im Zehntelmikrometerbereich hergestellt werden können.
Weiterhin soll dazu ein kostengünstiger Kalibrieraerosolgenerator, zur kontinuierlichen Herstellung dieses Aerosols mit einer definierten Konzentration eines Kalibrieraerosolbestandteils, bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Generator nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 11 gelöst. Die Unteransprüche sind Vorzugsvarianten der Erfindung.
Grundlage der Erfindung
Die Erfindung macht sich das Prinzip der Koagulation zunutze. Prinzipiell kann man den Mechanismus der Koagulation für die Generierung einer Standardkonzentration heranziehen. Mit Koagulation wird der Vorgang der Kollision von in Luft suspendierten Partikeln bezeichnet. Die Kollision ist auf die unkorrelierte Brownsche Bewegung der Partikeln des Kollektivs zurückzuführen.
Handelt es sich um kleine, flüssige Partikeln so führt die Kollision zweier Teilchen zu deren Verschmelzung Die Koagulation bedingt also eine Abnahme der Anzahlkonzentration der luftgetragenen Teilchen, wobei die Abnahmerate proportional zur aktuellen Anzahlkonzentration ist: Prozess zweiter Ordnung. Da der Prozess masseerhaltend ist, bleibt die Massenkonzentration des Aerosols zeitlich unverändert. Die Abnahme der Anzahlkonzentration führt demnach zu einer Vergrößerung des mittleren Partikeldurchmessers des Kollektivs.
Vorteilhafterweise kann nun ausgenutzt werden, dass sich ähnlich wie bei anderen Prozessen 2ter Ordnung ein zeitlich asymptotisches Verhalten für die Anzahlkonzentration (mithin auch für die mittlere Partikelgröße) einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass letztendlich nur die Massenkonzentration und die Zeit ab Beginn des Koagulationsvorgangs die physikalischen Größen sind, die die Anzahlkonzentration und die Partikelgröße bestimmen.
Überraschenderweise kann diese Zeitabhängigkeit durch eine Wegabhängigkeit ersetzt werden, indem man einen kontinuierlichen Aerosolstrom herstellt, in dem die Koagulation unter kontrollierten Bedingungen in einem runden turbulenten Freistrahl durchgeführt wird. Damit kann ein kontinuierlicher Aerosolstrom mit einer ab initio vorhersagbaren Anzahlkonzentration hergestellt werden.
Ein turbulenter Freistrahl ist gekennzeichnet durch eine Mischungszone, die sich bis ca. 5 Düsendurchmesser ab Düsenausgang erstreckt, gefolgt vom so genannten Ähnlichkeitsbereich. Den asymptotischen Koagulationszustand erreicht man, wenn man in der Mischungszone eine hohe Konzentration von sehr kleinen Aerosolteilchen herstellt (beispielsweise auf dem Wege der homogenen Nukleation eines stark übersättigten, kondensierbaren Dampfes), die dann über eine hinreichend große Strecke in der Mischungszone des Freistrahls ausschließlich durch Brownsche Koagulation anwachsen. Man kann zeigen, dass der Anzahlstrom, N . durch eine Fläche senkrecht zur Strahlrichtung nur von der Massenkonzentration, C_M; des Aerosolvorläufermaterials in der Düse, der Düsenaustrittsgeschwindigkeit, u₀, und dem Abstand, L, von der Düse abhängt (Koch, W., Windt, H. and Karfich, N., (1993), Modeling and experimental evaluation of an aerosol generator for very high number currents based an a free turbulent jet, J. Aerosol Sci., 34, 909).
Die Größen K_jet und z sind ausschließlich durch die Physik der Koagulation festgelegt und sind unabhängig von äußeren Verfahrensparametern.
Gegenstand der Erfindung
Erfindungsgemäß wird gerade dieses durch Gleichung (1) beschriebene physikalische Verhalten zur kontinuierlichen Generierung eines Kalibrieraerosols bekannter Anzahlkonzentration genutzt und durch das folgende Verfahren und den folgenden Kalibrieraerosolgenerator (einzige Figur) realisiert.
In einem Volumen (Sättiger) wird bei einer definierten Temperatur, T₁, deutlich oberhalb der Raumtemperatur, T_R, durch Wärmezufuhr eine gesättigte Gleichgewichtsdampfatmosphäre mit der Konzentration Cs(T₁) einer geeignet gewählten flüssigen Substanz hergestellt. Das Volumen wird mit einem kleinen, kontinuierlichen Strom eines Inertgases in der Art durchströmt, das zu jedem Zeitpunkt die Sättigung des Gasstromes gewährleistet ist. Nach Verlassen des Behälters tritt der gesättigte Gasstrom durch eine kleine Düse mit definierter Geschwindigkeit u₀ in einen Hüllluftstrom mit der Temperatur T, vorzugsweise der Raumtemperatur T_R, aus. Nach dem Austritt aus der Düse kommt es in der Mischungszone zur schnellen Abkühlung des Gasstromes. Diese Abkühlung führt zu einer sehr hohen Übersättigung die wiederum innerhalb der Mischungszone zur vollständigen, homogenen Nukleation des Dampfes führt. Dadurch entsteht ein sehr hochkonzentriertes Aerosol sehr kleiner Partikeln, welches dann stromabwärts im Ähnlichkeitsbereich des Freistrahls ausschließlich dem Koagulationsprozess unterliegt. Wechselwirkungen mit den Gefäßwänden, die zu Partikelverlusten führten könnten, sind dabei ausgeschlossen. Die Massenkonzentration, Cm, des Aerosols am Ausgang des Hüllrohres ist in eindeutiger Weise bestimmt:
d. h. auf die Verdampfungs- und Raumtemperatur und die Volumenströme zurückführbar. Für Abstände, die groß sind gegenüber dem Düsendurchmesser (> 10 d) gilt für die Anzahlkonzentration, C_N: CN = F(CM, u0, L, V .3)
Dies ist eine bekannte, monoton abnehmende Funktion, die allein von der Physik der Koagulation im Freistrahl bestimmt ist und in der keine weiteren unabhängigen physikalischen Variablen mehr vorkommen. Der Prozess ist so gestaltet, dass Verluste von Partikeln an die innere Behälteroberfläche während des Koagulationsprozesses nicht vorkommen können, da bis zum Austritt aus dem Hüllrohr praktisch kein Kontakt zwischen Aerosol und Hüllrohr möglich ist. Am Ende des Hüllrohres wird der Koagulationsprozess durch Verdünnung mit der noch nicht in den Freistrahl inkooperierten Hüllluft weitestgehend zum Stehen gebracht. Das bedeutet, dass dem Volumenstrom, V₃; kontinuierlich Aerosolproben definierter Konzentration entnommen werden können, die eindeutig auf die Messgrößen Temperatur, Länge und Volumenstrom zurückzuführen sind, wobei der Volumenstrom seinerseits auf die Basisgrößen Volumen und Zeit zurückführbar ist.
Die erfindungsgemäße Apparatur zur kontinuierlichen Herstellung eines Kalibrieraerosols mit einer vorgegebenen Anzahlkonzentration eines Kalibrieraerosolbestandteils wird in der einzigen Figur näher erläutert. Sie umfasst zwei, mit einem Trägergas und einem Kalibrieraerosolbestandteil durchströmbare Behälter (1, 2). Im ersten Behälter (1) ist der Sättiger (3) angeordnet, welcher zur Aufnahme einer den Kalibrieraerosolbestandteil enthaltenden geeigneten Flüssigkeit geeignet ist. Diese Flüssigkeit kann z. B. Di-ethyl-hexyl-sebacat (DEHS) oder Di-octyl-phthalat (DOP) sein. Der Sättiger (3) ist so ausgestaltet, dass er einen oberhalb dieser Flüssigkeit angeordneten Gasraum (10) enthält. Zum Wärmeaustausch ist der Sättiger (3) benachbart zu einer Heizung (5) angeordnet, welche vorzugsweise als ein Heizmantel ausgebildet ist und den Sättiger (3) zumindest teilweise umgibt.
Die Heizung (5) ist mit der Isolierung (6) versehen und zur Temperaturregulierung mit dem Regler (10) ausgestattet.
Vorzugsweise wird hierfür ein PID-Regler verwendet. Ein PID-Regler besteht aus 3 Teilen, einem P-Anteil, einem I-Anteil und einem D-Anteil. PI steht für proportional integral wirkend (wie beim PI-Regler) und D steht für differentiell wirkend. Der PID Regler ist der universellste der klassischen Regler und vereinigt die guten Eigenschaften der anderen Regler. Der PID-geregelte Kreis ist genau und sehr schnell. Es können aber auch sämtliche andere Regler verwendet werden.
Zur Durchmischung der Flüssigkeit oder des Gasraums (9) bei der Erwärmung durch die Heizung enthält der Sättiger (3) eine Vorrichtung. Vorzugsweise ist diese Vorrichtung eine Rührvorrichtung, aber auch alle anderen Vorrichtungen, die zur Durchmischung der Flüssig- oder Dampfphase geeignet sind, können verwendet werden.
Erfindungsgemäß ist der Sättiger (3) mit mindestens einer verschließbaren Leitung (4) zum Zuführen des Trägergases ausgestattet.
Der zweite Behälter (2) ist als Hüllrohr ausgebildet und wird mit Hüllluft durchströmt. Er ist mit einem Aerosolauslass (8) für das Kalibrieraerosol ausgestattet und mit mindestens einer verschließbaren Zuführleitung (11) für die Hüllluft verbunden.
Beide Behälter (1, 2) sind derart miteinander gekoppelt, dass das Trägergas mit dem Kalibrieraerosolbestandteil über eine Düse (7) als Dampfstrahl in den Behälter (2) zuführbar ist. Dabei ist der Innenraum des Sättigers (3) über eine Düse (7) mit dem Innenraum des Behälters (2) verbunden.
In vorteilhafter Weiterbildung sind die Abstände von der Austrittsdüse (7) des Dampfstrahls bis zum Aerosolauslass (8) mindestens 10 mal größer als der Durchmesser der Austrittsdüse (7).
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Abstände von der Austrittsdüse (7) des Dampfstrahls bis zum Aerosolauslass (8) mindestens 50 mal größer als der Durchmesser der Austrittsdüse (7) und in einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Abstände von der Austrittsdüse (7) des Dampfstrahls bis zum Aerosolauslass (8) circa 90–110 mal größer als der Durchmesser der Austrittsdüse (7).
Der Verschluss der Zuführleitungen des erfindungsgemäßen Kalibrieraerosolgenerators kann mit Hilfe aller möglichen technischen Hilfsmittel erfolgen, mit deren Hilfe Leitungen oder Öffnungen verschließbar sind, wie z. B. Klappen und Ventile.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dem Gasraum (9), welcher im Sättiger (3) des Behälters (1) oberhalb der den Kalibrieraerosolbestandteil enthaltenden Flüssigkeit angeordnet ist, über die Heizung (5) Wärme zugeführt, so dass der Gasraum (9) der gesättigte Gleichgewichtsdampfatmosphäre der Konzentration C_s(T₁) mit der Temperatur T₁ enthält. Weiter wird er von einem kontinuierlichen Strom des Trägergases des Volumens V₁ pro definierter Zeiteinheit in der Art durchströmt, dass der Gasstrom ständig gesättigt ist. Als Trägergas wird ein Inertgas, wie Stickstoff, Kohlendioxid oder ein Edelgas verwendet, auch die Verwendung von Luft ist möglich. Der gesättigte Gasstrom wird durch die Düse (7) mit der Geschwindigkeit u₀ in den Behälter (2) als Dampfstrahl eingeleitet und als Freistrahl bis zum Aerosolauslass (8) durchgeleitet. Der Behälter (2) enthält die mit einem Volumen V₂ pro Zeiteinheit eingeleitete Hüllluft mit einer Temperatur T, bevorzugt Raumtemperatur T_R, welche deutlich unter der Temperatur T₁ der Dampfatmosphäre des Sättigers (3) liegt. Dies führt zur Abkühlung des Freistrahls, während er den Behälter (2) durchströmt. Dadurch entsteht das sehr hochkonzentrierte Aerosol, welches stromabwärts im Ähnlichkeitsbereich des Freistrahls ausschließlich der Koagulation mit einem zeitlich asymptotischen Verhalten unterliegt. Am Aerosolauslass (8) werden dann Aerosolproben mit definierter Konzentration entnommen und deren Partikelanzahlen anhand der bekannten Parameter Temperatur, Länge, Volumen und Zeit berechnet.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung (siehe einzige Figur) kann gezeigt und sichergestellt werden, dass in einem Freistrahl für Abstände von der Austrittsdüse (7) des Strahles, die groß sind gegenüber dem Durchmesser der Austrittsdüse (7) des Freistrahls die Anzahlkonzentration im Volumenstrom V .₃ = V .₁ + V .₂ einer bekannten, monoton abnehmenden Funktion, die allein von der Physik der Koagulation im Freistrahl bestimmt ist und in der keine weiteren unabhängigen physikalischen Variablen mehr vorkommen, folgt.
Durch Einstellung einer definierten Temperatur im Sättiger (3), einer definierten Austrittsgeschwindigkeit aus der Düse (7), definierter Volumenströme V .₁ und V .₂ und unterdrücken der Koagulation in einem definierten Abstand L von der Düse (7) kann damit im Volumenstrom V .₃ eine genau bestimmbare Anzahlkonzentration erzeugt werden.
Damit ist ein einfaches und effizientes Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines Kalibrieraerosols für die Anzahlkonzentration luftgetragener Partikeln mittels eines Kalibrieraerosolgenerators bereitgestellt worden, das es ermöglicht, beliebig oft und zu jeder Zeit, Proben mit definierten, auf einfache Messgrößen rückführbaren Anzahlkonzentrationen von Partikelgrößen im Zehntelmikrometerbereich herzustellen und zu entnehmen.

1: erster Behälter
2: zweiter Behälter
3: Sättiger
4: Zuführleitung Trägergas
5: Heizung
6: Isolierung
7: Düse
8: Aerosolauslass
9: Gasraum
10: Regler
11: Zuführleitung Hüllluft

Claims

Kalibrieraerosolgenerator zur kontinuierlichen Herstellung eines Kalibrieraerosols mit einer vorgegebenen Anzahlkonzentration eines Kalibrieraerosolbestandteils, mit einem in einem ersten Behälter (1) angeordneten Sättiger (3), in dem eine den Kalibrieraerosolbestandteil enthaltende Flüssigkeit aufnehmbar ist, wobei oberhalb der Flüssigkeit ein Gasraum (9) gebildet ist, mit einer im ersten Behälter (1) benachbart zum Sättiger (3) angeordneten Heizung (5) zum Wärmeaustausch mit der Flüssigkeit und dem Gasraum (9), mit mindestens einer in den Sättiger (3) mündenden verschließbaren Zuführleitung (4) für ein Trägergas, mit einem mit dem ersten Behälter (1) verbundenen zweiten Behälter (2), der als Hüllrohr ausgebildet ist und in den mindestens eine verschließbare Zuführleitung (4) für Hüllluft mündet, mit einer Düse (7) am Eingang des zweiten Behälters (2), die den Gasraum (9) des Sättigers (3) mit dem Innenraum des zweiten Behälters (2) verbindet, wobei das Trägergas mit dem Kalibrieraerosolbestandteil aus dem Gasraum (9) über die Düse (7) als Dampfstrahl in den zweiten Behälter (2) führbar ist, und mit einem an dem zweiten Behälter (2) angeordneten Aerosolauslass (8), über den das Kalibrieraerosol zusammen mit der Hüllluft abführbar ist.
Kalibrieraerosolgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände von der Austrittsdüse (7) des Dampfstrahls bis zum Aerosolauslass (8) mindestens 10 mal größer sind als der Durchmesser der Austrittsdüse (7).
Kalibrieraerosolgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände von der Austrittsdüse (7) des Dampfstrahls bis zum Aerosolauslass (8) mindestens 50 mal größer sind als der Durchmesser der Austrittsdüse (7).
Kalibrieraerosolgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände von der Austrittsdüse (7) des Dampfstrahls bis zum Aerosolauslass (8) 90–110 mal größer sind als der Durchmesser der Austrittsdüse (7).
Kalibrieraerosolgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (5) als ein Heizmantel ausgebildet ist und den Sättiger (3) zumindest teilweise umgibt.
Kalibrieraerosolgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (5) mit einem Regler (10) versehen ist.
Kalibrieraerosolgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (10) ein PID-Regler ist.
Kalibrieraerosolgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (5) mit einer Isolierung (6) versehen ist.
Kalibrieraerosolgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an dem Sättiger (3) eine Vorrichtung zur Durchmischung der Flüssigkeit oder des Gasraums (9) vorhanden ist.
Kalibrieraerosolgenerator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Durchmischung der Flüssigkeit eine Rührvorrichtung ist.
Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines Kalibrieraerosols für die Anzahlkonzentration luftgetragener Partikeln mittels eines Kalibrieraerosolgenerators nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass einer in dem Sättiger (3) vorliegenden Flüssigkeit mit dem Kalibrieraerosolbestandteil und einem oberhalb der Flüssigkeit angeordneten Gasraum (9) über eine Heizung (5) so viel Wärme zugeführt wird, dass der Gasraum (9) eine gesättigte Gleichgewichtsdampfatmosphäre der Konzentration C_s(T₁) mit der Temperatur T₁ enthält, dass ein kontinuierlicher Strom eines Trägergases des Volumens V₁ pro Zeiteinheit in der Art durch den Gasraum (9) geführt wird, dass der Gasstrom ständig gesättigt ist, dass in dem zweiten Behälter (2) Hüllluft mit einer Temperatur T, bevorzugt Raumtemperatur T_R, und einem Volumen V₂ pro Zeiteinheit eingeleitet wird, dass der gesättigte Gasstrom aus dem Gasraum (9) durch eine Düse (7) mit einer Geschwindigkeit u₀ in den zweiten Behälter (2) als Dampfstrahl eingeleitet und umgeben von Hüllluft als Freistrahl unter Abkühlung bis zum Aerosolauslass (8) durchgeleitet wird, wobei der Freistrahl nach dem Düsenausgang eine Mischungszone zur Partikelbildung durch Nukleation und daran anschließend einen Ähnlichkeitsbereich mit Partikelwachstum durch Koagulation aufweist, dass das im Freistrahl gebildete Aerosol am Ende des Freistrahls zur Unterdrückung weiterer Koagulation mit der Hüllluft vermischt wird und zusammen mit dieser den Aerosolauslass (8) verlässt, und dass am Aerosolauslass (8) Aerosolproben mit definierter Konzentration entnommen werden und deren Partikelanzahl anhand der bekannten Parameter Temperatur, Länge, Volumen und Zeit berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergas ein Inertgas, wie Stickstoff, Kohlendioxid oder ein Edelgas ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfstrahl bei Einleitung in die Mischungszone schnell abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der kontinuierliche Aerosolstrom durch Koagulation unter kontrollierten Bedingungen in einem runden turbulenten Freistrahl erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch Einstellung einer definierten Temperatur T₁ im Sättiger (3), definierter Volumenströme V .₁ und V .₂ und Unterdrücken der Koagulation in einem definierten Abstand von der Düse im Volumenstrom des Freistrahls V .₃ eine genau bestimmbare Anzahlkonzentration luftgetragener Partikeln erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur T₁ deutlich oberhalb der Temperatur T liegt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Freistrahl so eingestellt wird, dass sich die Mischungszone bis ca. 5 Düsendurchmesser ab Düsenausgang der Düse (7) erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mischungszone eine hohe Konzentration von sehr kleinen Aerosolteilchen hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die hohe Konzentration von sehr kleinen Aerosolteilchen mittels homogener Nukleation des stark übersättigten kondensierbaren Dampfes hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Herstellen einer hohen Konzentration von sehr kleinen Aerosolteilchen, welche im Freistrahl über Koagulation anwachsen, ein zeitlich asymptotisches Verhalten für die Anzahlkonzentration luftgetragener Partikeln im Ähnlichkeitsbereich des Volumenstroms V .₃ des Freistrahls eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Freistrahl so eingestellt wird, dass Wechselwirkungen des Freistrahls mit den Gefäßwänden des Behälters (2) ausgeschlossen sind.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter Temperatur, Länge, Volumen und Zeit so eingestellt werden, dass die Aerosolteilchen im Ähnlichkeitsbereich über Brownsche Koagulation anwachsen.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenkonzentration des Cm des Aerosols am Aerosolauslass (8) durch die Gleichung
vorgegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahlkonzentration C_N des Aerosols für Abstände >> 10·Düsendurchmeser von der Düse (7) zum Aerosolauslass (8) durch die Funktion CN = F(CM,u0,L,V .3)vorgegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Koagulationsprozess am Ende des Hüllrohres durch Verdünnung mit der noch nicht in den Freistrahl inkooperierte Hüllluft weitgehend zum Stehen gebracht wird.