DE112013004860T5

DE112013004860T5 - Dochtbenetzung für Wasserkondensationssysteme

Info

Publication number: DE112013004860T5
Application number: DE112013004860.4T
Authority: DE
Inventors: Susanne Vera Hering; Steven Russell Spielman; Gregory Stephen Lewis; Nathan Michael Kreisberg
Original assignee: Aerosol Dynamics Inc
Current assignee: Aerosol Dynamics Inc
Priority date: 2012-10-02
Filing date: 2013-10-02
Publication date: 2015-06-11
Also published as: WO2014055652A3; WO2014055652A2

Abstract

Ein System und ein Verfahren für Teilchenvergrößerung mit kontinuierlich benetzten Dochten enthält einen Behälter, in den ein Strom von mit Teilchen beladener Luft durch einen Einlass und zu einem Auslass laminar eingeleitet wird. Der Behälter weist einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt und einen dritten Abschnitt auf, durch die die mit Teilchen beladene Luft zwischen dem Einlass und dem Auslass strömt. Die Temperatur des zweiten Abschnitts ist wärmer als die des ersten Abschnitts am Einlass und des dritten Abschnitts am Auslass. Bei einer Ausführungsform ist ein sich über eine Innenwand des ersten, zweiten und dritten Abschnitts erstreckender Endlosdocht vorgesehen, wobei der Docht entlang seiner Länge innen flüssiges Wasser transportieren kann. Als Alternative dazu steht eine Seite eines durch einen Blasenbildungspunktdruck gekennzeichneten Dochts mit Luft in Kontakt, und seine gegenüberliegende Seite ist neben der Innenwand eines Gehäuses angebracht, wobei zwischen dem Docht und dem Gehäuse ein Spalt gebildet ist, wobei der Docht mit einem Wasserspeicher so verwendet wird, dass die Druckdifferenz zwischen dem Luftstrom und dem mit Wasser gefüllten Spalt geringer ist als der Blasenbildungspunkt des Dochtmaterials.

Description

LIZENZRECHTE DER REGIERUNG
Die vorliegende Technologie entstand mit Unterstützung der Regierung unter der Förderungsnr. RC3ES19081 vom National Institute of Environmental Health und DE-SC0006312 und DE-SC00469 vom U.S. Department of Energy. Die US-Regierung hat gewisse Rechte an der Technologie.
PRIORITÄTSANSPRUCH
Die vorliegende Anmeldung ist eine Teilfortführung der am 25. August 2011 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 13/218,393 mit dem Titel "ADVANCED LAMINAR FLOW WATER CONDENSATION TECHNOLOGY FOR ULTRAFINE PARTICLES", die die Priorität der am 27. August 2010 eingereichten vorläufige US-Anmeldung Nr. 61/402,348 beansprucht, wobei diese Anmeldungen hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen werden.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 2. Oktober 2012 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/709,084, Erfinder: Susanne V. Hering, Steven R. Spielman, Gregory S. Lewis und Nathan M. Kreisberg, wobei diese Anmeldung hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
HINTERGRUND
Viele Anmeldungen haben das Kondensationswachstum von Schwebeteilchen zur Ermöglichung ihrer Messung oder ihres Sammelns verwendet. Für ultrafeine Teilchen erfordert die Einleitung dieses Wachstums die Erzeugung eines Dampfübersättigungsbereichs. Das US-Patent 6712881 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung dieser Übersättigung in einem Laminarstrom, wobei ein Strom ein feuchtwandiges Rohr oder anderen solchen Behälter, dessen zweiter Teil wärmer ist als der erste Teil, durchströmt. Die US-Patentanmeldung 13/218393 beschreibt ein anderes Verfahren, in dem das Temperaturprofil der benetzten Wände einen kalten Abschnitt, einen warmen Abschnitt und einen kalten Endabschnitt aufweist. Diese Laminarstromsysteme, die eine Wasserdampfübersättigung erzeugen, sind als Kondensationswachstumsrohre bekannt geworden.
Diese Kondensationswachstumsrohre arbeiten durch Beaufschlagen benetzter Oberflächen mit verschiedenen Temperaturen mit einem Luftstrom. Die benetzte Oberfläche wird gemeinhin als ein Docht implementiert, bei dem es sich um ein poröses Medium handelt, das durch Kapillarwirkung leicht Wasser in seine Poren zieht. Während des Betriebs dieser Kondensationssysteme verdampft Wasser von dem warmen Teil des Dochts, und somit muss dem Docht kontinuierlich mehr Wasser zugeführt werden. Dazu sind verschiedene Benetzungsverfahren verwendet worden. In einigen Systemen wird zur Außenseite eines zylindrischen Dochts gepumptes Wasser durch Kapillarwirkung zur Innenseite gezogen. Das überschüssige Wasser strömt durch Schwerkraft kaskadenartig über die Länge des Rohrs nach unten. Andere Systeme verwenden ein Innenspeicherbenetzungssystem, bei dem das untere Ende des Dochts in einem Wasserspeicher eingetaucht ist.
Nachteile dieses Stands der Technik sind Komplikationen bei der Handhabung von Wasser, Flutungsgefahr und leichtes Umkippen. Vorsprünge in den Strömungskanal, wie für das Speicherbenetzungssystem erforderlich, sind für einige Anwendungen ein Problem.
1 zeigt ein System nach dem Stand der Technik zur passiven Benetzung eines Dochts 100. Ein Deich 150 (manchmal auch als "Steigrohr" bezeichnet) ist eine erforderliche Barriere, um zu verhindern, dass Wasser 140 unter oder durch den Docht 100 sickert, wo es in tiefere Teile der Vorrichtung tropfen würde. Wasser 140 wird durch Kapillarwirkung entlang dem Docht 100 nach oben transportiert. Ein Aluminiumgehäuse 110 stellt eine Struktur und eine gute thermische Verbindung mit der Heizvorrichtung oder Kühlvorrichtung 120 bereit. Im Falle eines Dochts, der Wasser verbraucht, ist ein Füllsystem 130 erforderlich, das aus einem eine Pumpe oder ein Ventil steuernden Wasserpegelsensor und einer Lüftung 125 besteht. Die Lüftung 125 steht mit dem Einlassstrom in Verbindung, um für Druckausgleich zwischen dem Kopfraum des Wasserspeichers und dem Strom zu sorgen. Das System gewährleistet, dass sich der Speicher 145 weder über den oberen Rand des Deichs 150 füllt, noch vollständig leerläuft. Im Falle eines kalten Dochts, wo Wasserdampf kondensiert, muss das System Wasser abführen.
KURZFASSUNG
Es wird eine Technologie vorgestellt, die passive Benetzung der Dochte bereitstellt, die die benetzten Wände der Laminarstromwasserkondensationswachstumssysteme bilden können. Gemäß einem Aspekt beruht ein selbsterhaltender Docht auf Kapillarwirkung des Dochtmaterials für den Transport von Wasser von kälteren Bereichen, in denen Wasserdampf auf die Dochtoberfläche kondensiert, zu wärmeren Abschnitten, wo es verdampft. Dieser Ansatz gestattet längeren Betrieb ohne einen Wasserspeicher und neigt nicht zum Umkippen. Gemäß einem anderen Aspekt verwendet ein Siphondocht ein Siphon-artiges Verfahren, um einen wassergefüllten Spalt hinter dem Docht auf einer Seite des Dochts gegenüber dem Luftstrom aufrechtzuerhalten. Dieser Ansatz kann durch aktives Pumpen ergänzt werden, um großen Systemen Rechnung zu tragen.
Diese Kurzfassung wird bereitgestellt, um eine Auswahl von Konzepten in vereinfachter Form vorzustellen, die unten in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll weder Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands aufzeigen, noch soll sie als eine Hilfe bei der Bestimmung des Schutzbereichs des beanspruchten Erfindungsgegenstands verwendet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Kapillarwirkungsdochtsystem nach dem Stand der Technik, das Wasser aus einem kleinen Speicher verwendet, das in einen porösen Docht gezogen wird.
2 stellt eine erste Ausführungsform von Dochttechnologie dar, die einen selbsterhaltenden Docht umfasst.
3A und 3B stellen andere Konfigurationen des selbsterhaltenden Dochts unter Verwendung eines Konditionierers dar.
4 zeigt die mechanische Ausführung eines Systems gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform.
5A und 5 stellen beispielhafte Leistungsdaten für einen als Teil eines Kondensationsteilchenzählers eingesetzten selbsterhaltenden Docht dar.
6A und 6B zeigen beispielhafte Daten für einen invertierten Betrieb eines einen selbsterhaltenden Docht einsetzenden Kondensationsteilchenzählers.
7A und 7B stellen beispielhafte Daten für einen selbsterhaltenden Docht in einer Konfiguration dar, die eine Feuchtigkeitsaustauschmembran am Zustrom verwendet.
8 stellt eine andere Konfiguration eines selbsterhaltenden Dochts dar, in den über Sekundärluftströme Wasser eingespritzt wird und jegliches Überlaufen durch Sekundärluftströme beseitigt wird.
9 stellt eine Ausführungsform der Technologie dar, die einen Siphondocht dieser Technologie umfasst.
10 stellt eine Ausführungsform des Siphondochtsystems dar, das auf ein dreistufiges Kondensationswachstumssystem angewandt wird.
11 stellt eine Ausführungsform des Siphondochtsystems dar.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es wird eine Technologie vorgestellt, die neue Systeme und Verfahren zur Bereitstellung von benetzten Wänden von Wasserkondensationssystemen bereitstellt, die zur Erzeugung von Wasserdampfübersättigung in einem Luft- oder anderen Gasstrom verwendet werden. Gemäß einem Aspekt beruht ein selbsterhaltender Docht auf Kapillarwirkung des Dochtmaterials für den Transport von Wasser von kälteren Bereichen, in denen Wasserdampf auf die Dochtoberfläche kondensiert, zu wärmeren Abschnitten, wo es verdampft. Gemäß einem anderen Aspekt verwendet ein Siphondocht ein Siphon-artiges Verfahren, um einen wassergefüllten Spalt hinter dem Docht auf einer Seite des Dochts gegenüber dem Luftstrom aufrechtzuerhalten. Dieser Ansatz kann durch aktives Pumpen ergänzt werden, um großen Systemen Rechnung zu tragen. Der Stand der Technik verwendet einen Innenspeicher zum Benetzen des Dochts, wie in 1 dargestellt. Dies erfordert einen Deich, der in den Strom ragt, was für einige Anwendungen ein Problem ist. Darüber hinaus erfordert dies größtenteils einen aufrechten Betrieb, so dass Wasser in dem Innenspeicher nicht in den Luftstrom überläuft. Ferner erfordert es eine Lüftung zum Druckausgleich im Kopfraum des Innen- und Außenspeichers mit dem Druck des Stroms im Rohr. Wenn diese Bedingungen nicht erfüllt werden, kann das System fluten. Der selbsterhaltende Docht dieser Technologie ist dazu ausgeführt, diese Einschränkungen zu überwinden.
2 stellt einen selbsterhaltenden Docht 200 dar, der sich über mehrere Temperaturzonen (210, 220, 230) erstreckt, wobei der stromabwärtige kältere Abschnitt 230 aus dem warmen Abschnitt 220 freigesetzten Wasserdampf zurückgewinnt, und dieses Wasser wird durch Kapillarwirkung zu dem erwärmtem Abschnitt zurückgeführt, wo es verdampft, um Übersättigung in dem bei 215 aus dem stromaufwärtigen kalten Abschnitt 210 eintretenden kälteren Strom zu erzeugen. Wenn die Temperatur der ersten Stufe 210 niedriger ist als der Taupunkt des Probenluftstroms, kondensiert darüber hinaus Wasser aus dem Luftstrom auf den Docht in dieser ersten Stufe und wird durch Kapillarwirkung zu dem erwärmten Abschnitt transportiert.
Wie in 2 gezeigt, verwendet ein selbsterhaltender Docht ein dreistufiges Wachstumssystem, wobei sich ein einziger, benetzter Docht 200 über alle drei Stufen erstreckt. Die erste Stufe 210 ist ein "Konditionierer". Die zweite Stufe 220 und die dritte Stufe 230, die als "Initiator" bzw. "Äquilibrator" bezeichnet werden, bilden einen zweiteiligen Kondensator, wie in der US-Patentanmeldung 13/218393 beschrieben. Der Konditionierer 210 wird im Allgemeinen mit leicht gekühlten Wänden betrieben und wird dazu verwendet, den Strom 205 auf nahe der Temperatur der Konditioniererwände bei einer relativen Feuchtigkeit nahe 100% zu bringen. Die zweite so genannte "Initiator"-Stufe 220 weist Wände auf, die wärmer gehalten werden als die des Konditionierers 210. Die dritte so genannte Äquilibrator-Stufe 230 wird kühler betrieben als die Initiator-Stufe 220. Wenn der kühlere Strom aus dem Konditionierer in den warmen, feuchtwandigen Initiator-Abschnitt eintritt, diffundiert Wasserdampf von den Wänden in den kühleren Strom. Ebenso erwärmt sich der Strom langsam. Aufgrund seiner hohen Diffusionskonstante bezüglich der Temperaturleitfähigkeit von Luft, diffundiert Wasserdampf jedoch schneller. Infolgedessen wird der Strom übersättigt, mit seiner Spitzenübersättigung entlang der Mittellinie des Stroms. Bei dem zweistufigen Kondensator 240 bildet sich dieser Wasserdampfübersättigungsbereich in dem Initiator-Abschnitt und erstreckt sich in den Äquilibrator-Abschnitt 230.
Diese Wasserdampfübersättigung aktiviert das Kondensationswachstum an kleinen Teilchen, die aufgrund ihrer Oberflächenkrümmung und zugehörigen Oberflächenspannung Gleichgewichtsdampfdrücke aufweisen, die größer sind als die über einer flachen Oberfläche mit gleicher Zusammensetzung. Wie durch die Kelvin-Beziehung beschrieben, ist der erforderliche Gleichgewichtsdampfdruck für kleinere Teilchen höher und nimmt als Umkehrfunktion des Teilchendurchmessers zu. Die warme benetzte Wand des Initiators liefert den Wasserdampf, der die Übersättigung erzeugt. Weiter stromabwärts im Äquilibrator kondensiert ein großer Teil dieses Wasserdampfs aus dem übersättigten Strom auf den Docht, wodurch der Wasserdampfgehalt reduziert wird, wie in der Reduzierung des Taupunkts widergespiegelt. Der Strom bleibt jedoch übersättigt, und Teilchen wachsen über Kondensation weiter, wodurch Tropfen erzeugt werden, die optisch detektiert oder durch Träghheitsmittel gesammelt werden können. Wie in der US-Patentanmeldung 13/218393 gezeigt, reduziert der Äquilibrator dieser Konfiguration den Taupunkt und die Temperatur des Stroms unter minimaler Auswirkung auf das Dampfübersättigungsausmaß.
Bei diesem selbsterhaltenden Docht 200 wird verdampftes Wasser aus dem Docht in dem warmen Initiator-Abschnitt 220 durch den Strom in den Äquilibrator-Abschnitt 230 befördert. Die kälteren Wände des Äquilibrators 230 bewirken, dass ein großer Teil des Wasserdampfs auf den Docht 200 kondensiert. Dieses zurückgewonnene Wasser, nun in flüssigem Zustand, wird dann durch den Docht über Kapillarwirkung zu dem erwärmten Mittelabschnitt 220 zurück transportiert. Der Konditionierer 210 kann dem Initiator-Abschnitt 220 des Dochts zusätzliches Wasser zuführen, wenn die zuströmende Probenluft einen Taupunkt aufweist, der höher ist als die Konditionierertemperatur.
Wenn der Taupunkt des eintretenden Stroms über ca. 10°C liegt, wie oftmals unter sommerlichen Umgebungsbedingungen der Fall ist, dann ist es möglich, die Temperatur der Wände des Äquilibrators so einzustellen, dass der Taupunkt des das System verlassenden Stroms dem am Einlass entspricht. Unter diesen Bedingungen wird die Rate der Wasserkondensation auf den Docht im Konditionierer- und Äquilibrator-Abschnitt der Verdampfungsrate im Initiator-Abschnitt entsprechen (da das an die Tropfenbildung verlorene Wasser gering ist). Dadurch entsteht ein selbsterhaltender Docht. Beginnt man mit einem vollständig benetzten Docht und ist der Taupunkt des austretenden Stroms etwas höher als der des eintretenden Stroms, erzeugt das System immer noch Übersättigung und für Teilchendetektion und erfassung erforderliches Tropfenwachstum, wird jedoch mehrere Tage lang in Betrieb sein, ohne wiederaufgefüllt werden zu müssen.
3A stellt eine andere Konfiguration eines selbsterhaltenden Dochts dar, bei der der eintretende Strom 305 einen temperaturgesteuerten Befeuchter 350 durchströmt. Das System von 3A enthält eine Konditionierer-Stufe 310, eine Initiator-Stufe 320 und eine Äquilibrator-Stufe 330. Die Konditionierer-Stufe 310 enthält einen Kühler 312. Die Initiator-Stufe 320 enthält eine Heizvorrichtung 322. Die Äquilibrator-Stufe 330 enthält einen Kühler 332. Ein Tropfensammler oder Tropfendetektor 390 ist am Auslass 385 des Wachstumsstrombereichs positioniert.
Die Konfiguration von 3A erfordert nicht, dass der Auslasstaupunkt dem des eintretenden Stroms entspricht. Bei dieser Konfiguration stellt ein temperaturgesteuerter Befeuchter 350 den Taupunkt des in den Konditionierer eintretenden Stroms so ein, dass er dem einen Äquilibrator 330 verlassenden entspricht. Der Befeuchter 350 kann ein einfaches Nafion-Rohrsystem, sein, wie die im Handel von Perma Pure LLC, Toms River, N.J. erhältlichen. Dies ist ein Membransystem, das Entfeuchtung über chemischen Transport durch die Membran und ohne physischen Kontakt zwischen dem zugeführten Wasser und dem Strom bereitstellt. Somit ist das Rohr überlaufsicher und vollständig kippbar. Dies stellt ein Mittel zum Ausgleichen des Eingangs- und Ausgangstaupunkts unter Bedingungen bereit, unter denen der Probenstromtaupunkt niedrig, zum Beispiel unter 5°C, ist. Bei diesem Ansatz kann das System von 3A für eine lange Zeitdauer ohne Zusetzen von Wasser, außer wie für den Einlassbefeuchter 350 erforderlich, betrieben werden.
Wahlweise können, wie gezeigt, ein Transportstrom 365 und ein Sekundärstrom 355 bereitgestellt werden, die überschüssiges Kondensat wegbefördern können, so dass längere Betriebsdauern möglich sind. In der Regel können diese Ströme 5% bis 20% des Gesamtstroms 305 umfassen. Der Transportstrom 365 wird aus dem das Einlassrohr 305B umgebenden ringförmigen Bereich abgezogen, bevor der Strom 307 in die Konditionierer-Stufe 310 eintritt. Neben der Bereitstellung eines Mittels zum Wegbefördern von überschüssigem Wasser unterstützt der Strom 365 die Bereitstellung eines effizienteren Transports von ultrafeinen Teilchen zum Einlass, wie oftmals bei Kondensationsteilchenzählern vorgesehen ist. Am gegenüberliegenden, stromabwärtigen Ende des Wachstumsrohrs wird ein Sekundärauslassstrom 355 bereitgestellt, der Luft aus dem Teil des Stroms 307, der den Wänden am nächsten ist, abzieht. Dies kann durch Verwendung einer genuteten Ausführung der Auslassdüse 385 erreicht werden, die einen Durchlass von dem Luftstromkanal zu der Sekundärauslasskammer 356 bereitstellt. Nur der verbleibende Teil des Stroms 375 durchströmt den Tropfendetektor oder -sammler 390. Die Teilchen im Strom 375 werden einer Messung unterzogen. Wahlweise kann ein Schwamm oder ein anderes absorbierendes Material in der Transportstromauslasskammer 360 platziert werden, um ein Überlaufen zu vermeiden, sollte das System während des Betriebs gekippt werden.
3B zeigt eine alternative Verwendung der in 3A gezeigten Nafion-Feuchtigkeitsaustauschmembran 350. Der den Tropfendetektor oder -sammler 385 verlassende Luftstrom 378 wird in den Mantelraum 395 des Nafion-Feuchtigkeitskonditionierers 350A geleitet. Dieser Mantelraum ist der Bereich außerhalb der Nafion-Rohre 383, durch die der Probenstrom 305 strömt. Aufgrund der einzigartigen Eigenschaften des Nafion, der aktiv Wassermoleküle basierend auf der Differenz der relativen Feuchtigkeit über die Nafion-Membran transportiert, wird Wasser in den oder aus dem Probenstrom 305 transferiert, um die Feuchtigkeit der beiden Ströme 305 und 378 auszugleichen. Auf diese Weise wird der Einlassstrom 305 ungefähr auf den gleichen Taupunkt wie der Austrittsstrom 378 konditioniert. Dies stellt ein selbsterhaltendes System bereit, das für lange Zeiträume betrieben wird, ohne dass zusätzliches Wasser eingeleitet werden muss. Dieser Ansatz funktioniert unter verschiedensten Bedingungen relativer Umgebungsfeuchtigkeit. Da keine Wasserspeicher vorhanden sind, ist er unempfindlich gegenüber Bewegung.
Zum Testen dieses Systems wurde ein Kondensationsteilchenzähler unter Verwendung von Komponenten von dem handelsüblichen Kondensationsteilchenzähler, dem TSI-Modell 3783, gebaut. Ein den Konditionierer, Initiator und Äquilibrator verwendendes System wurde geschaffen, wobei alle drei Stufen mit einem einzigen Endlosdocht ausgekleidet waren. Der Docht wurde durch Rollen eines Nylasorb^TM – Filtermediumflächengebildes zu einem zylindrischen Rohr mit einem ID von ca. 5 mm und einem AD von ca. 9 mm gebildet. Das Kühlen der Konditionierer- und Äquilibratorwände wurde durch zwei Sätze von elektrischen Thermogeräten (Kühler der Peltier-Art) erreicht, und Erwärmung erfolgte unter Verwendung eines Filmheizelements. Die Gesamtlänge des Systems beträgt 250 mm und der Probendurchsatz wurde allgemein auf 0,3 l/min gesteuert. Die aus diesem System gebildeten Tropfen wurden unter Verwendung des Optikkopfs und der Elektronik des TSI-Modells 3783 gezählt. Ergebnisse wurden mit handelsüblichen Benchtop-Zählern, dem TSI-Modell 3787 und TSI-Modell 3788, verglichen.
4 zeigt eine andere Ausführungsform eines einen selbsterhaltenden Docht verwendenden Systems. Dieses System weist eine zylindrische Form auf und ist dazu ausgelegt, einem Luftdurchsatz von 0,1–0,2 l/min Rechnung zu tragen. Der Probenluftstrom 401 tritt bei 405 an einem Einlass ein und durchströmt die Konditionierstufe 410, die Initiator-Stufe 420 und die Äquilibrator-Stufe 430. Isolierabschnitte 406 isolieren thermisch diese Stufen. Ein durch Rollen einer Länge aus Nylasorb-Filtermaterial gebildeter Docht 450 erstreckt sich durch alle drei Abschnitte. Der Strom tritt durch eine Düse 411 aus, die mit einem Optikkopf für Teilchenzählung oder einer Aufprallstufe für Teilchensammlung gekoppelt ist. Die Temperatur der Konditionierer-Stufe wird durch eine thermoelektrische Vorrichtung 407 gesteuert, die mit Kühlrippen 408 gekoppelt ist. Eine ähnliche thermoelektrische Vorrichtung und ähnliche Kühlrippen werden zum Kühlen der Konditionierer-Stufe verwendet. Die Initiator-Stufe wird mittels eines Patronenheizkörpers erwärmt, der in der Zeichnung nicht gezeigt ist. Die aktiven Längen des Konditionierers 410 und Äquilibrators 420 sind mittels eines Fußes 409 verlängert, der sich unter den Isolatorabschnitten 406 erstreckt. Die aktiven Längen des Konditionierers 410, Initiators 420 und Äquilibrators 430 betragen 28 mm, 13 mm bzw. 42 mm, wobei sie durch 2,5 mm lange Isolatorabschnitte getrennt sind. Der Innendurchmesser des Dochts 450 beträgt 5 mm. Die Gesamtlänge, einschließlich eines Optikkopfs, beträgt 150 mm.
5 zeigt Daten von dem System von 3A ohne Verwendung eines Befeuchters und von Sekundär- oder Transportströmen. Der Docht wurde zu Beginn der Tests benetzt und dann ohne Nachfüllen betrieben. Die Betriebstemperaturen betrugen ca. 5°C für den Konditionierer, 45°C für den Initiator und 12–15°C für den Äquilibrator sowie 45°C für den Optikkopf. Es wurde ein ununterbrochener Betrieb für mehr als zwei Wochen Dauerbetrieb erhalten, bis der Test gestoppt wurde.
6 zeigt einen ähnlichen Test bei invertiertem Betrieb. Für diesen Datensatz ergab eine lineare Regression gegen den Benchtop-Zähler einen Korrelationskoeffizienten von R² = 0,99 und eine Steigung von 1,02. Diese Diskrepanz von 2% wird im Rahmen des Fehlers der Strommessung betrachtet.
Für selbsterhaltenden Betrieb ist es von Vorteil, dass der Eingangs- und Ausgangswassergehalt ausgeglichen ist oder dass ein Mechanismus zum Entfernen von überschüssigem Wasser, das sich ansammeln könnte, vorhanden ist. Unter extremen Bedingungen sehr trockener oder sehr nasser relativer Feuchtigkeit kann das System gemäß der Konfiguration von 2 mit einer Ausgleichskomponente verwendet werden. Bei der Entnahme von trockener Luft ist der Äquilibrator möglicherweise nicht in der Lage, ausreichende Feuchtigkeit zurückzugewinnen, um den Initiator-Teil des Dochts vollständig wieder aufzufüllen. Bei der Entnahme von extrem feuchter Luft ist es möglich, das System mit Wasserdampf zu fluten, der aus der zuströmenden Luft entfernt wird. Durch Ausgleich wird der Betrieb unter diesen extremen Bedingungen verbessert.
Es wurden Tests mit der Konfiguration von 3B durchgeführt, wobei der den Optikkopf verlassende Strom durch den Mantel eines Nafion-Feuchtigkeitskonditionierers rezirkuliert wird. Der Nafion ist ein undurchlässiges Membranmaterial, das Wassermoleküle durch eine chemische Reaktion von der Seite der Membran mit hoher Feuchtigkeit zu der mit niedriger Feuchtigkeit transportiert. Für diese Anwendung wurde ein Rohr des Nafion von Perma Pure (Toms River, NJ) verwendet. Vor dem Eintritt in den Konditionierer wird der Probenstrom durch dieses Rohr geleitet, während der den Optikkopf (oder Tropfensammler) verlassende Probenstrom durch den das Nafion-Rohr umgebenden Mantelraum in einer Gegenstromrichtung geleitet wird. Dies gestattet Austausch von Wassergehalt zwischen den beiden Strömen ohne sonstige Vermischung. Dieses System wurde mit auf 5–23% RH getrockneter Laborluft unter Verwendung eines großen Diffusionstrockners vor Eintritt in das System getestet. Dieser Ansatz gewährleistete einen Dauerbetrieb über mehr als einen Tag, wie durch die Daten von 7 gezeigt wird. Die anhand der Daten von 7 zu sehende gute Übereinstimmung mit dem Benchtop-Zähler wird jedoch nicht beobachtet, wenn Probenentnahme direkt aus Umgebungsluft erfolgt. Man stellt fest, dass der Nafion-Vorkonditionierer ca. 10% der Umgebungsluftteilchen entfernt, was zu einer entsprechenden Reduzierung der Werte für die Teilchenanzahlkonzentration führt. Diese Verluste waren in 7 nicht zu sehen, da die im Nafion-System verlorenen kleineren Teilchen bereits durch den stromaufwärts verwendeten großen Trockner entfernt worden waren, um die niedrige Feuchtigkeit für die Tests zu erzeugen.
Für Langzeitbetrieb kann dieses selbsterhaltende Dochtkonzept von 3A an das System angepasst werden, wobei in der Initiator-Stufe eine geringe Wassermenge eingespritzt wird und überschüssiges Wasser mit einem Sekundärstrom entfernt wird, wie in 8 gezeigt. In dem System von 8 stellen gleiche Zahlen gleiche in der obigen Besprechung von 3A vorgestellte Teile dar. In dem System von 8 stellt eine Wasserfüllleitung 802 ein Mittel zum Einspritzen von Wasser auf den Docht dar. Das in die Basis des Dochts eingeführte Rohr 810 ist mit einer leicht ausgesparten Lippe 810 oder einem genuteten Abschnitt ausgestattet, die einen Durchlass bereitstellt, so dass sich am Docht ansammelndes überschüssiges Wasser durch einen durch Kanal 804 gesaugten Sekundärstrom wegbefördert werden kann. Dieser Sekundärstrom kann 5–10% des Gesamtaerosolstroms betragen. Das eingespritzte Wasser kann basierend auf der zugeführten relativen Feuchtigkeit und Temperaturmessung programmiert werden, so dass der Gesamtwasserverbrauch auf ein Minimum reduziert ist. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass unter Bedingungen relativer Feuchtigkeit von über ca. 40% RH bei 20°C mit einem bei 14°C betriebenen Äquilibrator die erforderliche Wassereinspritzung weniger als 5 µl/Stunde pro l/min Probenstrom beträgt. Dieser Ansatz erfordert zwar eine aufrechte Ausrichtung, gewährleistet aber einen stabilen Betrieb über mehrere Betriebswochen.
Der selbsterhaltende Docht bietet mehrere Vorteile gegenüber dem Ansatz des Stands der Technik von 1. Es wird Langzeitbetrieb ohne Wasserspeicher bereitgestellt. Durch Verzicht auf den Wasserspeicher erübrigt sich auch das Erfordernis von Druckausgleich, und es kommt zu keinem Überlaufen von Wasser. Insgesamt ist die Wasserhandhabung viel einfacher als bei der Ausführung des Stands der Technik von 1. Der Verzicht auf den Wasserspeicher gestattet Betrieb in mehreren Ausrichtungen. Es ragt kein Deich oder anderes Objekt in den Strom, was für das Aufrechterhalten einer laminaren Strömung in Anwendungen, wie zum Beispiel Kopplung mit Teilchenabscheidungsvorrichtungen, von Bedeutung ist.
9 stellt eine alternative Ausführungsform der ein Siphondochtsystem umfassenden Technologie dar. Wasser wird in einen abgedichteten Raum hinter dem Docht hochgesaugt und auf leichtem Unterdruck gehalten. Das System enthält ein Gehäuse 940, das einen Docht 920 mit einem zwischen dem Docht 920 und dem Gehäuse 940 gebildeten Spalt 910 umgibt. O-Ringe 970 am oberen und unteren Ende des Gehäuses 940 dichten Wasser in dem Spalt 910 ab. Wasser in dem Spalt wird aus einem Speicher 950 und einer Speiseleitung 965 zugeführt. Am Speicher 950 ist eine Lüftung 955 vorgesehen. Ein Rückschlagventil 930 und ein Luftspülungsventil 935 sind an der Auslassleitung 975 aus dem Spalt 910 vorgesehen. Eine Heizvorrichtung oder ein Kühler 925 umgibt das Aluminiumgehäuse 940.
Ein System 900 verwendet einen wassergefüllten Spalt 910 hinter einem Docht 920, wobei das Wasser auf einem leicht reduzierten Druck bezüglich des des Luftstroms 915 gehalten wird. Diese Druckdifferenz ist geringer als der Blasenbildungspunkt des Dochtmaterials, und somit besteht kein Lufttransport durch den Docht. An einem kalten Docht kondensierendes Wasser wird durch diesen Unterdruck unmittelbar durch den Docht gezogen, wo es dann in einen Speicher 950 ablaufen kann. Auf ähnliche Weise verdampft Wasser von einem heißen Docht, und Ergänzungswasser wird aus dem Speicher 950 hochgesaugt. Materialien, die als Siphondocht funktionieren, umfassen Aluminiumoxidbiskuit oder Metallfaserfilter, wie zum Beispiel von Beckaert Corp. erhältlich.
Vor dem Betrieb füllt eine Luftspülungspumpe 935 das System durch Saugen von Luft aus dem Spalt 910 an, wodurch sein Füllen mit Wasser aus dem Speicher 950 bewirkt wird. Als Alternative dazu kann das System vor dem Betrieb durch Einspritzen von Wasser, das durch einen Kanal 965 oder 975 direkt in den Spalt 910 eingespritzt wird, angefüllt werden. Das Rückschlagventil 930 verhindert, dass Luft in den Spalt 910 zurückgezogen wird, und die Pumpe 935 kann dann abgeschaltet werden. In einigen Fällen kann gelöste Luft aus der Lösung entweichen und eingeschlossen werden, somit kann bei einigen Ausführungsformen die Pumpe intermittierend oder mit einer geringen Drehzahl laufen, um Blasen auszuspülen. Die hydraulische Höhe des mit dem Docht in Kontakt stehenden Wassers ist geringer als die Höhe 960 an irgendeinem Punkt am Docht. Der leichte Unterdruck beseitigt das Erfordernis eines Deichs des Stands der Technik, da überschüssiges Wasser auf der Dochtoberfläche unmittelbar in das poröse Material gezogen wird, wodurch Tropfen verhindert wird. Dieser Vorgang gestattet auch, dass ein kalter Docht kondensierten Wasserdampf sammelt und die Flüssigkeit in den Speicher befördert. Die Lüftung 955 ist mit dem Luftstromraum 915 verbunden, um den Druck im Luftraum des Speichers auszugleichen.
Bei einer anderen Variante ist die Luftspülungspumpe durch eine kontinuierlich arbeitende Pumpe ersetzt worden, die das Wasser in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert. Bei dieser Variante ist der Wasserstrom hoch genug, die erforderliche Heiz- oder Kühlleistung zu befördern. Statt Steuerung der Gehäusetemperatur wird das Wasser selbst durch eine getrennte Vorrichtung erwärmt oder gekühlt, bevor es zum Docht gebracht wird. Bei dieser Ausführungsform braucht das Gehäuse kein guter Wärmeleiter zu sein. Bei diesem Ansatz ist es möglich, zu dem zirkulierenden Wasserstrom ein Mittel für Wasserfilterung oder Reinigung oder Entfernen von löslichen Gasen.
Bei noch einer anderen Ausführungsform kann ein Wachstumsrohr zwei oder mehr Abschnitte ähnlich den in 9 gezeigten auf verschiedenen Temperaturen haben. Die mehreren Abschnitte könnten einen einzigen Docht und/oder Wasserspalt teilen. Zum Reduzieren von Wärmelecks zwischen heißen und kalten Abschnitten kann es jedoch von Vorteil sein, getrennte Dochte zu verwenden.
10 zeigt das Konzept mit Siphondocht, das auf ein System mit drei Dochten, die einen einzigen Speicher teilen, angewandt wird. Das System enthält ein Gehäuse 1040, das einen Docht 1022, 1024, 1026 mit drei Spalten 1010a, 1010b und 1010c, die zwischen den Dochtabschnitten 1022, 1024, 1026 und dem Gehäuse 1040 gebildet sind, umgibt. O-Ringe 1070 trennen das obere und untere Ende jedes Abschnitts des Gehäuses 1040 und dichten Wasser in den Spalten 1010a, 1010b und 1010c bezüglich des Dochtabschnitts 1022, 1024, 1026 ab. Wasser in den Spalten wird aus einem Speicher 1050 und einer Speiseleitung 1065 zugeführt. Am Speicher 1050 ist eine Lüftung 1065 vorgesehen. Rückschlagventile 1031, 1032, 1034 und Luftspülungsventile 1035, 1036 und 1037 sind an einer Auslassleitung 1075 aus den Spalten 1010a, 1010b, 1010c vorgesehen. Die drei Stufen des Systems können als ein Konditionierer 1010, der Initiator 1020 und Äquilibrator 1030 betrieben werden, wobei Isolatoren 1066 jeden jeweiligen Temperaturabschnitt des Gehäuses 1040 trennen.
Trotz des Unterdrucks in dem Wasserspalt wird keine Luft durch den Docht zur Bildung von Blasen im Wasser gezogen. Die dieses Leck verhindernde Kraft ist die Oberflächenspannung des an den kleinen Poren im Docht haftenden Wassers. Der maximale Luftdruck, dem ein benetztes poröses Material widerstehen kann, wird als "Blasenbildungspunktdruck" bezeichnet der durch: P = 4γkcosθ / d, gegeben wird,
wobei

d: die Porengröße ist,
γ: die Oberflächenspannung von Wasser 70 × 10^–3 N/m ist,
ϑ: der Kontaktwinkel zwischen Wasser und dem Festkörper ist, ein Maß dessen, wie hydrophil das Material ist;
k: der Formkorrekturfaktor der Größenordnung eins ist und nicht zylindrischen Poren Rechnung trägt.

Oberflächenspannung, Porengröße und Kontaktwinkel sind die gleichen Faktoren, die Kapillarwirkung zum Hochziehen von Wasser in den Docht ermöglichen, wenn das untere Ende im Wasserspeicher platziert ist, wie in 1 im Stand der Technik gezeigt. Deshalb ist Dochtmaterial, das im Stand der Technik geeignet ist, ein guter Kandidat für die Siphondochttechnologie. Es sei darauf hingewiesen, dass das Siphondochtverfahren von der Größe der größten Pore im Dochtmaterial abhängig ist, und somit kann ein Defekt im Docht gestatten, dass Luft in den Wasserspalt perlt.
Blasenbildungspunktdruck wird gemeinhin als hydraulische Höhe ausgedrückt, die Höhe einer Wassersäule, die durch den Druck gestützt werden kann. Der Blasenbildungspunktdruck muss den Höhenunterschied zwischen dem oberen Ende des Dochts und der Wasseroberfläche im Speicher übertreffen. Poröse Materialien sind mit Blasenbildungspunkten von über einem Meter Wasser leicht erhältlich, was reichlich Spielraum bei der Höhe der Vorrichtung und der Höhe des Speichers gewährleistet.
Das Siphondochtverfahren ist unter Verwendung von Aluminiumoxidbiskuit mit der in 10 gezeigten Konfiguration implementiert worden. Diese Implementierung ist zum Vergrößern von Teilchen in einer Parallelplattenkonfiguration verwendet worden, um das Zählen von ultrafeinen Teilchen durch optische Mittel zu ermöglichen. Das Verfahren ist auch durch Verwendung eines aus mit einem massiven Rahmen aus rostfreiem Stahl verschweißten Filters aus rostfreien Stahlfasern (Bekipore 3AL3, Beckaert, Marietta, GA) hergestellten Systems als Docht angewandt worden. Der Bekipor 3AL3 weist einen Blasenbildungspunkt von ca. 1 m auf. Diese reine Edelstahlkonstruktion kann mit einer Passivierungsschicht (zum Beispiel Inertium^TM, AMCX, Tyrone, PA) behandelt werden, um das Entfernen von abgelagertem organischem Material zu erleichtern. Diese letztere Anwendung wird bei Vergrößerung von Teilchen zwecks Ermöglichung eines Sammelns für chemische Analyse unter Vermeidung von Verunreinigung verwendet.
11 ist eine vergrößerte Zeichnungsansicht der Initiator-Stufe 1020 des in 10 dargestellten dreistufigen Systems. Hierbei handelt es sich um ein Parallelplattensystem, bei dem die Luft durch einen 11 mm × 60 mm – Kanal 1101 strömt. Jede Wand ist mit Aluminiumoxidbiskuit 1102 mit einer Dicke von 6 mm ausgekleidet, der als Docht dient. Das Initiator-Gehäuse 1103 ist aus Aluminium hergestellt, das ein guter Wärmeleiter ist. Es wird mittels eines Patronenheizkörpers 1104 erwärmt. Der Initiator ist mittels eines Isolators 1105 gegen den stromaufwärtigen Konditionierer-Abschnitt isoliert. Der Docht 1102 wird mittels Klemmen gegen das Gehäuse 1103 gedrückt, die an beiden Enden des Kanals positioniert sind, in der Zeichnung nicht gezeigt. Eine Ausnehmung im Gehäuse entlang dem mittleren Abschnitt erzeugt einen Spalt 1106, der eine Tiefe von ca. 1 mm aufweist und sich über den Großteil der Länge des Initiators erstreckt. Im Betrieb wird dieser Spalt mittels der Wassereinlasskanäle 1107 und -spülungskanäle 1108 mit Wasser gefüllt. Die Gesamtlänge des Initiators und seines Isolators beträgt ca. 60 mm. Dieser Initiator weist eine Länge von 50 mm auf und ist stromaufwärts mit einem Konditionierer mit einer Länge von 150 mm und stromabwärts mit einem Äquilibrator mit einer Länge von 120 mm zusammengefügt. Die Konditionierer-Stufe 1010 und der Äquilibrator-Abschnitt 1030 können mit größeren Längen hergestellt sein und gekühlt statt erwärmt werden, haben jedoch einen ähnlichen Docht und Dochtbenetzungsmerkmale wie der Initiator. Der typische Durchsatz für dieses System beträgt ca. 15 l/min.
Die hierin gezeigte Siphondochttechnologie bietet mehrere verfahrenstechnische Vorteile. Die Speicherfüllstandsteuerung wird automatisch bereitgestellt, während der Stand der Technik eine aktive Steuerung des Speicherfüllstands erfordert. Oberflächenspannung und die typischen kleinen Längenskalen können diese Aufgabe im Stand der Technik kompliziert machen. Zum Beispiel kann das Nachfüllen beeinträchtigt werden, wenn die Lüftung durch eine geringe Wassermenge verstopft wird. Des Weiteren kann der Füllstandsfühler durch eine unglücklich positionierte Blase oder durch Kippen der Vorrichtung getäuscht werden. Diese Probleme werden bei den hierin gezeigten Ausführungsformen beseitigt. Darüber hinaus kann bei mit hoher Temperatur oder hohem Luftdurchsatz betriebenen Systemen der viskose Druckabfall aufgrund von das poröse Medium durchströmendem Wasser wichtig werden. Im Stand der Technik favorisiert großer Aufwärtstransport einen dicken Docht, jedoch favorisiert guter Wärmekontakt zwischen der Luft und dem Aluminium einen dünnen Docht. Bei der vorliegenden Technologie wird Wasser durch den wassergefüllten Spalt auf die große Höhe gebracht. Nur ein dünner Docht erleichtert Transport durch den Docht.
Anfüllen ist bei der vorliegenden Technologie verbessert. Trotz des Vorliegens eines kleinen (guten) Kontaktwinkels in nassem Zustand weisen einige Materialien in vollständig trockenem Zustand einen viel größeren Kontaktwinkel auf. Dies kann einige ansonsten hydrophile Materialien gegenüber Benetzung anfangs "widerspenstig" machen. Im Stand der Technik muss Wasser anfangs über mehrere Zoll trockenen Dochts nach oben "kriechen". Die Siphondochttechnologie gestattet die Verwendung von schwieriger zu benetzenden Materialien, da das Wasser aktiv mit dem Großteil des Dochts in Kontakt gebracht wird. Darüber hinaus weist im Stand der Technik die Oberfläche des der Luft ausgesetzten Deichs das Potenzial zur Beeinträchtigung der Leistung auf. Wenn zum Beispiel konditionierte (kalte) Luft nach oben in einen (heißen) Wachstumsabschnitt strömt, trifft sie zunächst auf die warme, trockene Oberfläche des Deichs. Durch den Temperaturanstieg ohne zugesetzten Wasserdampf wird die Übersättigung, die erreicht werden kann, reduziert. Ebenso kann bei einem kalten Docht Wasser dazu neigen, auf den Deich zu kondensierten, wodurch Perlen gebildet werden, die den Strom stören und tropfen können. Solche Situationen favorisieren eine dicke, wärmeisolierende Deichwand. Eine Minimierung der Störung der Laminarströmung favorisiert jedoch eine dünne Deichwand. Die vorliegende Technologie, die überhaupt keinen Deich erfordert, gestattet einen abrupten Übergang zu einer neuen Temperatur ohne trockenen Abschnitt und ohne Auskragung in den Strom. Darüber hinaus würde im Stand der Technik ein hoher Deich favorisiert werden, um das System robust gegen Fluten zu machen. Wie oben erwähnt, wird jedoch durch in dem nicht benetzten Deich verbrachte Zeit die Leistung des Wachstumsrohrs beeinträchtigt. Dies wird durch die vorliegende Technologie vermieden.
Wärmeleitung zwischen dem Docht und dem Gehäuse wird mit der vorliegenden Technologie verbessert. Der Wachstumsrohrbetrieb hängt von der Bereitstellung von Wärme oder Kälte für den Docht ab, die durch guten Wärmekontakt mit dem Gehäuse verbessert wird. Wärmekontakt kann durch Zusammenklemmen von Objekten erreicht werden, es kann jedoch schwierig sein, den Docht aktiv gegen das Gehäuse zu drücken. Der mit Wasser gefüllte Spalt gewährleistet bei der vorliegenden Technologie einen guten Wärmekontakt zwischen dem Docht und dem Gehäuse ohne irgendeine mechanische Kraft.
Obgleich der Erfindungsgegenstand in einer für strukturelle Merkmale und/oder methodologische Vorgänge spezifischen Ausdrucksweise beschrieben worden ist, versteht sich, dass der in den angehängten Ansprüchen definierte Erfindungsgegenstand nicht zwangsweise auf die oben beschriebenen speziellen Merkmale oder Handlungen beschränkt ist. Die oben beschriebenen speziellen Merkmale und Handlungen sind vielmehr in Form von Beispielen zur Implementierung der Ansprüche offenbart.

Claims

Teilchenvergrößerungsvorrichtung, umfassend: einen Behälter, in den ein Strom von mit Teilchen beladener Luft durch einen Einlass laminar eingeleitet wird und zu einem Auslass strömt, wobei der Behälter einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt und einen dritten Abschnitt aufweist, durch die die mit Teilchen beladene Luft zwischen dem Einlass und dem Auslass strömt, wobei die Temperatur des zweiten Abschnitts wärmer ist als die des ersten Abschnitts am Einlass und des dritten Abschnitts am Auslass, und einen sich über eine Innenwand des ersten, zweiten und dritten Abschnitts erstreckenden Endlosdocht, wobei der Docht entlang seiner Länge innen flüssiges Wasser transportieren kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Innenwand des ersten Abschnitts, zweiten Abschnitts und dritten Abschnitts mindestens einen zylindrischen Kanal definiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder Abschnitt mehrere innere zylindrische Kanäle enthält, wobei jeder Kanal durch eine Innenwände definiert wird und mit einem Endlosdocht ausgekleidet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Abschnitt, Abschnitt und dritte Abschnitt eine oder mehrere parallele Platten enthält, wobei jeder parallele Kanal entlang jeder Innenwand mit einem Endlosdocht ausgekleidet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Temperatur des zweiten Abschnitts mindestens 20°C wärmer ist als die des ersten Abschnitts.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen mit dem zweiten Abschnitt und einem Teil des Dochts im zweiten Abschnitt gekoppelten Wassereinlass.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen genuteten Teil des Behälters am Einlass oder Auslass, der zur Aufnahme von überschüssigem Fluid von dem Endlosdocht positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Vorkonditionierer, der am Einlass vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Vorkonditionierer ein Nafion-Rohr ist, das der mit Teilchen beladene Strom vor Eintritt in den Einlass durchströmt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei ein Teil des mit Teilchen beladenen Stroms vom Auslass zu dem Vorkonditionierer zurückgeführt und zum Konditionieren der in den Einlass eintretenden mit Teilchen beladenen Luft verwendet wird.
Verfahren zur Teilchenvergrößerung in einem Behälter, umfassend: Bereitstellen eines Behälters, in den ein mit Teilchen beladener Strom eingeleitet werden kann, wobei der Behälter einen durch eine Innenwand definierten Strömungsbereich mit einem ersten Bereich, einem zweiten Bereich und einem dritten Bereich und einen entlang der Innenwand in jeweils dem ersten Bereich, zweiten Bereich und dritten Bereich positionierten Endlosdocht aufweist; laminares Einleiten des mit Teilchen beladenen Stroms in den Behälter; Betreiben des ersten Bereichs des Behälters mit einer ersten Temperatur, des zweiten Bereichs des Behälters mit einer zweiten Temperatur und des dritten Bereichs des Behälters mit einer dritten Temperatur, wobei die zweite Temperatur höher ist als die erste und die dritte Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner Regeln der Temperatur des dritten Abschnitts ist geregelt basierend auf Messung von Eingangsbedingungen zur Erzeugung von Ausgangsstrom mit einem Wassergehalt, der dem Wassergehalt in dem in den Behälter eingeleiteten mit Teilchen beladenen Strom entspricht, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die zweite Temperatur mindestens 20°C wärmer ist als die erste Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend Zuführen von Wasser in den Docht, und wobei der Betrieb Wählen der ersten Temperatur, zweiten Temperatur und dritten Temperatur und eines Durchsatzes des mit Teilchen beladenen Stroms derart, dass ein kontinuierlicher Teilchenvergrößerungsbetrieb in dem Behälter mit dem in der dritten Stufe gespeicherten und durch Kondensation zurückgewonnenen Wasser bereitgestellt wird, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die dritte Temperatur basierend auf Messung von Eingangsbedingungen zur Erzeugung von Ausgangsstrom mit dem gleichen Wassergehalt wie der eingeleitete Luftstrom geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend Einspritzen von Wasser in den zweiten Abschnitt.
Verfahren nach Anspruch 16, das ferner einen genuteten Abschnitt des Behälters bereitstellt, und wobei überschüssiges flüssiges Wasser durch Ansaugen am genuteten Abschnitt entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend Vorkonditionieren des mit Teilchen beladenen Stroms, so dass er einen auf einer Ausgabe des Behälters basierenden Feuchtigkeitsgehalt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend Zurückführen eines Teils der Ausgabe zu einem Vorkonditionierer, den der mit Teilchen beladene Strom vor Eintritt in den Behälter durchströmt.
Laminarstromschwebeteilchenkondensationssystem, umfassend: einen Behälter mit mindestens einer durch ein Gehäuse definierten Innenwand; mindestens einen mit Teilchen beladene Luft führenden Kanal, wobei die mit Teilchen beladene Luft durch einen Druck gekennzeichnet ist; einen durch einen Blasenbildungspunktdruck und einen tiefsten Punkt gekennzeichneten Docht, wobei der Docht eine mit der Luft in Kontakt stehende Seite und eine neben der Innenwand des Gehäuses angebrachte gegenüberliegende Seite aufweist; einen zwischen dem Docht und der Gehäuseinnenwand entlang mindestens einem Teil des Dochts gebildeten Spalt, wobei der Spalt mit Wasser gefüllt ist, das durch einen Druck gekennzeichnet ist, wobei der Wasserdruck in dem Spalt geringer ist als der Druck der mit Teilchen beladenen Luft und derart, dass die Differenz dieser beiden Drücke geringer ist als der Blasenbildungspunktdruck des Dochtmaterials; einen Wasser enthaltenden Speicher, wobei eine Wasseroberfläche durch eine Höhe und einen Luftraum über der Wasseroberfläche gekennzeichnet ist, wobei die Höhe der Wasseroberfläche niedriger ist als der tiefste Punkt des Dochts; eine den Luftraum des Speichers mit dem Kanal verbindende mit Luft gefüllte Leitung; den Spalt mit dem Wasser im Speicher verbindende mit Wasser gefüllte Leitungen.