DE112013004879B4

DE112013004879B4 - Eine Kondensations-Verdampfer-Nanopartikelladungs-Vorrichtung

Info

Publication number: DE112013004879B4
Application number: DE112013004879.5T
Authority: DE
Inventors: Susanne Vera Hering; Steven Russel Spielman; Gregory Stephen Lewis
Original assignee: Aerosol Dynamics Inc
Current assignee: Aerosol Dynamics Inc
Priority date: 2012-10-04
Filing date: 2013-10-02
Publication date: 2024-01-25
Anticipated expiration: 2033-10-03
Also published as: WO2014055656A1; DE112013004879T5

Abstract

Partikelladungsvorrichtung, die Folgendes umfasst:
eine lonenquelle; und
einen Behälter, wobei der Behälter zumindest einen Docht zum Bereitstellen von befeuchteten Wänden umfasst und in den Behälter ein Luftstrom auf laminare Weise eingebracht wird, wobei der Behälter zumindest einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt und einen dritten Abschnitt aufweist, wobei der erste Abschnitt die befeuchteten Wände bei einer ersten Temperatur T1 aufweist, wobei der zweite Abschnitt benachbart zu dem ersten Abschnitt ist und die befeuchteten Wände bei einer zweiten Temperatur T2 aufweist, die höher ist als die erste Temperatur T1, wobei der dritte Abschnitt benachbart zu dem zweiten Abschnitt ist und trockene Wände aufweist, die bei einer Temperatur T3 bereitgestellt sind, die größer als T2 ist, wobei die Temperatur T3 höher ist als ein Kondensationspunkt des Stroms, der in den dritten Abschnitt strömt.

Description

LIZENZRECHTE DER REGIERUNG
Diese Technologie wurde mit Unterstützung seitens der Regierung unter Förderung Nr. DE-SC0004643 und DE-SC00009644 des US-amerikanischen Ministeriums für Energie entwickelt. Die Regierung verfügt über bestimmte Rechte an der Technologie.
PRIORITÄTSANSPRUCH
Diese Anmeldung ist eine Teil-Fortsetzung von US-Patentanmeldung Nr. 13/218.393 , eingereicht am 25. August 2011 mit dem Titel „ADVANCED LAMINAR FLOW WATER CONDENSATION TECHNOLOGY FOR ULTRAFINE PARTICLES“, die die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/402.348 , eingereicht am 27. August 2010 beansprucht. Als korrespondierende Offenlegungsschriften werden genannt: US 2012/ 0 048 112 A1 , US 2014/ 0 029 154 A1 , US 2014/ 0 033 915 A1 und US 2015/ 0 075 372 A1 .
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Seriennr. 61/709.949 , eingereicht am 4. Oktober 2012, Erfinder Susanne V. Hering, Steven R. Spielman, Gregory S. Lewis.
HINTERGRUND
Elektrostatische Ablagerung und elektrische Mobilitätsgrößentrennung von Schwebeteilchen sind weitverbreitet verwendete Verfahren zum Sammeln oder zur Analyse von Schwebeteilchen. Diese Verfahren erfordern, dass die Partikel, die gesammelt oder analysiert werden sollen, eine elektrische Ladung tragen. Jedoch ist das Hinzufügen einer elektrischen Ladung für sehr kleine Partikel mit Durchmessern von weniger als etwa 50 nm schwierig. Bei dieser Größenordnung stellt ein Aussetzen gegenüber einer bipolaren lonenquelle einzeln geladene Partikel bereit, die Ladungseffizienz ist jedoch gering. Bei Partikeln mit Durchmessern von 50 nm nehmen nur 17 % der Partikel eine positive Ladung auf, wobei ein in etwa gleicher Anteil eine negative Ladung aufnimmt. Bei 10 nm beträgt der Anteil der Partikel, die mit einer einzigen Polarität geladen werden, ^~4 %, und bei 3 nm fällt dies auf weniger als 2 % ab. Ein unipolares Laden kann die Ladungseffizienz für Partikel über etwa 10 nm verbessern, dies ist jedoch bei kleineren Partikelgrößen auch nicht wirksam.
Ein Verfahren, das verwendet wurde, um die Ladungseffizienz dieser kleinen Partikel zu erhöhen, ist eine durch Kondensation verbesserte Partikelladung, worin die Partikel durch Kondensation wachsen gelassen, geladen und erneut verdampft werden. Einige Verfahren aus dem Stand der Technik verwendeten eine Butanol-Kondensation, um stark geladene Partikel in einem Größenbereich von 10-30 nm herzustellen. Andere wiederum verwendeten die Kondensation von Glykol, um das Laden von Partikeln, die kleiner sind als 20 nm, zu verbessern. Wiederum andere untersuchten diesen Ansatz mit Wasserkondensation, jedoch für größere (80-130 nm) Partikel. Die Einschränkungen dieser bereits existierenden Verfahren sind die Folgenden: (1) die Kontaminierung des Partikels durch die Verwendung von organischen Materialien wie dem kondensierenden Dampf, (2) das Hinzufügen von mehreren elektrischen Ladungen zu jedem Partikel und (3) dass es nicht möglich ist, Partikel unter etwa 10 nm mit einer Ladung zu versehen.
EP 0 746 751 B1 bezieht sich auf Analyseeinrichtungen zum Nachweisen und Kennzeichnen von winzigen Teilchen und Makromolekülen, die in Flüssigkeitsproben suspendiert oder gelöst sind, und insbesondere auf eine Einrichtung zum Erzeugen von Tröpfchen der Flüssigkeitsproben mit einer Größe und Einheitlichkeit, um die Effektivität solcher Analyseeinrichtungen zu erhöhen.
US 5 026 155 A beschreibt eine Erfassungsvorrichtung für einen Kondensationskern.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein System und ein Verfahren zum Bereitstellen eines effizienten, leichten elektrischen Ladens von Partikeln in einer Größenordnung von unter 100 nm sind offenbart. Dieses Verfahren verwendet eine lonenquelle, die an eine Laminarströmungs-Wasserkondensations- und -Verdampfungszelle gekoppelt ist. Ionen werden zusammen mit einer partikelbeladenen Strömung in eine Wasserkondensations- und - Verdampfungsvorrichtung eingebracht. In der Gegenwart von Ionen wachsen Partikel durch Wasserkondensation, sie kollidieren mit den Ionen zur Ladungsaufnahme und verdampfen dann rasch, um das Partikel wieder in etwa auf seine ursprüngliche Größe zurückzuführen. Das getrocknete Partikel behält die erhaltene elektrische Ladung als ein Tröpfchen, was zu einem größeren Anteil an geladenen Partikeln führt, als in das System eingeführt wurden. Die Zeit als Tröpfchen kann kurz sein, weniger als 200 ms. Mit dieser kurzen Verweilzeit werden die Möglichkeiten für chemische Artefakte minimiert. Das Verfahren erfolgt in einem laminaren Strom, worin die Sättigungsverhältnisse gesteuert und berechnet werden können.
Ein Partikelladungsverfahren und eine Vorrichtung sind bereitgestellt. Eine lonenquelle wird auf eine partikelbeladene Strömung angewandt. Die Strömung wird auf laminare Weise in einen Behälter eingebracht. Der Behälter weist zumindest einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt und einen dritten Abschnitt auf. Der erste Abschnitt umfasst befeuchtete Wände bei einer ersten Temperatur. Ein zweiter Abschnitt benachbart zu dem ersten Abschnitt weist befeuchtete Wände bei einer zweiten Temperatur T2 auf, die höher ist als die erste Temperatur T1. Ein dritter Abschnitt benachbart zu dem zweiten Abschnitt weist trockene Wände auf, die bei einer Temperatur T3 bereitgestellt sind, die größer T2 ist. Zusätzliche Abschnitte zur Wasserentfernung und Temperaturkonditionierung können bereitgestellt werden.
Diese Zusammenfassung ist bereitgestellt, um eine Auswahl an Konzepten in vereinfachter Form vorzustellen, die unten in der detaillierten Beschreibung genauer beschrieben sind. Diese Zusammenfassung soll keine Schlüsselmerkmale oder wichtigen Eigenschaften des beanspruchten Gegenstands identifizieren, noch soll sie als Hilfe beim Bestimmen des Schutzumfangs des beanspruchten Gegenstands herangezogen werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Darstellung einer Nanopartikel-Kondensationsladungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Technologie.
2 ist ein Kurvendiagramm des berechneten Sättigungsverhältnisses (oben) und des Tröpfchendurchmessers (unten) als eine Funktion der axialen Position für ein System, das betrieben wird, um Sättigungen herbeizuführen, die ausreichen, um 3-nm-Partikel zu aktivieren.
3 zeigt eine Konfiguration der Nanopartikel-Kondensationsladungsvorrichtung mit zwei zusätzlichen Stufen, die zur Wasserdampfentfernung und Temperaturwiederherstellung hinzugefügt wurden.
4A zeigt einen System-Kondensationsverdampfer für die Nanopartikelladungsvorrichtung.
4B ist eine Querschnittsansicht des Systems aus 4A, die zwei der drei parallelen Rohre zeigt, die für Partikelwachstum und -Verdampfung verwendet werden.
5A zeigt die typischen Wandtemperaturen, die im Betrieb und beim Testen des Systems aus 4A verwendet werden.
5B zeigt die Sättigungsverhältnisse, die für das Szenario aus 5A für Strömungsbahnen entlang der Mittellinie berechnet wurden.
5C zeigt die Kondensationspunktwerte, die für das Szenario aus 5A für Strömungsbahnen entlang der Mittellinie berechnet wurden.
6 zeigt die experimentelle Konfiguration, die verwendet wurde, um die Ladungseffizienz und Ladungsverteilung, die durch eine Kondensations-Verdampfungs-Nanopartikelladungsvorrichtung erzeugt wurden, zu messen.
7A zeigt die Mobilitätsverteilungsausgabe seitens der Nanopartikelladungsvorrichtung der in 1 dargestellten Konfiguration unter Verwendung einer bipolaren lonenquelle, die sich, wenn sie mit einem Test-Aerosol in Kontakt gebracht wurde, bei 25 nm zentrierte.
7B zeigt die Mobilitätsverteilung, die mit dem System aus 7A für ein Eingangs-Aerosol, zentriert bei 10 nm, erhalten wurde.
8A zeigt die Mobilitätsverteilungsausgabe seitens der Nanopartikelladungsvorrichtung der in 4 dargestellten Konfiguration unter Verwendung einer bipolaren lonenquelle, die sich, wenn sie mit einem Test-Aerosol in Kontakt gebracht wurde, bei 20 nm zentrierte. Einzeln geladene 20-nm-Partikel weisen eine Mobilitätsgröße von 20 nm auf, während mehrfach geladene Partikel, die mobiler sind, kleinere Mobilitätsdurchmesser aufweisen. Die Mobilitätsverteilung für eine einfache, bipolare Ladung ist ebenfalls dargestellt.
8B zeigt die Mobilitätsverteilung, die mit dem System aus 8A für ein Eingangs-Aerosol, zentriert bei 10 nm, erhalten wurde.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Technologie ist bereitgestellt für das Aufbringen von elektrischer Ladung auf ultrafeine Schwebeteilchen. Die hierin beschriebene Kondensations-Verdampfungs-Nanopartikelladungstechnologie platziert eine kontrollierte elektrische Ladung auf ultrafeine Partikel mit einer Größe im Nanometer-Bereich, im Allgemeinen auf jene mit einem Durchmesser im Bereich von einigen wenigen Nanometern bis einigen wenigen hundert Nanometern. Dieses Ladungsverfahren verwendet eine Ionenquelle in Verbindung mit einem Laminarströmungs-, Wasserkondensations- und Tröpfchenverdampfungssystem. Die lonenquelle kann entweder eine unipolare Quelle, wie durch eine Koronadrahtentladung, oder eine bipolare Quelle sein, wie mit radioaktiven Quellen oder weichen Röntgenstrahlen erhalten. Das Kondensations-Verdampfungssystem ist eine Vorrichtung mit mehreren Stufen mit einem Zweistufen-Kondensator, wie in US-Patentanmeldung US 2012/ 0 048 112 A1 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 1 tritt der partikelbeladene Luftstrom 110 durch die lonenquelle 125 hindurch und in das Kondensations-Verdampfungssystem 100 ein. Ionen werden durch die lonenquelle zu dem partikelbeladenen Strom hinzugefügt und werden mit dem Strom 111 in den Kondensations-Verdampfer getragen. Diese lonenquelle kann eine bipolare Quelle sein, wie durch weiche Röntgenstrahlen oder mit einer Po-210- oder Kr-85-Quelle erzielt. Sie könnte auch eine unipolare Ionenquelle sein oder eine Strömung mit einer hohen Konzentration von Ionen, die mit dem Strom 110 vermischt wird. System 100 umfasst eine erste Stufe 120, die im Allgemeinen als ein „Konditionierer“ bezeichnet wird. Die zweite Stufe 130 und die dritte Stufe 140 werden als „Initiator“ bzw. als „Verdampfer“ bezeichnet und bilden einen zweiteiligen Kondensator, wie in US-Patentanmeldung US 2012/ 0 048 112 A1 beschrieben. Der Konditionierer 120 wird im Allgemeinen mit leicht gekühlten Wänden betrieben und wird verwendet, um den Strom 110 auf nahe die Temperatur der Konditioniererwände mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von nahe 100 % einzustellen. Die zweite „Initiator“-Stufe 130 weist Wände auf, die wärmer gehalten werden als jene des Konditionierers 120. Die dritte „Verdampfer“-Stufe 140 wird wärmer als die Initiator-Stufe 130 betrieben. Fließt der kühlere Strom aus dem Konditionierer in den warmen Abschnitt mit befeuchteten Wänden, diffundiert Wasserdampf von den Wänden in den kühleren Strom. Zugleich erwärmt sich der Strom langsam. Trotzdem diffundiert Wasserdampf aufgrund seiner hohen Diffusionskonstante im Vergleich zu der Temperaturleitfähigkeit von Luft schneller. Deshalb wird der Strom übersättigt und erreicht seine Spitzen-Übersättigung entlang der Mittellinie des Stroms.
Partikel, die größer sind als eine bestimmte Größe, wachsen durch die Kondensation von Wasserdampf und bilden Tröpfchen. Üblicherweise liegt diese Grö-ße im Bereich von 3 nm bis 10 nm. Die Tröpfchen, die gebildet werden, weisen einen Durchmesser von mehreren hundert Nanometern auf. Ionen, die mit dem Strom 111 transportiert wurden, hängen sich an die in den Tröpfchen eingekapselten Partikel an und erzeugen so ein elektrisch geladenes Tröpfchen. Da die lonenbindung eine starke Funktion der Partikelgröße ist, ist die lonenbindung an die Tröpfchen um vieles effizienter, als wenn die Partikel nicht durch die Kondensation vergrößert werden würden. Wenn sie geladen wurden, werden die Tröpfchen durch Absenken der relativen Luftfeuchtigkeit in dem Strom auf weniger als 100 % verdampft. Experimentelle Daten zeigen, dass die Partikel beim Verdampfen wieder beinahe zu ihrer ursprünglichen Größe zurückkehren, während die elektrische Ladung, die sie als Tröpfchen aufgenommen haben, erhalten bleibt. Durch Betreiben des Kondensationssystems bei Sättigungsverhältnissen über 1, z.B. im Bereich von 1,2 bis 1,8, ist es möglich, das Kondensationswachstum von Partikeln, deren Durchmesser nur 3 bis 10 nm beträgt, zu aktivieren. Für diese kleinen Partikel ermöglicht das Kondensations-Verdampfungssystem eine viel effizientere Herstellung von geladenen Partikeln als dies durch direktes Aussetzen gegenüber einer lonenquelle möglich ist.
Das Kondensations-Verdampfungssystem, das in 1 dargestellt ist, besteht aus einem Konditionierer 120, einem Initiator 130 und einem Ausgleicher 140. Die Wände des Konditionierers 120 und des Initiators 130 werden aktiv befeuchtet, wie unter Verwendung eines befeuchteten Docht-Materials, das die Wände bedeckt, durchgeführt werden kann. Die Temperatur T1 der Wände des Konditionierers 120 ist geringer als die Temperatur T2 der Wände des Initiators 130. Die Wände des Ausgleichers 140 sind trocken und werden bei einer Temperatur T3 gehalten, die größer oder gleich T2 ist. Die Geometrie des Systems kann zylindrisch sein oder sie kann aus parallelen Platten bestehen. Der Strom tritt in den Konditionierer 120 ein und fließt dann durch den Initiator 130 und den Verdampfer 140. Die volumetrische Strömungsrate ist daraufhin beschränkt, dass ein vorherrschend laminarer Strom erzeugt werden soll. Ein vorherrschend laminarer Strom für eine zylindrische Geometrie bedeutet, dass die Reynolds-Strömungszahl im Allgemeinen unter 2000 liegt. Zusätzlich dazu ist der volumetrische Strom ausreichend, um Auftriebseffekte zu minimieren, was einem Wert der Froude-Zahl größer als 1 entspricht. Die Froude-Zahl beschreibt die relative Größenordnung von erzwungener bis durch Auftrieb angetriebener Konvektion und wird durch Fr=Fr=(ρV²)/(Δρ g L) definiert, wobei V die charakteristische Geschwindigkeit für eine erzwungene Konvektion ist, Δρ die Änderung der Luftdichte aufgrund der Temperaturdifferenz ist, g die Schwerkraftkonstante ist und L die charakteristische Distanz ist. Bei einem Zylinder entspricht diese charakteristische Distanz dem Röhrenradius. Für eine Strömung durch ein Rohr mit einer Größe von 1 bis 2 l/min, mit einer Temperaturdifferenz zwischen aufeinanderfolgenden Stufen von weniger als 50 °C, können beide dieser Anforderungen durch die Verwendung von Rohrdurchmessern von weniger als etwa 0,7 cm erfüllt werden.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 dient der Konditionierer 120 dazu, die Temperatur des Stroms 111, der in den Initiator 130 strömt, auf einen bekannten Wert zu bringen und die relative Luftfeuchtigkeit, die gleich hoch sein sollte wie die Konditionierer-Wandtemperatur oder nahe 100 %. Der Initiator 130, der auf den Konditionierer 120 folgt, weist im Allgemeinen eine kürzere Länge auf als der Konditionierer und dessen Wände sind wärmer als jene des Konditionierers 120. Wie im Konditionierer 120, sind die Wände des Initiators 130 ebenfalls befeuchtet. Das Verdampfen von Wasser aus den befeuchteten Wänden des Initiators 130 liefert den Wasserdampf, der notwendig ist, um eine Übersättigung herbeizuführen, die für die Partikelaktivierung erforderlich ist. Da der eintretende Strom kühler ist als die Initiator-Wandtemperatur, und da Wasserdampf schneller diffundiert als das Trägergas (im Allgemeinen Luft), wird der Strom übersättigt. Diese Übersättigung aktiviert das Kondenswachstum auf kleinen Partikeln, wie durch US-Patentanmeldung US 2012/ 0 048 112 A1 beschrieben. Jedoch stellt der Initiator nicht genügend Zeit für das Wachstum der Tröpfchen bereit. Der Großteil des Tröpfchenwachstums und die Tröpfchenverdampfung erfolgen während der warmen „Verdampfer“-Stufe 140 mit trockenen Wänden. Diese Trocknungsstufe weist trockene Wände auf, die genauso warm sind wie die Wände des Initiators oder wärmer. Der Verdampfer erhöht die Temperatur des Stroms ohne dabei zusätzlichen Wasserdampf einzuführen, wodurch die Sättigung reduziert wird.
2 ist ein Kurvendiagramm des berechneten Sättigungsverhältnisses (oben) und des Tröpfchendurchmessers (unten) als eine Funktion einer axialen Position für ein System 100, das betrieben wird, um Sättigungen zu erreichen, die ausreichend sind, um 3-nm-Partikel zu aktivieren. In diesem Diagramm ist die primäre x-Achse die axiale Position geteilt durch die volumetrische Strömungsrate, in Einheiten von s/cm2. Die sekundäre x-Achse zeigt die entsprechende Verweilzeit, wenn eine zylindrische Geometrie mit einem inneren Durchmesser von 2,5 mm verwendet wird.
In 2 ist die Entwicklung des Sättigungsverhältnisses und des Tröpfchendurchmessers entlang mehrerer radialer Bahnen dargestellt, von der Mittellinie (r/R0 = 0) bis zum Mittelpunkt (r/R0 = 0,5), wobei R0 der Radius des Rohrs ist. Die Wasserdampf-Übersättigung wird als Folge des Transports von Wasserdampf von den warmen, befeuchteten Wänden in den kühleren, eintretenden Strom erzeugt. Da das Wassermolekül kleiner ist als die Molekülbestandteile in der Luft, diffundiert der Wasserdampf schneller als die fühlbare Wärme, was zur Bildung einer Region mit Wasserdampfübersättigung führt. Dieser Vorgang führt zu gesteuerten, berechenbaren Übersättigungen. Die maximale Übersättigung tritt entlang der Mittellinie auf, entlang derer auch der Maximalwert des Stroms verläuft.
Unter Bezugnahme auf 2 gilt anzumerken, dass die maximale Übersättigung am Ausgang oder gerade am Ausgang des Initiators vorbei auftritt. Dies geschieht, da der Wasserdampf, der zu der Übersättigung beiträgt, eine gewisse Zeit und deshalb auch eine gewisse Distanz braucht, um die Mittellinie zu erreichen. Darüber hinaus erfolgt der Großteil des Tröpfchenwachstums in dem Verdampferabschnitt und geht weiter, bis das Sättigungsverhältnis unter 1 abfällt. Fällt das Sättigungsverhältnis unter 1, beginnen die Partikel zu verdampfen. Durch Verkürzen des warmen Abschnitts mit befeuchteten Wänden wird der hinzugefügte Wasserdampf reduziert, ohne dabei die Spitzen-Übersättigung oder die Aktivierungsgröße zu beeinflussen. Es gilt ebenfalls anzumerken, dass die Zeit, die für die Wasserverdampfung für die nichthygroskopischen Partikel dieses Modells erforderlich ist, in etwa dieselbe ist, wie die für ihr Wachstum notwendige. Für den engen Rohrdurchmesser dieser Berechnungen (ID = 2,5 mm) beträgt die Verweilzeit für das Tröpfchenwachstum und die Verdampfung (für nichthygroskopische Partikel) nur 0,04 Sekunden.
3 zeigt eine alternative Konfiguration des Kondensations-Verdampfers 102, die ein aktives Entfernen von Wasserdampf vorsieht. Der Sinn dahinter ist es, den Wassergehalt des Luftstroms zu reduzieren, um zu ermöglichen, die Temperatur des austretenden Stroms zu verringern, ohne dabei eine Kondensation herbeizuführen. In einer Implementierung fügt dieses System einen Abschnitt mit gekühlten Wänden 150 hinzu, um Wasserdampf durch Kondensation an den Wänden zu entfernen und es fügt einen warmen Abschnitt mit trockenen Wänden 160 hinzu, um die Strömungstemperatur wiederherzustellen. Andere Verfahren zum Entfernen von Wasserdampf, die verbreitet auf dem Gebiet bekannt sind, könnten ebenfalls verwendet werden, wie das Hinzufügen eines Entfeuchters an den Wänden oder ein Einhüllen der Strömung in einen trockenen Luftstrom.
1 und 3 zeigen die lonenquelle in einer Position stromauf von dem Kondensations-Verdampfer, aber in alternativen Ausführungsformen können die Ionen zwischen dem Initiator (130) und dem Verdampfer (140) eingebracht werden.
4A zeigt ein Kondensations-Verdampfer-System für die Nanopartikelladungsvorrichtung, das aus dem Einlass, in den die partikelbeladene Strömung fließt und Ladungsionen eingebracht werden, und dem Konditionierer-, dem Initiator-, dem Verdampfer-, der Wasserentfernungs- und dem Temperaturwiederherstellungsabschnitt besteht, die die Partikel vergrößern und dann verdampfen.
4A zeigt die Konstruktion eines Kondensations-Verdampfers nach dem Mehrstufen-Lösungsansatz aus 3. 4B ist eine Querschnittsansicht entlang Linie A-A in 4A. Die partikelbeladene Strömung strömt durch eine lonenquelle (nicht dargestellt) und tritt bei Einlass 410 in den Kondensations-Verdampfer ein. Von da aus strömt sie durch die fünf Abschnitte des Kondensations-Verdampfers, nämlich den Konditionierer 420, den Initiator 430, den Verdampfer 440, die Wasserentfernung 450 und die Temperaturwiederherstellung 460. Dieses spezielle System wurde für eine Luftströmungsrate von 4,5 l/min konstruiert. Es besteht aus drei parallelen Rohren (zwei Rohre 412, 414 sind in dem Querschnitt aus 4B dargestellt), wobei jedes davon einen Innendurchmesser von etwa 5 mm aufweist. Die Längen des Konditionierer- 420, des Initiator- 430, des Verdampfer- 440, des Wasserentfernungs- 450 und des Temperaturwiederherstellungs-Abschnitts 469 betragen 220 mm bzw. 85 mm, bzw. 125 mm, bzw. 125 mm, bzw. 85 mm. Der Konditionierer- 420 und der Wasserentfernungsabschnitt 450 werden durch elektrische Kühlvorrichtungen gekühlt. Der Initiator 430, der Verdampfer 440 und die Temperaturwiederherstellung 460 werden entweder durch Kontaktfilmerhitzer oder kleine Heizkartuschen aufgeheizt. Diese Temperaturen werden unter Verwendung von Temperaturfühlern oder Wärmekopplern überwacht und werden unter Verwendung von standardmäßig verfügbaren Ein-Aus- oder PID-Temperatursteuerschaltungsanordnungen gesteuert.
4B ist eine Querschnittsansicht, die zwei der drei Rohre zeigt, durch die die Strömung fließt. Die Wände der Abschnitte 420 und 430 sind mit einem Docht bedeckt, der durch Rollen eines Stücks Filterpapier hergestellt wird. In dieser Konstruktion umspannt ein Docht den Konditionierer- sowie den Initiatorabschnitt. Dieser Docht wird durch ein kleines Wasserreservoir 470 befeuchtet, das sich an der Unterseite des Initiatorabschnitts 430 befindet. Das untere Ende des Dochts ist auf einem kurzen Standrohr montiert, das verhindert, dass das Wasser durch den Docht und in die Strömung fließt. Ein kleiner Thermistor wird verwendet, um den Wasserstand abzufühlen und löst ein Wasserauffüllventil aus, was dadurch einen relativ konstanten Wasserstand in dem Reservoir aufrechterhält. Der Verdampfer 440 umfasst keinen Docht und verfügt über warme, trockene Wände. Danach folgt der Wasserentfernungsabschnitt 460, der wiederum einen Docht in jedem Rohr aufweist, um das Wasser, das aus dem Luftstrom auf die Wände kondensiert, zu absorbieren. Jeder der Wasserentfernungsdochte ist auf einem gerillten Standrohr montiert, das mit dem kleinen Hohlraum 480 in Verbindung steht. Eine kleine Saugströmung im Bereich von 2 % bis 10 % der Gesamtströmung wird an der Basis der Wasserentfernungs-Standrohre verbunden, um das kondensierte Wasser aus dem System abzuführen. Die drei Strömungen werden dann im Endstück von Abschnitt 460, das aufgeheizt wird, um die Temperaturwiederherstellung bereitzustellen, zusammengeführt.
5A zeigt die typischen Wandtemperaturen, die beim Betrieb und Testen des Systems aus 4A, 4B verwendet werden. In diesem Diagramm wird die axiale Position z in Bezug auf die charakteristische Diffusionslänge z0 = Q/D normalisiert, wobei D der Diffusionskoeffizient für Wasserdampf ist und Q die volumetrische Strömungsrate ist. Die axialen Positionen, die jedem der fünf Abschnitte (Konditionierer, Initiator, Verdampfer, Wasserentfernung und Temperaturwiederherstellung) entsprechen, sind markiert. Wie angegeben, umspannt der Konditionierer den axialen Verdampfer erstreckt sich über 0,04 < z/z0 < 0,21, Wasserentfernung über 0,21 < z/z0 <0,32 und Temperaturwiederherstellung bis 0,32 < z/z0 <0,4. Die Wandtemperaturen des Konditionierers und des Initiators sind nominell auf 2 °C bzw. 35 °C eingestellt, das Modell umfasst jedoch auch kurze Temperaturanstiege von den Umgebungsbedingungen und zwischen den aufeinanderfolgenden Abschnitten. Aus Konstruktionsgründen weist der Verdampfer zwei Temperaturregionen auf, eine mit der Initiator-Temperatur von 35 °C (entsprechend dem Standrohr) und eine längere bei 45 °C. Der Wasserentfernungsabschnitt und der Temperaturwiederherstellungsabschnitt weisen eine Temperatur von 8 °C und 28 °C auf.
5B zeigt die Sättigungsverhältnisse für das Szenario aus 5A, die für Strömungsbahnen entlang der Mittellinie (durchgehende Linie, r/Ro = 0) und an einer Radiusposition gleich 70 % des Rohrradius (r/Ro = 0,7, gestrichelte Linie) berechnet wurden, wobei r die Radiusposition ist, und Ro der Rohrradius ist. Für diese Geometrie und diese Betriebsbedingungen beträgt der maximale Sättigungsverhältniswert etwa 1,4, was ausreichend ist, um das Kondensationswachstum von Partikeln mit einem Durchmesser von etwa 5 nm zu aktivieren. Aufgrund der Energie, die mit Oberflächenspannung assoziiert ist, ist der Ausgleichsdampfdruck über der gekrümmten Oberfläche des Tröpfchens höher als über einer flachen Oberfläche mit derselben chemischen Zusammensetzung, und erfordert somit mehr als 100%ige RH-Werte, um das Kondensationswachstum auszulösen. Diese Abhängigkeit variiert als Kehrwert des Partikeldurchmessers, wie durch die Kelvin-Beziehung beschrieben. Wie in 5B dargestellt, hängt die axiale Position der maximalen Sättigung von der Radiusposition ab, wobei diese Bahnen näher an der Rohrwand ihr Maximum früher erreichen (d.h. an niedrigeren axialen Positionen) als entlang der Mittellinie. Dies ist für eine konvektive Diffusion typisch, bei der der Transport von Wasserdampf von den erwärmten Wänden des Initiators zur Mittellinie aufgrund der längeren Transportdistanz mehr Zeit braucht, und diese größere Zeit entspricht einer größeren axialen Position. Tatsächlich erreicht das Mittellinien-Sättigungsverhältnis mit dieser Konfiguration sein Maximum im Verdampferabschnitt.
5C zeigt die Kondensationspunktewerte für das Szenario aus 5A, die für Strömungsbahnen entlang der Mittellinie (durchgehende Linie) und an der Radiusposition gleich 70 % des Rohrradius (gestrichelte Linie) berechnet wurden. Obwohl die relative Luftfeuchtigkeit, die den Verdampfer entlang dieser Bahnen verlässt, zwischen 4 % - 50 % liegt, liegt der Kondensationspunkt bei etwa 23 °C. Dies bedeutet, dass der Wassergehalt ausreichend ist, um eine Kondensation herbeizuführen, falls die Strömung auf eine typische Umgebungs- oder Raumtemperatur von 20 °C abgekühlt wird. Für viele Anwendungen ist es wünschenswert, diesen Kondensationspunkt zu reduzieren, so dass die Bauteile stromab nicht erwärmt werden müssen. Dies wird durch den Wasserentfernungsabschnitt erreicht, der gekühlte Wände aufweist. Durch ein geeignetes Auswählen der Länge dieses Abschnitts und dank der schnellen Diffusion von Wasserdampf ist es möglich, den Kondensationspunkt auf etwa 13°-14°C zu reduzieren, ohne dabei die Strömung zu sättigen (außer an den Wänden selbst).
6 ist eine experimentelle Konfiguration, die verwendet wird, um die Ladungseffizienz und Ladungsverteilung, die von einer Kondensations-Verdampfer-Nanopartikelladungsvorrichtung erzielt wird, zu messen und zeigt den Differentialmobilitätsanalysator (DMA 614), der verwendet wird, um die monodispersen Testpartikel auf ihre Größe hin auszuwählen, wobei die Nanopartikelladungsvorrichtung aus der bipolaren lonenquelle und dem Kondensations-Verdampfer und dem Scan-Mobilitätspartikelgrößenklassifizierungssystem (SMPS 630) besteht, das verwendet wird, um die resultierende Verteilung der Partikelmobilitäten zu messen.
Die Effizienz der Kondendations-Verdampfer-Nanopartikelladungsvorrichtung wurde unter Verwendung einer bipolaren lonenquelle, die mit dem Einlass des Kondensations-Verdampfers verbunden ist, wie in 6 dargestellt, getestet. Wie bei der weitverbreiteten Aerosol-Technologie üblich, wurde der Test mit größenklassifizierten, monodispersen Partikeln durchgeführt. Partikel, die einen Bereich von Partikelgrößen abdecken, wurden unter Verwendung einer Aerosolquelle 610, wie einem Ofen oder einem Zerstäuber, hergestellt. Diese polydispersen Partikel strömen durch eine bipolare lonenquelle 612, wo sie einen Gleichgewichtszustand oder eine ausgewogene elektrische Ladungsverteilung erreichen. Wie auf dem Gebiet wohlbekannt ist, stellt diese bipolare lonenquelle negativ sowie positiv geladene Partikel (zusätzlich zu den ungeladenen Partikeln) bereit, minimiert jedoch die Anzahl von mehrfach geladenen Partikeln. Danach werden die Partikel unter Verwendung von Differentialmobilitätsanalysatoren (DMA) 614, die Partikel mit einer einzigen Polarität und elektrischen Mobilität basierend auf der Durchgangszeit und dem elektrischen Feld innerhalb des Mobilitätsanalysators auswählen, größenklassifiziert. Diese Monomobilitätspartikel wurden dann durch eine Nanopartikelladungsvorrichtung 620 hindurchtreten gelassen, die aus einer bipolaren Weich-Röntgenstrahlungsionenquelle 622 (TSI Modell 3087, Shoreview, MN) und einem Kondensations-Verdampfer 100 oder 102 besteht. Die elektrische Mobilität der positiv geladenen Partikel, die aus der Nanoladungsvorrichtung ausströmen, wurde unter Verwendung eines zweiten Mobilitätsanalysators 630 gemessen, der im Scanmodus betrieben wurde, der verbreitet auch als ein SMPS bezeichnet wird. Die Mobilitätsverteilung der positiv geladenen Partikel, die von der Nanopartikelladungsvorrichtung ausgegeben werden, ergibt die Gesamtanzahl von positiv geladenen Partikeln als eine Funktion der Anzahl der Ladungen pro Partikel. Die Gesamteffizienz für das Laden wird durch Vergleich mit SMPS-Messungen stromauf der Nanopartikelladungsvorrichtung, wie auf der „Nebenschluss“-Leitung aus 6 gemessen, bestimmt. Für einen Vergleich mit bereits etablierten bipolaren Ladungsverfahren werden Messungen ebenfalls unter alleiniger Verwendung der bipolaren lonenquelle, ohne den Kondensations-Verdampfer durchgeführt, wie durch die „bipolare Bezugs“-Linie aus 6 dargestellt.
Der erste Satz aus Experimenten verwendete ein System ähnlich dem aus 1, wobei die lonenquelle ohne ein Wasserentfernungssystem mit einem Kondensations-Verdampfungssystem verbunden war. Die bipolare lonenquelle wurde durch die Weich-Röntgenstrahlenquelle (TSI Modell 3087) bereitgestellt. Der Kondensations-Verdampfer 100 verwendete einen Konditionierer, einen Initiator und einen Verdampfer mit einer Länge von 116 mm bzw. 70 mm bzw. 112 mm. Das System wies drei parallele Rohre mit einem Innendurchmesser von 0,18 Zoll auf. Es wurde kein Wasserentfernungsabschnitt eingesetzt. Die Wandtemperaturen betrugen 5 °C, 26 °C und 32 °C für den Konditionierer, den Initiator bzw. den Verdampfer. Das System wurde bei 4,5 l/min Luftstrom mit einer Initiator-Trockner-Residenzzeit von 140 ms betrieben.
7A zeigt die Mobilitätsverteilung, die von der Nanopartikelladungsvorrichtung der in 1 dargestellten Konfiguration unter Verwendung einer bipolaren lonenquelle ausgegeben wird, die sich, wenn sie mit einem Test-Aerosol in Kontakt gebracht wird, bei 25 nm zentriert. Einzeln geladene 25-nm-Partikel weisen eine Mobilitätsgröße von 25 nm auf, während mehrfach geladene Partikel, die mobiler sind, kleinere Mobilitätsdurchmesser aufweisen. Die Mobilitätsverteilung für eine einfache, bipolare Ladung ist ebenfalls dargestellt.
7A zeigt die Mobilitätsverteilung, die für eine Eingangs-Partikelgröße, zentriert bei 25 nm, gemessen wurde, die durch die Nanopartikelladungsvorrichtung (durchgehende Linie) oder durch eine traditionelle bipolare lonenquelle (gestrichelte Linie) hindurchtrat. Die x-Achse dieses Diagramms drückt die gemessene Mobilität als den Durchmesser eines einzeln geladenen Partikels mit derselben Mobilität aus. Einzeln geladene Partikel mit der ausgewählten Stromauf-DMA-Größe treten bei derselben Mobilitätsgröße in der Stromab-Größenverteilung auf. Doppelt geladene Partikel, die mobiler sind, weisen eine kleinere Mobilitätsgröße auf. Bei Partikeln, die nur durch die bipolare lonenquelle hindurchtraten, wurde ein unimodaler Mobilitätspeak beobachtet, der sich bei der Eingangspartikelgröße von 25 nm zentrierte, und der Anteil jener abgetasteten Partikel, die positiv geladen waren, betrug 11 %. Dies erfolgte wie durch die Fuchs-Beziehungen für Partikelladungen vorhergesagt wurde. Bei Partikeln, die durch die Nanoladungsvorrichtung, die aus derselben bipolaren lonenquelle, gefolgt von dem Kondensations-Verdampfer besteht, hindurchtraten, steigt der Anteil an Partikeln, die eine positive Ladung tragen, auf 33 % an. Von diesen tragen nur ein wenig mehr als die Hälfte der geladenen Partikel eine einzige Ladung, etwa ein Drittel ist doppelt geladen, und einige wenige sind dreifach geladen. Da die verwendete Ionenquelle bipolar ist, ist eine in etwa gleiche Anzahl an Partikeln negativ geladen, was den geladenen Gesamtanteil bei etwa 60-65 % festmacht.
7B zeigt Ergebnisse für dasselbe System für eine Eingangspartikelgröße, zentriert bei 10 nm. Wie bei den 25-nm-Testpartikeln, weisen jene Partikel, die nur durch die bipolare lonenquelle hindurchtraten, eine unimodale Mobilitätsspitze auf, die sich bei der Eingangspartikelgröße von 10 nm zentrierte, was auf die Gegenwart von ausschließlich einzeln geladenen Partikeln hindeutet. Jedoch beträgt der Anteil jener getesteten Partikel, die eine positive Ladung aufnehmen, bei dieser kleineren Größe ^~5 %. Dies ist signifikant weniger als bei 25 nm und deckt sich mit theoretischen Vorhersagen für ein bipolares Laden. Bei jenen Partikeln, die durch die Nanoladungsvorrichtung hindurchtraten, die wiederum aus derselben lonenquelle, gefolgt von dem Kondensations-Verdampfer, bestand, steigt der Anteil an positiv geladenen Partikeln auf 30 % an. Dies liegt nahe an dem Wert, der bei 25 nm erhalten wurde. Wie zuvor tragen ein wenig mehr als die Hälfte der geladenen Partikel, die durch die Nanoladungsvorrichtung bereitgestellt wurden, eine einzige Ladung, und der Rest ist großteils doppelt geladen. Während die Effizienz der Ladungsaufnahme unter Verwendung von bipolaren Ionen bei den kleineren Partikeln dramatisch abnimmt, bleibt die Ladungseffizienz mit den bipolaren Ionen, die an den Kondensations-Verdampfer gekoppelt sind, im Wesentlichen für beide Eingangspartikelgrößen dieselbe und weist einen Wert nahe 30 % auf. Zusätzlich dazu tragen die meisten geladenen Partikel nur eine Nettoladung.
8A zeigt die Mobilitätsverteilung, die von der Nanopartikelladungsvorrichtung der in 4 dargestellten Konfiguration unter Verwendung einer bipolaren lonenquelle ausgegeben wird, die sich, wenn sie mit einem Test-Aerosol in Kontakt gebracht wird, bei 20 nm zentriert. Einzeln geladene, 20-nm Partikel weisen eine Mobilitätsgröße von 20 nm auf, während mehrfach geladene Partikel, die mobiler sind, kleinere Mobilitätsdurchmesser aufweisen. Die Mobilitätsverteilung für eine einfache, bipolare Ladung ist ebenfalls dargestellt. 8B zeigt die Mobilitätsverteilung, die mit dem System aus 8A für ein Eingangsaerosol erhalten wurde, das sich bei 10 nm zentrierte. Die Betriebstemperaturen für die dargestellten Daten betrugen 2 °C, 35 °C, 45 °C, 8 °C und 28 °C für die Konditionierer-, Initiator-, Verdampfer-, Wasserentfernungs- und Temperaturwiederherstellungsstufe. Die Strömung durch das System betrug 4,5 l/min, und die abgefühlte Luft war trocken, bei ^~25 °C.
8B zeigt die Mobilitätsverteilung, die von der Nanopartikelladungsvorrichtung der in 4 dargestellten Konfiguration unter Verwendung einer bipolaren lonenquelle ausgegeben wurde, die sich, wenn sie mit einem Test-Aerosol in Kontakt gebracht wurde, bei 10 nm zentrierte. Einzeln geladene 10-nm-Partikel weisen eine Mobilitätsgröße von 20 nm auf, während mehrfach geladene Partikel, die mobiler sind, kleinere Mobilitätsdurchmesser aufweisen.
8A und 8B zeigen Ergebnisse für das System aus 4, in dem eine Wasserentfernungs- und Temperaturwiederherstellungsstufe zu dem System hinzugefügt wurden. Mit den zusätzlichen Stufen ist es möglich, den Initiator bei einer höheren Temperatur zu betreiben, ohne dabei eine Kondensation zu verursachen, wenn der ausfließende Strom wieder auf Raumtemperatur gebracht wird. Dieser größere Temperaturunterschied zwischen dem Initiator und dem Konditionierer sorgt für eine höhere Übersättigung, die auch kleinere Partikelgrößen aktiviert und etwas größere Tröpfchen erzeugt. Das Ergebnis ist eine etwas größere Ladungseffizienz. Wie in 8A und 8B dargestellt, erreicht die Effizienz des positiven Ladens der Partikel mit dieser Konfiguration fast 40 % bei 10 nm sowie bei 20 nm. Etwa 60 % davon weisen eine einzelne Nettoladung auf. Im Vergleich dazu betrug die Effizienz für eine bipolare Ladung 4 % bei 10 nm und 8 % bei 20 nm.
Zusammenfassend wurde ein Kondensations-Verdampfungssystem zur Verwendung mit einer lonenquelle konstruiert, um eine effizientere Ladung von Partikeln im Nanometer-Größenbereich bereitzustellen, als dies durch direktes Aussetzen gegenüber einer lonenquelle möglich ist. Bei Tests mit einer bipolaren lonenquelle, stellt diese Nanoladungsvorrichtung eine Ladungseffizienz im Bereich von 30 % bis 40 % für eine einzige Polarität bereit. Ein gleicher Anteil an Partikeln der entgegengesetzten Polarität wird geladen, was zu einem Gesamtladungsanteil von 60-80 % führt. Von jenen Partikeln, die geladen sind, tragen etwa 60 % eine einzelne Nettoladung, wobei der restliche Anteil zwei oder mehr Ladungen trägt. Es wurde herausgefunden, dass der Anteil von geladenen Partikeln unabhängig von der Eingangspartikelgröße ist. Jedoch kann eine höhere Ladungseffizienz erzielt werden, falls die bipolare lonenquelle durch eine unipolare lonenquelle ersetzt werden würde, jedoch kann dies zu einem größeren Anteil an stärker geladenen einzelnen Partikeln führen.
Obwohl der Gegenstand in einer Sprache beschrieben wurde, die charakteristisch für strukturelle Eigenschaften und/oder methodologische Vorgänge ist, gilt zu verstehen, dass der in den beigefügten Patentansprüchen definierte Gegenstand nicht notwendigerweise auf die oben beschriebenen speziellen Eigenschaften oder Vorgänge beschränkt ist. Vielmehr sind die oben beschriebenen speziellen Eigenschaften und Vorgänge als beispielhafte Formen zum Implementieren der Patentansprüche offenbart.

Claims

Partikelladungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: eine lonenquelle; und einen Behälter, wobei der Behälter zumindest einen Docht zum Bereitstellen von befeuchteten Wänden umfasst und in den Behälter ein Luftstrom auf laminare Weise eingebracht wird, wobei der Behälter zumindest einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt und einen dritten Abschnitt aufweist, wobei der erste Abschnitt die befeuchteten Wände bei einer ersten Temperatur T1 aufweist, wobei der zweite Abschnitt benachbart zu dem ersten Abschnitt ist und die befeuchteten Wände bei einer zweiten Temperatur T2 aufweist, die höher ist als die erste Temperatur T1, wobei der dritte Abschnitt benachbart zu dem zweiten Abschnitt ist und trockene Wände aufweist, die bei einer Temperatur T3 bereitgestellt sind, die größer als T2 ist, wobei die Temperatur T3 höher ist als ein Kondensationspunkt des Stroms, der in den dritten Abschnitt strömt.
Partikelladungsvorrichtung nach Anspruch 1, worin der Luftstrom durch die lonenquelle sowie durch den Behälter hindurchtritt.
Partikelladungsvorrichtung nach Anspruch 1, worin die lonenquelle so positioniert ist, dass sie den Luftstrom in einen Eingang des ersten Abschnitts ausgibt.
Partikelladungsvorrichtung nach Anspruch 1, worin die lonenquelle bipolar ist.
Partikelladungsvorrichtung nach Anspruch 1, worin die lonenquelle unipolar ist.
Partikelladungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen vierten Abschnitt des Behälters mit Wänden bei einer Temperatur T4 aufweist, die kühler ist als T2 und T3.
Vorrichtung nach Anspruch 6, die ferner einen fünften Abschnitt des Behälters mit trockenen Wänden umfasst, die bei einer Temperatur T5 betrieben werden, die höher ist als die Temperatur T4.
Nanopartikelladungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: eine lonenquelle; einen Behälter, wobei der Behälter zumindest einen Docht zum Bereitstellen von befeuchteten Wänden umfasst und in den Behälter ein Luftstrom auf laminare Weise eingebracht wird, wobei der Behälter zumindest einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt, einen dritten Abschnitt und einen vierten Abschnitt aufweist, wobei der erste Abschnitt die befeuchteten Wände bei einer ersten Temperatur T1 aufweist, wobei der zweite Abschnitt benachbart zu dem ersten Abschnitt ist und die befeuchteten Wände bei einer zweiten Temperatur T2 aufweist, die höher ist als die erste Temperatur T1, wobei der dritte Abschnitt benachbart zu dem zweiten Abschnitt ist und trockene Wände aufweist, die bei einer Temperatur T3 bereitgestellt sind, die größer als T2 ist, wobei die Temperatur T3 höher ist als ein Kondensationspunkt des Stroms, der in den dritten Abschnitt strömt, wobei der vierte Abschnitt bei einer Temperatur T4 betrieben wird, die ausgewählt ist, um Wasserdampf aus dem Strom zu entfernen.
Partikelladungsvorrichtung nach Anspruch 8, worin Temperatur T4 wärmer ist als T1 und kühler ist als T2 und T3.
Vorrichtung nach Anspruch 8, worin der Luftstrom ein Trägergas und eine partikelbeladene Strömung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 10, worin das Trägergas Luft ist.
Partikelladungsvorrichtung nach Anspruch 8, worin der Luftstrom durch die lonenquelle sowie durch den Behälter hindurchtritt.
Partikelladungsvorrichtung nach Anspruch 12, worin die lonenquelle positioniert ist, den Luftstrom in einen Eingang des ersten Abschnitts auszugeben.
Partikelladungsvorrichtung nach Anspruch 13, worin die lonenquelle bipolar ist.
Partikelladungsvorrichtung nach Anspruch 13, worin die lonenquelle unipolar ist.
Verfahren zum elektrischen Laden von Partikeln in einem Behälter, das Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Behälters, wobei der Behälter zumindest einen Docht zum Bereitstellen von befeuchteten Wänden umfasst und in den Behälter eine partikelbeladene Strömung eingebracht werden kann, der zumindest einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt benachbart zu dem ersten Abschnitt und einen dritten Abschnitt benachbart zu dem zweiten Abschnitt aufweist; Hindurchtretenlassen der partikelbeladenen Strömung durch eine Ionenquelle; Einbringen der partikelbeladenen Strömung auf laminare Weise in den Behälter; und Betreiben des ersten Abschnitts mit den befeuchteten Wänden bei einer ersten Temperatur T1, Betreiben des zweiten Abschnitts bei einer zweiten Temperatur T2, die größer ist als die erste Temperatur T1 und Betreiben des dritten Abschnitts mit trockenen Wänden bei einer Temperatur T3, die größer als T2 ist, wobei die Temperatur T3 höher ist als ein Kondensationspunkt des Stroms, der in den dritten Abschnitt strömt.
Verfahren nach Anspruch 16, worin der Schritt des Hindurchtretenlassens vor dem Schritt des Einbringens erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 16, das ferner Bereitstellen eines vierten Abschnitts, benachbart zu dem dritten Abschnitt und Betreiben des vierten Abschnitts bei einer Temperatur, die kühler ist als T2 und T3, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, das ferner Bereitstellen eines fünften Abschnitts, benachbart zu dem vierten Abschnitt und Betreiben des fünften Abschnitts bei einschließlich eines fünften Abschnitts bei einer Temperatur T5, die größer ist als die Temperatur T4, umfasst.