Cut-Off Test Facility COTF

Entwicklung einer Anlage zur Bestimmung des Cut-Off für Feinstaub-Probenahmeköpfe

Ziel dieses Projektes war die Entwicklung einer Prüf- und Kalibriereinrichtung, Cut-Off Test Facility (COTF), mit der das Abscheideverhalten der Vorabscheider in Feinstaub-Probenahmeköpfen typenunabhängig unter Standardbedingungen bestimmt werden kann. Zusätzlich sollen sich mit der Einrichtung auch Staubmessgeräte im Vergleich zum Referenzgerät LVS prüfen lassen.

Beschreibung

In diesem Projekt wurde eine Prüf- und Kalibriereinrichtung als Cut-Off Test Facility (COTF) entwickelt, mit der das Abscheideverhalten der Vorabscheider in Probenahmeköpfen typenunabhängig unter Standardbedingungen bestimmt werden kann. Zusätzlich sollen sich auch Staubmessgeräte im Vergleich zum LVS-Referenzgerät prüfen lassen.

Hauptbestanteile der COTF sind Aufbereitungskammer mit Partikel(Aerosol)-generator, Probenahmekopf, Aerosolentnahme und Partikelzähler. In einer oder mehreren Expositionskammern wird eine hohe Feinstaubbelastung unter definierten Bedingungen für definierte Volumenströme erzeugt.

Die COTF ist für eine hohe Bandbreite an Probenahmeköpfen (PNK) ausgelegt worden, wodurch auch PNK mit international unterschiedlichen Maßen überprüft werden können. Die Bandbreite bezieht sich zum einen auf den Volumenstrom., parallel dazu soll die COTF auch für verschiedene Partikelgrößen (0,6 bis 20 μm) als Prüfgerät einsetzbar sein.

Feinstaubmesstechnik findet zunehmend auch abseits der Luftreinhaltung Interesse, wenn es darum geht, Partikel-Emissionen zu erfassen. So finden sich auch auf den Prüfständen für Motoren Lösungen aus der Feinstaubmesstechnik.

COTF_Abb.1 — Abb. 1: Funktionsfähiger Prototyp der COTF (Tank, Referenzgerät, Steuerschrank)

Die veränderliche, größenabhängige Registrierung basiert auf dem Herzstück unseres Produktes APM-2: Dem Virtualimpaktor in Verbindung mit dem Photometer. Der Virtualimpaktor besitzt einen Anreicherungszweig, in den nur größere Partikel gelangen, die dort zudem noch angereichert werden. Kleinere Partikel hingegen werden seitlich abgezogen. Die Schwelle zwischen größeren und kleineren Partikeln ist relativ scharf ausgebildet und lässt sich gemäß Abb. 4 durch den Volumenstrom beeinflussen.

COTF_Abb.4 — Abb. 2: Cut-Off des Virtualimpaktors als Funktion des Volumenstroms. Die verschiedenfarbig dargestellten Kurven entsprechen unterschiedlichen Düsendurchmessern. Durch Variation des Volumenstroms von 0,3 auf 2,0 m³/h verschiebt sich der Cut-Off um einen Faktor 3. Eine entsprechende Versetzung der Kurve erhält man durch Wechsel des Düsendurchmessers um einen Faktor 2.

COTF_Abb.5 — Abb. 3: Gesamtsystem. 1 = Messkammer, 2 = Zuführung von aerosolbeladener Luft aus der Aufbereitungskammer, 3 = Abscheidekopf Prüfling, 4 = Verzweigung, 5 = Virtualimpaktor, Photometer im Anreicherungszweig, 6 = Zusammenführung der Luftwege mit elektrisch gesteuertem Mischventil, 7 = Pumpe mit Volumenstromregelung, 8 = Wie 4-7 für den Referenzzweig, 9 = Koppelung beider Mischventile.

COTF_Abb.6 — Abb. 4: Aufbau des Tanks mit angeschlossenen Prüflingen. 1 = Tankvolumen, 2 = Staubeinlass, 3 = Lüfter zur Unterstützung des Staubs-Luft-Transports, 4 = Leitblech zur räumliche Verteilung des Staub-Luft-Gemisches, 5 = Propeller zur Durchmischung, 6 = Anschlussflansche für Prüflinge, 7 = Anschluss für Referenzgerät.

Technische Zielkriterien

Die technischen Zielkriterien wurden vollständig erreicht:

Standardisierte Bedingungen zur Prüfung des Abscheideverhaltens von PNK, z.B. PM₁₀ oder PM_2,5 gemäß CEN 12341, 14907
Rückführbarkeit der Messergebnisse auf die gravimetrische Normale (LVS (Kleinfiltergerät), 24 h, 2,3 m³/h, 20 °C, Nullgewicht)) Filter wiegen
Erhöhung der Messgenauigkeit des Cut-Off; wie genau der Cut-Off bestimmt werden kann, hängt von der Summe aller Messfehler in der gesamten Prüfkette ab
Messfehler 2% über die gesamte Messkette, Abscheidecharakteristik des Cut-Off verbessern, Kurve so steil wie möglich gestalten
Skalierbar für Durchflussraten von 0,1 m³/h – 70 m³/h, sowohl Low Volume Sampler als auch High Volume Sampler
Überprüfung unterschiedlicher Partikelfraktionen von NP 400 nm bis 20 μm
Reproduzierbare und vergleichbare Prüfergebnisse durch genormte Prüfbedingungen
Typenunabhängige Prüfung des Abscheideverhaltens über einen Zeitraum von 2 – 24 h