WO2006092279A1 - Device and method for the controlled production of nanosized soot particles - Google Patents

Device and method for the controlled production of nanosized soot particles Download PDF

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WO2006092279A1
WO2006092279A1 PCT/EP2006/001852 EP2006001852W WO2006092279A1 WO 2006092279 A1 WO2006092279 A1 WO 2006092279A1 EP 2006001852 W EP2006001852 W EP 2006001852W WO 2006092279 A1 WO2006092279 A1 WO 2006092279A1
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cooling
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Claus Wahl
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Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
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    • F23L2900/00—Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber
    • F23L2900/07002—Injecting inert gas, other than steam or evaporated water, into the combustion chambers

Definitions

  • the invention relates to a device for the controlled production of nano-soot particles, comprising a burner and a mixing device for producing a fuel-oxidizer premix, which is coupled to the burner, so that the premix can be fed thereto.
  • the invention further relates to a method for the controlled production of nano-carbon black particles.
  • soot particles can lead to problems.
  • a soot source of particulate matter must be present.
  • EP 1 055 877 A1 discloses a burner for producing soot, having a combustion chamber to which fuel gas and oxidizing gas can be fed in such a way that a soot particle-generating diffusion flame is formed in the combustion chamber, and with a soot discharge duct with an outlet from the combustion chamber, through which carbon black formed in the combustion chamber can be carried away. It is provided a further confluence in the Rußwegkgtechnisch through which quenching gas can be fed.
  • WO 2004/065494 A1 discloses a soot generator with at least one combustion chamber, in which fuel can be combusted with oxidizing gas in at least one soot-producing flame, and with an extinguishing gas conduit which is connected to the combustion chamber, the extinguishing gas conduit having a constriction , so that a pressure change, in particular a negative pressure can be generated.
  • WO 2004/026969 A2 discloses an apparatus and a method for the controlled production of nano-carbon black particles, the apparatus comprising a pore burner and a mixing device for producing a fuel-oxidizer premix; the mixing device is on
  • the invention has for its object to provide a device and a method for the controlled production of nano-carbon black particles, with or can achieve a high soot particle yield.
  • Soot particles are generated by the combustion of the fuel. In the burner flame but already produced soot particles can also burn. It was therefore proposed in WO 2004/026969 to draw off a partial flow.
  • the burner flame is cooled by the cooling device, so that the combustion of already generated soot particles can be prevented. As a result, a high yield can be achieved, which can be, for example, of the order of 2 g per hour of soot particles with a diameter of 80 nm to 100 nm.
  • the burner flame can be extinguished, in particular in a spatially defined area.
  • a soot particle distribution is then frozen between soot particles produced in the cooler and the burner.
  • Premix can be fed, can be adjusted in a reproducible manner, the mean particle diameter of the nano-carbon black particles produced. It can form a homogeneous Rußnduzone.
  • soot particles can be discharged in a simple manner via a chimney (for example in the form of a stovepipe), which is positioned on the burner.
  • a soot particle-laden aerosol stream can be discharged throughout, so as to again obtain a high yield.
  • the cooling device is arranged at a distance from the burner. This may form a soot forming zone in which soot particles are generated. By means of the cooling device, the subsequent combustion of a large part of the produced soot particles can be prevented.
  • the cooling device is arranged above the burner with respect to the direction of gravity. It can then be removed soot particles in a chimney to the top to be able to perform an application such as a test stand.
  • the cooling device is arranged on a D ⁇ ffusor and / or in the vicinity of a diffuser. Via a diffuser, a soot-laden aerosol stream can be discharged in a simple manner; For example, no pump has to be provided.
  • cooling device is arranged at least partially in a chimney, via which soot particles can be discharged. This ensures effective discharge.
  • One application can deliver an aerosol stream with high soot particle yield.
  • the cooling device is arranged and configured in such a way that the burner flame can be cooled below the combustion temperature of carbon in a predetermined range and, in particular, can be extinguished. This effectively prevents the combustion of generated soot particles. In particular, a soot particle distribution of produced soot particles is frozen.
  • an inert gas can be blown into the burner flame by the cooling device.
  • the inert gas reduces the soot particle concentration and reduces the oxidizer concentration. This leads to a cooling; in particular, the burner flame can be extinguished at the cooling device.
  • inert gas can be blown through the cooling device in a discharge direction of soot particles produced. As a result, the temperature can be further reduced. It can be the aerosol
  • the cooling device has at least one tube, through which inert gas can be guided, wherein the at least one tube has a plurality of openings.
  • About the at least one tube can be easily injected inert gas in a burner flame.
  • the burner flame can be effectively cooled and in particular extinguished.
  • the aerosol can flow past the at least one tube in order to be able to feed the soot-laden aerosol to an application.
  • the at least one tube is arranged parallel to the burner.
  • a cooling of the burner flame can be achieved in a simple and effective manner in order to prevent the burning of soot particles.
  • the openings are positioned in a chimney.
  • inert gas can be injected into the burner flame within the chimney in order to achieve a cooling effect.
  • the cooling device comprises a plurality of tubes, which are connected in a fluid-effective manner with at least one distributor.
  • the cooling device can be formed as a "pipe grid", wherein the at least one distributor provides for the supply of inert gas.
  • a first distributor and a second distributor are provided, between which tubes are arranged.
  • a first distributor and a second distributor are provided, between which tubes are arranged.
  • inert gas can be introduced into a tube from opposite ends via a first distributor and a second distributor.
  • first distributor and a second distributor can be introduced into a tube from opposite ends via a first distributor and a second distributor.
  • the concentration of the soot particles in the aerosol stream can be set in a defined manner via the dilution device.
  • an inert gas is injected into an outlet aerosol stream via the dilution device.
  • the dilution device is in particular controllable and / or controllable.
  • the burner is a pore burner.
  • a pore burner can form a homogeneous combustion zone and thus soot formation zone, the spatial and temporal homogeneity is ge strictlyrieistbar.
  • the combustion zone and thus the soot formation zone can be stably formed and, in turn, nano soot particles of any size can be produced.
  • the mixing ratio By adjusting the mixing ratio, the average diameter of the nano-carbon black particles produced can be adjusted. It is provided in particular that the production of nano-carbon black particles in size and / or concentration is controlled.
  • the bursting device comprises in particular a bursting plate, which, for example
  • t-201 / -280 is formed in the form of a film. It is thus provided a predetermined breaking point such as in the case of an explosion within the fireplace.
  • the bursting device is arranged at an upper end of the chimney.
  • a homogeneous combustion without stoichiometric gradient can be achieved if the mixing device is connected upstream of the burner.
  • a homogeneous Rußsentzone can form, so that in turn nano carbon black particles are formed with a defined size distribution.
  • the mixing device is formed by a mixing section of corresponding length so as to ensure a homogeneous premixing of fuel and oxidizer against access to the burner.
  • the corresponding ratio of fuel and oxidizer in the premix can be easily adjusted if a mass flow controller is provided for adjusting the mass flow of fuel to the mixing device. For the same reason, it is favorable if a mass flow controller is provided for adjusting the mass flow of oxidizer to the mixing device.
  • a mass flow controller is provided for adjusting the mass flow of oxidizer to the mixing device.
  • the stoichiometric ratio can be adjusted.
  • a ratio ⁇ of fuel to oxidizer of greater than 1 a rich mixture is obtained, during which combustion soot particles form.
  • mass flow controller for oxidizer and fuel other flow-limiting elements such as critical nozzles can be used. It can too
  • the burner comprises a distribution space which is coupled to the mixing device and which is delimited by a pore plate. Over a mixing space of the mixing device can then lead in a spatial range, the homogeneous premix of fuel and oxidizer, so as to provide a stable flame formation and thus to a reproducible soot particles.
  • the distribution space is cylindrically formed, since a defined combustion zone can be formed in this way, which can be protected in a simple manner with respect to the lateral penetration of air and the ingress of air from above, in turn also at the edge of the combustion zone To avoid gradients.
  • a distribution space for inert gas is arranged around the distribution space for the fuel-oxidizer mixture. It can then be formed over this distribution space a flow of inert gas (coflow) to the combustion zone, for example in the manner of a ring flow. This flow prevents the lateral entry of air into the combustion zone and thus ensures a homogeneity of the Rußsentzone due to the prevention of the formation of mass ratio gradient.
  • the distribution space for inert gas is ring-shaped, so as to be able to enclose the coflow of inert gas into the combustion zone.
  • inert gas can then be expelled around a combustion zone in order to protect it against the lateral ingress of air.
  • soot particles This characterizes the generated aerosol stream.
  • the analyzer device comprises an electrostatic classifier.
  • an electrostatic classifier the soot particles are charged, for example by a radioactive source, and then undergo an electric field. Their mobility in this electric field (electrostatic mobility) depends on their size. By determining the mobility, for example via a distance determination, the size distribution of the nano-carbon black particles produced can be determined.
  • the analyzer device comprises a condensation particle counter. It is then possible to visually determine a size distribution optically even with soot particles with sizes in the nanometer range.
  • Oxidator mixture is controllable and / or regulated. As a result, an average particle size can be obtained with a specific presetting of .phi.
  • the mixture composition can be controlled and / or regulated as a function of a measured particle size of produced soot particles. Due to the high reproducibility of the soot particle distribution in the controlled production with the device according to the invention, when, for example, soot particles with a certain mean diameter are required for an application, a control loop can be constructed in which the analyzer device measures the particle size distribution and these Values then passes on to the control and / or regulating device. This in turn regulates the mass flows for the mixture formation in such a way that the desired particle size distribution is achieved. As a result, for example, a defined aerosol flow can be adjusted before being fed to an application.
  • the aforementioned object is further achieved according to the invention in that in a method for the controlled production of nano-carbon black particles, a premixed mixture of fuel and oxidizer is burned and a burner flame is cooled below the combustion temperature of carbon.
  • the burner flame is cooled in a spatially defined area. It can be deleted.
  • the method according to the invention has the advantages already explained in connection with the device according to the invention.
  • the cooling takes place in a spatially defined area, it can be ensured that a combustion zone can form with a soot formation zone. Furthermore, the subsequent combustion of generated soot particles will prevent.
  • Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of an inventive device for the controlled production of nano-soot particles (soot generator) and
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view along the line 2-2 according to FIG. 1.
  • An embodiment of a device according to the invention for the controlled production of nano-carbon black particles which is denoted by 10 in FIG. 1, comprises a burner such as, for example, a pore burner 12 with a
  • a distribution space 16 is formed.
  • This distribution space 16 is cylindrical with an axis 18 and covered by a pore plate 20.
  • the pore plate 20 is provided with pores which allow passage of gas from the distribution space 16 into a combustion zone 22 disposed above the pore plate 20, the gas from the distribution space 16 being uniform across the surface of the pore plate 20 into the combustion zone 22; a backlash of the combustion of the gas in the distribution space 16 is prevented by the pore plate 20.
  • the pore plate 20 is in particular made of a metallic material such as
  • cooling channels are arranged for cooling.
  • the pore plate 20 is formed as a disc having a circular cross section. The diameter is larger than that of the distribution space 16. In addition to the distribution space 16, it also covers an annular space 24 arranged around the distribution space 16, this annular space 24 being separated from the distribution space 16 in a gas-tight manner via an annular wall 26.
  • a flow of an inert gas around the combustion zone 22 can be formed.
  • a feed channel 28 leads into the annular space 24 from a side facing away from the pore plate 20.
  • a mass flow regulator 30 for example, the mass flow of
  • the distribution space 16 is a mixture of a fuel, which may be in particular a gaseous hydrocarbon such as methane, ethane, ethene, ethyne, propane, propene, propyne, butane, butene, butyne, etc., for the production of nano-carbon black particles, and an oxidizer such as air or an oxygen-inert gas mixture supplied. It is also possible to use higher-boiling and, in particular, liquid hydrocarbons, if they have been previously evaporated.
  • a fuel which may be in particular a gaseous hydrocarbon such as methane, ethane, ethene, ethyne, propane, propene, propyne, butane, butene, butyne, etc.
  • an oxidizer such as air or an oxygen-inert gas mixture supplied. It is also possible to use higher-boiling and, in particular, liquid hydrocarbons, if they have been previously evaporated.
  • the pore burner 12 is preceded by a mixing device 34, in which a premix of the fuel and the oxidizer is generated.
  • the mixing device 34 is formed for example by a mixing section of appropriate length, in which fuel and oxidizer can mix.
  • the premix is then coupled via a Zu arrangementsieitung 36 in the distribution space 16 of the porous burner 12, wherein preferably the supply line 36 is connected to a pore plate 20 opposite side of the pore burner 12.
  • a fuel supply 38 and an oxidizer supply 40 are coupled to it to supply the premix to the mixing device 34 in a mixing space 42 produce.
  • the amount of fuel supplied to the mixing device 34 is adjustable via a mass flow controller 44 and the amount of oxidizer supplied to the mixing device 34 is adjustable, for example via a mass flow controller 46.
  • the proportion of the fuel In order to produce nano soot particles in the combustion of the fuel, the proportion of the fuel must be greater than that of the oxidizer, so that the combustion takes place at excess fuel.
  • the corresponding ratio is characterized by the symbol ⁇ .
  • a chimney pipe 48 is arranged to form a chimney 50. Train formation provides stabilization of the combustion flame. About the chimney pipe 48 produced soot particles can be removed.
  • a diffuser 52 is disposed above the pore burner 12.
  • the diffuser 52 is formed by a hollow cone section, for example, which is open at the top.
  • An (imaginary) tip of the corresponding cone lies on the axis 18.
  • Walls 54 of the diffuser 52 abut, for example, on the pore burner 12 at or in the vicinity of the pore plate 20.
  • the annulus 24 has one or more openings 56 (eg, in pore shape) toward the walls 54. It can then flow up inert gas while flowing along the walls 54. This allows a condensation of soot on the walls
  • soot in the combustion zone 22 can be made more homogeneous.
  • the diffuser 52 promotes the stabilization of the burner flame.
  • the pore burner 12 is associated with a cooling device 58. This is at least partially disposed in the chimney pipe 48 at a distance from the pore plate 20.
  • the cooling device 58 serves to cool the burner flame so far that carbon is no longer burned, that is, resulting soot particles are no longer burned. In particular, cooling takes place below a temperature of about 600 ° C. It can be provided that the burner flame at the cooling device 58 is extinguished.
  • the cooling device 58 which is at a distance from the pore plate 20, the fuel-oxidizer mixture can burn in the combustion zone 22 and soot particles are produced.
  • the combustion zone 22 below the cooling device 58 is thus a soot production zone.
  • the cooling device 58 the oxidation of the produced soot particles is prevented.
  • the generated soot particles can be removed via the chimney pipe 48 upwards.
  • An embodiment of a cooling device 58 comprises, as shown in Figure 2, a plurality of spaced tubes 60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f. These tubes are aligned parallel to each other with a longitudinal direction which is transverse and in particular perpendicular to the axis 18.
  • the tubes 60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f are coupled via a respective end to a first manifold 62 which serves as a first manifold. Over the opposite other end, they are coupled to a second manifold 64, which serves as a second manifold.
  • a first manifold 62 and the second manifold 64 are positioned parallel to each other.
  • the first manifold 62 and the second manifold 64 are positioned outside the chimney 50.
  • the manifolds 62, 64 are coupled to an inert gas source 68, such as nitrogen or a noble gas ( Figure 1). Inert gas can then be coupled into the distributor pipes 62, 64 via a supply line 70.
  • inert gas source 68 such as nitrogen or a noble gas ( Figure 1).
  • Inert gas can then be coupled into the distributor pipes 62, 64 via a supply line 70.
  • a branch 72 may be provided, via which the inert gas supplied by the source 70 can be divided into a first partial flow 74 and a second partial flow 76 in order to be able to supply inert gas to the first distributor tube 62 or the second distributor tube 64.
  • the branch 72 and the supply line 70 are preferably arranged outside the chimney 50.
  • the first partial flow 74 in the first distributor tube 62 is further divided between the tubes 60a, 60b, 60c, 6Od, 6Oe, 6Of and coupled into them from one end. Accordingly, the second partial stream 76 is further divided at the second distributor pipe 64 and coupled into the latter via the other end of the pipes 60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f.
  • a coupling-in direction 78 from the first distributor tube 62 into the tubes 60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f is opposite to a coupling-in direction 80 for the injection of inert gas from the second distributor tube 64 via the opposite end of the tubes.
  • the tubes 60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f are provided with a plurality of openings 82 through which inert gas can flow out in the chimney pipe 48 and thereby flow into the burner flame in order to cool it and in particular to extinguish it.
  • the tubes 60a, etc. have lateral openings 84 which have a transverse to the axis 18 oriented respective mouth. As a result, inert gas can be blown into the burner flame at least approximately parallel to the pore plate 20.
  • a tube 60a, etc. has transversely opposite lateral openings 84 so as to allow inflow in opposite transverse directions 86a, 86b.
  • cooling device 58 has upwardly open openings 88 ( Figure 1), via the inert gas upwards and for example at least approximately parallel to the axis 18 in the chimney pipe 48th
  • the openings 84 and 88 have a diameter which is in the range between 0.1 mm to 0.4 mm.
  • the tubes 60a, etc., which sit transversely in the chimney pipe 48, are made of stainless steel, for example.
  • the tubes 60a, etc. which sit transversely in the chimney pipe 48, are made of stainless steel, for example.
  • between six and twelve pipes 60a, etc. are provided.
  • a typical diameter of these tubes 60a, etc. is on the order of 3 mm.
  • the chimney pipe 48 is continued above the cooling device 58. It has a decoupling region 90, via which generated soot particles can be discharged.
  • a discharge line 92 which leads to an application, is coupled to the extraction region 90.
  • the application is, for example, an object such as a filter, which is acted upon by the controlled produced soot particles.
  • a bursting device 96 is disposed at a top 94 of the chimney 50. This includes, for example, a bursting plate.
  • the chimney 50 has an opening 98 which is covered by the bursting plate.
  • the bursting plate is formed for example in the form of a film. For example, an explosion in the chimney pipe 58 can take place via the bursting device 96, a corresponding discharge to the outside.
  • a diffuser 100 is arranged in the discharge line 92. Furthermore, provision may be made for a dilution device 102 to be positioned in the discharge line 92, the dilution device 102 being arranged downstream of the diffuser 100 (relative to the flow direction of the aerosol in the discharge line 92). Via the dilution device 102, an inert gas such as nitrogen or a noble gas can be coupled into the aerosol stream in order to be able to adjust the soot particle concentration in the aerosol stream.
  • an inert gas such as nitrogen or a noble gas
  • an aerosol partial stream can be coupled via a line 104 to characterize the aerosol.
  • the aerosol stream can be completely coupled into the line 104.
  • a slide 105 is arranged on the discharge line 92, via which the discharge line 92 can be blocked so that the entire aerosol stream is coupled into the line 104.
  • An analyzer device 106 for measuring the particle size in the aerosol stream discharged via the line 104 may be provided.
  • the analyzer device 106 includes, for example, an electrostatic classifier that characterizes the soot particles according to their electrical mobility.
  • An electrostatic classifier separates the particles according to their size so as to be able to determine the distribution of the particle size with high resolution.
  • electrostatic classifiers are known, for example, under the designation Model 3081 Long DMA from TSI, St. Paul, MN, USA.
  • the monodisperse aerosol generated in the analyzer is fed to a condensation particle counter so that the particle number can be measured for each particle size. By a corresponding scan on the particle sizes can thus determine the size distribution in the soot particle aerosol.
  • SMPS Scanning Mobility Particle Sizer
  • a control and / or regulating device 108 can be provided, via which the mass flow of fuel and oxidizer through the mass flow regulators 44 and 46 and thus the stoichiometry ratio in the premix can be set.
  • the mass flow of inert gas through the annulus 24 by means of the control and / or regulating device 70 via the mass flow controller 30 is adjustable.
  • the dilution via the dilution device 102 is adjustable.
  • the control and / or regulating device 70 serves, in particular in conjunction with the analyzer device 106, to be able to set a specific aerosol flow with a defined soot particle size and soot particle concentration in a control process.
  • the analyzer device 106 indicates its measurement results with respect to the size distribution of the soot particles in the injected aerosol stream
  • control and / or Regelvovo ⁇ chtung 70 can change the mixing ratio of the premix in order to obtain the desired distribution.
  • the control variable is the mixing ratio and in particular ⁇ , wherein this ratio is set via the mass flow controller 44, 46. This control process is controlled by the measurement result of the analyzer device 106.
  • the controller 108 may also control the dilution of the soot particle aerosol stream via the diluter 102 so as to obtain an aerosol stream 110 of a predetermined concentration with particulate matter of predetermined size with a narrow distribution.
  • the analyzer device 106 is used in particular to set a defined aerosol flow 110. After this defined aerosol flow is set relative to an application, an analysis is necessary at most for monitoring purposes. It can be provided that after the defined setting, the slider 105 is opened and the line 104 is closed, so that the aerosol stream 110 is completely supplied to the application.
  • a defined premix of fuel and oxidizer is produced via the mixing device 34, wherein a defined mixture composition and thus defined mass ratios in the mixture are set by setting the corresponding mass flows on the mass flow regulators 44 and 46.
  • the homogenous mixture produced is then conducted via the supply line 36 into the distribution space 16, where it flows via the pore plate 20 over the cross section of the distribution space 16 into the combustion zone 22 and there takes place (when the flame is ignited) combustion.
  • the soot particles are generated substantially in the combustion zone 22 below the cooling device 58.
  • inert gas By injecting inert gas into the burner flame, it is cooled to the cooling device 58 so far that carbon at the cooling device 58 and above the cooling device 58 can not be burned, that is, the soot particles produced in the combustion zone 22 can not be burned , In particular, the burner flame is extinguished at the cooling device 58.
  • the soot particle distribution at the cooling device 58 is effectively "frozen". In turn, it is possible to dissipate the soot particles in high yield up, with essentially all the soot particles produced can be completely removed, that is, no partial flow must be removed by suction.
  • soot particles are decoupled via the decoupling region 90.
  • the aerosol stream in particular with regard to size distribution and concentration, can be set in a defined manner prior to the introduction of a soot-particle-laden aerosol stream into an application.
  • a "pre-flow" is analyzed by analyzer device 10, and then adjustment of fuel and oxidant feed to pore burner 12 and / or adjustment of dilution at diluter 102 when the aerosol stream is set to desired properties Feeding to the application released.

Abstract

Disclosed is a device for the controlled production of nanosized soot particles by means of a burner (12). A cooling device (58) for chilling a burner flame is assigned to the burner.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur kontrollierten Erzeugung von Nano-Rußpartikeln Apparatus and method for the controlled production of nano soot particles
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontrollierten Erzeugung von Nano- Rußpartikeln, mit einem Brenner und mit einer Mischungseinrichtung zur Herstellung eines Brennstoff-Oxidator-Vorgemisches, welche an den Brenner ge- koppelt ist, so daß diesem das Vorgemisch zuführbar ist.The invention relates to a device for the controlled production of nano-soot particles, comprising a burner and a mixing device for producing a fuel-oxidizer premix, which is coupled to the burner, so that the premix can be fed thereto.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur kontrollierten Erzeugung von Nano-Rußpartikeln.The invention further relates to a method for the controlled production of nano-carbon black particles.
Durch Hochdruck-Direkteinspritzung in Gasturbinen und Verbrennungsmotoren läßt sich der Wirkungsgrad erhöhen und der Ausbrand verbessern. Es entstehen jedoch feine Rußpartikel mit Größen im Nanometerbereich; typische mittlere Durchmesser liegen zwischen 15 nm und 120 nm mit Konzentrationen zwischen 104 und 108 Teilchen pro cm3.By high-pressure direct injection in gas turbines and internal combustion engines can increase the efficiency and improve the burnout. However, it produces fine soot particles with sizes in the nanometer range; Typical average diameters are between 15 nm and 120 nm with concentrations between 10 4 and 10 8 particles per cm 3 .
Die Emission solcher Rußpartikel kann zu Problemen führen. Um beispielsweise die biologischen Auswirkungen solcher Rußpartikel studieren zu können, muß eine Rußpartikelquelle vorhanden sein.The emission of such soot particles can lead to problems. For example, to study the biological effects of such soot particles, a soot source of particulate matter must be present.
Aus der DE 28 42 977 Al ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Ruß mit einer beheizbaren Reaktionskammer bekannt, wobei in die ReaktionskammerFrom DE 28 42 977 Al a device for producing carbon black with a heated reaction chamber is known, wherein in the reaction chamber
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28. Februar 2006 t-201/-280 eine Zuführung für ein Oxidationsmittel und eine Zuführung für Kohlenwasserstoffe münden.February 28, 2006 t-201 / -280 a feed for an oxidant and a feed for hydrocarbons open.
Aus der EP 1 055 877 Al ist ein Brenner zum Erzeugen von Ruß bekannt, mit einem Brennraum, zu welchem Brennstoffgas und Oxidationsgas derart zuführbar sind, daß im Brennraum eine Rußpartikel erzeugende Diffusionsflamme gebildet wird, und mit einer Rußwegführleitung mit einer Einmündung aus dem Brennraum, durch welche hindurch im Brennraum gebildeter Ruß wegführbar ist. Es ist eine weitere Einmündung in die Rußwegführleitung vorgesehen, durch welche hindurch Löschgas zuführbar ist.EP 1 055 877 A1 discloses a burner for producing soot, having a combustion chamber to which fuel gas and oxidizing gas can be fed in such a way that a soot particle-generating diffusion flame is formed in the combustion chamber, and with a soot discharge duct with an outlet from the combustion chamber, through which carbon black formed in the combustion chamber can be carried away. It is provided a further confluence in the Rußwegführleitung through which quenching gas can be fed.
Aus der WO 2004/065494 Al ist ein Rußgenerator mit mindestens einer Brennkammer bekannt, in welcher Brennstoff mit Oxidationsgas in mindestens einer Rußpartikel erzeugenden Flamme verbrennbar ist, und mit einer Lösch- gasleitung, die mit der Brennkammer verbunden ist, wobei die Löschgasleitung eine Verengung aufweist, so daß eine Druckänderung, insbesondere ein Unterdruck erzeugbar ist.WO 2004/065494 A1 discloses a soot generator with at least one combustion chamber, in which fuel can be combusted with oxidizing gas in at least one soot-producing flame, and with an extinguishing gas conduit which is connected to the combustion chamber, the extinguishing gas conduit having a constriction , so that a pressure change, in particular a negative pressure can be generated.
Aus der US 4,250,145 ist ein Rußbrenner bekannt, welcher einen Flammen- halter aufweist, der eine Mehrzahl von verlängerten parallelen Mündungen aufweist.From US 4,250,145 a soot burner is known, which has a flame holder having a plurality of elongated parallel orifices.
Aus der WO 2004/026969 A2 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontrollierten Erzeugung von Nano-Rußpartikeln bekannt, wobei die Vorrich- tung einen Porenbrenner und eine Mischungseinrichtung zur Herstellung eines Brennstoff-Oxidator-Vorgemisches umfaßt; die Mischungseinrichtung ist anWO 2004/026969 A2 discloses an apparatus and a method for the controlled production of nano-carbon black particles, the apparatus comprising a pore burner and a mixing device for producing a fuel-oxidizer premix; the mixing device is on
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28. Februar 2006 t-201/-280 den Porenbrenner gekoppelt, so daß diesem das Vorgemisch zuführbar ist. Das Vorgemisch wird durch den Porenbrenner verbrannt.February 28, 2006 t-201 / -280 coupled to the pore burner, so that it is the Vorgemisch fed. The premix is burned by the pore burner.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontrollierten Erzeugung von Nano-Rußpartikeln bereitzustellen, mit der bzw. dem sich eine hohe Rußpartikel-Ausbeute erzielen läßt.The invention has for its object to provide a device and a method for the controlled production of nano-carbon black particles, with or can achieve a high soot particle yield.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung (Rußgenerator) erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Brenner eine Abkühlungseinrich- tung zur Abkühlung der Brennerflamme zugeordnet ist.This object is achieved according to the invention in the device mentioned at the outset (soot generator) in that the burner is assigned a cooling device for cooling the burner flame.
Rußpartikel werden durch die Verbrennung des Brennstoffs erzeugt. In der Brennerflamme können aber bereits erzeugte Rußpartikel auch verbrennen. Es wurde deshalb in der WO 2004/026969 vorgeschlagen, einen Teilstrom abzu- saugen. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird die Brennerflamme über die Abkühlungseinrichtung abgekühlt, so daß die Verbrennung von bereits erzeugten Rußpartikeln verhinderbar ist. Dadurch läßt sich eine hohe Ausbeute erreichen, welche beispielsweise in der Größenordnung von 2 g pro Stunde an Rußpartikeln mit einem Durchmesser von 80 nm bis 100 nm liegen kann.Soot particles are generated by the combustion of the fuel. In the burner flame but already produced soot particles can also burn. It was therefore proposed in WO 2004/026969 to draw off a partial flow. In the solution according to the invention, the burner flame is cooled by the cooling device, so that the combustion of already generated soot particles can be prevented. As a result, a high yield can be achieved, which can be, for example, of the order of 2 g per hour of soot particles with a diameter of 80 nm to 100 nm.
Durch die Abkühlungseinrichtung läßt sich die Brennerflamme insbesondere in einem räumlich definierten Bereich löschen. Es wird dann eine Rußpartikel- Verteilung von zwischen in der Abkühlungseinrichtung und dem Brenner erzeugten Rußpartikeln eingefroren.By means of the cooling device, the burner flame can be extinguished, in particular in a spatially defined area. A soot particle distribution is then frozen between soot particles produced in the cooler and the burner.
Durch die Mischungseinrichtung zur Herstellung eines Brennstoff-Oxidator- Vorgemisches, welche an den Brenner gekoppelt ist, so daß diesem dasBy the mixing means for producing a fuel-Oxidator- premix, which is coupled to the burner, so that this
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28. Februar 2006 t-201/-280 Vorgemisch zuführbar ist, läßt sich auf reproduzierbare Weise der mittlere Partikeldurchmesser der erzeugten Nano-Rußpartikel einstellen. Es läßt sich eine homogene Rußbildungszone ausbilden.February 28, 2006 t-201 / -280 Premix can be fed, can be adjusted in a reproducible manner, the mean particle diameter of the nano-carbon black particles produced. It can form a homogeneous Rußbildzone.
Durch die erfindungsgemäße Lösung lassen sich Rußpartikel auf einfache Weise über einen Kamin (beispielsweise in der Form eines Ofenrohrs) abführen, welcher an dem Brenner positioniert ist. Dadurch läßt sich ein Rußpar- tikel-beladener Aerosolstrom im gesamten abführen, um so wiederum eine hohe Ausbeute zu erhalten.By means of the solution according to the invention, soot particles can be discharged in a simple manner via a chimney (for example in the form of a stovepipe), which is positioned on the burner. As a result, a soot particle-laden aerosol stream can be discharged throughout, so as to again obtain a high yield.
Insbesondere ist die Abkühlungseinrichtung in einem Abstand zu dem Brenner angeordnet. Dadurch kann sich eine Rußerzeugungszone ausbilden, in der Rußpartikel erzeugt werden. Durch die Abkühlungseinrichtung läßt sich die nachfolgende Verbrennung eines Großteils der erzeugten Rußpartikel verhin- dem.In particular, the cooling device is arranged at a distance from the burner. This may form a soot forming zone in which soot particles are generated. By means of the cooling device, the subsequent combustion of a large part of the produced soot particles can be prevented.
Insbesondere ist die Abkühlungseinrichtung bezogen auf die Schwerkraftrichtung oberhalb des Brenners angeordnet. Es können dann Rußpartikel in einem Kamin nach oben abgeführt werden, um sie einer Anwendung wie beispiels- weise einem Teststand zuführen zu können.In particular, the cooling device is arranged above the burner with respect to the direction of gravity. It can then be removed soot particles in a chimney to the top to be able to perform an application such as a test stand.
Es ist insbesondere vorgesehen, daß die Abkühlungseinrichtung an einem Dϊffusor und/oder in der Nähe eines Diffusors angeordnet ist. Über einen Diffusor läßt sich ein Rußpartikel-beladener Aerosolstrom auf einfache Weise abführen; es muß beispielsweise keine Pumpe vorgesehen werden. Durch die Anordnung der Abkühlungseinrichtung an oder in der Nähe des Diffusors läßtIt is provided in particular that the cooling device is arranged on a Dϊffusor and / or in the vicinity of a diffuser. Via a diffuser, a soot-laden aerosol stream can be discharged in a simple manner; For example, no pump has to be provided. By the arrangement of the cooling device at or near the diffuser leaves
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28. Februar 2006 t-201/-280 sich eine effektive Abkühlung erreichen und insbesondere läßt sich auf effektive Weise die Brennerflamme in einem räumlich definierten Bereich löschen.February 28, 2006 t-201 / -280 Achieve effective cooling and in particular can be effectively erase the burner flame in a spatially defined area.
Günstig ist es, wenn die Abkühlungseinrichtung mindestens teilweise in einem Kamin angeordnet ist, über den Rußpartikel abführbar sind. Dadurch ist für eine effektive Abführung gesorgt. Einer Anwendung läßt sich ein Aerosolstrom mit hoher Rußpartikel-Ausbeute zuführen.It is advantageous if the cooling device is arranged at least partially in a chimney, via which soot particles can be discharged. This ensures effective discharge. One application can deliver an aerosol stream with high soot particle yield.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Abkühlungseinrichtung so ange- ordnet und ausgebildet ist, daß die Brennerflamme in einem vorgegebenen Bereich unter die Verbrennungstemperatur von Kohlenstoff abkühlbar ist und insbesondere löschbar ist. Dadurch wird auf effektive Weise die Verbrennung von erzeugten Rußpartikeln verhindert. Insbesondere wird eine Rußpartikel- Verteilung von erzeugten Rußpartikeln eingefroren.It is particularly advantageous if the cooling device is arranged and configured in such a way that the burner flame can be cooled below the combustion temperature of carbon in a predetermined range and, in particular, can be extinguished. This effectively prevents the combustion of generated soot particles. In particular, a soot particle distribution of produced soot particles is frozen.
Bei einer konstruktiv einfachen Ausführungsform ist durch die Abkühlungseinrichtung ein Inertgas in die Brennerflamme blasbar. Durch das Inertgas wird die Rußpartikel-Konzentration herabgesetzt und die Oxidator-Konzentration herabgesetzt. Dies führt zu einer Abkühlung; insbesondere läßt sich die Brennerflamme an der Abkühlungseinrichtung löschen.In a structurally simple embodiment, an inert gas can be blown into the burner flame by the cooling device. The inert gas reduces the soot particle concentration and reduces the oxidizer concentration. This leads to a cooling; in particular, the burner flame can be extinguished at the cooling device.
Es kann dabei vorgesehen sein, daß durch die Abkühlungseinrichtung Inertgas quer zur Schwerkraftrichtung in die Brennerflamme einblasbar ist. Dadurch läßt sich auf effektive Weise die Temperatur herabsetzen.It can be provided that can be blown through the cooling device inert gas transversely to the direction of gravity in the burner flame. As a result, the temperature can be effectively reduced.
Es kann auch vorgesehen sein, daß durch die Abkühlungseinrichtung Inertgas in einer Abführungsrichtung von erzeugten Rußpartikeln einblasbar ist. Dadurch läßt sich die Temperatur weiter herabsetzen. Es läßt sich das AerosolIt can also be provided that inert gas can be blown through the cooling device in a discharge direction of soot particles produced. As a result, the temperature can be further reduced. It can be the aerosol
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28. Februar 2006 t-201/-280 verdünnen und damit stabilisieren. Auch die Abführung wird verbessert.February 28, 2006 t-201 / -280 dilute and stabilize with it. The discharge is also improved.
Bei einer konstruktiv einfachen Ausführungsform weist die Abkühlungseinrichtung mindestens ein Rohr auf, durch welches Inertgas führbar ist, wobei das mindestens eine Rohr eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist. Über das mindestens eine Rohr läßt sich auf einfache Weise Inertgas in eine Brennerflamme einblasen. Insbesondere wenn eine Mehrzahl von Rohren vorgesehen ist, läßt sich auf effektive Weise die Brennerflamme abkühlen und insbesondere löschen. An dem mindestens einen Rohr kann das Aerosol vorbeiströmen, um das Rußpartikel-beladene Aerosol einer Anwendung zuführen zu können.In a structurally simple embodiment, the cooling device has at least one tube, through which inert gas can be guided, wherein the at least one tube has a plurality of openings. About the at least one tube can be easily injected inert gas in a burner flame. In particular, when a plurality of tubes is provided, the burner flame can be effectively cooled and in particular extinguished. The aerosol can flow past the at least one tube in order to be able to feed the soot-laden aerosol to an application.
Insbesondere ist das mindestens eine Rohr parallel zum Brenner angeordnet. Dadurch läßt sich auf einfache und effektive Weise eine Abkühlung der Brennerflamme erreichen, um das Verbrennen von Rußpartikeln zu verhindern.In particular, the at least one tube is arranged parallel to the burner. As a result, a cooling of the burner flame can be achieved in a simple and effective manner in order to prevent the burning of soot particles.
Insbesondere sind die Öffnungen in einem Kamin positioniert. Dadurch läßt sich innerhalb des Kamins in die Brennerflamme Inertgas einblasen, um einen Abkühlungseffekt zu erreichen.In particular, the openings are positioned in a chimney. As a result, inert gas can be injected into the burner flame within the chimney in order to achieve a cooling effect.
Es kann vorgesehen sein, daß die Abkühlungseinrichtung eine Mehrzahl von Rohren aufweist, welche in fluidwirksamer Weise mit mindestens einem Verteiler verbunden sind. Dadurch läßt sich die Abkühlungseinrichtung als ein "Rohrgitter" ausbilden, wobei der mindestens eine Verteiler für die Zuführung von Inertgas sorgt.It can be provided that the cooling device comprises a plurality of tubes, which are connected in a fluid-effective manner with at least one distributor. As a result, the cooling device can be formed as a "pipe grid", wherein the at least one distributor provides for the supply of inert gas.
Beispielsweise sind ein erster Verteiler und ein zweiter Verteiler vorgesehen, zwischen welchen Rohre angeordnet sind. Über einen solchen ersten VerteilerFor example, a first distributor and a second distributor are provided, between which tubes are arranged. About such a first distributor
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28. Februar 2006 t-201/-280 und einen zweiten Verteiler läßt sich an ein Rohr auch von zwei Enden her in Gegenstromrichtung Inertgas einkoppeln. Dies trägt dazu bei, daß eine effektive Abkühlung einer Brennerflamme durchführbar ist.February 28, 2006 t-201 / -280 and a second manifold can be coupled to a pipe from two ends ago in the countercurrent inert gas. This contributes to the fact that an effective cooling of a burner flame is feasible.
Insbesondere sind über einen ersten Verteiler und einen zweiten Verteiler Inertgas in ein Rohr von gegenläufigen Enden her einkoppelbar. Dadurch läßt sich die effektive Inertgasstrom-Beaufschlagung der Brennerflamme erreichen.In particular, inert gas can be introduced into a tube from opposite ends via a first distributor and a second distributor. As a result, the effective inert gas flow of the burner flame can be achieved.
Es kann eine Verdünnungseinrichtung der Abkühlungseinrichtung nachgeordnet sein. Über die Verdünnungseinrichtung läßt sich die Konzentration der Rußpartikel in dem Aerosolstrom definiert einstellen. Über die Verdünnungseinrichtung wird insbesondere ein Inertgas in einen Ausgangs-Aerosol-Strom eingeblasen. Die Verdünnungseinrichtung ist insbesondere steuerbar und/oder regelbar.It can be arranged downstream of a thinning device of the cooling device. The concentration of the soot particles in the aerosol stream can be set in a defined manner via the dilution device. In particular, an inert gas is injected into an outlet aerosol stream via the dilution device. The dilution device is in particular controllable and / or controllable.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn der Brenner ein Porenbrenner ist. Durch einen Porenbrenner läßt sich eine homogene Verbrennungszone und damit Rußbildungszone ausbilden, wobei die räumliche und zeitliche Homogenität gewährieistbar ist. Damit ist die Verbrennungszone und somit die Rußbildungszone stabil ausbildbar und damit wiederum lassen sich Nano-Rußparti- kel in jeder Größe erzeugen. Durch Einstellung des Mischungsverhältnisses läßt sich der mittlere Durchmesser der erzeugten Nano-Rußpartikel einstellen. Es ist dabei insbesondere vorgesehen, daß die Herstellung von Nano-Rußpartikeln bezüglich Größe und/oder Konzentration kontrolliert ist.It has proven to be advantageous if the burner is a pore burner. By a pore burner can form a homogeneous combustion zone and thus soot formation zone, the spatial and temporal homogeneity is gewährieistbar. Thus, the combustion zone and thus the soot formation zone can be stably formed and, in turn, nano soot particles of any size can be produced. By adjusting the mixing ratio, the average diameter of the nano-carbon black particles produced can be adjusted. It is provided in particular that the production of nano-carbon black particles in size and / or concentration is controlled.
Günstig ist es, wenn an einem Kamin eine Bersteinrichtung angeordnet ist. Die Bersteinrichtung umfaßt insbesondere eine Berstplatte, welche beispielsweiseIt is favorable if a bursting device is arranged on a chimney. The bursting device comprises in particular a bursting plate, which, for example
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28. Februar 2006 t-201/-280 in Form einer Folie ausgebildet ist. Es ist dadurch eine Sollbruchstelle wie beispielsweise im Falle einer Explosion innerhalb des Kamins bereitgestellt.February 28, 2006 t-201 / -280 is formed in the form of a film. It is thus provided a predetermined breaking point such as in the case of an explosion within the fireplace.
Insbesondere ist die Bersteinrichtung an einem oberen Ende des Kamins an- geordnet.In particular, the bursting device is arranged at an upper end of the chimney.
Eine homogene Verbrennung ohne Stöchiometrie-Gradienten läßt sich erreichen, wenn die Mischungseinrichtung dem Brenner vorgeschaltet ist. Dadurch läßt sich eine homogene Rußbildungszone ausbilden, so daß wiederum Nano- Rußpartikel mit definierter Größenverteilung gebildet werden.A homogeneous combustion without stoichiometric gradient can be achieved if the mixing device is connected upstream of the burner. As a result, a homogeneous Rußbildzone can form, so that in turn nano carbon black particles are formed with a defined size distribution.
Einer konstruktiv einfachen Ausführungsform ist die Mischungseinrichtung durch eine Mischstrecke entsprechender Länge gebildet, um so für eine homogene Vormischung von Brennstoff und Oxidator vor Zutritt zu dem Brenner zu sorgen.In a structurally simple embodiment, the mixing device is formed by a mixing section of corresponding length so as to ensure a homogeneous premixing of fuel and oxidizer against access to the burner.
Das entsprechende Verhältnis an Brennstoff und Oxidator in dem Vorgemisch läßt sich auf einfache Weise einstellen, wenn ein Masseflußregler zur Einstellung des Masseflusses von Brennstoff zur Mischungseinrichtung vorgesehen ist. Aus demselben Grund ist es günstig, wenn ein Masseflußregler zur Einstellung des Masseflusses von Oxidator zur Mischungseinrichtung vorgesehen ist. Durch entsprechende Einstellung der Masseflüsse und damit des Verhältnisses der Masseflüsse läßt sich das Stöchiometrie-Verhältnis einstellen. Bei einem Verhältnis Φ von Brennstoff zu Oxidator von größer 1 erhält man ein fettes Gemisch, bei dessen Verbrennung sich Rußpartikel bilden. Statt Masseflußregler für Oxidator und Brennstoff können auch andere flußbegrenzende Elemente wie beispielsweise kritische Düsen eingesetzt werden. Es können auchThe corresponding ratio of fuel and oxidizer in the premix can be easily adjusted if a mass flow controller is provided for adjusting the mass flow of fuel to the mixing device. For the same reason, it is favorable if a mass flow controller is provided for adjusting the mass flow of oxidizer to the mixing device. By appropriate adjustment of the mass flows and thus the ratio of the mass flows, the stoichiometric ratio can be adjusted. With a ratio Φ of fuel to oxidizer of greater than 1, a rich mixture is obtained, during which combustion soot particles form. Instead of mass flow controller for oxidizer and fuel other flow-limiting elements such as critical nozzles can be used. It can too
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28. Februar 2006 t-201/-280 verschiedene Paare flußbegrenzender kritischer Düsen für unterschiedliche Stöchiometrien eingesetzt werden. Beispielsweise werden schaltbare Paare von kritischen Düsen verwendet, so daß durch einfaches Umschalten auf andere kritische Düsen andere Stöchiometrien und damit andere Partikeldurchmesser bzw. Partikelgrößen-Verteilungen eingestellt werden können.February 28, 2006 t-201 / -280 different pairs of flow restricting critical nozzles can be used for different stoichiometries. For example, switchable pairs of critical nozzles are used so that other stoichiometries and thus other particle diameters or particle size distributions can be adjusted by simply switching to other critical nozzles.
Zur Ausbildung einer homogenen Verbrennungszone und damit Rußbildungszone ist es günstig, wenn der Brenner einen Verteilungsraum umfaßt, welcher an die Mischungseinrichtung gekoppelt ist und welcher durch eine Porenplatte begrenzt ist. Über einen Mischungsraum der Mischungseinrichtung läßt sich dann in einem räumlichen Bereich das homogene Vorgemisch aus Brennstoff und Oxidator führen, um so für eine stabile Flammenbildung zu sorgen und damit um eine reproduzierbare Rußpartikelbildung.To form a homogeneous combustion zone and thus soot formation zone, it is advantageous if the burner comprises a distribution space which is coupled to the mixing device and which is delimited by a pore plate. Over a mixing space of the mixing device can then lead in a spatial range, the homogeneous premix of fuel and oxidizer, so as to provide a stable flame formation and thus to a reproducible soot particles.
Günstig ist es, wenn der Verteilungsraum zylindrisch ausgebildet ist, da sich so eine definierte Verbrennungszone ausbilden läßt, die bezüglich des seitlichen Eindringens von Luft und des Eindringens von Luft von oben auf einfache Weise geschützt werden kann, um so wiederum auch am Rande der Verbrennungszone Masseverhältnis-Gradienten zu vermeiden.It is favorable if the distribution space is cylindrically formed, since a defined combustion zone can be formed in this way, which can be protected in a simple manner with respect to the lateral penetration of air and the ingress of air from above, in turn also at the edge of the combustion zone To avoid gradients.
Es ist günstig, wenn um den Verteilungsraum für das Brennstoff-Oxidator- Gemisch ein Verteilungsraum für Inertgas angeordnet ist. Es läßt sich dann über diesen Verteilungsraum eine Strömung von Inertgas (Coflow) um die Verbrennungszone beispielsweise in der Art einer Ringströmung ausbilden. Diese Strömung verhindert das seitliche Eindringen von Luft in die Verbrennungszone und gewährleistet damit eine Homogenität der Rußbildungszone aufgrund der Verhinderung der Ausbildung von Masseverhältnis-Gradienten.It is favorable if a distribution space for inert gas is arranged around the distribution space for the fuel-oxidizer mixture. It can then be formed over this distribution space a flow of inert gas (coflow) to the combustion zone, for example in the manner of a ring flow. This flow prevents the lateral entry of air into the combustion zone and thus ensures a homogeneity of the Rußbildzone due to the prevention of the formation of mass ratio gradient.
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28. Februar 2006 t-201/-280 Günstig ist es, wenn der Verteiiungsraum für Inertgas ringförmig ausgebildet ist, um so den Coflow von Inertgas in die Verbrennungszone einschließen zu können. Mittels des Verteilungsraums ist dann Inertgas um eine Verbren- nungszone ausströmbar, um diese gegen das seitliche Eindringen von Luft zu schützen.February 28, 2006 t-201 / -280 It is favorable if the distribution space for inert gas is ring-shaped, so as to be able to enclose the coflow of inert gas into the combustion zone. By means of the distribution space, inert gas can then be expelled around a combustion zone in order to protect it against the lateral ingress of air.
Günstig ist es, wenn eine Analysator-Vorrichtung für Rußpartikel vorgesehen ist. Dadurch läßt sich der erzeugte Aeorosol-Strom charakterisieren.It is favorable if an analyzer device is provided for soot particles. This characterizes the generated aerosol stream.
Insbesondere umfaßt die Analysator-Vorrichtung einen elektrostatischen Klassifizierer. Bei einem solchen elektrostatischen Klassifizierer werden die Rußpartikel aufgeladen, beispielsweise durch eine radioaktive Quelle, und durchlaufen dann ein elektrisches Feld. Ihre Beweglichkeit in diesem elek- trischen Feld (elektrostatische Beweglichkeit) hängt von ihrer Größe ab. Durch die Bestimmung der Beweglichkeit, beispielsweise über eine Wegstreckenermittlung, läßt sich die Größenverteilung der erzeugten Nano-Rußpartikel bestimmen.In particular, the analyzer device comprises an electrostatic classifier. In such an electrostatic classifier, the soot particles are charged, for example by a radioactive source, and then undergo an electric field. Their mobility in this electric field (electrostatic mobility) depends on their size. By determining the mobility, for example via a distance determination, the size distribution of the nano-carbon black particles produced can be determined.
Es kann vorgesehen sein, daß die Analysator-Vorrichtung einen Kondensationsteilchen-Zähler umfaßt. Es läßt sich dann auf optische Weise auch bei Rußpartikeln mit Größen im Nanometerbereich eine Größenverteilung optisch bestimmen.It may be provided that the analyzer device comprises a condensation particle counter. It is then possible to visually determine a size distribution optically even with soot particles with sizes in the nanometer range.
Vorteilhaft ist es, wenn eine Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung vorgesehen ist, mittels der eine Gemischzusammensetzung des Brennstoff-It is advantageous if a control and / or regulating device is provided by means of which a mixture composition of the fuel
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28. Februar 2006 t-201/-280 Oxidator-Gemisches steuerbar und/oder regelbar ist. Dadurch kann bei einer bestimmten Voreinstellung von Φ eine mittlere Partikelgröße erhalten werden.February 28, 2006 t-201 / -280 Oxidator mixture is controllable and / or regulated. As a result, an average particle size can be obtained with a specific presetting of .phi.
Insbesondere ist die Gemischzusammensetzung in Abhängigkeit einer gemes- senen Partikelgröße erzeugter Rußpartikel steuerbar und/oder regelbar. Aufgrund der hohen Reproduzierbarkeit der Rußpartikel-Verteilung bei der kontrollierten Erzeugung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann, wenn beispielsweise Rußpartikel mit einem bestimmten mittleren Durchmesser für eine Anwendung benötigt werden, ein Regelkreis aufgebaut werden, bei dem die Analysator-Vorrichtung die Partikelgrößen-Verteilung mißt und diese Werte dann an die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung weitergibt. Diese wiederum regelt dann die Masseflüsse für die Gemischbildung derart, daß die gewünschte Partikelgrößen-Verteilung erreicht wird. Dadurch läßt sich beispielsweise vor der Zuführung zu einer Anwendung ein definierter Aerosol- Strom einstellen.In particular, the mixture composition can be controlled and / or regulated as a function of a measured particle size of produced soot particles. Due to the high reproducibility of the soot particle distribution in the controlled production with the device according to the invention, when, for example, soot particles with a certain mean diameter are required for an application, a control loop can be constructed in which the analyzer device measures the particle size distribution and these Values then passes on to the control and / or regulating device. This in turn regulates the mass flows for the mixture formation in such a way that the desired particle size distribution is achieved. As a result, for example, a defined aerosol flow can be adjusted before being fed to an application.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren zur kontrollierten Erzeugung von Nano-Rußpartikeln ein vorgemischtes Gemisch von Brennstoff und Oxidator verbrannt wird und eine Brennerflamme unter die Verbrennungstemperatur von Kohlenstoff gekühlt wird.The aforementioned object is further achieved according to the invention in that in a method for the controlled production of nano-carbon black particles, a premixed mixture of fuel and oxidizer is burned and a burner flame is cooled below the combustion temperature of carbon.
Insbesondere wird die Brennerflamme in einem räumlich definierten Bereich gekühlt. Sie kann dabei gelöscht werden.In particular, the burner flame is cooled in a spatially defined area. It can be deleted.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläuterten Vorteile auf.The method according to the invention has the advantages already explained in connection with the device according to the invention.
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28. Februar 2006 t-201/-280 Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert.February 28, 2006 t-201 / -280 Further advantageous embodiments have also already been explained in connection with the device according to the invention.
Wenn die Kühlung in einem räumlich definierten Bereich erfolgt, läßt sich gewährleisten, daß sich eine Verbrennungszone mit einer Rußbildungszone ausbilden kann. Weiterhin wird die nachfolgende Verbrennung von erzeugten Rußpartikeln verhindern.If the cooling takes place in a spatially defined area, it can be ensured that a combustion zone can form with a soot formation zone. Furthermore, the subsequent combustion of generated soot particles will prevent.
Günstig ist es, wenn die Brennerflamme bis zum Erlöschen gekühlt wird. Dadurch ist sichergestellt, daß keine weitere Verbrennung stattfinden kann. Es läßt sich dadurch eine Rußpartikel-Größenverteilung einfrieren.It is favorable if the burner flame is cooled to extinction. This ensures that no further combustion can take place. It can thereby freeze a soot particle size distribution.
Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:The following description of a preferred embodiment is used in conjunction with the drawings for a more detailed explanation of the invention. Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kontrollierten Er- zeugung von Nano-Rußpartikeln (Rußgenerator) undFigure 1 is a schematic representation of an embodiment of an inventive device for the controlled production of nano-soot particles (soot generator) and
Figur 2 eine Querschnittsansicht längs der Linie 2-2 gemäß Figur 1.FIG. 2 shows a cross-sectional view along the line 2-2 according to FIG. 1.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kontrollier- ten Erzeugung von Nano-Rußpartikeln, welches in Figur 1 mit 10 bezeichnet ist, umfaßt einen Brenner wie beispielsweise einen Porenbrenner 12 mit einemAn embodiment of a device according to the invention for the controlled production of nano-carbon black particles, which is denoted by 10 in FIG. 1, comprises a burner such as, for example, a pore burner 12 with a
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28. Februar 2006 t-201/-280 Gehäuse 14, in welchem ein Verteilungsraum 16 gebildet ist. Dieser Verteilungsraum 16 ist zylindrisch ausgebildet mit einer Achse 18 und durch eine Porenplatte 20 abgedeckt. Die Porenplatte 20 ist mit Poren versehen, die einen Gasdurchlaß von dem Verteilungsraum 16 in eine oberhalb der Porenplatte 20 angeordnete Verbrennungszone 22 ermöglicht, wobei das Gas aus dem Verteilungsraum 16 gleichmäßig über die Fläche der Porenplatte 20 in die Verbrennungszone 22 führbar ist; ein Rückschlag der Verbrennung des Gases in den Verteilungsraum 16 wird durch die Porenplatte 20 verhindert.February 28, 2006 t-201 / -280 Housing 14, in which a distribution space 16 is formed. This distribution space 16 is cylindrical with an axis 18 and covered by a pore plate 20. The pore plate 20 is provided with pores which allow passage of gas from the distribution space 16 into a combustion zone 22 disposed above the pore plate 20, the gas from the distribution space 16 being uniform across the surface of the pore plate 20 into the combustion zone 22; a backlash of the combustion of the gas in the distribution space 16 is prevented by the pore plate 20.
Die Porenplatte 20 ist insbesondere aus einem metallischen Material wieThe pore plate 20 is in particular made of a metallic material such as
Bronze hergestellt, wobei die Poren beispielsweise mittels Sintern von Metall- kügelchen gebildet werden.Bronze, wherein the pores are formed for example by sintering of metal beads.
Es kann vorgesehen sein, daß in der Porenplatte 20 Kühlkanäle zur Kühlung angeordnet sind.It can be provided that in the pore plate 20 cooling channels are arranged for cooling.
Die Porenplatte 20 ist als Scheibe ausgebildet mit einem kreisförmigen Querschnitt. Der Durchmesser ist größer als der des Verteilungsraums 16. Sie deckt neben dem Verteilungsraum 16 auch einen um den Verteilungsraum 16 ange- ordneten Ringraum 24 ab, wobei dieser Ringraum 24 über eine Ringwand 26 gasdicht von dem Verteilungsraum 16 getrennt ist.The pore plate 20 is formed as a disc having a circular cross section. The diameter is larger than that of the distribution space 16. In addition to the distribution space 16, it also covers an annular space 24 arranged around the distribution space 16, this annular space 24 being separated from the distribution space 16 in a gas-tight manner via an annular wall 26.
Über den Ringraum 24 läßt sich eine Strömung eines Inertgases um die Verbrennungszone 22 ausbilden. Dazu führt insbesondere von einer der Poren- platte 20 abgewandten Seite her ein Zuführungskanal 28 in den Ringraum 24. Über beispielsweise einen Masseflußregler 30 läßt sich der Massefluß vonVia the annular space 24, a flow of an inert gas around the combustion zone 22 can be formed. For this purpose, in particular a feed channel 28 leads into the annular space 24 from a side facing away from the pore plate 20. Via a mass flow regulator 30, for example, the mass flow of
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28. Februar 2006 t-201/-280 Inertgas in den Ringraum 24 steuern bzw. regeln und damit der Strömungsdurchsatz von Inertgas wie Stickstoff oder ein Edelgas durch einen Ringraumbereich 32 der Porenplatte 20 steuern bzw. regeln.February 28, 2006 t-201 / -280 Control or regulate inert gas in the annular space 24 and thus control or regulate the flow rate of inert gas such as nitrogen or a noble gas through an annulus area 32 of the pore plate 20.
Dem Verteilungsraum 16 wird zur Erzeugung von Nano-Rußpartikeln ein Gemisch aus einem Brennstoff, bei dem es sich insbesondere um einen gasförmigen Kohlenwasserstoff wie Methan, Ethan, Ethen, Ethin, Propan, Propen, Propin, Butan, Buten, Butin usw. handeln kann, und einem Oxidator wie Luft oder einem Sauerstoff-Inertgas-Gemisch zugeführt. Es können auch höher- siedende und insbesondere flüssige Kohlenwasserstoffe verwendet werden, wenn diese zuvor verdampft werden.The distribution space 16 is a mixture of a fuel, which may be in particular a gaseous hydrocarbon such as methane, ethane, ethene, ethyne, propane, propene, propyne, butane, butene, butyne, etc., for the production of nano-carbon black particles, and an oxidizer such as air or an oxygen-inert gas mixture supplied. It is also possible to use higher-boiling and, in particular, liquid hydrocarbons, if they have been previously evaporated.
Dem Porenbrenner 12 ist eine Mischungseinrichtung 34 vorgeschaltet, in welcher ein Vorgemisch aus dem Brennstoff und dem Oxidator erzeugt wird. Die Mischungseinrichtung 34 ist beispielsweise durch eine Mischstrecke entsprechender Länge ausgebildet, in der sich Brennstoff und Oxidator mischen können. Das Vorgemisch wird dann über eine Zuführungsieitung 36 in den Verteilungsraum 16 des Porenbrenners 12 eingekoppelt, wobei vorzugsweise die Zuführungsleitung 36 an eine der Porenplatte 20 gegenüberliegende Seite des Porenbrenners 12 angeschlossen ist.The pore burner 12 is preceded by a mixing device 34, in which a premix of the fuel and the oxidizer is generated. The mixing device 34 is formed for example by a mixing section of appropriate length, in which fuel and oxidizer can mix. The premix is then coupled via a Zuführungsieitung 36 in the distribution space 16 of the porous burner 12, wherein preferably the supply line 36 is connected to a pore plate 20 opposite side of the pore burner 12.
Um das Vorgemisch aus Brennstoff und Oxidator, welches dann dem Porenbrenner 12 zugeführt wird, in der Mischungseinrichtung 34 zu erzeugen, ist an diese eine Zuführung 38 für Brennstoff und eine Zuführung 40 für Oxidator gekoppelt, um in einem Mischraum 42 der Mischungseinrichtung 34 das Vorgemisch zu erzeugen.In order to produce the premix of fuel and oxidizer, which is then supplied to the pore burner 12, in the mixing device 34, a fuel supply 38 and an oxidizer supply 40 are coupled to it to supply the premix to the mixing device 34 in a mixing space 42 produce.
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28. Februar 2006 t-201/-280 Die der Mischungseinrichtung 34 zugeführte Menge an Brennstoff ist über einen Masseflußregler 44 einstellbar und die der Mischungseinrichtung 34 zugeführte Menge an Oxidator ist, beispielsweise über einen Masseflußregler 46 einstellbar.February 28, 2006 t-201 / -280 The amount of fuel supplied to the mixing device 34 is adjustable via a mass flow controller 44 and the amount of oxidizer supplied to the mixing device 34 is adjustable, for example via a mass flow controller 46.
Um Nano-Rußpartikel bei der Verbrennung des Brennstoffes zu erzeugen, muß der Anteil des Brennstoffs größer sein als der des Oxidators, so daß die Verbrennung bei Brennstoffüberschuß erfolgt. Das entsprechende Verhältnis wird durch das Symbol Φ charakterisiert. Bei Φ > 1 liegt ein fettes Gemisch vor, bei dessen Verbrennung sich Ruß bilden kann; Φ = 1 bedeutet stöchiometrische Verbrennung.In order to produce nano soot particles in the combustion of the fuel, the proportion of the fuel must be greater than that of the oxidizer, so that the combustion takes place at excess fuel. The corresponding ratio is characterized by the symbol Φ. At Φ> 1, there is a rich mixture which can form soot upon combustion; Φ = 1 means stoichiometric combustion.
Oberhalb (bezogen auf die Schwerkraftrichtung) des Porenbrenners 12 ist ein Kaminrohr 48 zur Bildung eines Kamins 50 angeordnet. Durch Zugbildung wird für eine Stabilisierung der Verbrennungsflamme gesorgt. Über das Kaminrohr 48 lassen sich erzeugte Rußpartikel abführen.Above (with respect to the direction of gravity) of the porous burner 12, a chimney pipe 48 is arranged to form a chimney 50. Train formation provides stabilization of the combustion flame. About the chimney pipe 48 produced soot particles can be removed.
In dem Kaminrohr 48 ist oberhalb des Porenbrenners 12 ein Diffusor 52 angeordnet. Der Diffusor 52 ist beispielsweise durch einen Hohlkegelabschnitt ge- bildet, welcher nach oben offen ist. Eine (gedachte) Spitze des entsprechenden Kegels liegt auf der Achse 18.In the chimney pipe 48, a diffuser 52 is disposed above the pore burner 12. The diffuser 52 is formed by a hollow cone section, for example, which is open at the top. An (imaginary) tip of the corresponding cone lies on the axis 18.
Wände 54 des Diffusors 52 liegen beispielsweise an dem Porenbrenner 12 an oder in der Nähe der Porenplatte 20 an. Der Ringraum 24 weist eine oder mehrere Öffnungen 56 (beispielsweise in Porenform) zu den Wänden 54 hin auf. Es kann dann Inertgas nach oben strömen und dabei an den Wänden 54 entlangströmen. Dadurch läßt sich eine Kondensation von Ruß an den WändenWalls 54 of the diffuser 52 abut, for example, on the pore burner 12 at or in the vicinity of the pore plate 20. The annulus 24 has one or more openings 56 (eg, in pore shape) toward the walls 54. It can then flow up inert gas while flowing along the walls 54. This allows a condensation of soot on the walls
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28. Februar 2006 t-201/-280 54 weitgehend vermeiden. Dadurch wiederum läßt sich die Rußbildung in der Verbrennungszone 22 homogener gestalten.February 28, 2006 t-201 / -280 54 largely avoided. In turn, the formation of soot in the combustion zone 22 can be made more homogeneous.
Der Diffusor 52 fördert die Stabilisierung der Brennerflamme.The diffuser 52 promotes the stabilization of the burner flame.
Dem Porenbrenner 12 ist eine Abkühlungseinrichtung 58 zugeordnet. Diese ist mindestens teilweise in dem Kaminrohr 48 in einem Abstand zu der Porenplatte 20 angeordnet. Die Abkühlungseinrichtung 58 dient dazu, die Brennerflamme so weit abzukühlen, daß Kohlenstoff nicht mehr verbrannt wird, das heißt, daß entstandene Rußpartikel nicht mehr verbrannt werden. Insbesondere erfolgt eine Abkühlung unter eine Temperatur von ca. 6000C. Es kann dabei vorgesehen sein, daß die Brennerflamme an der Abkühlungseinrichtung 58 gelöscht wird.The pore burner 12 is associated with a cooling device 58. This is at least partially disposed in the chimney pipe 48 at a distance from the pore plate 20. The cooling device 58 serves to cool the burner flame so far that carbon is no longer burned, that is, resulting soot particles are no longer burned. In particular, cooling takes place below a temperature of about 600 ° C. It can be provided that the burner flame at the cooling device 58 is extinguished.
Durch die zu der Porenplatte 20 beabstandete Abkühlungseinrichtung 58 kann in der Verbrennungszone 22 das Brennstoff-Oxidator-Gemisch verbrennen und es werden dabei Rußpartikel erzeugt. Die Verbrennungszone 22 unterhalb der Abkühlungseinrichtung 58 ist somit eine Rußerzeugungszone. Durch die Ab- kühlungseinrichtung 58 wird die Oxidation der erzeugten Rußpartikel verhin- dert. Dadurch können die erzeugten Rußpartikel über das Kaminrohr 48 nach oben abgeführt werden.By way of the cooling device 58, which is at a distance from the pore plate 20, the fuel-oxidizer mixture can burn in the combustion zone 22 and soot particles are produced. The combustion zone 22 below the cooling device 58 is thus a soot production zone. By the cooling device 58, the oxidation of the produced soot particles is prevented. As a result, the generated soot particles can be removed via the chimney pipe 48 upwards.
Ein Ausführungsbeispiel einer Abkühlungseinrichtung 58 umfaßt, wie in Figur 2 gezeigt, eine Mehrzahl von beabstandeten Rohren 60a, 60b, 60c, 6Od, 6Oe, 6Of. Diese Rohre sind parallel zueinander ausgerichtet mit einer Längsrichtung, welche quer und insbesondere senkrecht zur Achse 18 liegt. Die Rohre 60a,An embodiment of a cooling device 58 comprises, as shown in Figure 2, a plurality of spaced tubes 60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f. These tubes are aligned parallel to each other with a longitudinal direction which is transverse and in particular perpendicular to the axis 18. The tubes 60a,
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28. Februar 2006 t-201/-280 6Ob7 60c, 6Od, 6Oe, 6Of liegen parallel zu der Porenplatte 20 (beabstandet zu dieser).February 28, 2006 t-201 / -280 6Ob 7 60c, 6Od, 6Oe, 6Of are parallel to the pore plate 20 (spaced therefrom).
Die Rohre 60a, 60b, 60c, 6Od, 6Oe, 6Of sind über ein jeweiliges Ende an ein erstes Verteilerrohr 62 gekoppelt, welches als erster Verteiler dient. Über das gegenüberliegende andere Ende sind sie an ein zweites Verteilerrohr 64 gekoppelt, welches als zweiter Verteiler dient. Das erste Verteilerrohr 62 und das zweite Verteilerrohr 64 sind beispielsweise parallel zueinander positioniert. Insbesondere sind das erste Verteilerrohr 62 und das zweite Verteilerrohr 64 außerhalb des Kamins 50 positioniert.The tubes 60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f are coupled via a respective end to a first manifold 62 which serves as a first manifold. Over the opposite other end, they are coupled to a second manifold 64, which serves as a second manifold. For example, the first manifold 62 and the second manifold 64 are positioned parallel to each other. In particular, the first manifold 62 and the second manifold 64 are positioned outside the chimney 50.
Durch entsprechende Zwischenräume 66a, 66b, 66c, 66d, 66e zwischen benachbarten Rohren 60a, 60b bzw. 60b, 60c bzw. 60c, 6Od bzw. 6Od, 6Oe bzw. 6Oe, 6Of können Rußpartikel in dem Kaminrohr 48 nach oben strömen.Through corresponding gaps 66a, 66b, 66c, 66d, 66e between adjacent tubes 60a, 60b and 60b, 60c and 60c, 6Od and 6Od, 6Oe and 6Oe, 6Of soot particles in the chimney pipe 48 can flow upwards.
Die Verteilerrohre 62, 64 sind an eine Quelle 68 für ein Inertgas wie Stickstoff oder ein Edelgas gekoppelt (Figur 1). Über eine Zuführungsleitung 70 läßt sich dann Inertgas in die Verteilerrohre 62, 64 einkoppeln.The manifolds 62, 64 are coupled to an inert gas source 68, such as nitrogen or a noble gas (Figure 1). Inert gas can then be coupled into the distributor pipes 62, 64 via a supply line 70.
Es kann dabei eine Abzweigung 72 vorgesehen sein, über welche das von der Quelle 70 gelieferte Inertgas in einen ersten Teilstrom 74 und in einen zweiten Teilstrom 76 aufteilbar ist, um dem ersten Verteilerrohr 62 bzw. dem zweiten Verteilerrohr 64 Inertgas zuführen zu können. Die Abzweigung 72 und die Zuführungsleitung 70 sind dabei vorzugsweise außerhalb des Kamins 50 ange- ordnet.A branch 72 may be provided, via which the inert gas supplied by the source 70 can be divided into a first partial flow 74 and a second partial flow 76 in order to be able to supply inert gas to the first distributor tube 62 or the second distributor tube 64. The branch 72 and the supply line 70 are preferably arranged outside the chimney 50.
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28. Februar 2006 t-201/-280 Der erste Teilstrom 74 in dem ersten Verteilerrohr 62 wird auf die Rohre 60a, 60b, 60c, 6Od, 6Oe, 6Of weiter aufgeteilt und von einem Ende her in diese eingekoppelt. Entsprechend wird der zweite Teiistrom 76 an dem zweiten Verteilerrohr 64 weiter aufgeteilt und über das andere Ende der Rohre 60a, 60b, 60c, 6Od, 6Oe, 6Of in diese eingekoppelt. Eine Einkopplungsrichtung 78 von dem ersten Verteilerrohr 62 her in die Rohre 60a, 60b, 60c, 6Od, 60e, 6Of ist dabei entgegengesetzt zu einer Einkopplungsrichtung 80 für die Einkopplung von Inertgas von dem zweiten Verteilerrohr 64 her über das gegenüberliegende Ende der Rohre.February 28, 2006 t-201 / -280 The first partial flow 74 in the first distributor tube 62 is further divided between the tubes 60a, 60b, 60c, 6Od, 6Oe, 6Of and coupled into them from one end. Accordingly, the second partial stream 76 is further divided at the second distributor pipe 64 and coupled into the latter via the other end of the pipes 60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f. A coupling-in direction 78 from the first distributor tube 62 into the tubes 60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f is opposite to a coupling-in direction 80 for the injection of inert gas from the second distributor tube 64 via the opposite end of the tubes.
Die Rohre 60a, 60b, 60c, 6Od, 6Oe, 6Of sind mit einer Mehrzahl von Öffnungen 82 versehen, über die Inertgas in dem Kaminrohr 48 ausströmen kann und dabei in die Brennerflamme strömen kann, um diese abzukühlen und insbesondere zu löschen.The tubes 60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f are provided with a plurality of openings 82 through which inert gas can flow out in the chimney pipe 48 and thereby flow into the burner flame in order to cool it and in particular to extinguish it.
Es ist dabei vorgesehen, daß die Rohre 60a usw. seitliche Öffnungen 84 aufweisen, welche eine quer zur Achse 18 orientierte jeweilige Mündung aufweisen. Dadurch kann Inertgas mindestens näherungsweise parallel zur Porenplatte 20 in die Brennerflamme geblasen werden.It is contemplated that the tubes 60a, etc. have lateral openings 84 which have a transverse to the axis 18 oriented respective mouth. As a result, inert gas can be blown into the burner flame at least approximately parallel to the pore plate 20.
Beispielsweise weist ein Rohr 60a usw. quer gegenüberliegende seitliche Öffnungen 84 auf, so daß eine Einströmung in entgegengesetzte Querrichtungen 86a, 86b ermöglicht ist.For example, a tube 60a, etc. has transversely opposite lateral openings 84 so as to allow inflow in opposite transverse directions 86a, 86b.
Es ist auch vorgesehen, daß die Abkühlungseinrichtung 58 nach oben offene Öffnungen 88 aufweist (Figur 1), über die Inertgas nach oben und beispielsweise mindestens näherungsweise parallel zur Achse 18 in das Kaminrohr 48It is also envisaged that the cooling device 58 has upwardly open openings 88 (Figure 1), via the inert gas upwards and for example at least approximately parallel to the axis 18 in the chimney pipe 48th
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28. Februar 2006 t-201/-280 strömen kann. Dadurch kann die Temperatur im Aerosol-Strom weiter abgesenkt werden. Weiterhin ist es möglich, das mit Rußpartikeln beladene Aerosol zu verdünnen und dabei zu stabilisieren. Auch die Abführung nach oben wird verbessert.February 28, 2006 t-201 / -280 can flow. As a result, the temperature in the aerosol stream can be lowered further. Furthermore, it is possible to dilute the aerosol loaded with soot particles and thereby stabilize it. The discharge to the top is improved.
Die Öffnungen 84 und 88 weisen einen Durchmesser auf, welcher im Bereich zwischen 0,1 mm bis 0,4 mm liegt.The openings 84 and 88 have a diameter which is in the range between 0.1 mm to 0.4 mm.
Die Rohre 60a usw., welche quer in dem Kaminrohr 48 sitzen, sind beispiels- weise aus Edelstahl hergestellt. Beispielsweise sind zwischen sechs und zwölf Rohre 60a usw. vorgesehen. Ein typischer Durchmesser dieser Rohre 60a usw. liegt in der Größenordnung von 3 mm.The tubes 60a, etc., which sit transversely in the chimney pipe 48, are made of stainless steel, for example. For example, between six and twelve pipes 60a, etc. are provided. A typical diameter of these tubes 60a, etc. is on the order of 3 mm.
Das Kaminrohr 48 ist oberhalb der Abkühlungseinrichtung 58 weitergeführt. Es weist einen Auskopplungsbereich 90 auf, über den erzeugte Rußpartikel abführbar sind. An den Auskopplungsbereich 90 ist insbesondere eine Abführungsleitung 92 gekoppelt, weiche zu einer Anwendung führt. Die Anwendung ist beispielsweise ein Objekt wie ein Filter, der mit den kontrolliert erzeugten Rußpartikeln beaufschlagt wird.The chimney pipe 48 is continued above the cooling device 58. It has a decoupling region 90, via which generated soot particles can be discharged. In particular, a discharge line 92, which leads to an application, is coupled to the extraction region 90. The application is, for example, an object such as a filter, which is acted upon by the controlled produced soot particles.
An einem oberen Ende 94 des Kamins 50 ist eine Bersteinrichtung 96 angeordnet. Diese umfaßt beispielsweise eine Berstplatte. Der Kamin 50 weist eine Öffnung 98 auf, welche durch die Berstplatte abgedeckt ist. Die Berstplatte ist beispielsweise in Form einer Folie ausgebildet. Beispielsweise einer Explosion in dem Kaminrohr 58 kann über die Bersteinrichtung 96 eine entsprechende Entlastung nach außen erfolgen.At a top 94 of the chimney 50, a bursting device 96 is disposed. This includes, for example, a bursting plate. The chimney 50 has an opening 98 which is covered by the bursting plate. The bursting plate is formed for example in the form of a film. For example, an explosion in the chimney pipe 58 can take place via the bursting device 96, a corresponding discharge to the outside.
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28. Februar 2006 t-201/-280 Es kann vorgesehen sein, daß in der Abführungsleitung 92 ein Diffusor 100 angeordnet ist. Ferner kann es vorgesehen sein, daß in der Abführungsleitung 92 eine Verdünnungseinrichtung 102 positioniert ist, wobei die Verdünnungseinrichtung 102 insbesondere dem Diffusor 100 nachgeordnet ist (bezogen auf die Strömungsrichtung des Aerosols in der Abführungsleitung 92). Über die Verdünnungseinrichtung 102 ist ein Inertgas wie Stickstoff oder ein Edelgas in den Aerosolstrom einkoppelbar, um die Rußpartikel-Konzentration im Aerosol- Strom einstellen zu können.February 28, 2006 t-201 / -280 It can be provided that in the discharge line 92, a diffuser 100 is arranged. Furthermore, provision may be made for a dilution device 102 to be positioned in the discharge line 92, the dilution device 102 being arranged downstream of the diffuser 100 (relative to the flow direction of the aerosol in the discharge line 92). Via the dilution device 102, an inert gas such as nitrogen or a noble gas can be coupled into the aerosol stream in order to be able to adjust the soot particle concentration in the aerosol stream.
Aus der Abführungsleitung 92 kann ein Aerosol-Teilstrom über eine Leitung 104 ausgekoppelt werden, um das Aerosol zu charakterisieren.From the discharge line 92, an aerosol partial stream can be coupled via a line 104 to characterize the aerosol.
Es ist auch möglich, daß der Aerosolstrom vollständig in die Leitung 104 einkoppelbar ist. Beispielsweise ist dazu ein Schieber 105 an der Abführungs- leitung 92 angeordnet, über welche die Abführungsleitung 92 so sperrbar ist, daß der gesamte Aerosoistrom in die Leitung 104 eingekoppelt wird.It is also possible that the aerosol stream can be completely coupled into the line 104. For example, a slide 105 is arranged on the discharge line 92, via which the discharge line 92 can be blocked so that the entire aerosol stream is coupled into the line 104.
Es kann eine Analysator-Vorrichtung 106 zur Messung der Partikelgröße in dem über die Leitung 104 abgeführten Aerosolstrom vorgesehen sein. Die Analysator-Vorrichtung 106 umfaßt beispielsweise einen elektrostatischen Klassifizierer, welcher die Rußpartikel gemäß ihrer elektrischen Mobilität charakterisiert.An analyzer device 106 for measuring the particle size in the aerosol stream discharged via the line 104 may be provided. The analyzer device 106 includes, for example, an electrostatic classifier that characterizes the soot particles according to their electrical mobility.
Ein elektrostatischer Klassifizierer trennt die Teilchen nach ihrer Größe, um so die Verteilung der Teilchengröße mit hoher Auflösung bestimmen zu können. Solche elektrostatischen Klassifizierer sind beispielsweise unter der Bezeichnung Modell 3081 Long DMA von der Firma TSI, St. Paul, MN, USA, bekannt.An electrostatic classifier separates the particles according to their size so as to be able to determine the distribution of the particle size with high resolution. Such electrostatic classifiers are known, for example, under the designation Model 3081 Long DMA from TSI, St. Paul, MN, USA.
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28. Februar 2006 t-201/-280 Es wird dabei das Rußpartikel-beladene Aerosol an einer radioaktiven Quelle vorbeigeführt, wodurch Partikel geladen werden. In einem Mobilitätsanalysator werden anschließend die Partikel entsprechend ihrer elektrischen Mobilität getrennt. Dadurch läßt sich die Partikelgröße analysieren.February 28, 2006 t-201 / -280 The soot-laden aerosol is guided past a radioactive source, which charges particles. In a mobility analyzer, the particles are then separated according to their electrical mobility. This allows the particle size to be analyzed.
Bei der Verwendung eines SMPS-Systems (SMPS-Scanning Mobility Particle Sizer) wird das in dem Analysator erzeugte monodisperse Aerosol einem Kondensationsteilchen-Zähler zugeführt, so daß sich für jede Partikelgröße die Partikelanzahl messen läßt. Durch einen entsprechenden Scanvorgang über die Partikelgrößen läßt sich so die Größenverteilung in dem Rußpartikel-Aerosol bestimmen.When using an SMPS (SMPS Scanning Mobility Particle Sizer) system, the monodisperse aerosol generated in the analyzer is fed to a condensation particle counter so that the particle number can be measured for each particle size. By a corresponding scan on the particle sizes can thus determine the size distribution in the soot particle aerosol.
Es kann eine Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 108 vorgesehen sein, über die der Massefluß an Brennstoff und Oxidator durch die Massefluß- regier 44 und 46 und damit das Stöchiometrie-Verhältnis im Vorgemisch einstellbar ist. Ebenso ist der Massenfluß an Inertgas durch den Ringraum 24 mittels der Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 70 über den Masseflußregler 30 einstellbar. Weiterhin ist die Verdünnung über die Verdünnungseinrichtung 102 einstellbar.A control and / or regulating device 108 can be provided, via which the mass flow of fuel and oxidizer through the mass flow regulators 44 and 46 and thus the stoichiometry ratio in the premix can be set. Similarly, the mass flow of inert gas through the annulus 24 by means of the control and / or regulating device 70 via the mass flow controller 30 is adjustable. Furthermore, the dilution via the dilution device 102 is adjustable.
Die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 70 dient dabei insbesondere in Verbindung mit der Analysator-Vorrichtung 106 dazu, in einen Regelprozeß einen bestimmten Aerosolstrom mit definierter Rußpartikelgröße und Rußpartikelkonzentration einstellen zu können.The control and / or regulating device 70 serves, in particular in conjunction with the analyzer device 106, to be able to set a specific aerosol flow with a defined soot particle size and soot particle concentration in a control process.
Beispielsweise gibt die Analysatorvorrichtung 106 ihre Meßergebnisse bezüglich der Größenverteilung der Rußpartikel im eingekoppelten Aerosolstrom anFor example, the analyzer device 106 indicates its measurement results with respect to the size distribution of the soot particles in the injected aerosol stream
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28. Februar 2006 t-201/-280 die Steuerungs- und/oder Regelungsvoπϊchtung 70 weiter. Falls diese Größenverteilung nicht einer gewünschten Vorgabe entspricht, wenn beispielsweise das Maximum neben einem Vorgabe-Maximum liegt, dann kann die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 70 das Mischungsverhältnis des Vor- gemisches ändern, um die gewünschte Verteilung zu erhalten. Die Regelungsgröße ist dabei das Mischungsverhältnis und insbesondere Φ, wobei dieses Verhältnis über den Masseflußregler 44, 46 eingestellt wird. Dieser Regelungsvorgang wird durch das Meßergebnis der Analysatorvorrichtung 106 gesteuert bzw. geregelt.February 28, 2006 t-201 / -280 the control and / or Regelvovoπϊchtung 70 on. If this size distribution does not correspond to a desired specification, for example if the maximum lies next to a predefined maximum, then the control and / or regulating device 70 can change the mixing ratio of the premix in order to obtain the desired distribution. The control variable is the mixing ratio and in particular Φ, wherein this ratio is set via the mass flow controller 44, 46. This control process is controlled by the measurement result of the analyzer device 106.
Die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 108 kann auch die Verdünnung des Rußpartikel-Aerosol-Stroms über die Verdünnungseinrichtung 102 steuern bzw. regeln, um so einen Aerosolstrom 110 einer vorgegebenen Konzentration mit Rußpartikeln vorgegebener Größe mit einer engen Verteilung zu erhalten.The controller 108 may also control the dilution of the soot particle aerosol stream via the diluter 102 so as to obtain an aerosol stream 110 of a predetermined concentration with particulate matter of predetermined size with a narrow distribution.
Die Analysatorvorrichtung 106 wird insbesondere dazu benutzt, einen definierten Aerosolstrom 110 einzustellen. Nachdem dieser definierte Aerosol- Strom bezogen auf eine Anwendung eingestellt ist, ist eine Analyse höchstens für Überwachungszwecke notwendig. Es kann dabei vorgesehen sein, daß nach der definierten Einstellung der Schieber 105 geöffnet wird und die Leitung 104 verschlossen wird, so daß der Aerosolstrom 110 vollständig der Anwendung zugeführt wird.The analyzer device 106 is used in particular to set a defined aerosol flow 110. After this defined aerosol flow is set relative to an application, an analysis is necessary at most for monitoring purposes. It can be provided that after the defined setting, the slider 105 is opened and the line 104 is closed, so that the aerosol stream 110 is completely supplied to the application.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur kontrollierten Erzeugung von Nano-Ruß- partikeln funktioniert wie folgt:The process according to the invention for the controlled production of nano-carbon black particles works as follows:
A 4 765 tA 4,765 t
28. Februar 2006 t-201/-280 Über die Mischungseinrichtung 34 wird ein definiertes Vorgemisch aus Brennstoff und Oxidator hergestellt, wobei durch Einstellung der entsprechenden Masseflüsse an den Masseflußreglem 44 und 46 eine definierte Gemischzusammensetzung und damit definierte Masseverhältnisse im Gemisch ein- gestellt werden. Das hergestellte homogene Gemisch wird dann über die Zuführungsleitung 36 in den Verteilungsraum 16 geführt, wo es über die Porenplatte 20 über den Querschnitt des Verteilungsraums 16 in die Verbrennungszone 22 strömt und dort (bei gezündeter Flamme) eine Verbrennung stattfindet.February 28, 2006 t-201 / -280 A defined premix of fuel and oxidizer is produced via the mixing device 34, wherein a defined mixture composition and thus defined mass ratios in the mixture are set by setting the corresponding mass flows on the mass flow regulators 44 and 46. The homogenous mixture produced is then conducted via the supply line 36 into the distribution space 16, where it flows via the pore plate 20 over the cross section of the distribution space 16 into the combustion zone 22 and there takes place (when the flame is ignited) combustion.
Aus dem Ringraum 24 strömt durch den Ringraumbereich 32 der Porenplatte 20 Inertgas wie Stickstoff nach oben; diese Strömung umgibt als Inertgas- Coflow die Verbrennungszone 22 und verhindert damit den Luftzutritt in die Verbrennungszone 22.From the annular space 24 flows through the annulus area 32 of the pore plate 20 inert gas such as nitrogen upwards; This flow surrounds the combustion zone 22 as an inert gas coflow and thus prevents the entry of air into the combustion zone 22.
Durch den Kamin 50 wird ein Luftzutritt von oben in die Verbrennungszone 22 weitgehend verhindert.Through the chimney 50 an access of air from above into the combustion zone 22 is largely prevented.
Durch die Zuführung eines Vorgemisches von Brennstoff und Oxidator ergeben sich in der Verbrennungszone 22 keine Stöchiometrie-Gradienten, so daß eine "vorgemischte" Flamme entsteht. Über das Verhältnis des Anteils an Brennstoff und Oxidator im Gemisch, eingestellt über die Masseflußregler 44 und 46, ist dann die Größe der entstehenden Nano-Rußpartikel einstellbar; es lassen sich reproduzierbare Verbrennungsverhältnisse einstellen und damit lassen sich Nano-Rußpartikel mit reproduzierbarer Größe erzeugen.By supplying a premix of fuel and oxidizer resulting in the combustion zone 22 no stoichiometric gradient, so that a "premixed" flame is formed. On the ratio of the proportion of fuel and oxidizer in the mixture, adjusted via the Masseflußregler 44 and 46, then the size of the resulting nano-soot particles is adjustable; it is possible to set reproducible combustion conditions and thus can produce nano carbon black particles with reproducible size.
A 4 765 tA 4,765 t
28. Februar 2006 t-201/-280 Durch die Ringströmung an Inertgas um die Verbrennungszone 22 ist für eine stabile, räumlich und zeitlich homogene Rußbildungszone gesorgt; die Rußbildungszone weißt dabei bezüglich den Masseverhältnissen bis zu ihrem Rand einen hohen Konstantheitsgrad aus; die Strömung des Inertgases aus dem Ringraum 24 heraus sorgt für eine Homogenität auch an den Randbereichen der Verbrennungszone 22.February 28, 2006 t-201 / -280 The ring flow of inert gas around the combustion zone 22 ensures a stable, spatially and temporally homogeneous soot formation zone; the soot formation zone has a high degree of constancy with respect to the mass ratios up to its edge; the flow of the inert gas out of the annulus 24 also ensures homogeneity at the edge regions of the combustion zone 22.
Die Rußpartikel werden im wesentlichen in der Verbrennungszone 22 unterhalb der Abkühlungseinrichtung 58 erzeugt. Durch das Einblasen von Inertgas in die Brennerflamme wird diese an der Abkühlungseinrichtung 58 so weit abgekühlt, daß Kohlenstoff an der Abkühlungseinrichtung 58 und oberhalb der Abkühlungseinrichtung 58 nicht mehr verbrannt werden kann, das heißt, daß die in der Verbrennungszone 22 erzeugten Rußpartikel nicht verbrannt werden können. Insbesondere wird die Brennerflamme an der Abkühlungseinrichtung 58 gelöscht. Dadurch wird die Rußpartikel-Verteilung an der Abkühlungseinrichtung 58 gewissermaßen "eingefroren". Dadurch wiederum ist es möglich, die Rußpartikel in hoher Ausbeute nach oben abzuführen, wobei im wesentlichen die erzeugten Rußpartikel vollständig abgeführt werden können, das heißt es muß kein Teilstrom abgesaugt werden.The soot particles are generated substantially in the combustion zone 22 below the cooling device 58. By injecting inert gas into the burner flame, it is cooled to the cooling device 58 so far that carbon at the cooling device 58 and above the cooling device 58 can not be burned, that is, the soot particles produced in the combustion zone 22 can not be burned , In particular, the burner flame is extinguished at the cooling device 58. As a result, the soot particle distribution at the cooling device 58 is effectively "frozen". In turn, it is possible to dissipate the soot particles in high yield up, with essentially all the soot particles produced can be completely removed, that is, no partial flow must be removed by suction.
Es lassen sich dadurch im wesentlichen sämtliche erzeugte Rußpartikel einer Anwendung zuführen. Die Rußpartikel werden über den Auskopplungsbereich 90 ausgekoppelt.As a result, essentially all the soot particles produced can be applied to an application. The soot particles are decoupled via the decoupling region 90.
Versuche haben gezeigt, daß sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Rußpartikelmengen in einer Größenordnung von 2 bis 3 g pro Stunde mitExperiments have shown that with the device according to the invention soot particle amounts of the order of 2 to 3 g per hour
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28. Februar 2006 t-201/-280 einem mittleren Durchmesser von 80 nm bis 100 nm pro Stunde auskoppeln lassen.February 28, 2006 t-201 / -280 decoupling an average diameter of 80 nm to 100 nm per hour.
Mittels der Analysatorvorrichtung 106 läßt sich vor der Zuführung eines Ruß- partikel-beladenen Aerosolstroms zu einer Anwendung der Aerosolstrom insbesondere bezüglich Größenverteilung und Konzentration definiert einstellen. Beispielsweise wird ein "Vorstrom" durch die Analysatorvorrichtung 10 analysiert und es folgt dann eine Einstellung der Zuführung von Brennstoff und Oxi- dator dem Porenbrenner 12 und/oder eine Einstellung der Verdünnung an der Verdünnungseinrichtung 102, Wenn der Aerosolstrom mit gewünschten Eigenschaften eingestellt ist, die Zuführung zu der Anwendung freigegeben.By means of the analyzer device 106, the aerosol stream, in particular with regard to size distribution and concentration, can be set in a defined manner prior to the introduction of a soot-particle-laden aerosol stream into an application. For example, a "pre-flow" is analyzed by analyzer device 10, and then adjustment of fuel and oxidant feed to pore burner 12 and / or adjustment of dilution at diluter 102 when the aerosol stream is set to desired properties Feeding to the application released.
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Claims

A N S P R U C H E
1. Vorrichtung zur kontrollierten Erzeugung von Nano-Rußpartikeln, mit einem Brenner (12) und mit einer Mischungseinrichtung (34) zur Herstellung eines Brennstoff-Oxidator-Vorgemisches, welche an den Brenner (12) gekoppelt ist, so daß diesem das Vorgemisch zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brenner (12) eine Abkühlungseinrichtung (58) zum Abkühlen einer Brennerflamme zugeordnet ist.An apparatus for the controlled production of nano soot particles, comprising a burner (12) and a mixing device (34) for producing a fuel-oxidizer premix, which is coupled to the burner (12), so that the premix can be supplied thereto , characterized in that the burner (12) is associated with a cooling device (58) for cooling a burner flame.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlungseinrichtung (58) in einem Abstand zu dem Brenner (12) angeordnet ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the cooling device (58) is arranged at a distance from the burner (12).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlungseinrichtung (58) bezogen auf die Schwerkraftrichtung oberhalb des Brenners (12) angeordnet ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling device (58) with respect to the direction of gravity above the burner (12) is arranged.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlungseinrichtung (58) an einem Diffuser (52) und/oder in der Nähe eines Diffusors (52) angeordnet ist.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the cooling device (58) on a diffuser (52) and / or in the vicinity of a diffuser (52) is arranged.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlungseinrichtung (58) mindestens teilweise in einem Kamin (50) angeordnet ist, über den Rußpartikel abführbar sind.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling device (58) is at least partially disposed in a chimney (50) through which soot particles are discharged.
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6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlungseinrichtung (58) so angeordnet und ausgebildet ist, daß die Brennerflamme in einem vorgegebenen Raumbereich unter die Verbrennungstemperatur von Kohlenstoff abkühlbar ist und insbesondere löschbar ist.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling device (58) is arranged and formed so that the burner flame is cooled in a predetermined space range below the combustion temperature of carbon and in particular erasable.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Abkühlungseinrichtung (58) ein Inertgas in die Brennerflamme blasbar ist.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that an inert gas is blown into the burner flame by the cooling device (58).
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Abkühlungseinrichtung (58) Inertgas quer zur Schwerkraftrichtung in die Brennerflamme einblasbar ist.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that by the cooling device (58) inert gas is injected transversely to the direction of gravity in the burner flame.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Abkühlungseinrichtung (58) Inertgas in einer Abführungsrichtung für erzeugte Rußpartikel einblasbar ist.9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that inert gas can be blown in a discharge direction for generated soot particles by the cooling device (58).
10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlungseinrichtung (58) mindestens ein Rohr (60a, 60b, 60c, 6Od, 6Oe, 6Of) aufweist, durch welches Inertgas führbar ist, wobei das mindestens eine Rohr (60a, 60b, 60c, 6Od, 6Oe, 6Of) eine Mehrzahl von Öffnungen (82; 88) aufweist.10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling device (58) at least one tube (60a, 60b, 60c, 6Od, 6Oe, 6Of), through which inert gas is feasible, wherein the at least one tube (60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f) has a plurality of openings (82, 88).
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11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Rohr (60a, 60b, 60c, 6Od, 6Oe, 6Of) parallel zum Brenner (12) angeordnet ist.11. The device according to claim 10, characterized in that the at least one tube (60a, 60b, 60c, 6Od, 6Oe, 6Of) is arranged parallel to the burner (12).
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (821; 88) in einem Kamin (50) positioniert sind.12. Device according to claim 10 or 11, characterized in that the openings (82 1 ; 88) are positioned in a chimney (50).
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlungseinrichtung (58) eine Mehrzahl von Rohren (60a, 60b, 60c, 6Od, 6Oe, 6Of) aufweist, welche in fluidwirksamer Weise mit mindestens einem Verteiler (62; 64) verbunden sind.13. Device according to one of claims 10 to 12, characterized in that the cooling means (58) comprises a plurality of tubes (60a, 60b, 60c, 6Od, 6Oe, 6Of), which in a fluid-effective manner with at least one distributor (62; 64) are connected.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Verteiler (62) und ein zweiter Verteiler (64) vorgesehen sind, zwischen welchen Rohre (60a, 60b, 60c, 6Od, 6Oe, 6Of) angeordnet sind.14. The apparatus according to claim 13, characterized in that a first distributor (62) and a second distributor (64) are provided, between which tubes (60a, 60b, 60c, 6Od, 6Oe, 6Of) are arranged.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß über den ersten Verteiler (62) und den zweiten Verteiler (64) Inertgas in ein Rohr (60a; 60b; 60c; 6Od; 6Oe; 6Of) von gegenläufigen Enden her einkoppel- bar ist.15. Device according to claim 14, characterized in that inert gas can be introduced from opposite ends via the first distributor (62) and the second distributor (64) into a tube (60a; 60b; 60c; 6Od; 6Oe; 6Of) ,
16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verdünnungseinrichtung (102) der Abkühlungseinrichtung (58) nachgeordnet ist.16. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a dilution device (102) of the cooling device (58) is arranged downstream.
17. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (12) ein Porenbrenner ist.17. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the burner (12) is a pore burner.
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18. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Kamin (50) eine Bersteinrichtung (96) angeordnet ist.18. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a bursting device (96) is arranged on a chimney (50).
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Bersteinrichtung (96) an einem oberen Ende des Kamins (50) angeordnet ist.19. The apparatus according to claim 18, characterized in that the bursting device (96) at an upper end of the chimney (50) is arranged.
20. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung von Nano-Rußpartikeln bezüglich Größe und/oder Konzentration kontrolliert ist.20. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the production of nano-carbon black particles in size and / or concentration is controlled.
21. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischungseinrichtung (34) dem Brenner (12) vorgeschaltet ist.21. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the mixing device (34) is connected upstream of the burner (12).
22. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischungseinrichtung (34) durch eine Mischstrecke gebildet ist.22. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the mixing device (34) is formed by a mixing section.
23. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Masseflußregler (44) zur Einstellung des Masseflusses von Brennstoff zur Mischungseinrichtung (34) vorgesehen ist.23. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a Masseflußregler (44) for adjusting the mass flow of fuel to the mixing device (34) is provided.
24. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Masseflußregler (46) zur Einstellung des Masseflusses von Oxidator zur Mischungseinrichtung (34) vorgesehen ist.24. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a Masseflußregler (46) for adjusting the mass flow of oxidizer to the mixing device (34) is provided.
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25. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (12) einen Verteilungsraum (16) umfaßt, welcher an die Mischungseinrichtung (34) gekoppelt ist und welcher durch eine Porenplatte (20) begrenzt ist.25. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the burner (12) comprises a distribution space (16) which is coupled to the mixing device (34) and which is bounded by a pore plate (20).
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilungsraum (16) zylindrisch ausgebildet ist.26. The apparatus according to claim 25, characterized in that the distribution space (16) is cylindrical.
27. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß um den Verteilungsraum (16) für das Brennstoff-Oxidator-Gemisch ein Verteilungsraum (24) für Inertgas angeordnet ist.27. The apparatus of claim 25 or 26, characterized in that a distribution space (24) for inert gas is arranged around the distribution space (16) for the fuel-oxidizer mixture.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilungsraum (24) für Inertgas ringförmig angeordnet ist.28. The apparatus according to claim 27, characterized in that the distribution space (24) is arranged annularly for inert gas.
29. Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Verteilungsraums (24) Inertgas um eine Verbrennungszone (22) ausströmbar ist.29. The device according to claim 27 or 28, characterized in that by means of the distribution space (24) inert gas to a combustion zone (22) can be flowed out.
30. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Analysatorvorrichtung (106) für Rußpartikel vorgesehen ist.30. Device according to one of the preceding claims, characterized in that an analyzer device (106) is provided for soot particles.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Analysatorvorrichtung (106) einen elektrostatischen Klassifizierer umfaßt.31. The apparatus of claim 30, characterized in that the analyzer device (106) comprises an electrostatic classifier.
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28. Februar 2006 t-201/-280 32. Vorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Analysatorvorrichtung (106) einen Kondensationsteilchen-Zähler umfaßt.February 28, 2006 t-201 / -280 32. Apparatus according to claim 30 or 31, characterized in that the analyzer device (106) comprises a condensation particle counter.
33. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerungs- und/oder Regeiungsvorrichtung (70) vorgesehen ist, mittels der eine Gemischzusammensetzung des Brennstoff-Oxidator-Gemisches steuerbar und/oder regelbar ist.33. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a control and / or Regeiungsvorrichtung (70) is provided, by means of which a mixture composition of the fuel-oxidizer mixture is controllable and / or regulated.
34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Gemischzusammensetzung in Abhängigkeit einer gemessenen Partikelgröße erzeugter Rußpartikel steuerbar und/oder regelbar ist.34. Apparatus according to claim 33, characterized in that the mixture composition is controllable and / or controllable in dependence on a measured particle size generated soot particles.
35. Verfahren zur kontrollierten Erzeugung von Nano-Rußpartikeln, bei dem ein vorgemischtes Gemisch von Brennstoff und Oxidator verbrannt wird und eine Brennerflamme unter die Verbrennungstemperatur von Kohlenstoff gekühlt wird.35. A method of controlled generation of nano soot particles, wherein a premixed mixture of fuel and oxidizer is combusted and a burner flame is cooled below the combustion temperature of carbon.
36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung in einem räumlich definierten Bereich erfolgt.36. The method according to claim 35, characterized in that the cooling takes place in a spatially defined area.
37. Verfahren nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerflamme bis zum Erlöschen gekühlt wird.37. The method according to claim 35 or 36, characterized in that the burner flame is cooled to extinction.
A 4 765 tA 4,765 t
28. Februar 2006 t-201/-280 38. Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung in einem Abstand zu einer Rußerzeugungszone durchgeführt wird.February 28, 2006 t-201 / -280 38. The method according to any one of claims 35 to 37, characterized in that the cooling is carried out at a distance to a Rußzeugungszone.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß Brennstoff und Oxidator vor Zuführung zum Brenner vbrge- mischt werden.39. The method according to any one of claims 35 to 38, characterized in that fuel and oxidizer are mixed before being fed to the burner.
40. Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerflamme von einer Inertgas-Strömung umgebbar ist.40. The method according to any one of claims 35 to 39, characterized in that the burner flame is surrounded by an inert gas flow.
41. Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Rußpartikel über einen Kamin abgeführt werden.41. The method according to any one of claims 35 to 40, characterized in that the soot particles are removed via a fireplace.
42. Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rußpartikel-beladener Aerosolstrom analysiert wird.42. The method according to any one of claims 35 to 41, characterized in that a soot particle-laden aerosol stream is analyzed.
43. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung von Brennstoff und Oxidator in Abhängigkeit einer analysierten Partikelgröße der Rußpartikel gesteuert und/oder geregelt wird.43. The method according to claim 42, characterized in that the mixture of fuel and oxidizer is controlled and / or regulated as a function of an analyzed particle size of the soot particles.
A 4 765 tA 4,765 t
28. Februar 2006 t-201/-280 February 28, 2006 t-201 / -280
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