CN100532464C - 带有缩窄的淬熄气管道的炭黑发生器 - Google Patents

Abstract

炭黑发生器，具有至少一个燃烧室(11)，在该燃烧室中燃料与氧化气体可在至少一个产生炭黑颗粒的火焰(30)中燃烧；并且具有一个与燃烧室相连的淬熄气管道(36)。淬熄气管道具有一个收缩部(46)，使得可以产生一个压力变化特别是一个负压。

Description

带有缩窄的淬熄气管道的炭黑发生器

技术领域

本发明涉及按权利要求1的主概念所定义的、用来生产炭黑的炭黑发生器。

背景技术

欧洲专利申请EP—A1—1055877描述了一种炭黑发生器，利用该发生器可以生产具有充分确定的化学和物理性能的炭黑颗粒。为此将燃料和氧化气体导入到一个燃烧室中，从而形成生产炭黑颗粒的平行扩散火焰(协流扩散火焰)。一种淬熄气向扩散火焰的焰尖吹来，使得燃烧过程停止并且炭黑颗粒被导出。此炭黑发生器的缺点是运转需要相对多的场地，使得其不适合活动性的投用，例如检验建筑物中的烟雾报警器。

发明内容

从这些现有技术出发，本发明的任务是提供一种本文开始提到的那种炭黑发生器，利用该发生器可以用可重复生产的方式生产具有充分确定性能的炭黑颗粒，但该发生器具有紧凑的结构。

权利要求1陈述了一个基于本发明的并能完成上述任务的炭黑发生器。后续的权利要求陈述了其他优先的实施方式。

基于本发明的炭黑发生器具有的优点是，该发生器可以以可重复生产的方式生产具有充分确定性能的炭黑颗粒，并且由于该发生器具有紧凑的结构，特别适合活动性的投用。

下面将依照优先的实施范例并借助参照附图对本发明进行解释。

附图说明

图1是基于本发明的炭黑发生器的横截面的图示；

图2是基于本发明的炭黑发生器的第二实施范例的图示；

图3是基于本发明的炭黑发生器的第三实施范例的图示。

具体实施方式

图1所示的炭黑发生器包括一个燃烧室11，其由一个圆柱形的外管12形成。在外管12的下端13装入一个圆柱形的内管15，内管15的延伸与外管12同轴。内管15的入口16可与一个燃料容器(未示出的)连接，使得贮存于其中的燃料以规定的流量速率(升/秒)通过内管15的出口17被导入到燃烧室11中。例如燃料容器是一个气瓶，燃料在超压下贮存于其中。为了调节流量速率，在燃料容器与入口16之间可设置一个减压阀(参见图2和3的附图标记18)。

外管12的下端13设置有开口20，使得周围的空气能够流入到燃烧室11中，如图1中箭头21所示。用于使流入到燃烧室11中的空气得以预处理的预处理装置23和24是以环形层的形式安装在外管12的内壁与内管15的外壁之间。预处理装置23，24包括一个过滤空气的过滤材料23和从空气中抽走潮气的干燥剂24。

为了生产炭黑颗粒，在燃烧室11中有一个扩散火焰30。为此，燃料通过内管15被导入到燃烧室11中，并且被流经开口20的用作氧化气体的空气以基本上平行流动方式所包围。适用于作为燃料的有例如含有碳氢化合物的气体如丙烷或者其他液态的或者气态的燃料(蒸汽状的或者飞沫状的柴油发动机燃料，汽油等)。点火以后，在内管15的出口17上方形成一个基本上是圆柱形的扩散火焰30，在该扩散火焰中通过燃料与氧化气体的燃烧而形成炭黑颗粒。还可以设想在燃烧室中形成一个预混的火焰用以制造炭黑颗粒，正如在煤气灯中出现的，或者形成一种湍动的火焰。

燃烧室11还具有一个向上变细的端部33，带有一个导入口34，该导入口与一个淬熄气管道36连接。淬熄气管道36在其一端具有一个入口39用以供给淬熄气37。为此，入口39可以与一个(未示出的)气瓶形式的且其中贮存有淬熄气的淬熄气容器相连。为了调节淬熄气流入淬熄气管道36中的流量速率，在淬熄气容器与入口39之间安装了一个作为调节装置的减压阀(未示出)。

在淬熄气管道36的另一端具有一个出口40，淬熄气能够与炭黑颗粒一起流出该出口，如箭头38所示。入口39和出口40由一个第一管段41和第二管段42形成，管段是圆柱形的，并且具有大概直径D1。

淬熄气管道36在入口39和出口40之间设置一个收缩部46，燃烧室11的端部34横向地通向该收缩部，使得燃烧室11中的扩散火焰30的中间流向和淬熄气管道36中的淬熄气的中间流向37基本上相互成直角。收缩部46由一个第三圆柱形管段43形成，并具有直径D2，其中D2<D1。第三管段43的两个端部44，45例如可做成为锥形，并且分别转入到第一管段41和第二管段42。两个直径的比值D1/D2的优选范围是2到10。

在炭黑发生器运转时，淬熄气37由淬熄气管道36引导，使得淬熄气与燃烧室11中出来的包含炭黑颗粒的物流混合，以此使燃烧过程在淬熄位置31停止。然后，炭黑颗粒由淬熄气流带走到出口40。

任何一种有惰性的气体都可被用作淬熄气，如氮气、稀有气体或者二氧化碳。还可以设想，空气用作淬熄气，特别是比火焰30冷的空气。例如来自于周围的空气能够借助于泵经淬熄气管道36引入。因为空气温度大约与室温相应并且因此比火焰温度低，使得燃烧过程出于冷却的原因在淬熄位置31停止。此过程能够通过淬熄气管道36中的相比之下较高的空气流流速得以支持，以此从导入口34突出来的火焰30的端部便被的确吹灭。

收缩部46的作用类似于一个文杜利管：因为淬熄气在第三管段43中比在第一管段41和第二管段42中流动快，因此形成一个负压，该负压导致周围的空气从外部经开口20吸入。层23，24负责相应的空气的预处理。按这种方法就不必要用内部贮存有合成空气的气瓶来形成扩散火焰30，这使得炭黑发生器的特别紧凑的结构成为可能。当然，由收缩部产生的负压也可以用于抽吸贮存在一个容器中的氧化气体(例如纯的或者与氮气混合的氧气)。

作为另外一种选择，炭黑发生器具有一个与第二管段42同轴的外套管50，第二管段42穿过外套管50的右端51。外套管50在端部51的附近设置一个接口52，从而向外套管50中供给一种稀释气体，如图1中箭头57所示。外套管50的另一端55是打开的，并超出出口40。

外套管50与接口52一起用作稀释装置，用以将一种稀释气体(例如空气)与从出口40出来的淬熄的物流38混合，并因此稀释物流。按照稀释气体的流量速率能够相应地改变最终从外套管50的端部55流出来的炭黑颗粒的浓度(每立方米的颗粒数目)。

带有出口17的燃烧室11不需强迫设置为横向于淬熄气管道36。可以设想，外管12的上端33装备成弯曲状的，使得火焰30的中部能够相应地转向。按照使用目的，能够相应地选择上端33被弯曲的角度。例如该角度可呈大约90度，使得淬熄气管道36和燃烧室11的下部朝相同的方向。此布置具有的优点是，从出口40和55出去的物流38能够实现向上的方向，例如，借此能够利用产生的炭黑颗粒测试房间天花板处的某个传感器。

图2表示炭黑发生器的另一个实施范例。与图1相应的元件采用相同的标号。

图2所示的淬熄气管道36包括一个第一管道部分66，其带有入口39和一个出口67，该管道部分举例说被做成为旋转对称管。如上面图1中该例所描述的，入口39可连接在一个淬熄气容器上。根据图2，管道部分66的左端包括一个圆柱形的管68，此管具有内径D2。

淬熄气管道36还包括一个第二管道部分76，其具有下面的管段：一个第一管段77，其具有一个不变的横截面，一个逐渐变粗的第二管段78，和一个第三管段79，其接入出口40，为圆柱形的、并且具有一个内径D1。第一管道部分66的端部68嵌入到第二管道部分76的第一管段77中。燃烧室的导入口34是布置在第二管段78中。

第三管段79或出口40的直径D1和出口67的直径D2的选择是不同的，因此使得在淬熄气管道36中产生一个收缩部46′。淬熄气管道36的横截面不必须是圆形的，特别是第三管段79和管68不需要是圆柱形的。淬熄气管道36的横截面可以是任意一个适合在导入口34或淬熄位置31产生一个负压的的轮廓。一般地，如果在入口39与出口40之间的淬熄气管道36具有一个不恒定的横截面，就呈现出一个收缩部。

如果淬熄气被引导经过淬熄气管道36，则在具有较小的横截面的管道中例如管68中的流动比在具有较大的横截面的管段例如第三管段79中的流动快。不同的流速导致压力的改变。如上面在图1中已经解释的，该压力改变能够被用于在导入口34产生负压。

曾注意到，随时间和地点而变化的大气压力对于所产生的炭黑颗粒的性能具有一定的影响。除了吸入氧化气体或在不需要其吸入氧化气体的情况下，由收缩部46′产生的压力改变可以被用于补偿大气压力的波动。为此第一管道部分66的端部68可移动地嵌入到第二管道部分76中，使得出口67和导入口34之间的距离以及因此产生的负压能够变动。通过该距离的相应调整，大气压力的波动能够被补偿，使得制造炭黑的可再生产性得到特别高水准的保证。淬熄气管道36中利用收缩部所进行压力调节可以使炭黑发生器结构作的简单紧凑。

利用收缩部所进行的大气压力波动补偿，也可以在氧化气体的供给不是来自于外部而是来自于一个贮存氧化气体的容器时实现。如图2所示，外管12设置有一个连接管道29，其可与一个氧化气体容器连接。连接管道29具有一个用以调节流量速率的减压阀28，过滤材料23以及干燥剂24。类似地，内管15与一个连接管道19相连，其可以连接一个燃料容器，并且具有一个减压阀18，过滤材料23以及干燥剂24。

图3示出炭黑发生器的另一个实施范例，其中与图1和图2相应的元件采用相同的标号。

如图3所示，淬熄气管道36包括带有管68的第一管道部分66，和一个第二管道部分86，其形状举例说为内径为D1的圆柱形管。管68是嵌入到第二管道部分86中的，由此形成一个收缩部。导入口34布置在第二管道部分86上。

第一管道部分66的端部68可移动地嵌入到第二管道部分86中，使出口67和导入口34之间的距离以及因此产生的压力变化能够得到调节。图3所示的淬熄气管道36允许借助于收缩部以简单的方式在导入口34产生负压并且进行压力调节。

如果不必要对产生的负压进行调节，则第一管道部分66也可以与第二管道部分86固定地连接。

为了对从出口40出来的物流38进行稀释，炭黑发生器可按图2和图3配有稀释装置50，52，如图1所示。

用这里描述的炭黑发生器能够制造拥有基本上可重复产生的颗粒大小分布的炭黑颗粒。不同的参数影响炭黑颗粒的性能，如颗粒大小和浓度：

—燃料的种类和成分

—燃料的流量速率(升/秒)

—氧化气体的流量速率(在入口16给定的流量速率下，基本上由收缩部的收缩比D1/D2给出)

—淬熄气的流量速率

—由淬熄气淬熄扩散火焰的淬熄位置(基本上由内管的出口和燃烧室导入口之间的距离给出)

—等等。

在第二和第三实施范例中，导入口34与出口67之间的距离还表示一个参数，该参数会影响产生的炭黑颗粒的性能。

按照该参数的选择，能够生产例如炭黑颗粒，其颗粒大小在对数坐标上基本是高斯分布，其中最大值小于1微米，例如在0.01到0.3微米的范围内。但是也有可能，例如通过相应的燃料的选择，制造颗粒尺寸大于1微米的炭黑。

按照炭黑发生器的使用目的，可以通过对参数的确定，生产具有所期望的性能的炭黑颗粒。如此，举例来说，根据法律的规定，必须在一定的条件下对某一个建筑物中的传感器如烟雾报警器进行检查。对上面提到参数的确定可使生产满足法律规定条件的炭黑颗粒成为可能。为此，例如可以设想，只允许使用贮存有确定的组成成分的例如丙烷气和氮气且得到证书的燃料容器。在燃料容器和淬熄气容器与炭黑发生器连接之后，燃料点火，并且将炭黑发生器的出口40送至烟雾报警器附近并对其进行测试。因为炭黑发生器便于使用，能够以快速和简单的方式对大量的烟雾报警器进行检查。由于燃料容器是可替换的，能够先后连接到不同的贮存有一种确定种类或成分的燃料的燃料容器上，从而在各种充分确定的尺寸等级内产生炭黑颗粒，并且被用于测试烟雾报警器。

炭黑发生器还能够用于其他目的，例如用于检验和校准炭黑颗粒测量仪器，用于机动车辆的废气测试，用于检查过滤器，用于分析气溶胶等。

Claims (16)

1.一种带有至少一个燃烧室(11)的炭黑发生器，在该燃烧室中燃料与氧化气体可在至少一个产生炭黑颗粒的火焰(30)中燃烧，并且具有一个淬熄气管道(36)，其与燃烧室相连，其特征在于：

淬熄气管道具有一个收缩部，使得可以产生一个压力变化。

2.如权利要求1的炭黑发生器，其特征在于所述收缩部可产生的压力变化是负压。

3.如权利要求1或2的炭黑发生器，其特征在于燃烧室(11)包括至少一个向外的开口(20)，周围的空气可以作为氧化气体经该开口被吸入。

4.如权利要求1或2的炭黑发生器，其特征在于其具有用于过滤和/或干燥氧化气体的预处理装置(23，24)。

5.如权利要求1的炭黑发生器，其特征在于其具有用于调节淬熄气的流速的调节装置。

6.如权利要求1的炭黑发生器，其特征在于其具有用于调节淬熄气的流速的调节装置，并且淬熄气管道(36)连接在一个淬熄气容器上。

7.如权利要求1或2的炭黑发生器，其特征在于燃烧室(11)横向进入淬熄气管道(36)，使得火焰(30)可横向地被淬熄气冲击。

8.如权利要求1或2的炭黑发生器，其特征在于其具有一个用于与一个可替换的燃料容器相连接的燃料连接管道(19)。

9.如权利要求1或2的炭黑发生器，其特征在于具有一个用于与一个可替换的燃料容器相连接的燃料连接管道(19)，并且具有用于调节燃料的流量速率的调节装置(18)。

10.如权利要求1或2的炭黑发生器，其特征在于其具有用于稀释炭黑颗粒浓度的稀释装置(50，52)。

11.如权利要求1或2的炭黑发生器，其特征在于其具有一个用于与一个贮存有氧化气体的容器相连接的氧化气体连接管道(29)。

12.如权利要求1或2的炭黑发生器，其特征在于其具有一个用于与一个贮存有氧化气体的容器相连接的氧化气体连接管道(29)，并且具有用于调节氧化气体的流量速率的调节装置(28)。

13.如权利要求1或2的炭黑发生器，其特征在于淬熄气管道(36)具有一个第一管道部分(66)，其端部(68)可移动地嵌入到一个第二管道部分(76，86)中。

14.如权利要求1或2的炭黑发生器，其特征在于其包括用于经淬熄气管道(36)运送淬熄气的淬熄气运送装置。

15.如权利要求14的炭黑发生器，其特征在于该淬熄气运送装置是泵。

16.一种如权利要求1至15中任一项所述的炭黑发生器的使用，用于检验和校准测量仪器，用于测试传感器，和/或用于检查过滤器。

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