DE102005010766A1

DE102005010766A1 - Vorrichtung und Verfahren zur kontrollierten Erzeugung von Nano-Rußpartikeln

Info

Publication number: DE102005010766A1
Application number: DE200510010766
Authority: DE
Inventors: Claus Dr. Wahl
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2006-09-07
Also published as: EP1853849A1; WO2006092279A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur kontrollierten Erzeugung von Nano-Rußpartikeln mit einem Brenner vorgeschlagen, wobei dem Brenner eine Abkühlungseinrichtung zum Abkühlen einer Brennerflamme zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontrollierten Erzeugung von Nano-Rußpartikeln mit einem Brenner.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur kontrollierten Erzeugung von Nano-Rußpartikeln.
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.
Die Emission solcher Rußpartikel kann zu Problemen führen. Um beispielsweise die biologischen Auswirkungen solcher Rußpartikel studieren zu können, muß eine Rußpartikelquelle vorhanden sein.

Aus der WO 2004/026969 A2 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontrollierten Erzeugung von Nano-Rußpartikeln bekannt, wobei die Vorrichtung einen Porenbrenner und eine Mischungseinrichtung zur Herstellung eines Brennstoff-Oxidator-Vorgemisches umfaßt; die Mischungseinrichtung ist an den Porenbrenner gekoppelt, so daß diesem das Vorgemisch zuführbar ist. Das Vorgemisch wird durch den Porenbrenner verbrannt.

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.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung (Rußgenerator) erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Brenner eine Abkühlungseinrichtung zur Abkühlung der Brennerflamme zugeordnet ist.

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 abzusaugen. 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.

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.

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 Rußpartikel-beladener Aerosolstrom im gesamten abführen, um so wiederum eine hohe Ausbeute zu erhalten.

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 verhindern.

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 beispielsweise einem Teststand zuführen zu können.

Es ist insbesondere vorgesehen, daß die Abkühlungseinrichtung an einem Diffusor 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 läßt sich eine effektive Abkühlung erreichen und insbesondere läßt sich auf effektive Weise die Brennerflamme in einem räumlich definierten Bereich löschen.

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.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Abkühlungseinrichtung so angeordnet 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.

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.

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.

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 Aerosol verdünnen und damit stabilisieren. Auch die Abführung wird verbessert.

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.

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.

Insbesondere sind die Öffnungen in einem Kamin positioniert. Dadurch läßt sich innerhalb des Kamins in die Brennerflamme Inertgas einblasen, um einen Abkühlungseffekt zu erreichen.

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.

Beispielsweise sind ein erster Verteiler und ein zweiter Verteiler vorgesehen, zwischen welchen Rohre angeordnet sind. Über einen solchen ersten Verteiler 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.

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.

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.

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 gewährleistbar ist. Damit ist die Verbrennungszone und somit die Rußbildungszone stabil ausbildbar und damit wiederum lassen sich Nano-Rußpartikel 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.

Wenn eine Mischungseinrichtung zur Herstellung eines Brennstoff-Oxidator-Vorgemisches vorgesehen ist, welche an den Brenner gekoppelt ist, so daß diesem das Vorgemisch zuführbar ist, läßt sich auf reproduzierbare Weise der mittlere Partikeldurchmesser der erzeugten Nano-Rußpartikel einstellen. Es läßt sich eine homogene Rußbildungszone ausbilden.

Günstig ist es, wenn an einem Kamin eine Bersteinrichtung angeordnet ist. Die Bersteinrichtung umfaßt insbesondere eine Berstplatte, welche beispielsweise in Form einer Folie ausgebildet ist. Es ist dadurch eine Sollbruchstelle wie beispielsweise im Falle einer Explosion innerhalb des Kamins bereitgestellt.

Insbesondere ist die Bersteinrichtung an einem oberen Ende des Kamins angeordnet.

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.

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.

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 auch 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.

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.

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.

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.

Günstig ist es, wenn der Verteilungsraum 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 Verbrennungszone ausströmbar, um diese gegen das seitliche Eindringen von Luft zu schützen.

Günstig ist es, wenn eine Analysator-Vorrichtung für Rußpartikel vorgesehen ist. Dadurch läßt sich der erzeugte Aeorosol-Strom charakterisieren.

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 elektrischen 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.

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.

Vorteilhaft ist es, wenn eine Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung vorgesehen ist, mittels der eine Gemischzusammensetzung des Brennstoff-Oxidator-Gemisches steuerbar und/oder regelbar ist. Dadurch kann bei einer bestimmten Voreinstellung von Φ eine mittlere Partikelgröße erhalten werden.

Insbesondere ist die Gemischzusammensetzung in Abhängigkeit einer gemessenen 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.

Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren zur kontrollierten Erzeugung von Nano-Rußpartikeln eine Brennerflamme unter die Verbrennungstemperatur von Kohlenstoff gekühlt wird.

Insbesondere wird die Brennerflamme in einem räumlich definierten Bereich gekühlt. Sie kann dabei gelöscht werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläuterten Vorteile auf.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert.

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.

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.

Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kontrollierten Erzeugung von Nano-Rußpartikeln (Rußgenerator) und
2 eine Querschnittsansicht längs der Linie 2-2 gemäß 1.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kontrollierten Erzeugung von Nano-Rußpartikeln, welches in 1 mit 10 bezeichnet ist, umfaßt einen Brenner wie beispielsweise einen Porenbrenner 12 mit einem 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.
Die Porenplatte 20 ist insbesondere aus einem metallischen Material wie Bronze hergestellt, wobei die Poren beispielsweise mittels Sintern von Metallkügelchen gebildet werden.
Es kann vorgesehen sein, daß in der Porenplatte 20 Kühlkanäle zur Kühlung angeordnet sind.
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 angeordneten Ringraum 24 ab, wobei dieser Ringraum 24 über eine Ringwand 26 gasdicht von dem Verteilungsraum 16 getrennt ist.
Über den Ringraum 24 läßt sich eine Strömung eines Inertgases um die Verbrennungszone 22 ausbilden. Dazu führt insbesondere von einer der Porenplatte 20 abgewandten Seite her ein Zuführungskanal 28 in den Ringraum 24. Über beispielsweise einen Masseflußregler 30 läßt sich der Massefluß von 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.
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 höhersiedende und insbesondere flüssige Kohlenwasserstoffe verwendet werden, wenn diese zuvor verdampft werden.
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 Zuführungsleitung 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.
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.
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.
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.
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.
In dem Kaminrohr 48 ist oberhalb des Porenbrenners 12 ein Diffusor 52 angeordnet. Der Diffusor 52 ist beispielsweise durch einen Hohlkegelabschnitt gebildet, welcher nach oben offen ist. Eine (gedachte) Spitze des entsprechenden Kegels liegt auf der Achse 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 Wänden 54 weitgehend vermeiden. Dadurch wiederum läßt sich die Rußbildung in der Verbrennungszone 22 homogener gestalten.
Der Diffusor 52 fördert die Stabilisierung der Brennerflamme.
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. 600°C. Es kann dabei vorgesehen sein, daß die Brennerflamme an der Abkühlungseinrichtung 58 gelöscht wird.
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 Abkühlungseinrichtung 58 wird die Oxidation der erzeugten Rußpartikel verhindert. Dadurch können die erzeugten Rußpartikel über das Kaminrohr 48 nach oben abgeführt werden.
Ein Ausführungsbeispiel einer Abkühlungseinrichtung 58 umfaßt, wie in 2 gezeigt, eine Mehrzahl von beabstandeten Rohren 60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f. Diese Rohre sind parallel zueinander ausgerichtet mit einer Längsrichtung, welche quer und insbesondere senkrecht zur Achse 18 liegt. Die Rohre 60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f liegen parallel zu der Porenplatte 20 (beabstandet zu dieser).
Die Rohre 60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f 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.
Durch entsprechende Zwischenräume 66a, 66b, 66c, 66d, 66e zwischen benachbarten Rohren 60a, 60b bzw. 60b, 60c bzw. 60c, 60d bzw. 60d, 60e bzw. 60e, 60f können Rußpartikel in dem Kaminrohr 48 nach oben strömen.
Die Verteilerrohre 62, 64 sind an eine Quelle 68 für ein Inertgas wie Stickstoff oder ein Edelgas gekoppelt (1). Über eine Zuführungsleitung 70 läßt sich dann Inertgas in die Verteilerrohre 62, 64 einkoppeln.
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 angeordnet.
Der erste Teilstrom 74 in dem ersten Verteilerrohr 62 wird auf die Rohre 60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f weiter aufgeteilt und von einem Ende her in diese eingekoppelt. Entsprechend wird der zweite Teilstrom 76 an dem zweiten Verteilerrohr 64 weiter aufgeteilt und über das andere Ende der Rohre 60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f in diese eingekoppelt. Eine Einkopplungsrichtung 78 von dem ersten Verteilerrohr 62 her in die Rohre 60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f ist dabei entgegengesetzt zu einer Einkopplungsrichtung 80 für die Einkopplung von Inertgas von dem zweiten Verteilerrohr 64 her über das gegenüberliegende Ende der Rohre.
Die Rohre 60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f 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.
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.
Beispielsweise weist ein Rohr 60a usw. quer gegenüberliegende seitliche Öffnungen 84 auf, so daß eine Einströmung in entgegengesetzte Querrichtungen 86a, 86b ermöglicht ist.
Es ist auch vorgesehen, daß die Abkühlungseinrichtung 58 nach oben offene Öffnungen 88 aufweist (1), über die Inertgas nach oben und beispielsweise mindestens näherungsweise parallel zur Achse 18 in das Kaminrohr 48 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.
Die Öffnungen 84 und 88 weisen einen Durchmesser auf, welcher im Bereich zwischen 0,1 mm bis 0,4 mm liegt.
Die Rohre 60a usw., welche quer in dem Kaminrohr 48 sitzen, sind beispielsweise 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.
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, welche zu einer Anwendung führt. Die Anwendung ist beispielsweise ein Objekt wie ein Filter, der mit den kontrolliert erzeugten Rußpartikeln beaufschlagt wird.
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.
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.
Aus der Abführungsleitung 92 kann ein Aerosol-Teilstrom über eine Leitung 104 ausgekoppelt werden, um das Aerosol zu charakterisieren.
Es ist auch möglich, daß der Aerosolstrom vollständig in die Leitung 104 einkoppelbar ist. Beispielsweise ist dazu ein Schieber 105 an der Abführungsleitung 92 angeordnet, über welche die Abführungsleitung 92 so sperrbar ist, daß der gesamte Aerosolstrom in die Leitung 104 eingekoppelt wird.
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.
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. 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.
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.
Es kann eine Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 108 vorgesehen sein, über die der Massefluß an Brennstoff und Oxidator durch die Masseflußregler 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.
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.
Beispielsweise gibt die Analysatorvorrichtung 106 ihre Meßergebnisse bezüglich der Größenverteilung der Rußpartikel im eingekoppelten Aerosolstrom an die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 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 Vorgemisches 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.
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.
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.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur kontrollierten Erzeugung von Nano-Rußpartikeln funktioniert wie folgt:
Über die Mischungseinrichtung 34 wird ein definiertes Vorgemisch aus Brennstoff und Oxidator hergestellt, wobei durch Einstellung der entsprechenden Masseflüsse an den Masseflußreglern 44 und 46 eine definierte Gemischzusammensetzung und damit definierte Masseverhältnisse im Gemisch eingestellt 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.
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.
Durch den Kamin 50 wird ein Luftzutritt von oben in die Verbrennungszone 22 weitgehend verhindert.
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.
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.
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.
Es lassen sich dadurch im wesentlichen sämtliche erzeugte Rußpartikel einer Anwendung zuführen. Die Rußpartikel werden über den Auskopplungsbereich 90 ausgekoppelt.
Versuche haben gezeigt, daß sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Rußpartikelmengen in einer Größenordnung von 2 bis 3 g pro Stunde mit einem mittleren Durchmesser von 80 nm bis 100 nm pro Stunde auskoppeln lassen.
Mittels der Analysatorvorrichtung 106 läßt sich vor der Zuführung eines Rußpartikel-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 Oxidator 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.

Claims

Vorrichtung zur kontrollierten Erzeugung von Nano-Rußpartikeln, mit einem Brenner (12), dadurch gekennzeichnet, daß dem Brenner (12) eine Abkühlungseinrichtung (58) zum Abkühlen einer Brennerflamme zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlungseinrichtung (58) in einem Abstand zu dem Brenner (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlungseinrichtung (58) bezogen auf die Schwerkraftrichtung oberhalb des Brenners (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlungseinrichtung (58) an einem Diffuser (52) und/oder in der Nähe eines Diffusors (52) angeordnet ist.
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.
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.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Abkühlungseinrichtung (58) ein Inertgas in die Brennerflamme blasbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Abkühlungseinrichtung (58) Inertgas quer zur Schwerkraftrichtung in die Brennerflamme einblasbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Abkühlungseinrichtung (58) Inertgas in einer Abführungsrichtung für erzeugte Rußpartikel einblasbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlungseinrichtung (58) mindestens ein Rohr (60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f) aufweist, durch welches Inertgas führbar ist, wobei das mindestens eine Rohr (60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f) eine Mehrzahl von Öffnungen (82; 88) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Rohr (60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f) parallel zum Brenner (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (82; 88) in einem Kamin (50) positioniert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlungseinrichtung (58) eine Mehrzahl von Rohren (60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f) aufweist, welche in fluidwirksamer Weise mit mindestens einem Verteiler (62; 64) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Verteiler (62) und ein zweiter Verteiler (64) vorgesehen sind, zwischen welchen Rohre (60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß über den ersten Verteiler (62) und den zweiten Verteiler (64) Inertgas in ein Rohr (60a; 60b; 60c; 60d; 60e; 60f) von gegenläufigen Enden her einkoppelbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verdünnungseinrichtung (102) der Abkühlungseinrichtung (58) nachgeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (12) ein Porenbrenner ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischungseinrichtung (34) zur Herstellung eines Brennstoff-Oxidator-Vorgemisches vorgesehen ist, wobei die Mischungseinrichtung (34) an den Brenner (12) gekoppelt ist, so daß diesem das Vorgemisch zuführbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Kamin (50) eine Bersteinrichtung (96) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Bersteinrichtung (96) an einem oberen Ende des Kamins (50) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung von Nano-Rußpartikeln bezüglich Größe und/oder Konzentration kontrolliert ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischungseinrichtung (34) dem Brenner (12) vorgeschaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischungseinrichtung (34) durch eine Mischstrecke gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein Masseflußregler (44) zur Einstellung des Masseflusses von Brennstoff zur Mischungseinrichtung (34) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein Masseflußregler (46) zur Einstellung des Masseflusses von Oxidator zur Mischungseinrichtung (34) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (12) einen Verteilungsraum (16) umfaßt, welcher an die Mischungseinrichtung (34) gekoppelt ist und weicher durch eine Porenplatte (20) begrenzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilungsraum (16) zylindrisch ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß um den Verteilungsraum (16) für das Brennstoff-Oxidator-Gemisch ein Verteilungsraum (24) für Inertgas angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilungsraum (24) für Inertgas ringförmig angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Verteilungsraums (24) Inertgas um eine Verbrennungszone (22) ausströmbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Analysatorvorrichtung (106) für Rußpartikel vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Analysatorvorrichtung (106) einen elektrostatischen Klassifizierer umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Analysatorvorrichtung (106) einen Kondensationsteilchen-Zähler umfaßt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung (70) vorgesehen ist, mittels der eine Gemischzusammensetzung des Brennstoff-Oxidator-Gemisches steuerbar und/oder regelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Gemischzusammensetzung in Abhängigkeit einer gemessenen Partikelgröße erzeugter Rußpartikel steuerbar und/oder regelbar ist.
Verfahren zur kontrollierten Erzeugung von Nano-Rußpartikeln, bei dem eine Brennerflamme unter die Verbrennungstemperatur von Kohlenstoff gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung in einem räumlich definierten Bereich erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerflamme bis zum Erlöschen gekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung in einem Abstand zu einer Rußerzeugungszone durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgemischtes Gemisch von Brennstoff und Oxidator verbrannt wird.
Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß Brennstoff und Oxidator vor Zuführung zum Brenner vorgemischt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerflamme von einer Inertgas-Strömung umgebbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Rußpartikel über einen Kamin abgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rußpartikel-beladener Aerosolstrom analysiert wird.
Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung von Brennstoff und Oxidator in Abhängigkeit einer analysierten Partikelgröße der Rußpartikel gesteuert und/oder geregelt wird.