EP0353746B1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Feststoffaerosols - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Feststoffaerosols Download PDF

Info

Publication number
EP0353746B1
EP0353746B1 EP89114303A EP89114303A EP0353746B1 EP 0353746 B1 EP0353746 B1 EP 0353746B1 EP 89114303 A EP89114303 A EP 89114303A EP 89114303 A EP89114303 A EP 89114303A EP 0353746 B1 EP0353746 B1 EP 0353746B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrodes
particles
aerosol
voltage
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP89114303A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0353746A3 (en
EP0353746A2 (de
Inventor
Christoph Dr. Helsper
Friedrich Munzinger
Leander Mölter
Werner Sturn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Palas GmbH Partikel und Lasermesstechnik
Original Assignee
Palas GmbH Partikel und Lasermesstechnik
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Palas GmbH Partikel und Lasermesstechnik filed Critical Palas GmbH Partikel und Lasermesstechnik
Publication of EP0353746A2 publication Critical patent/EP0353746A2/de
Publication of EP0353746A3 publication Critical patent/EP0353746A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0353746B1 publication Critical patent/EP0353746B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/16—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed
    • B05B7/22—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc
    • B05B7/222—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc using an arc
    • B05B7/224—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc using an arc the material having originally the shape of a wire, rod or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/30—Mixing gases with solids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/05—Mixers using radiation, e.g. magnetic fields or microwaves to mix the material

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for producing solid particles by spark discharge between particle-emitting electrodes which can be moved via feed drives, the particles produced being carried along by a gas stream.
  • US-A-3 358 114 relates to a method and an apparatus for the electrical spray coating of a substrate.
  • an arc is generated between electrodes with pointed front ends, which are aligned with one another at a finite angle, in that the electrodes are brought closer to one another until a discharge takes place due to an applied radio frequency.
  • the discharge frequency is about 10,000 Hz at a low voltage of 50 V and at a high current of 100 A.
  • the electrodes remain incandescent, which means that high electrode material removal is possible and coating can be carried out in a few seconds. A high constancy of the mass particle concentration is not necessary.
  • the invention is therefore based on the object of further developing a device such that - adjustable over a long time - extremely constant particle concentrations are achieved, so that such a device is suitable for the calibration of soot measuring devices, for filter tests and for inhalation experiments.
  • this object is achieved by means of a device for producing a solid aerosol, which is characterized in that solid aerosols with high mass constancy, constant particle concentrations and small reproducible particle sizes, such as a carbon aerosol, are produced for experimental, measurement and calibration purposes, the electrodes being axial can be guided against each other are and have parallel adjacent end faces, a device for generating individual voltage peaks with a repetition frequency of less than 1000 Hz for evaporating electrode material in individual spark discharges with a high voltage source for more than 1000 V is provided, devices for guiding a current of an inert gas between the electrodes are provided in order to carry the aerosol particles produced, a voltage measuring device for measuring the breakdown voltage is applied to an electrode and is connected to a control device for the controlled feed drive which moves the electrodes synchronously with respect to one another.
  • a method according to the invention provides that solid aerosols with high mass constancy, constant particle concentration and with small reproducible particle sizes, such as a carbon aerosol, are generated for experimental, measuring and calibration purposes, the electrodes being guided axially against one another with adjacent parallel end faces, individual electrical ones Sparks with a repetition frequency of less than 1000 Hz are generated by voltage peaks of more than 1000 V applied to the electrodes, electrode material is vaporized by the individual voltage peak spark discharges from the flat, parallel, adjacent end faces of the electrodes and forms tiny aerosol particles by condensation, the aerosol particles are carried along by a gas flow of an inert gas passed between the electrodes, the breakdown voltage between the electrodes is measured and the electrodes are measured on the basis of the measured breakdown voltage are controlled to move synchronously against each other.
  • the invention is characterized in particular by high voltage applied to the electrodes with individual voltage peaks of high repetition frequency for evaporation of the electrode material.
  • the electrode material is vaporized by individual electrical sparks that repeatedly roll over between the electrodes and is then condensed into small particles.
  • the configuration according to the invention ensures that the distance between the mutually opposite front faces of the electrodes is automatically kept constant over a long time.
  • a constant breakdown voltage and thus constant particle generator operation is achieved.
  • the configuration according to the invention ensures that the electrodes always protrude symmetrically into a gas and particle supply channel and thus the electrodes are burnt off in the center of a discharge chamber.
  • the electrodes are driven by spindles with opposing threads, in particular the electrodes are fixed to running blocks which are in engagement with the spindles and the spindles are driven by a motor serving as an electrode drive motor via a toothed belt.
  • This configuration ensures uniform guidance of the electrodes, which is important for uniform erosion of the electrodes and ensuring a minimal change in the breakdown voltage.
  • the configuration according to the invention enables the particle concentrations to be adjusted widely with the control device for the feed drive, in that the feed - depending on the respectively desired particle concentration - is regulated automatically and different external control programs need not be provided here.
  • a further embodiment of the invention provides that a gas supply channel for carrier gas and particle flow is formed in a PTFE body serving as a functional block. This configuration ensures that as few particles as possible remain stuck in the gas supply channel, as a result of which the discharged particle concentration could be changed.
  • the configuration according to the invention creates an aerosol generator, in particular for producing pure carbon aerosol, but also for producing aerosols from metals or inert gas or metal oxides when using corresponding metal electrodes, the combustion of which in the latter case oxidizes as a propellant gas in an oxygen atmosphere calibrations of measuring devices, filter tests and inhalation experiments can be carried out comfortably and with high accuracy.
  • the device 1 for generating a solid aerosol has a functional block 2 made of PTFE or a corresponding material with poor adhesive properties.
  • a gas supply channel 3 is formed, preferably for an inert carrier gas such as argon or the like.
  • a flashover or discharge chamber 3 a adjoins the gas supply duct 3, into which guide openings 4 for solid electrodes 6 are formed perpendicularly to it and diagonally opening into it.
  • the electrodes 6 are graphite electrodes. In principle, however, other electrodes can also be used, such as individual metal electrodes, whereby the carrier gas can then be an oxygen-containing carrier gas in order to generate corresponding oxide aerosols.
  • a gas guide flange 5 is attached to the function block 2 (FIG. 3), which is provided with a gas inlet 5a (FIG. 4), which creates a gas connection to the gas supply channel 3 in the function block 2 via a transverse bore 5b and gas supply bores 5c.
  • the multiple small gas supply bores 5c result in a uniform flow distribution of the gas flow.
  • the gas supply channel 3 has an essentially rectangular cross section.
  • the ratio of the cross-sectional width in the direction of extension of the electrode to the cross-sectional length perpendicular thereto is preferably less than 1:10, the width being less than 1 mm and less than the electrode spacing.
  • the gas supply channel 3 widens to the discharge chamber 3a, the cross-sectional width and length of which are approximately of the same order of magnitude.
  • the carrier gas can flow through the electrodes 6 in a substantially laminar manner without a large amount of turbulence, and after a discharge between the electrodes 6, whereby particles that form the aerosol particles detach them quickly from the flashover chamber 3a, which results in a high discharge frequency and thus enables a high aerosol particle rate.
  • the discharge chamber 3a opens at 3b into an aerosol outlet channel 3c (FIG. 5), in which a diluent gas nozzle 10 (FIG. 4) is arranged in the mouth region 3b.
  • a diluent gas nozzle 10 FIG. 4
  • the flowing gas quantity can be increased while maintaining the high particle rate generated by the possible high discharge frequency.
  • the concentration of the aerosol particles in the increased amount of gas can extend across the entire cross-sectional width of the aerosol outlet channel 3c can be lowered, thereby reliably preventing agglomeration of the aerosol particles into larger structures (chains, flakes or the like).
  • another gas can be added here.
  • the formation of the feed for the mixed gas as a diluent gas nozzle 10 reliably prevents the mixed gas from penetrating into the area between the electrodes 6.
  • the electrodes 6 have flat, mutually parallel, mutually opposite end faces 7 which are opposite one another at a short distance of a few mm, preferably about 1.5 mm.
  • the electrodes 6 are held in trestles 8.
  • the support brackets 8 have guide openings 9 with an internal thread 11 and sit with these guide openings 9 on spindles 12, which pass through the functional block 2 in a freely rotatable manner, protrude beyond it on both sides and are provided with opposite threads 13, 14 at their projecting ends, in which shown Exemplary embodiment of FIG. 1, the threads 13 on the left of the function block 2 are left-hand threads and the threads 14 on the right of the function block 2 are right-hand threads.
  • Toothed pulleys 16, 17 are seated on both spindles 12, via which a toothed belt 18 is guided, which also runs over a toothed pulley 19 (FIG. 2) of a drive motor 21.
  • the spindles 12 can be switched off in their inner and outer end positions by means of limit switches.
  • the functional block 2 is arranged in a housing 15.
  • the electrodes 6 are held by electrode sleeves 6a, which are covered on the back by screw caps 6b, through which the electrode sleeves 6a hold the electrodes 6 securely.
  • the electrodes 4 are connected via a storage element 22 (FIG. 6), such as an RC element, to a high-voltage power supply unit 23, which may have a transformer T (one of the electrodes 6 via "earth", the other to the further pole of the High-voltage power supply 23 directly via the storage element 22).
  • the applied high voltage generates voltage peaks which lead to sparking between the electrodes 6.
  • the output current of the high-voltage supply and thus the spark frequency are set by means of a current regulator 25.
  • the level of the output current determines the charging time of the storage element 22 and thus the spark frequency. This can be selected between 3 Hz and approx. 1000 Hz.
  • a high-voltage measuring device 24 which leads to an input 26 of a comparator 27, at the other input 28 of which a reference voltage of a target voltage source 29 (representative of the desired (target) distance between the electrodes 6) ( relative to the "earth").
  • the comparator 27 compares the two at its inputs 26,28 applied voltages and controls the electrode drive motor 21 according to their difference. In this way, the breakdown voltage between the electrodes 6 is measured and the value of the electrode distance between the end faces 7 of the electrodes 6 is automatically regulated. If the breakdown voltage increases as the distance between the electrodes 6 increases, then the output voltage of the comparator 27 sets the electrode drive motor 21 into operation until the distance and thus the breakdown voltage have again reached their desired value. In this way, a constant breakdown voltage and constant generator operation are achieved.
  • the GFG 1000 generates tiny carbon particles by high-voltage sparks between two graphite electrodes.
  • the distance between the electrodes is flushed with argon.
  • the carbon evaporated in the spark gap is transported out of the area between the electrodes by the argon flow and condenses to the smallest primary particles, which form more or less large agglomerates depending on the concentration.
  • the particle mass flow can be varied largely linearly within wide limits via the current strength and thus the frequency of the spark, the mass flow preferably in the range from 0 to approximately 0.1 mg / min. lies.
  • the electrode burn-off is compensated for by automatic tracking of the electrodes. This ensures very constant operation of the generator.
  • the agglomerate formation can be reduced by targeted dilution of the aerosol immediately after it is formed.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Electrostatic Spraying Apparatus (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen von Feststoffpartikeln durch Funkenentladung zwischen teilchenabgebenden Elektroden, die über Vorschubantriebe bewegbar sind, wobei die erzeugten Partikel durch einen Gasstrom mitgeführt werden.
  • Es sind verschiedene Einrichtungen zur Erzeugung von Feststoffpartikeln wie eines Feststoffaerosols bekannt. So können Partikel von einer Säule aus verdichteten Kohlenstoffteilchen mittels einer Bürste abgenommen und in einen Gasstrom eingebracht werden, von dem sie ausgetragen werden. Zur Erzeugung eines Kohlenstoffaerosols wurde eine Entladung über zwei mit Abstand zueinander angeordnete Kohlenstoffelektroden vorgeschlagen. Bei der Funkenentladung verdampft das Elektrodenmaterial und im Zwischenraum zwischen den Elektroden kondensieren einzelne Teilchen. Die Elektroden werden von einem Gasstrom umspült, der die kondensierten Teilchen mitnimmt und als Aerosol aus der Vorrichtung austrägt. Bei der letztgenannten Vorrichtung können nur Aerosole mit niedriger Konzentration über eine kurze Zeit im Labormaßstab erzeugt werden, da die Elektroden "abbrennen" und sich damit die Arbeitsbedingungen ändern, wodurch kein konstanter Betrieb erreichbar ist.
  • Die US-A-3 358 114 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrischen Sprühschichten eines Substrats. Hierzu wird zwischen Elektroden mit angespitzten vorderen Enden, die zueinander unter einem endlichen Winkel ausgerichtet sind, ein Lichtbogen erzeugt, indem die Elektroden einander angenähert werden, bis eine Entladung aufgrund einer angelegten Hochfrequenz stattfindet. Die Entladungsfrequenz beträgt dabei etwa 10.000 Hz bei einer geringen Spannung von 50 V und bei einer hohen Stromstärke von 100 A. Hierdurch bleiben die Elektroden permanent weißglühend, wodurch ein hoher Elektrodenmaterialabtrag möglich ist und eine Beschichtung in wenigen Sekunden erfolgen kann. Eine hohe Konstanz der Massenpartikelkonzentration ist nicht erforderlich.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung dahingehend weiterzuentwickeln, daß - einstellbar über eine große Zeit - äußerst konstante Partikelkonzentrationen erreicht werden, so daß eine derartige Vorrichtung zur Kalibrierung von Ruß-Meßgeräten, für Filtertests und für Inhalationsexperimente geeignet ist.
  • Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe mittels einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Feststoffaerosols gelöst, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß zu Versuchs-, Meß- und Eichzwecken Feststoffaerosole mit hoher Massenkonstanz, konstanten Partikelkonzentrationen und kleinen reproduzierbaren Partikelgrößen, wie eines Kohlenstoffaerosols erzeugt werden, wobei die Elektroden axial gegeneinanderführbar sind und parallele benachbarte Stirnflächen aufweisen, eine Einrichtung zur Erzeugung einzelner Spannungspitzen mit einer Wiederholungsfrequenz von weniger als 1000 Hz zum Verdampfen von Elektrodenmaterial in einzelnen Funkenentladungen mit einer Hochspannungsquelle für mehr als 1000 V vorgesehen ist, Einrichtungen zum Führen eines Stromes eines inerten Gases zwischen den Elektroden hindurch vorgesehen sind, um die erzeugten Aerosolteilchen mitzuführen, an einer Elektrode ein Spannungsmeßgerät zur Messung der Überschlagsspannung anliegt und mit einer Regeleinrichtung für den die Elektroden synchron gegeneinanderbewegenden, geregelten Vorschubantrieb verbunden ist. Ein erfindungsgemäßes Verfahren sieht vor, daß zu Versuchs-, Meß- und Eichzwecken Feststoffaerosole mit hoher Massenkonstanz, konstanter Partikelkonzentration und mit kleinen reproduzierbaren Partikelgrößen, wie eines Kohlenstoffaerosols, erzeugt werden, wobei die Elektroden mit einander benachbarten parallelen Stirnflächen axial gegeneinander geführt werden, einzelne elektrische Funken mit einer Wiederholungsfrequenz von weniger als 1000 Hz durch an die Elektroden angelegte Spannungspitzen von mehr als 1000 V erzeugt werden, durch die einzelnen Spannungsspitzen-Funkenentladungen Elektrodenmaterial von den ebenen, parallelen benachbarten Stirnflächen der Elektroden verdampft wird und durch Kondensation kleinste Aerosolteilchen bildet, die Aerosolteilchen durch einen zwischen den Elektroden hindurchgeführten Gasstrom eines inerten Gases mitgeführt werden, die Überschlagsspannung zwischen den Elektroden gemessen und die Elektroden aufgrund der gemessenen Überschlagsspannung geregelt synchron gegeneinanderbewegt werden.
  • Die Erfindung zeichnet sich insbesondere durch an den Elektroden anliegende Hochspannung mit einzelnen Spannungsspitzen hoher Wiederholungsfrequenz zur Verdampfung des Elektrodenmaterials aus. Das Elektrodenmaterial wird durch wiederholt zwischen den Elektroden überschlagende, einzelne elektrische Funken verdampft und anschließend zu kleinen Teilchen kondensiert.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann erreicht werden, daß der Abstand zwischen den einander parallel gegenüberliegenden vorderen Stirnseiten der Elektroden über eine lange Zeit automatisch konstant gehalten wird. Es wird so eine konstante Überschlagsspannung und damit ein konstanter Partikelgeneratorbetrieb erreicht. Insbesondere wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung sichergestellt, daß die Elektroden immer symmetrisch in einen Gas- und Partikelzuführungskanal ragen und damit der Abbrand der Elektroden mittig in einer Entladungskammer erfolgt.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Elektroden über Spindeln mit gegeneinanderlaufenden Gewinden angetrieben sind, wobei insbesondere die Elektroden an Laufblöcken festgelegt sind, die mit den Spindeln im Eingriff stehen und die Spindeln von einem als Elektrodenantriebsmotor dienenden Motor über einen Zahnriehmen angetrieben sind. Durch diese Ausgestaltung wird eine gleichmäßige Führung der Elektroden erzielt, was für einen gleichmäßigen Abbrand derselben und die Sicherstellung einer minimalen Veränderung der Überschlagsspannung wichtig ist.
  • Während grundsätzlich die Elektrodenabbrandrate konstant ist, so daß ein gesteuerter Antrieb vorgesehen sein könnte, wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung eine mit der Regeleinrichtung für den Vorschubantrieb weite Einstellbarkeit der Partikelkonzentrationen ermöglicht, indem der Vorschub - abhängig von jeweils gewünschter Partikelkonzentration - automatisch geregelt ist und hier nicht verschiedene externe Steuerprogramme vorgesehen sein müssen.
  • Durch die Messung der Überschlagsspannung wird genau diese, deren Konstanz angestrebt wird, zur Regelung des Elektrodenabstandes und damit der gewünschten Konstanthaltung der Überschlagsspannung selbst als Meßgröße bzw. Istwertvorgabe genommen.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß ein Gaszuführungskanal für Trägergas und Teilchenstrom in einem als Funktionsblock dienenden PTFE-Körper ausgebildet ist. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, daß möglichst wenig Teilchen im Gaszuführungskanal haften bleiben, wodurch die ausgetragene Partikelkonzentration verändert werden könnte.
  • Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ein Aerosolgenerator, insbesondere zum Erzeugen von reinem Kohlenstoffaerosol, aber auch zur Erzeugung von Aerosolen aus Metallen bzw. Inertgas oder Metalloxiden bei Verwendung von entsprechenden Metallelektroden, deren Abbrand im letzten Falle in einer Sauerstoffatmosphäre als Treibgas oxidiert, geschaffen, mit dem Kalibrierungen von Meßgeräten, Filtertests und Inhalationsexperimente bequem und mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden können.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung des Antriebs für die Elektroden in Seitenansicht;
    Figur 2
    eine Sicht auf die Vorrichtung entsprechend dem Pfeil II der Figur 1;
    Figur 3
    eine Darstellung des Funktionsblocks mit Elektroden und Gaszuführungskanal in einem Schnitt senkrecht zu derselben;
    Figur 4
    einen Schnitt entsprechend IV-IV der Figur 3;
    Figur 5
    eine konkrete Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
    Figur 6
    eine Prinzipdarstellung der elektrischen Schaltung.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Erzeugen eines Feststoffaerosols weist einen Funktionsblock 2 aus PTFE oder einem entsprechenden Material mit schlechten Hafteigenschaften auf. In dem Funktionsblock 2 ist ein Gaszuführungskanal 3, vorzugsweise für ein inertes Trägergas wie Argon oder dergleichen, ausgebildet. An den Gaszuführungskanal 3 schließt sich eine Überschlags- oder Entladungskammer 3a an, in die senkrecht zu ihr, diagonal in diese zentral mündend Führungsdurchbrüche 4 für Feststoffelektroden 6 ausgebildet sind. Die Elektroden 6 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel Graphitelektroden. Es können aber grundsätzlich auch andere Elektroden eingesetzt werden, wie beispielsweise einzelne Metallelektroden, wobei das Trägergas dann ein sauerstoffhaltiges Trägergas sein kann, um entsprechende Oxid-Aerosole zu erzeugen.
  • Auf dem Funktionsblock 2 ist ein Gasführungsflansch 5 befestigt (Fig.3), der mit einem Gaseinlaß 5a (Fig. 4) versehen ist, der über eine Querbohrung 5b und Gaszuführungsbohrungen 5c zu dem Gaszuführungskanal 3 im Funktionsblock 2 eine Gasverbindung herstellt. Die mehreren kleinen Gaszuführungsbohrungen 5c ergeben eine gleichmäßige Strömungsverteilung der Gasströmung. Der Gaszuführungskanal 3 weist einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Das Verhältnis von Querschnittsbreite in Erstreckungsrichtung der Elektrode zur Querschnittslänge senkrecht hierzu liegt vorzugsweise unter 1:10, wobei die Breite geringer als 1 mm und geringer als der Elektrodenabstand sein sollte. Vor den Elektroden 6 verbreitert sich der Gaszuführungskanal 3 zur Entladungskammer 3a, deren Querschnittsbreite und -länge etwa in der gleichen Größenordnung liegen. Durch diese Ausgestaltung kann das Trägergas im wesentlichen laminar ohne große Turbulenzbildung zwischen den Elektroden 6 hindurchströmen und nach einer Entladung zwischen den Elektroden 6, wobei sich von diesen Partikel lösen, die die Aerosolteilchen bilden, diese schnell aus der Überschlagskammer 3a ausräumen, was eine hohe Entladungsfrequenz und damit eine hohe Aerosolteilchenrate ermöglicht.
  • Die Entladungskammer 3a mündet bei 3b in einen Aerosolauslaßkanal 3c (Fig. 5), in dem im Einmündungsbereich 3b eine Verdünnungsgasdüse 10 (Fig. 4) angeordnet ist. Hierdurch kann unter Beibehaltung der durch die mögliche hohe Entladungsfrequenz erzeugten hohen Teilchenrate die strömende Gasmenge vergrößert werden. Gleichzeitig kann die Konzentration der Aerosolpartikel in der vergrößerten Gasmenge über die gesamte Querschnittsbreite des Aerosolauslaßkanals 3c abgesenkt werden, wodurch ein Agglomerieren der Aerosolteilchen zu größeren Gebilden (Ketten, Flocken oder ähnliches) zuverlässig verhindert wird.
  • Insbesondere kann hier ein anderes Gas zugemischt werden. Beispielsweise ist es möglich Luft zuzumischen, die nicht direkt mit oder statt des Trägergases Argon durch die Entladungskammer 3a geführt werden kann, da die bei der Entladung sich lösenden Teilchen (Kohlenstoff aber auch Metallteilchen bei Metallelektroden, wenn ein entsprechendes Aerosol gewünscht wird) im Entladungsplasma oxidieren (verbrennen) würden. Eine spätere Zumischung von Sauerstoff ist insofern problemlos und gegenüber der Verwendung ausschließlich eines inerten Edelgases als Träger preiswerter. Durch die Ausbildung der Zuführung für das Mischgas als Verdünnungsgasdüse 10 wird ein Eindringen des Mischgases in den Bereich zwischen den Elektroden 6 zuverlässig verhindert.
  • Die Elektroden 6 weisen flache, parallel zueinander gerichtete, einander gegenüberliegende Stirnseiten 7 auf, die einander in geringem Abstand von wenigen mm, vorzugsweise ca. 1,5 mm, gegenüberstehen. Die Elektroden 6 sind in Halteböcken 8 festgehalten. Die Halteböcke 8 weisen Führungsdurchbrüche 9 mit einem Innengewinde 11 auf und sitzen mit diesen Führungsdurchbrüchen 9 auf Spindeln 12, die den Funktionsblock 2 frei drehbar durchsetzen, ihn beidseitig überragen und an ihren überragenden Enden mit jeweils entgegengesetzten Gewinden 13,14 versehen sind, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel der Figur 1 die Gewinde 13 links des Funktionsblocks 2 Linksgewinde und die Gewinde 14 rechts des Funktionsblock 2 Rechtsgewinde sind.
  • Auf beiden Spindeln 12 sitzen Zahnscheiben 16,17, über die gemeinsam ein Zahnriemen 18 geführt ist, der ebenfalls über eine Zahnscheibe 19 (Fig. 2) eines Antriebsmotors 21 läuft. Die Spindeln 12 sind in ihren inneren und äußeren Endstellungen mittels Endschalter abschaltbar.
  • Bei der Ausgestaltung der Figur 5 ist der Funktionsblock 2 in einem Gehäuse 15 angeordnet. Die Elektroden 6 werden durch Elektrodenhülsen 6a gehalten, die rückseitig durch Schraubkappen 6b abgedeckt sind, durch die die Elektrodenhülsen 6a die Elektroden 6 sicher halten.
  • Die Elektroden 4 sind über ein Speicherglied 22 (Fig. 6) wie beispielsweise ein RC-Glied, mit einem Hochspannungsnetzteil 23, das gegebenenfalls einen Transformator T aufweist, verbunden (eine der Elektroden 6 über "Erde", die andere mit dem weiteren Pol des Hochspannungsnetzteils 23 über das Speicherglied 22 direkt). Durch die angelegte Hochspannung werden Spannungsspitzen erzeugt, die zu einer Funkenbildung zwischen den Elektroden 6 führen. Es wird mit einer konstanten Hochspannung von mehr als 1000 Volt, beispielsweise von ca. 3000 Volt, gearbeitet. Mittels eines Stromreglers 25 wird der Ausgangsstrom der Hochspannungsversorgung und damit die Funkenfrequenz eingestellt. Die Höhe des Ausgangsstroms bestimmt die Aufladezeit des Speicherglieds 22 und damit die Funkenfrequenz. Diese kann zwischen 3 Hz und ca. 1000 Hz gewählt werden.
  • Weiter liegt an der direkt mit dem Hochspannungsnetzteil 23 verbundenen Elektrode 6 ein Hochspannungsmeßgerät 24 an, das zu einem Eingang 26 eines Komparators 27 führt, an dessen anderem Eingang 28 eine für den gewünschten (Soll-) Abstand der Elektroden 6 repräsentative Referenzspannung einer Sollspannungsquelle 29 (relativ zur "Erde") anliegt. Der Komperator 27 vergleicht die beiden an seinen Eingängen 26,28 anliegenden Spannungen und regelt entsprechend deren Differenz den Elektrodenantriebsmotor 21. Derart wird die Überschlagsspannung zwischen den Elektroden 6 gemessen und mittels ihres Wertes der Elektrodenabstand zwischen den Stirnseiten 7 der Elektroden 6 automatisch geregelt. Steigt die Überschlagsspannung durch zunehmenden Abstand der Elektroden 6, dann setzt die Ausgangsspannung des Komparators 27 den Elektrodenantriebsmotor 21 in Betrieb, bis der Abstand und damit die Überschlagsspannung wieder ihren Sollwert erreicht haben. Hierdurch wird eine konstante Überschlagsspannung und ein konstanter Generatorbetrieb erreicht.
  • Der GFG 1000 erzeugt kleinste Kohlenstoffpartikel durch Hochspannungsfunken zwischen zwei Graphitelektroden. Um Oxidation des Kohlenstoffs zu vermeiden, wird die Strecke zwischen den Elektroden mit Argon gespült. Der in der Funkenstrecke verdampfte Kohlenstoff wird von dem Argonstrom aus dem Bereich zwischen den Elektroden heraustransportiert und kondensiert zu kleinsten Primärpartikeln, die je nach Konzentration mehr oder weniger große Agglomerate bilden. Über die Stromstärke und damit die Frequenz des Funkens läßt sich der Partikelmassenstrom in weiten Grenzen weitgehend linear variieren, wobei der Massenstrom bevorzugterweise im Bereich von 0 bis ca. 0,1 mg/min. liegt.
  • Der Elektrodenabbrand wird durch eine automatische Nachführung der Elektroden kompensiert. Damit wird ein sehr konstanter Betrieb des Generators gewährleistet. Durch gezielte Verdünnung des Aerosols direkt nach der Entstehung kann die Agglomeratbildung verringert werden.

Claims (14)

  1. Vorrichtung zum Erzeugen von Feststoffpartikeln durch Funkenentladung zwischen teilchenabgebenden Elektroden, die über Vorschubantriebe bewegbar sind, wobei die erzeugten Partikel durch einen Gasstrom mitgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zu Versuchs-, Meß- und Eichzwecken Feststoffaerosole mit hoher Massenkonstanz, konstanten Partikelkonzentrationen und kleinen reproduzierbaren Partikelgrößen, wie eines Kohlenstoffaerosols, erzeugt werden, wobei die Elektroden (6) axial gegeneinanderführbar sind und parallele benachbarte Stirnflächen (7) aufweisen, eine Einrichtung (22, 23) zur Erzeugung einzelner Spannungsspitzen mit einer Wiederholungsfrequenz von weniger als 1000 Hz zum Verdampfen von Elektrodenmaterial in einzelnen Funkenentladungen mit einer Hochspannungsquelle für mehr als 1000 V vorgesehen ist, Einrichtungen (3) zum Führen eines Stromes eines inerten Gases zwischen den Elektroden (6) hindurch vorgesehen sind, um die erzeugten Aerosolteilchen mitzuführen, an einer Elektrode (6) ein Spannungsmeßgerät (24) zur Messung der Überschlagsspannung anliegt und mit einer Regeleinrichtung (26, 27, 28, 29) für den die Elektroden (6) synchron gegeneinanderbewegenden, geregelten Vorschubantrieb verbunden ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (6) über Spindeln (12) mit gegeneinanderlaufenden Gewinden (13,14) angetrieben sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (6) an Laufblöcken (8) festgelegt sind, die mit den Spindeln (12) im Eingriff stehen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindeln (12) von einem als Elektrodenantriebsmotor dienenden Motor (21) über einen Zahnriemen (18) angetrieben sind.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gaszuführungskanal (3) für Trägergas und Teilchenstrom in einem als Funktionsblock dienenden PTFE-Körper (2) ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß hinter den Elektroden (6) im Aerosolauslaß an einem Aerosolauslaßkanal (3c) eine Verdünnungsgasdüse (10) angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Aerosolauslaßkanal (3c) sich quer zum Gaszuführungskanal (3,3a) im Bereich der Elektroden (6) erstreckt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung der Verdünnungsgasdüse (10) stromab eines Einmündungsbereichs (3b) des Gaszuführungskanals (3,3a) in den Aerosolauslaßkanal (3c) mündet.
  9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaszuführungskanal (3) vor den Elektroden (6) als Schlitz mit einer gegenüber dem Abstand der Elektroden (6) geringeren Breite ausgebildet ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Querschnittsbreite zu Querschnittslänge des Gaszuführungskanals (3) kleiner als 1:10 ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaszuführungskanal (3) eine Querschnittsbreite in Erstreckungsrichtung der Elektroden (6) von weniger als 1 mm aufweist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaszuführungskanal (3) kontinuierlich vor den Elektroden (6) in eine Überschlags- oder Entladungskammer (3a), in welche die Elektroden (6) ragen, übergeht.
  13. Verfahren zum Erzeugen von Feststoffpartikeln durch Funkenentladung zwischen teilchenabgebenden Elektroden, die über Vorschubantriebe bewegbar sind, wobei die erzeugten Partikel durch einen Gasstrom mitgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zu Versuchs-, Meß- und Eichzwecken Feststoffaerosole mit hoher Massenkonstanz, konstanter Partikelkonzentration und mit kleinen reproduzierbaren Partikelgrößen, wie eines Kohlenstoffaerosols, erzeugt werden, wobei die Elektroden (6) mit einander benachbarten parallelen Stirnflächen (7) axial gegeneinander geführt werden, einzelne elektrische Funken mit einer Wiederholungsfrequenz von weniger als 1000 Hz durch an die Elektroden (6) angelegte Spannungsspitzen von mehr als 1000 V erzeugt werden, durch die einzelnen Spannungsspitzen-Funkenentladungen Elektrodenmaterial von den ebenen, parallelen benachbarten Stirnflächen (7) der Elektroden (6) verdampft wird und durch Kondensation kleinste Aerosolteilchen bildet, die Aerosolteilchen durch einen zwischen den Elektroden (6) hindurchgeführten Gasstrom eines inerten Gases mitgeführt werden, die Überschlagsspannung zwischen den Elektroden (6) gemessen und die Elektroden (6) aufgrund der gemessenen Überschlagsspannung gereglt synchron gegeneinanderbewegt werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden Stirnseiten (7) der Elektroden (6) trotz ihres Abbrandes auf konstanten Abstand geregelt werden.
EP89114303A 1988-08-04 1989-08-03 Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Feststoffaerosols Expired - Lifetime EP0353746B1 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE8809948 1988-08-04
DE8809948U 1988-08-04
DE8811320U DE8811320U1 (de) 1988-08-04 1988-09-07 Vorrichtung zum Erzeugen eines Feststoffaerosols
DE8811320U 1988-09-07

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP0353746A2 EP0353746A2 (de) 1990-02-07
EP0353746A3 EP0353746A3 (en) 1990-12-12
EP0353746B1 true EP0353746B1 (de) 1994-03-23

Family

ID=25953369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP89114303A Expired - Lifetime EP0353746B1 (de) 1988-08-04 1989-08-03 Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Feststoffaerosols

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP0353746B1 (de)
DE (2) DE8811320U1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018210904A1 (de) * 2018-07-03 2020-01-09 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Aerosolgenerator und Verfahren zum Betreiben eines Aerosolgenerators

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE223761T1 (de) * 1997-12-05 2002-09-15 Palas Gmbh Verfahren und vorrichtung zur erzeugung eines feststoffaerosols
EP1055877B1 (de) 1999-05-26 2003-09-03 Lianpeng Jing Brenner zum Erzeugen von Russ
EP1616914A1 (de) * 2004-07-12 2006-01-18 Matter Engineering AG Russerzeuger
DE102013106102A1 (de) 2013-06-12 2014-12-18 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Vorrichtung zum Erzeugen eines Feststoffaerosols
DE102015011853A1 (de) 2015-09-10 2017-03-16 Man Truck & Bus Ag Aerosolgenerator, insbesondere Rußgenerator

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1795707A (en) * 1927-10-10 1931-03-10 Lafayette W Blymyer Circuit controller
CH281749A (de) * 1941-06-26 1952-03-31 Electronic Reduction Corp Verfahren zur Herstellung von Metallhalogeniden aus hitzebeständigen Mineralien dieser Metalle.
US2488861A (en) * 1947-10-25 1949-11-22 Ralph W Gooch Automatic arc lighting apparatus and the like
US3358114A (en) * 1962-08-07 1967-12-12 Inoue Kiyoshi Method of and apparatus for the electric spray-coating of substrates

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018210904A1 (de) * 2018-07-03 2020-01-09 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Aerosolgenerator und Verfahren zum Betreiben eines Aerosolgenerators

Also Published As

Publication number Publication date
EP0353746A3 (en) 1990-12-12
DE8811320U1 (de) 1989-10-12
EP0353746A2 (de) 1990-02-07
DE58907272D1 (de) 1994-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10084713B3 (de) System zum Erzeugen eines in der Ladung angepassten Aerosols, Verfahren zum Ionisieren eines Aerosols, Verfahren zum Kennzeichnen eines nicht-flüchtigen Materials sowie eine Aerosol-Landungsanpassungsvorrichtung mit Korona-Entladung
DE19941670B4 (de) Massenspektrometer und Verfahren zum Betreiben eines Massenspektrometers
DE69932042T2 (de) Mittel zur elektrohyrodynamischen zerstäubung
DE19823748C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur plasmachemischen Erzeugung von Stickstoffmonoxid
EP2382460B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur detektion von ionisierbaren gasen
DE19909333A1 (de) Gerät und Verfahren zum Neutralisieren geladener Teilchen
DE19846656A1 (de) Teilchenladegerät und Verfahren zum Laden von Teilchen
DE60202753T2 (de) Corona ionenquelle
DE2701671C3 (de) Einrichtung zum Plasmaspritzen
EP0258296A1 (de) Vorrichtung zur erzeugung von ionen in gasströmen.
DE3786359T2 (de) Pulverladevorrichtung und elektrostatische Pulverauftragsvorrichtung.
EP0353746B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Feststoffaerosols
DE102013004514B3 (de) Elektrodeneinrichtung für eine Plasmaentladung mit gleitendem Lichtbogen
DE60213206T2 (de) Vorrichtung zum auffangen von aerosolen aus gasen
EP0134961A2 (de) Plasmabrenner und Verfahren zu dessen Betreiben
DE1598392A1 (de) Vierpol-Massenspektrograph
DE3009794C2 (de) Vorrichtung zur Probeneingabe in ein Graphitrohr bei der flammenlosen Atomabsorptions-Spektroskopie und Verfahren unter Verwendung der Vorrichtung
DE2827120A1 (de) Geraet zum feststellen gas- oder dampffoermiger spurenelemente
DE1208914B (de) Detektor fuer Gaschromatographen
DE2900715C2 (de) Plasmastrahlgerät
US4967958A (en) Apparatus for producing a solid aerosol
DE4320607A1 (de) Anordnung zur Spurengasanalyse
DE2420656A1 (de) Anordnung zur elektronenstrahlverdampfung
DE4244811C2 (de) Luftionisator sowie Verfahren zur Luftionisierung für Heilzwecke
DE2636153A1 (de) Ionengenerator

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): DE FR GB IT SE

PUAL Search report despatched

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): DE FR GB IT SE

17P Request for examination filed

Effective date: 19901229

17Q First examination report despatched

Effective date: 19920424

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): DE FR GB IT SE

REF Corresponds to:

Ref document number: 58907272

Country of ref document: DE

Date of ref document: 19940428

GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)

Effective date: 19940518

ITF It: translation for a ep patent filed
ET Fr: translation filed
K2C2 Correction of patent specification (partial reprint) published

Effective date: 19940323

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

EAL Se: european patent in force in sweden

Ref document number: 89114303.4

26N No opposition filed
PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Payment date: 19990816

Year of fee payment: 11

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20000804

EUG Se: european patent has lapsed

Ref document number: 89114303.4

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: IF02

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES;WARNING: LAPSES OF ITALIAN PATENTS WITH EFFECTIVE DATE BEFORE 2007 MAY HAVE OCCURRED AT ANY TIME BEFORE 2007. THE CORRECT EFFECTIVE DATE MAY BE DIFFERENT FROM THE ONE RECORDED.

Effective date: 20050803

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20060802

Year of fee payment: 18

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 20060824

Year of fee payment: 18

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 20060830

Year of fee payment: 18

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20070803

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

Effective date: 20080430

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20080301

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20070831

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20070803