气溶胶发生器，尤其烟灰发生器的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的气溶胶发生器(Aerosolgenerator)，尤其烟灰发生器(Rußgenerator，有时称为碳黑发生器)。本发明此外一种涉及用于产生气溶胶(Aerosol)的方法，尤其用于产生烟灰(Ruß，有时称为碳黑)的方法。

背景技术：

为了减少来自发动机废气的颗粒使用减少颗粒的构件，例如过滤系统和/或催化器。现今使用的过滤系统基本上通过再生的形式(烟灰的烧掉(Abbrennen))而区分。在此烟灰的针对性的时间上受限的烧掉称作主动的再生并且烟灰的连续的分解称作被动的再生，理想地在动态的平衡中。为了技术上检查烟灰的过滤效率或反应性应用了模型烟灰(Modellruße，有时称为模拟烟灰)和真实烟灰。为了检查法律上受限的颗粒排放现在应用了各种各样的颗粒测量技术，这些颗粒测量技术确定了颗粒质量和颗粒数量。现在没有应用标准化的颗粒气溶胶(Partikelaerosole)以用于确认、校准(Eichung)和标定(Kalibrierung)这些颗粒测量技术。

为了制造烟灰颗粒当前除了内燃机以外应用了各种各样的烟灰发生器。

文件EP0353746A2描述了一种装置，该装置通过在石墨电极处的火花放电产生烟灰颗粒。专利文献US4751069A描述了一种用于通过在高温下使含碳的材料碎裂来生成烟灰颗粒的系统。专利文献EP1055877B1描述了一种用于产生烟灰颗粒的燃烧器，该燃烧器在燃烧室中燃烧可燃气体和氧化气体。在文件EP1590408B1中描述了该燃烧器的改进。在文件WO2014/085941A1中描述了另一改进，该文件描述了应用液态的燃料以用于产生烟灰颗粒。

已知的装置的缺点是，颗粒的化学组成以及颗粒形态即气溶胶的产生的颗粒的尺寸和性质不能或至少仅仅能够在受限的程度内被影响。

技术实现要素：

因此本发明的任务是，提供用于产生模型气溶胶(Modellaerosolen，有时称为模拟气溶胶)尤其烟灰的改进的装置，利用该装置能够避免传统的技术的缺点。本发明的任务尤其是，提供一种气溶胶发生器尤其烟灰发生器，其使得对产生的颗粒的化学组成和/或形态施加直接的影响成为可能。另一任务是，提供用于产生气溶胶或烟灰的方法，利用该方法能够避免传统的方法的缺点。

这些任务通过带有独立权利要求的特征的装置和方法解决。本发明的有利的实施方式和应用从从属权利要求中得出并且在下文的描述中在部分地参考附图的情况下更详细地解释。

根据本发明的第一观点所提及的任务通过气溶胶发生器尤其烟灰发生器解决，该气溶胶发生器包括：燃烧室，在该燃烧室中燃料能够与氧化剂一起在至少一个产生烟灰颗粒的火焰中燃烧；以及用于将燃料和氧化剂供应到燃烧室中的流体供应装置。

流体供应装置通过以下方式而出众，即该流体供应装置具有用于流体的至少三个供应管路，该至少三个供应管路的出口侧的端部区段平行伸延，从而至少三种不同类型的流体尤其气体能够未混合地并且在平行的流入方向上引入到燃烧室中。流体尤其气体因此分别地引导到燃烧室中并且引导到火焰处。流入方向是在供应管路的出口处流出且进入到燃烧室中的流体流的平均的流动方向。

供应管路的这种布置提供了优点：多种不同类型的可燃气体和/或氧化气体和/或惰性气体能够引入到燃烧室中。至少三个供应管路和平行的流入方向的组合使能够在火焰中燃烧的气体混合物的成分的灵活的组合和组成成为可能，以为了促使颗粒的期望的颗粒形态和/或化学组成。

根据一种优选的设计方案，至少三个供应管路的端部区段能够彼此共轴地布置。换句话说根据该设计方案端部区段具有不同大小的直径并且布置共轴地彼此套装(verschachtelt)。这使供应管路的端部区段的紧凑的布置成为可能，以为了不同的气体尽可能地在相同的位置处或在产生火焰的位置处引入到燃烧空间。

根据一种备选的设计方案，端部区段能够布置成平行地处于彼此相邻。该设计方案尤其能够在大量的供应管路的情况下利用低的消耗来产生。在该设计方案的有利的变形方案中，端部区段在构造带有最大可能的组装密度(Packungsdichte)的管路组件的情况下布置成平行地彼此相邻。

根据一种优选的设计方案，流体供应装置具有至少四个供应管路。根据该变形方案例如至少两种不同的可燃气体、氧化气体以及另一惰性气体或活性气体(Reaktivgas)能够引入到燃烧室中。活性气体是带有所谓的杂原子(非碳原子)的气体，例如氮、硫或其它的元素。由于其性质该活性气体能够用作氧化剂(例如SO2，NO2)或用作还原剂(例如NH3，H2S，N2O)。该设计方案的变形方案因此设置成，流体供应装置具有四个或更多的供应管路。

该设计方案的另一有利的变形方案设置成，流体供应装置具有七个供应管路。该变形方案提供了在调整在火焰中燃烧的气体混合物的组成方面还更大的灵活性。另一优点是，对于七个供应管路而言该七个供应管路的七个平行的端部区段能够利用最大可能的组装密度进行布置。为此端部区段布置成平行地彼此相邻，其中端部区段中的一个布置在中心，而六个剩余的端部区段在圆周侧均匀地分布并且布置成相对于在中心布置的端部区段具有尽可能地小的距离。

此外特别有利的是，供应管路的出口关于流入方向位于相同的高度上，从而气体尽可能地彼此靠近地引入到燃烧空间中并且尽可能地同时混合。

在一种优选的实施例中供应管路中的第一供应管路在入口侧与包含第一燃料的第一流体容器(燃料容器)连接。此外供应管路中的第二供应管路在入口侧与包含第二燃料的第二流体容器(燃料容器)连接。第一燃料能够是可燃气体并且第二燃料能够是与第一可燃气体不同的第二可燃气体。对于这样的可燃气体的例子是氢气(H2)，丙烷(C3H8)或乙炔(Ethin)或乙炔(Acetylen)(C2H2)。

根据本发明的实现方案的另一有利的可能性设置成，供应管路中的第三供应管路在入口侧与包含氧化气体的第三流体容器连接。使用带有不同的氧气份额的一种或多种氧化气体(例如空气、氧气或臭氧)同样是可行的，这些氧化气体分别通过分离的供应管路引入到燃烧室中。根据该变形方案那么流体供应装置的至少两个供应管路在入口侧分别与含有氧化气体的一容器连接，其中在这些容器中存储有不同的氧化气体。

此外供应管路中的至少一个能够在入口侧与含有活性气体的流体容器连接。以这种方式一个或多个不同的活性气体能够引入到燃烧室中。

此外气溶胶发生器能够这样构造，即使得供应管路中的至少一个在入口侧与含有所谓的惰性气体的流体容器连接。惰性气体通过以下方式出众，即其不直接地参与燃烧。可能的惰性气体例如是N2、CO2或稀有气体。以这种方式一个或多个不同的惰性气体能够引入到燃烧室中，以为了影响燃烧的物理化学的边界条件以及随之影响颗粒形态。

此外气溶胶发生器能够具有调节器，借助于该调节器能够在供应管路的每个中调整流体流量。调节器能够例如是阀组件，从而每个供应管路具有至少一个阀，借助于该至少一个阀能够调整通过供应管路的流量。以这种方式能够改变引入的气体的混合比并且借此对产生的颗粒的形态(尺寸和性质)以及对颗粒的化学组成施加直接的影响。

那么例如在可燃气体混合物中乙炔份额的升高导致在可燃气体中的更高的碳份额并且因此导致在火焰中的更强烈的烟灰形成。氢气份额的升高导致在形成的颗粒中的更高的碳氢化合物份额。使用纯粹的氢气导致无烟灰的火焰。在该情形下颗粒排放能够例如通过其它的活性的或惰性的气体份额引起，例如通过使用SO2和/或H2S引起含硫的颗粒。

根据本发明的第二观点提供了一种用于产生气溶胶的方法，尤其一种用于产生烟灰的方法，在该方法中借助于如在本文件中公开的气溶胶发生器给燃烧空间供应至少一种燃料和氧化剂并且在燃烧空间中形成产生烟灰颗粒的火焰，尤其扩散火焰。

一种有利的变形方案在此设置成，借助于气溶胶发生器利用至少四个供应管路至少两种可燃气体、至少一种氧化气体以及至少一种活性气体或惰性气体引入到燃烧空间中。

本发明此外涉及一种用于检查或校准颗粒测量器、颗粒传感器、颗粒过滤器或颗粒催化器的方法，其特征在于，为了检查或校准这样的装置给该装置供应气溶胶尤其烟灰颗粒，该气溶胶借助于如在本文件中公开的气溶胶发生器或借助于如在本文件中公开的方法而产生。

附图说明

本发明的之前描述的优选的实施方式和特征可任意地相互组合。本发明的其它细节和优点在下文中在参照附图的情况下描述。

图1显示了根据本发明的一种实施方式的烟灰发生器的示意图；

图2A和2B显示了根据本发明的另一实施方式的流体供应装置的出口侧的端部区段的截面图；以及

图3显示了根据本发明的另一实施方式的流体供应装置的出口侧的端部区段的截面图。

相同的或功能上等效的元素在所有图中利用同样的参考符号标明。

参考符号列表

1 烟灰发生器

2 流体供应装置

3.1-3.4 供应管路

4.1-4.4 供应管路的端部区段

5 阀

6 外管

7 燃烧室

8 燃烧室的上端部

9 供应管路的出口

10 火焰

12 平行组装的管路组件

13 供应管路的入口

R 流入方向。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明的烟灰发生器的实施例1的横截面。

在图1中示出的烟灰发生器包括燃烧室7，在该燃烧室7中至少一种燃料能够与氧化剂一起在至少一个产生烟灰颗粒的火焰10中燃烧。燃烧室7能够以本身已知的方式实施并且例如通过柱形的外管6形成，流体供应装置2的端部区段在该外管6的下端部处伸入到燃烧室7中。

通过流体供应装置2能够将可燃气体、氧化气体以及如有可能其它气体如活性气体或惰性气体引入到燃烧室中。

流体供应装置在示出的示例中具有四个供应管路3.1,3.2,3.3和3.4。然而要强调的是，流体供应装置也能够具有更大的数量n的供应管路。

供应管路3.1,3.2,3.3和3.4的出口侧的端部区段4.1,4.2,4.3和4.4平行伸延，其中供应管路的出口9关于流入方向R位于相同的高度上。以这种方式在示出的实施例中可将四种不同类型的气体分别地并且在平行的流入方向上引入到燃烧室7中。从供应管路的出口9离开的气体的流入方向通过利用参考符号R标记的箭头来表示。

供应管路3.1,3.2,3.3和3.4的端部区段4.1,4.2,4.3和4.4布置成共轴地彼此套装，这通过在图1中的虚线示出。供应管路3.4例如过渡到柱形的内部管区段4.4中，该内部管区段4.4共轴地并且在供应管路3.3的管区段4.3的内部中伸延。供应管路3.2过渡到管区段4.2中，管区段4.3在该管区段4.2的内部中伸延。供应管路3.1过渡到外部的管区段4.1中，管区段4.2在该管区段4.1的内部伸延。

在图2A和2B中再次示出了供应管路的端部区段的这样的共轴地彼此套装的布置，然而对于带有三个供应管路的实施例。图2A在此示出了端部区段4.1,4.2和4.3的出口9的俯视图，而图2B示出了沿流动方向的截面图。

供应管路中的一个的入口13与(未示出的)流体容器连接，在该流体容器中存储有氧化剂，从而在其中存储的氧化剂能够以一定的流入率通过相应的端部区段的出口9引入到燃烧室7中。能够通过阀5调整流入率。

相应地供应管路中的另外两个的入口13分别与不同的燃料容器连接，其中在燃料容器中存储有不同的可燃气体。以这种方式两种不同的可燃气体能够引入到燃烧室7中。能够再次通过阀5调整在每个供应管路中的流入率。

第四个供应管路的入口能够与(未示出的)流体容器连接或与(未示出的)流体容器连接，在该流体容器中存储有活性气体或惰性气体，从而活性气体或惰性气体通过相应的端部区段的出口9以一定的流入率引入到燃烧室7中。能够再次通过阀5调整流入率。

流体容器或燃料容器能够例如分别为气瓶，在该气瓶中在超压下存储有气体。为了调节流入率阀5能够实施为减压阀。

在点燃后在供应管路3.1到3.4的出口9之上构造了火焰10，在该火焰中通过将燃料与氧化气体一起燃烧形成烟灰颗粒。

通过由阀5调整流入率能够改变被引入的气体的混合比并且因此对产生的颗粒的形态(尺寸和性质)以及对颗粒的化学组成施加直接的影响。因此能够彼此独立地改变影响燃烧以及因此影响颗粒形成的因素。如果被供应的可燃气体中的一个是乙炔，那么例如在可燃气体混合物中的乙炔份额的升高导致在可燃气体中的更高的碳份额并且因此导致在火焰中的更强烈的烟灰形成。如果被供应的可燃气体中的一个是氢气，那么氢气份额的升高导致在形成的颗粒中的更高的碳氢化合物份额。纯粹的氢气的使用导致无烟灰的火焰。在这种情形下能够例如通过其它的活性的或惰性的气体份额引起颗粒排放，例如通过应用SO2和/或H2S引起含硫的颗粒。

燃烧室的上端部8能够以本身已知的方式实施。例如能够设置有带有通向燃烧空间中的进口的气溶胶或烟灰引离管路(未示出)，穿过该气溶胶或烟灰引离管路能够引离在燃烧空间中形成的烟灰颗粒和/或气溶胶。

图3示出了供应设备的另一实施变形方案，其中示出了供应设备的通向燃烧室中的端部区段的出口9的俯视图。如在图3中可看出的那样，该实施变形方案的特点在于，供应设备具有七个分离的供应管路，这些供应管路的端部区段在构造出带有最大可能的组装密度的管路组件12的情况下布置成彼此平行。为此端部区段布置成彼此平行，其中端部区段中的一个布置在中心，而六个剩余的端部区段在圆周侧均匀地分布并且布置成相对于在中心布置的端部区段具有尽可能小的间距。

颗粒或气溶胶的可能的使用存在于确认、标定和/或校准颗粒测量器和颗粒传感器以及用于检查和评估过滤器和催化器。通过引入相应的化学成分，生成的气溶胶也能够应用于传感器、催化器和过滤器的老化。使用气溶胶以用于测量反应动力学使得描述性的和/或预测性的模拟模型的发展成为可能。同样模型气溶胶的动力学研究对于用于优化过滤器加载模型和再生策略的功能发展而言是基础的。

虽然参考一些实施例描述了本发明，但是对本领域技术人员显而易见的是，能够实施各种各样的改变并且能够应用等效物作为替代，而不离开本发明的范围。因此本发明应当不被限制于公开的实施例，而是应当包括落在所附的专利权利要求的范围内的所有的实施例。尤其本发明也对于不从属于所涉及的权利要求的对象和从属权利要求的特征要求保护。