CN104854195B - 烟尘发生器 - Google Patents

Abstract

烟尘发生器，包括燃烧室(11)，其中燃料(16)可与氧化剂(21)在至少一个产生烟尘颗粒的火焰(33)中进行燃烧；燃料供给线(15)，用于向燃烧室(11)供给燃料(16)；烟尘移除管线(36)，其连接至燃烧室(11)，淬灭气体(38)可被引入该烟尘移除管线中并且烟尘颗粒可被传送出该烟尘移除管线；以及加热装置(25‑31)，用于在至少一个加热位置(15a)加热燃料供给线(15)。

Description

烟尘发生器

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的烟尘(soot)发生器。

背景技术

同一申请人的专利EP1055877B1和EP1590408B1中描述的烟尘发生器，能够产生具有明确的化学和物理性质的烟尘颗粒。为此，燃料和氧化气体以这样一种方式送入燃烧室以形成扩散火焰：其产生烟尘颗粒。扩散火焰的尖端与淬灭气体的来流接触，由此使燃烧过程停止，并且烟尘颗粒被带走。这些烟尘发生器已被证明当使用气体燃料时尤其有效。已发现，液体燃料不太适合用于产生具有所需性质的烟尘颗粒。

发明内容

因此，本发明的一个目的是改已知的烟尘发生器，从而使得当尤其是使用液体燃料时，能产生具有最明确的可能性质的烟尘颗粒。

权利要求1中限定了解决该问题的本发明的烟尘发生器。在其余权利要求中，描述了优选的实施方案和烟尘发生器的应用。

根据权利要求1，本发明的烟尘发生器包括加热装置，用于在至少一个加热位置对燃料供给线进行加热。这使得可以在液体燃料实际燃烧前加热该液体燃料，以便使其至少部分地蒸发。这改善了燃烧，并且因此有助于产生具有明确性质的烟尘颗粒。

附图说明

本发明基于一个示例性实施方案并参考图1在下文进行解释：

图1示出了根据本发明的烟尘发生器的截面示意图。

具体实施方式

如图1所示的烟尘发生器，包括燃烧室11，燃烧室11的侧部被外壁12包围。外壁12设计为例如圆柱形，具有底部13，供给线以内管15形式穿过所述底部13。所述内管15具有例如圆柱形，并且优选与外壁12同轴设置。

内管15的进口可连接至用于提供燃料16的燃料箱(未示出)。为调节流速(升/秒)，适当的调节装置17，例如流量调节器或计量泵，设置在所述燃料箱和内管15的进口之间。液体燃料，例如柴油、汽油、煤油、正己烷等，储存在所述燃料箱中。

内管15通入出口18中。后者设计为顶部开放，并由管道截面增大的部分形成。因此，出口18的开口的截面大于内管15的端部15a的截面。出口18由例如具有底部的圆柱形管段形成，内管15的进口位于所述底部中。出口18在图1中以台阶状的形式示出，但出口18也可具有不同的形状，例如，其可以为持续扩大的形式，该形式在内表面和外表面上没有台阶形成。具有通孔的开口19(aperture)可选地设置于出口18中。

根据图1，在其下端，第二供给线20通入外壁12，氧化剂21可以经由第二供给线20通入燃烧室11中。第二供给线20经由用于调节流速的流量调节器22连接至其中储存有氧化剂21的容器(未示出)。例如，压缩空气，合成气体(氮气80％，氧气20％)或其他氧化性气体可作为氧化剂21。

此外，烟尘发生器具有加热装置25-31，所述加热装置在下文进行更详细的描述，并且其用于在至少一个位置15a加热供给线15。用于供应燃料26的第三供给线25穿过外壁12并且通入预热燃烧器30中。第三供给线25经由用于调节流速的流量调节器27连接至其中储存有燃料26的容器(未示出)。该燃料优选为可燃性气体，例如含烃气体，所述烃例如丙烷。

在外壁12的内部延伸的第三供给线25的管段，设置有一个或多个进口开口29。在操作过程中，经由第二供给线20进入燃烧室11中的氧化剂21，通过这些进口开口进入第三供给线25中，在此处与燃料26进行混合。为促进氧化剂21的摄入，第三供给线25具有一缩口(constriction)28，例如喷嘴，位于进口开口29的上游，从而可以利用文丘里效应(Venturieffect)。在这一过程中，由于缩口28，燃料26在操作过程中流动更加迅速，产生负压，使得氧化剂21经由进口开口29被吸入并开始与燃料26进行混合。

预热燃烧器30环绕内管15延伸，并且在此处设计为在出口端打开。具有通孔的开口31可选地设置于预热燃烧器30中。穿过预热燃烧器30的内管15的端部15a形成加热位置，内管15中的燃料16在此加热位置处被加热。就产生加热位置而言，预热燃烧器30并非绝对必要。预热燃烧器30也可以被省略，可以在供给线25出口处产生火焰，该火焰被引导越过供给线15。

至少内管15的待加热部分15a由导热材料制成，使得在外壁产生的热量可以被传导至内管15的内部。

用于实际产生和转移烟尘颗粒的烟尘发生器的部件，将在下文进行说明。

在出口端，燃烧室11具有壁33，该壁如所示沿流动方向逐渐变窄，并且其末端设置有开口34，该开口设置在烟尘移除管线36中。在进口端，所述烟尘移除管线包含用于供给淬灭气体38的进口37，所述淬灭气体存储在例如气瓶形式的淬灭罐(未示出)中。为调节进入烟尘移除管线36中的淬灭气体38的流速，流量调节器39安装在淬灭罐和进口39之间。

在烟尘移除管线36的另一端，具有出口40，淬灭气体能与烟尘颗粒等一起流出该出口。烟尘移除管线36例如由一个管道或多个管段结合在一起而形成。

至少一个点火装置(未示出)——其被配置为例如用于产生点火火花——优选设置在燃烧室11中用于点燃燃料16和/或可燃气体26。

烟尘发生器如下所述进行操作：

首先，在预热燃烧器30中或者–如果其被省略–在供给线25的出口端，通过将可燃气体26引入第三供给线25中来产生用于加热供给线15的火焰32，在所述第三供给线中，所述可燃气体与氧化剂21混合并最终被点燃。如果设置开口31，则可以尽可能的保持流动条件为层流，并且因此产生特别稳定燃烧的火焰32。该火焰在加热位置15a处加热供给线15。如果随后将液体燃料16引入供给线15中，则该燃料在加热位置15a处蒸发，并且主要以气态形式，随后进入出口18，在此最终被点燃。点火可例如通过简单地引入更多的可燃气体26至预热燃烧器30而轻松的实现，从而更多的火焰32可从开口一直延伸至出口端的出口18，将流出的燃料16点燃。

点燃后，在出口18的开口上方形成扩散火焰15。由此，流出的燃料16被氧化剂21以基本平行的流环绕，氧化剂21经供给线20而供入。所述流出的燃料16的流动条件，通过设置在出口18中的开口19，可以保持为具有一定改进程度的层流。然后形成基本圆柱形的扩散火焰35，其中由于氧化剂21与燃料16的燃烧形成烟尘颗粒。

然而，根据烟尘颗粒的预期应用目的，也可以将烟尘发生器设计为用于产生烟尘颗粒，从而在出口18上面形成湍流火焰。

为了获得烟尘颗粒，使淬灭气体38穿过烟尘移除管线36，从而使所述气体与来自燃烧室并且包括烟尘颗粒等的物质流混合，由此燃烧过程在淬灭位置41处终止。然后烟尘颗粒被淬灭气体流带走至出口40。

惰性气体，例如氮气，稀有气体或二氧化碳可用作淬灭气体。也可以将空气用作淬灭气体，特别是比火焰35冷的空气。例如，可用泵将环境中的空气发送穿过烟尘移除管线36。由于该空气的温度约相当于室温，所以低于火焰温度，由此燃烧过程在淬灭位置41处由于冷却而终止。该过程由烟尘移除管线36中的相对较高流速的空气来维持，因此从开口34中伸出的火焰35的末端实际上被吹灭。

烟尘发生器可选地具有稀释装置44-48。为了这个目的，提供一套管44，其中设置有烟尘移除管线36的出口40，并且其被设计为例如圆柱形。出口40的上游具有用于将稀释气体46(例如空气)引入套管44中的接头45。套管44的开口端48位于出口40的下游。

在操作过程中，稀释气体46流入套管44中，并在此与从出口40流出的淬灭物质流42混合，从而稀释该物质流。作为使用套管44的另一种方案，也可以在烟尘移除管线36的一端设置开口，例如对称设置两个开口，将稀释气体46通过所述开口引入物质流42。

通过设置流量调节器47来调节稀释气体46的流入速率，从而改变最终流出烟尘发生器的开口端的烟尘颗粒的浓度(每立方米的颗粒数量)。

此处描述的烟尘发生器特别适用于由液体燃料产生烟尘颗粒。然而，根据预期的应用，也有可能使用气体燃料来产生火焰35。在这种情况下，即使使用的话，预热火焰32也只是临时用于例如点燃火焰35，或者根本不使用预热火焰32。因此，这种烟尘发生器可以可选地使用液体或气体燃料。

用这种烟尘发生器可产生具有基本可重现的大小分布和既定的化学组成的烟尘颗粒。

多个参数，例如大小、浓度以及化学成分，影响烟尘颗粒的性质：

-燃料的种类和成分

-燃料的流入速率(以升/秒计)

-氧化剂的流入速率

-淬灭气体的流入速率

-由于淬灭气体，扩散火焰的淬灭位置(主要由在出口18的开口和燃烧室11的开口34之间的距离基本确定)

-其他。

根据参数的选择，可以产生例如，大小在对数尺度上基本呈现高斯分布(Gaussiandistribution)的烟尘颗粒，其中最大值小于1微米，如在0.01至0.3微米的范围里。然而，通过适当选择燃料和/或烟尘移除管线的设计，也可以产生大于1微米的烟尘颗粒。

烟尘发生器能以多种方式使用，例如，用于校准烟尘粒子测量设备，用于测定机动车辆的尾气，用于测试过滤器，用于分析气溶胶，用于测试烟雾报警器，以及用于生产烟尘样品和参考材料等。

根据如上所述，在不超出由权利要求书限定的本发明保护范围的情况下，本领域的技术人员可进行各种修改。

因此例如可以将烟尘发生器设计为，使得能在燃烧室11的外面加热进给线15。如果这样的话，例如，将预热燃烧器30–如果其存在–和供给线25设置在底部13的另一侧。

为了引入氧化剂(其也可以为周围空气)，第三进给线25的开口28也可置于燃烧室11的外部。

此外，可以将加热装置25-31设计为，使得进给线15可以在多个位置处被加热。

也可以将加热装置设计为，使得替代预混火焰f地，预热燃烧器30中也可产生一种不同类型的火焰，如扩散火焰。如果不提供氧化剂的预混，则可省略开口28和缩口29。

此外，也可将加热装置设计为，在其中设置一个或多个电加热元件，使进给线15能被电加热。

作为另一个实施方案，还可将烟尘发生器设计为，使用相同的燃料形成火焰32和35。由于火焰32仅在预热进给线15时需要，最佳燃烧在此处非绝对必要。因此，也可以使用液体燃料形成两个火焰32和35。

如图1所示，具有开口34的燃烧室11不需要必须设置为贯穿烟尘移除管线36。可以将外壁12的上端33设计为，使得其是弯曲的以使得火焰35的中间部分发生相应的偏转。根据预期应用，上端33弯曲的角度可以选择0到90度。

此外，基于文丘里效应，可以在烟尘移除管线中设置缩口，以在开口34中产生负压，从而如专利EP 1 590 408 B1中所描述的吸入氧化剂。在一个极其简单的实施方案中，可利用该负压吸取周围空气作为氧化剂通过一个开口，所述开口通过燃烧室11的向外部延伸的一个开口。在这种情况下，可省略存储有氧化剂21的气瓶、以及进给线20和流量调节器22。

烟尘发生器也可以设计为，提供多个火焰，来产生烟尘颗粒。

Claims (15)

1.烟尘发生器，包括：

燃烧室(11)，在其中燃料(16)与氧化剂(21)在产生烟尘颗粒的至少一个火焰(35)中燃烧，

燃料供给线(15)，用于将燃料(16)供应至燃烧室(11)，以及

烟尘移除管线(36)，连接至燃烧室(11)，并将淬灭气体(38)引入该烟尘移除管线以及将烟尘颗粒排出该烟尘移除管线，其特征在于

所述烟尘发生器还包括加热装置(25-31)，用于在至少一个加热位置(15a)加热燃料供给线(15)。

2.根据权利要求1所述的烟尘发生器，其中加热装置(25-31)包括用于产生加热火焰(32)的燃烧位置(30)。

3.根据权利要求2所述的烟尘发生器，所述燃烧位置(30)围绕燃料供给线(15)或横向越过燃料供给线(15)。

4.根据权利要求2所述的烟尘发生器，其中所述燃烧位置由出口端形成，具有通孔的开口(31)位于所述出口端中。

5.根据前述任一权利要求所述的烟尘发生器，其中加热装置(25-31)具有用于供应燃料(26)的附加燃料供给线(25)。

6.根据权利要求5所述的烟尘发生器，所述燃料(26)不同于燃料供给线(15)中的燃料(16)。

7.根据权利要求6所述的烟尘发生器，所述燃料(26)为可燃气体。

8.根据权利要求5所述的烟尘发生器，其中所述附加燃料供给线(25)具有至少一个开口(29)，通过该开口(29)供应氧化剂(21)用于与引入附加燃料供给线(25)中的燃料(26)进行混合。

9.根据权利要求8所述的烟尘发生器，其中在所述至少一个开口(29)的上游的附加燃料供给线(25)中设置缩口(28)。

10.根据权利要求1所述的烟尘发生器，其中在所述燃烧室(11)中设置至少一个点火装置。

11.根据权利要求1所述的烟尘发生器，其中燃料供给线(15)通入出口(18)中。

12.根据权利要求11所述的烟尘发生器，所述出口(18)具有加宽的形状和/或其中设置有具有通孔的开口(19)。

13.根据权利要求1所述的烟尘发生器，其中所述燃烧室(11)相对于烟尘移除管线(36)横向设置，使火焰(35)横向地接触流入的淬灭气体。

14.根据权利要求1所述的烟尘发生器，其具有稀释装置(44-48)用于稀释从烟尘移除管线(36)中排出的烟尘颗粒的浓度。

15.前述任一权利要求所述的烟尘发生器的用途，用于产生烟尘颗粒，该烟尘颗粒用作烟尘样品和/或参考材料，和/或用于校准测量设备，用于测试传感器和/或用于测试过滤器。