DE102018211628A1 - Particle manufacturing apparatus - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (PR) zur Herstellung von Partikeln (P), insbesondere von nanoskaligen oder nanokristallinen Partikeln (P), beispielsweise mit einer mittleren Partikel größe von 10 nm bis wenige Millimeter, aus mindestens einem Rohstoffmaterial (RM). Die Vorrichtung (PR) umfasst mindestens einen Brenner (1) und eine sich an den Brenner (1) anschließende Brennkammer (2) zur Erzeugung eines pulsierenden Heißgasstroms (HGS) sowie einen Reaktionsraumabschnitt (5). Zwischen der Brennkammer (2) und dem Reaktionsraumabschnitt (5) ist mindestens ein Bogenelement (6) angeordnet, welches die Brennkammer (2) und den Reaktionsraumabschnitt (5) strömungstechnisch verbindet. Dabei ist mindestens ein Aufgabeort (AOI) zur Aufgabe eines Rohstoffmaterials (RM) in einem Bogenbereich, insbesondere an einem Außenbogen (6.1) des Bogenelements (6), vorgesehen.The invention relates to a device (PR) for producing particles (P), in particular nanoscale or nanocrystalline particles (P), for example with an average particle size of 10 nm to a few millimeters, from at least one raw material (RM). The device (PR) comprises at least one burner (1) and a combustion chamber (2) adjoining the burner (1) for generating a pulsating hot gas flow (HGS) and a reaction chamber section (5). At least one arch element (6) is arranged between the combustion chamber (2) and the reaction chamber section (5) and connects the combustion chamber (2) and the reaction chamber section (5) in terms of flow technology. At least one feed location (AOI) is provided for feeding in a raw material (RM) in an arch region, in particular on an outer arch (6.1) of the arch element (6).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Partikeln, insbesondere von nanoskaligen oder nanokristallinen Partikeln.The invention relates to a device for producing particles, in particular nanoscale or nanocrystalline particles.

Solche Partikel weisen typischerweise eine mittlere Partikel- oder Korngröße von 10 nm bis wenigen Millimetern auf.Such particles typically have an average particle or grain size of 10 nm to a few millimeters.

Atome oder Moleküle, die Teil einer Oberfläche sind, haben andere elektronische und chemische Eigenschaften als ihre Atome oder Moleküle im Materialinneren. Je kleiner ein Partikel ist, desto höher ist sein Anteil an Oberflächenatomen. Entsprechend können sehr feinteilige Materialien, besonders Nanopartikel, ganz andere mechanische, elektronische, chemische oder optische Eigenschaften haben als chemisch - mineralogisch identische größere Partikel und machen sie deshalb für spezifische Anwendungen besonders interessant.Atoms or molecules that are part of a surface have different electronic and chemical properties than their atoms or molecules inside the material. The smaller a particle is, the higher its proportion of surface atoms. Correspondingly, very fine-particle materials, particularly nanoparticles, can have completely different mechanical, electronic, chemical or optical properties than chemically and mineralogically identical larger particles and therefore make them particularly interesting for specific applications.

Zur Herstellung von feinteiligen Pulvern haben sich im Wesentlichen die folgenden Herstellungsverfahren etabliert: chemische Herstellung in Lösungen (z. B. Sol-Gel-Methode), Herstellung im Plasma oder Herstellung aus der Gasphase (Aerosolprozess). Je nach Einsatzgebiet der Nanoteilchen ist meist eine genau definierte und enge Partikelgrößenverteilung erforderlich. Abhängig von der chemischen Natur der gewünschten Nanoteilchen eignet sich das eine oder andere Verfahren besser, um ein gutes Ergebnis zu erreichen. Meist liefern Verfahren in Lösung oder Verfahren der Selbstorganisierung die besten Ergebnisse, sind aber großtechnisch nur schwer oder gar nicht durchführbar.The following manufacturing processes have essentially been established for the production of fine-particle powders: chemical production in solutions (e.g. sol-gel method), production in plasma or production from the gas phase (aerosol process). Depending on the area of application of the nanoparticles, a precisely defined and narrow particle size distribution is usually required. Depending on the chemical nature of the desired nanoparticles, one or the other method is more suitable to achieve a good result. In most cases, processes in solution or processes of self-organization provide the best results, but are difficult or not feasible on an industrial scale.

Aus der WO 02/072471 bzw. aus der DE 10 2004 044 266 A1 sind Pulsationsreaktoren zur Herstellung feinteiliger Pulver bekannt.From the WO 02/072471 or from the DE 10 2004 044 266 A1 pulsation reactors for the production of finely divided powders are known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung von Partikeln, insbesondere von feinteiligen Partikeln, wie nanoskaligen oder nanokristallinen Partikeln, anzugeben.The invention is based on the object of specifying an improved device for producing particles, in particular fine particles, such as nanoscale or nanocrystalline particles.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved according to the invention by a device with the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die Vorrichtung zur Herstellung von Partikeln, insbesondere von feinteiligen, wie nanoskaligen oder nanokristallinen Partikeln, beispielsweise mit einer Partikel größe von 10 nm bis wenige Millimeter, aus mindestens einem Rohstoffmaterial, umfasst erfindungsgemäß mindestens einen Brenner und eine sich an den Brenner anschließende Brennkammer zur Erzeugung eines pulsierenden Heißgasstroms sowie einen Reaktionsraumabschnitt, wobei zwischen der Brennkammer und dem Reaktionsraumabschnitt mindestens ein Bogenelement angeordnet ist, welches die Brennkammer und den Reaktionsraumabschnitt strömungstechnisch verbindet, und wobei mindestens ein Aufgabeort zur Aufgabe des Rohstoffmaterials, im Folgenden als Rohstoffmaterialaufgabe bezeichnet, im Bogenbereich des Bogenelements vorgesehen ist.The device for producing particles, in particular of finely divided, such as nanoscale or nanocrystalline particles, for example with a particle size of 10 nm to a few millimeters, from at least one raw material comprises according to the invention at least one burner and a combustion chamber adjoining the burner for producing a pulsating hot gas flow and a reaction chamber section, wherein at least one arch element is arranged between the combustion chamber and the reaction chamber section, which connects the combustion chamber and the reaction chamber section in terms of flow technology, and wherein at least one task location for the task of the raw material, hereinafter referred to as raw material task, is provided in the arch region of the arch element ,

Unter nanoskaligen Partikeln, die in der zuvor beschriebenen Vorrichtung hergestellt werden, werden insbesondere Partikel im Nanobereich gemäß DIN SPEC 1121 (DIN ISO/TS 27687) verstanden, die beispielsweise Korn- oder Partikelgrößen im Bereich von 10 nm bis 120 nm, insbesondere im Bereich von 20 nm bis 100 nm, beispielsweise von 40 nm bis 80 nm, aufweisen. Unter nanokristallinen Partikeln, die in der zuvor beschriebenen Vorrichtung hergestellt werden, werden insbesondere Partikel verstanden, deren Korn aus mehreren kleinen Kristallen gebildet ist und eine Korn- oder Partikelgröße von wenigen Millimetern, insbesondere von kleiner 8 mm, insbesondere kleiner 5 mm oder 3 mm, aufweisen. Auch können unter feinteiligen Partikeln nanokristalline Partikel mit einer Partikelgröße von < 20 µm verstanden werden. Darüber hinaus kann verstanden werden, dass Nanopartikel, insbesondere so genannte nanoskalige Partikel, auf Partikel größen im Nanobereich bezogen sind, wobei nanokristalline Partikel eine im Vergleich größere Partikelgröße aufweisen können. Die nanokristallinen Partikel kennzeichnen sich durch beispielsweise eine polykristalline Struktur, bei welcher die Kristalle Größenanordnungen im Nanobereich aufweisen können. Diese Stoffe können ebenso differenzierte Eigenschaften aufweisen. Insbesondere sind beide Partikelarten abhängig vom Eingangsmaterial erzeugbar.Nanoscale particles that are produced in the device described above are understood to mean, in particular, particles in the nano range according to DIN SPEC 1121 (DIN ISO / TS 27687), for example particle or particle sizes in the range from 10 nm to 120 nm, in particular in the range from 20 nm to 100 nm, for example from 40 nm to 80 nm. Nanocrystalline particles that are produced in the device described above are understood to mean, in particular, particles whose grain is formed from several small crystals and a grain or particle size of a few millimeters, in particular less than 8 mm, in particular less than 5 mm or 3 mm, exhibit. Finely divided particles can also be understood to mean nanocrystalline particles with a particle size of <20 μm. Furthermore, it can be understood that nanoparticles, in particular so-called nanoscale particles, are related to particle sizes in the nano range, whereby nanocrystalline particles can have a larger particle size in comparison. The nanocrystalline particles are characterized, for example, by a polycrystalline structure in which the crystals can have size arrangements in the nano range. These substances can also have differentiated properties. In particular, both types of particles can be generated depending on the input material.

Das Rohstoffmaterial wird insbesondere als Feststoff, beispielsweise als imprägnierter Feststoff, im Bogenbereich aufgegeben. Beispielsweise kann es sich dabei um ein feinteiliges Pulver mit oder ohne Beschichtung handeln. Alternativ kann das Rohstoffmaterial in Form einer Lösung oder Suspension aufgegeben werden. Dabei kann die Aufgabe des Rohstoffmaterials als Lösung oder Suspension je nach Ausführung im Bogen oder in die Brennkammer erfolgen.The raw material is fed in as a solid, for example as an impregnated solid, in the sheet area. For example, it can be a finely divided powder with or without a coating. Alternatively, the raw material can be applied in the form of a solution or suspension. Depending on the design, the raw material material can be fed in as a solution or suspension in a sheet or into the combustion chamber.

Unter einem Reaktionsraum wird insbesondere jenes Anlagen- oder Reaktorraumvolumen, wie beispielsweise Rohr-, Behälter- und/oder Leitungsvolumen, vom Aufgabeort des Rohstoffmaterials bis hin zur Abkühlung des Materials vor einer Abscheidung oder einem Filtern der hergestellten Partikel verstanden.A reaction space is understood to mean, in particular, that plant or reactor space volume, such as, for example, tube, container and / or line volume, from the point at which the raw material is fed to the cooling of the material before the particles are separated or filtered.

Mittels der Rohstoffmaterialaufgabe am Aufgabeort im Bogenbereich des zwischen der Brennkammer und dem Reaktionsraumabschnitt angeordneten Bogenelements ist eine Anhaftung des Rohstoffmaterials, wie zum Beispiel feiner Materialpartikel, an einer Innenwand des Bogenelements zumindest weitestgehend vermieden. Insbesondere erfolgt die Rohstoffmaterialaufgabe in einem mittleren Bereich des Bogenelements, d. h. im Bereich einer Bogenmitte zum Brechpunkt des Bogenelements. Adhesion of the raw material, such as fine material particles, on the inner wall of the arch element is at least largely avoided by means of the feed of raw material at the point of application in the arch region of the arch element arranged between the combustion chamber and the reaction space section. In particular, the feed of raw material takes place in a central region of the arch element, ie in the region of a center of the arch to the breaking point of the arch element.

Des Weiteren kann die Rohstoffmaterialaufgabe zeitunabhängig von der Erzeugung des pulsierenden Heißgasstroms erfolgen und somit jederzeit und individuell einstellbar im Bogenbereich des Bogenelements zugeführt werden. Unter Rohstoffmaterialaufgabe wird beispielsweise eine Materialzuführung und eine Zuführung beispielsweise zumindest eines Rohstoffs und/oder einer Rohstoffmischung in gasförmiger, pulverförmiger oder flüssiger Form verstanden. Dabei kann das Material in Form von festen Stoffen, als Rohstofflösung, Rohstoffsuspension, Rohstoffdispersion oder Rohstoffemulsion im Bogenbereich des Bogenelements eingebracht, beispielsweise gesprüht oder zerstäubt, werden.Furthermore, the raw material material can be fed in independently of the time of the generation of the pulsating hot gas flow and can thus be supplied at any time and individually adjustable in the arc area of the arc element. Raw material feed means, for example, a material feed and a feed, for example, of at least one raw material and / or a raw material mixture in gaseous, powder or liquid form. The material can be introduced in the form of solid substances, as a raw material solution, raw material suspension, raw material dispersion or raw material emulsion in the arch region of the arch element, for example sprayed or atomized.

Durch die Wahl der Rohstoffmaterialaufgabe im Bogenbereich des Bogenelements ist eine Reihenfolge der Reaktionen zur Partikelbildung und/oder Beschichtung bei aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten in der Vorrichtung festlegbar. Weiterhin kann mit der Wahl der Rohstoffmaterialaufgabe im Bogenbereich die Behandlungsdauer des zugeführten Materials verändert werden. So kann innerhalb eines Prozesses ein Material länger behandelt werden als ein anderes Material.Through the choice of the raw material material in the arch region of the arch element, a sequence of the reactions for particle formation and / or coating in successive process steps can be determined in the device. Furthermore, the treatment duration of the supplied material can be changed with the choice of the raw material material in the sheet area. In this way, one material can be treated longer than another material within one process.

Darüber hinaus kann eine Menge des einzuführenden Materials einfach und variabel, insbesondere in Abhängigkeit von ermittelten Parametern und/oder Eigenschaften des in der Brennkammer erzeugten Heißgases, beispielsweise in Abhängigkeit von der Heißgasmenge und/oder des Heißgasvolumens, und aufgrund der Rohstoffmaterialaufgabe im Bogenbereich des Bogenelements und somit nach der Brennkammer eingestellt werden.In addition, an amount of the material to be introduced can be simple and variable, in particular depending on the determined parameters and / or properties of the hot gas generated in the combustion chamber, for example depending on the amount of hot gas and / or the hot gas volume, and on the basis of the raw material feed in the sheet area of the sheet element and thus can be set after the combustion chamber.

In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung sind die Brennkammer und der Reaktionsraumabschnitt im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet. Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass die Brennkammer und der Reaktionsraumabschnitt parallel zueinander angeordnet sind und in Längsrichtung der Brennkammer gesehen versetzt zueinander angeordnet sind.In a further embodiment of the device, the combustion chamber and the reaction space section are arranged essentially perpendicular to one another. An alternative embodiment provides that the combustion chamber and the reaction space section are arranged parallel to one another and, viewed in the longitudinal direction of the combustion chamber, are arranged offset to one another.

Eine mögliche Ausbildung der Vorrichtung sieht vor, dass das Bogenelement als ein abgewinkeltes, insbesondere als ein L-förmiges Rohr, insbesondere als ein sogenannter L-Verbinder (einfach abgewinkelt) oder alsein S-Verbinder (doppelt abgewinkelt) ausgebildet ist. Darüber hinaus verbindet das Bogenelement die Brennkammer und den Reaktionsraumabschnitt in unterschiedlichen, beispielsweise raumbedingt engen Positionen und Ausrichtungen.A possible embodiment of the device provides that the elbow element is designed as an angled, in particular as an L-shaped tube, in particular as a so-called L-connector (single-angled) or as an S-connector (double-angled). In addition, the arch element connects the combustion chamber and the reaction space section in different, for example space-related, narrow positions and orientations.

Eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass die Rohstoffmaterialaufgabe im Bereich des Bogenelements in Strömungsrichtung des pulsierenden Heißgasstroms erfolgt. Somit kann das einzuführende Material, beispielsweise die Rohstoffmischung, direkt im Heißgasstrom zerstäubt werden.A further embodiment of the device provides that the raw material is fed in in the region of the arch element in the direction of flow of the pulsating hot gas stream. The material to be introduced, for example the raw material mixture, can thus be atomized directly in the hot gas stream.

In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung ragt im Bogenbereich mindestens eine Aufgabeeinrichtung in das Bogenelement hinein. Somit kann die Rohstoffmaterialaufgabe, d. h. die Zuführung des Materials in Strömungsrichtung unabhängig eines Durchmessers des Bogenelements und/oder einer Abmessung des mit dem Bogenelement gekoppelten Reaktionsraumabschnitts sichergestellt werden. Insbesondere kann die Anhaftung des zuzuführenden Materials an die Innenwand des Bogenelements vermieden werden. Weiterhin wird eine Abdichtung des Bereichs der Rohstoffmaterialaufgabe im Bogenelement aufgrund der in das Bogenelement hineinragenden Aufgabeeinrichtung vorgesehen.In a further embodiment of the device, at least one feed device projects into the arch element in the arch region. Thus, the raw material feed, i.e. H. the supply of the material in the flow direction can be ensured regardless of a diameter of the arch element and / or a dimension of the reaction space section coupled to the arch element. In particular, the adherence of the material to be fed to the inner wall of the arch element can be avoided. Furthermore, a sealing of the area of the raw material feed in the arch element is provided due to the feed device projecting into the arch element.

In einer möglichen Ausbildung der Vorrichtung ist die Aufgabeeinrichtung als eine verstellbare Lanze mit einer Düse ausgebildet. Hierdurch kann das zuzuführende Material mit Druck im Bereich des Bogenelements und parallel zum Heißgasstrom und optional in Strömungsrichtung des Heißgasstroms gesprüht und zerstäubt werden. Zudem kann beispielsweise eine Einragtiefe der Lanze verstellt werden.In one possible embodiment of the device, the feed device is designed as an adjustable lance with a nozzle. As a result, the material to be supplied can be sprayed and atomized with pressure in the region of the arc element and parallel to the hot gas flow and optionally in the direction of flow of the hot gas flow. In addition, the lance's insertion depth can be adjusted, for example.

Eine Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass die Aufgabeeinrichtung nach der Brennkammer und senkrecht zur Brennkammer am Bogenelement angeordnet ist. Dabei ist die Brennkammer beispielsweise vertikal angeordnet. Durch das am Brennkammerende angeordnete Bogenelement, das beispielsweise um 90° abgewinkelt ist, ist der sich an das Bogenelement anschließende Reaktionsraumabschnitt senkrecht zur Brennkammer angeordnet. Die Aufgabeeinrichtung ist am Außenbogen des Bogenelements und somit senkrecht zur Brennkammer und damit in Längsrichtung des Reaktionsraumabschnitts angeordnet. Somit ist eine Rohstoffmaterialaufgabe bei Lösungen und/oder Suspensionen parallel zur Strömungsrichtung sichergestellt.A further development of the device provides that the feed device is arranged after the combustion chamber and perpendicular to the combustion chamber on the arch element. The combustion chamber is arranged vertically, for example. Due to the arch element arranged at the end of the combustion chamber, which is angled, for example, by 90 °, the reaction space section adjoining the arch element is arranged perpendicular to the combustion chamber. The feed device is arranged on the outer arch of the arch element and thus perpendicular to the combustion chamber and thus in the longitudinal direction of the reaction space section. This ensures that raw materials are fed in parallel to the direction of flow for solutions and / or suspensions.

Eine mögliche Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass der Reaktionsraumabschnitt als ein Resonanzrohr ausgebildet ist. Beispielsweise umfasst das Resonanzrohr einen kreisrunden Querschnitt, wodurch insbesondere eine gleichmäßige Zerstäubung des zuzuführenden Materials im Heißgasstrom und eine besonders gleichmäßige Temperaturverteilung über den Querschnitt ermöglicht werden kann.A possible development of the device provides that the reaction space section is designed as a resonance tube. For example, the resonance tube has a circular cross section, which in particular ensures a uniform cross section Atomization of the material to be fed in the hot gas flow and a particularly uniform temperature distribution over the cross section can be made possible.

In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform der Vorrichtung ist die Brennkammer als ein Brennraum ausgebildet, dessen Abmessungen, insbesondere dessen Durchmesser, größer ist als Abmessungen, insbesondere der Durchmesser, des Resonanzrohres. Bei der Auswahl bestimmter Geometrien der Brennkammer und des Reaktionsraumabschnitts, insbesondere des Resonanzrohres, können die Pulsationen des Heißgasstroms verstärkt werden.In an alternative or additional embodiment of the device, the combustion chamber is designed as a combustion chamber whose dimensions, in particular its diameter, are larger than the dimensions, in particular the diameter, of the resonance tube. When certain geometries of the combustion chamber and the reaction chamber section, in particular the resonance tube, are selected, the pulsations of the hot gas flow can be increased.

In einer möglichen Weiterbildung der Vorrichtung ist das Bogenelement in Strömungsrichtung gesehen nach dem Bogenbereich aufgeweitet. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung sieht vor, dass das Rohrsegment nach dem Bogenbereich größere Abmessungen, insbesondere einen größeren Durchmesser, als vor dem Bogenbereich aufweist.In one possible development of the device, the arch element is widened after the arch region, as seen in the flow direction. Another exemplary embodiment of the device provides that the tube segment has larger dimensions, in particular a larger diameter, after the bend region than before the bend region.

Ein mögliches Ausführungsbeispiel der Vorrichtung sieht vor, dass der Reaktionsraumabschnitt strömungseingangsseitig aufgeweitet ist. Der aufgeweitete Bereich des Bogenelements und/oder der aufgeweitete Bereich des Reaktionsraumabschnitts können bzw. kann beispielsweise zu einer Druck- und Geschwindigkeitsänderung des Heißgasstroms führen, wodurch beispielsweise die Zerstäubung des zuzuführenden Materials im Heißgasstrom verbessert wird. Zudem kann zumindest einer der aufgeweiteten Bereiche zur zusätzlichen Abkühlung des Heißgasstroms ausgebildet sein.A possible embodiment of the device provides that the reaction space section is widened on the flow inlet side. The widened area of the arch element and / or the widened area of the reaction space section can, for example, lead to a change in pressure and speed of the hot gas flow, whereby, for example, the atomization of the material to be supplied in the hot gas flow is improved. In addition, at least one of the expanded areas can be designed for additional cooling of the hot gas stream.

Eine mögliche Ausführung der Vorrichtung sieht vor, dass dem Reaktionsraumabschnitt zumindest mittelbar, beispielsweise mittels einer Ausgangsleitung, eine Abscheidevorrichtung nachgeschaltet ist. Die Abscheidevorrichtung ist beispielsweise zur Filterung und/oder Reinigung von im thermischen Reaktor erzeugten Abgasen vorgesehen.A possible embodiment of the device provides that a separation device is connected at least indirectly, for example by means of an outlet line, to the reaction space section. The separation device is provided, for example, for filtering and / or cleaning exhaust gases generated in the thermal reactor.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Darin zeigen:

  • 1 schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung von Partikeln,
  • 2 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines mit einer Brennkammer strömungstechnisch gekoppelten Bogenelements der Vorrichtung,
  • 3 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel des mit der Brennkammer gekoppelten Bogenelements,
  • 4 schematisch eine vergrößerte Darstellung des Bogenelements mit einer Aufgabeeinrichtung zur Rohstoffmaterialaufgabe und
  • 5 schematisch eine vergrößerte Darstellung des Bogenelements mit der Aufgabeeinrichtung in einer weiteren Ausführungsform.
In it show:
  • 1 schematically a device for producing particles,
  • 2 schematically an embodiment of an arc element of the device which is fluidically coupled to a combustion chamber,
  • 3 schematically another embodiment of the arc element coupled to the combustion chamber,
  • 4 schematically shows an enlarged view of the arch element with a feed device for feeding raw material and
  • 5 schematically shows an enlarged view of the arch element with the feed device in a further embodiment.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.

1 zeigt eine Vorrichtung PR, insbesondere einen thermischen Reaktor zur Herstellung von feinteiligen Partikeln P, insbesondere von nanokristallinen Partikeln P. Beispielsweise weisen die aus mindestens einem Rohstoffmaterial RM hergestellten Partikel P im Endprodukt eine nanokristalline Struktur und/oder eine nanoskalige Struktur mit einer mittleren Partikelgröße von 10 nm bis wenige Millimeter auf. 1 shows a device PR , in particular a thermal reactor for the production of fine particles P , in particular of nanocrystalline particles P , For example, they have at least one raw material RM produced particles P in the end product a nanocrystalline structure and / or a nanoscale structure with an average particle size of 10 nm to a few millimeters.

Der thermische Reaktor ist beispielsweise als ein Pulsationsreaktor ausgebildet, in welchem in einem pulsierenden, schwingenden Heißgasstrom HGS die Partikel P gebildet werden. Hierzu umfasst der thermische Reaktor einen Brenner 1 und eine sich an den Brenner 1 anschließende Brennkammer 2 zur Erzeugung des pulsierenden Heißgasstroms HGS. Dabei werden Verbrennungsgase VG und zumindest ein Brennstoff BS über eine Zuführung 3 gemeinsam oder separat in den Brenner 1 und über diesen in die Brennkammer 2 eingebracht.The thermal reactor is designed, for example, as a pulsation reactor, in which in a pulsating, oscillating hot gas stream HGS the particles P be formed. For this purpose, the thermal reactor comprises a burner 1 and one goes to the burner 1 subsequent combustion chamber 2 to generate the pulsating hot gas flow HGS , This creates combustion gases VG and at least one fuel BS via a feeder 3 together or separately in the burner 1 and into the combustion chamber 2 brought in.

Als Brennstoff BS wird insbesondere ein brennbares Gas, wie zum Beispiel Erdgas und/oder Wasserstoff, zugeführt. Auch kann ein anderes geeignetes Gas als Brenngas zugeführt werden.As fuel BS a combustible gas such as natural gas and / or hydrogen is supplied in particular. Another suitable gas can also be supplied as fuel gas.

Als Verbrennungsgas VG wird zum Beispiel Umgebungsluft, Sauerstoff, etc. verwendet. Die zugeführten Verbrennungsgase VG und Brennstoffe BS werden beispielsweise in der Brennkammer 2 gezündet. Die daraus resultierende Flamme pulsiert aufgrund einer selbsterregten periodisch-instationären Verbrennung und erzeugt einen pulsierenden Heißgasstrom HGS in der Brennkammer 2. Der pulsierende Heißgasstrom HGS strömt von der Brennkammer 2 strömungsausgangsseitig in einen Reaktionsraumabschnitt 5.As a combustion gas VG For example, ambient air, oxygen, etc. is used. The combustion gases supplied VG and fuels BS for example in the combustion chamber 2 ignited. The resulting flame pulsates due to self-excited, periodic, transient combustion and generates a pulsating hot gas flow HGS in the combustion chamber 2 , The pulsating hot gas flow HGS flows from the combustion chamber 2 on the flow outlet side into a reaction space section 5 ,

Im Detail werden der Brennstoff BS sowie das notwendige Verbrennungsgas VG gemeinsam, beispielsweise vorgemischt, oder getrennt über den Brenner 1 der Brennkammer 2 zugeführt und dort gezündet. Dabei verbrennen der Brennstoff BS und das Verbrennungsgas VG sehr schnell und erzeugen eine Druckwelle in Richtung des Reaktionsraumabschnitts 5, beispielsweise in Richtung eines Resonanzrohres. Durch den geringeren Strömungswiderstand in Richtung des Reaktionsraumabschnitts 5 erfolgt die Ausbreitung einer Druckwelle. Während des akustischen Schwingungsverlaufes wird der Druck in der Brennkammer 2 reduziert, so dass neues Brenngas oder Brenngasgemisch oder neuer Brennstoff BS und Verbrennungsgas VG nachströmen kann bzw. können. Dieser Vorgang des Nachströmens durch Druckschwankungen erfolgt selbstregelnd periodisch. Der pulsierende Verbrennungsprozess in der Brennkammer 2 erzeugt den pulsierenden Heißgasstrom HGS, welche durch einen hohen Turbulenzgrad gekennzeichnet ist. Die hohe Strömungsturbulenz und die sich stetig wechselnde Strömungsgeschwindigkeit verhindern den Aufbau einer isolierenden Gashülle (Grenzschicht) um die sich aus dem Rohstoffmaterial RM, beispielsweise aus einer Rohstoffmischung, bildenden Partikel P, wodurch ein höherer Wärmeübertrag und Stofftransport (zwischen Rohstoff und Heißgas), das heißt eine schnellere Reaktion bei vergleichsweise niedrigeren Temperaturen, möglich ist. Typischerweise liegt die Verweilzeit bei weniger als einer Sekunde bis wenige Sekunden. Zudem erreicht ein besonders großer Anteil der gebildeten Partikel P eine gewünschte sphärische Form. Die schnelle Reaktion führt weiterhin bei der Ausbildung der festen Phase der Partikel P zu einem hohen Anteil an Gitterfehlordnungen (zum Beispiel zu einer nanokristallinen Form) und infolgedessen zu einer hohen Reaktivität der hergestellten Partikel P. Zur Abscheidung der Partikel P als Reaktionsprodukt aus dem Heißgasstrom HGS schließt sich an den Reaktionsraumabschnitt 5 zumindest mittelbar eine geeignete Abscheidevorrichtung 7 für feinteilige Partikel P oder Feinstpartikel an.The fuel will be in detail BS as well as the necessary combustion gas VG together, for example premixed, or separately via the burner 1 the combustion chamber 2 fed and ignited there. The fuel burns BS and the combustion gas VG very quickly and generate a pressure wave in the direction of the reaction space section 5 , for example in the direction of a resonance tube. Due to the lower flow resistance in the direction of the reaction space section 5 a pressure wave spreads. During the acoustic waveform, the pressure in the combustion chamber 2 reduced so that new fuel gas or fuel gas mixture or new fuel BS and combustion gas VG can flow in. This process of post-flow due to pressure fluctuations takes place periodically in a self-regulating manner. The pulsating combustion process in the combustion chamber 2 generates the pulsating hot gas flow HGS , which is characterized by a high degree of turbulence. The high flow turbulence and the constantly changing flow speed prevent the build-up of an insulating gas envelope (boundary layer) around which the raw material is made RM , for example from a raw material mixture, forming particles P , whereby a higher heat transfer and mass transfer (between raw material and hot gas), i.e. a faster reaction at comparatively lower temperatures, is possible. Typically, the dwell time is less than one second to a few seconds. In addition, a particularly large proportion of the particles formed reach P a desired spherical shape. The rapid reaction continues to lead to the formation of the solid phase of the particles P to a high degree of lattice disorder (for example to a nanocrystalline form) and consequently to a high reactivity of the particles produced P , For the separation of the particles P as a reaction product from the hot gas stream HGS joins the reaction space section 5 at least indirectly a suitable separation device 7 for fine particles P or very fine particles.

Die Frequenz des pulsierenden Heißgasstroms HGS liegt dabei im Hertz-Bereich, insbesondere in einem Bereich von wenigen Hertz, beispielsweise von größer 5 Hz, insbesondere größer 50 Hz, beispielsweise in einem Bereich von 5 Hz bis 350 Hz. Parameter des Heißgasstroms HGS, wie Amplitude und/oder Frequenz der Schwingung, sind dabei einstellbar. Dies kann über die Verbrennungsparameter, wie Brennstoffmenge, Luftmenge, Lufttemperatur, Brennstofftemperatur und/oder Flammentemperatur, Ort der Brennstoff-/Luftaufgabe und/oder über Proportionen und/oder Änderungen dieser von Brennkammer 2, Brenner 1 und/oder Reaktionsraumabschnitt 5 erfolgen.The frequency of the pulsating hot gas flow HGS lies in the Hertz range, in particular in a range of a few Hertz, for example greater than 5 Hz, in particular greater than 50 Hz, for example in a range of 5 Hz to 350 Hz. Parameters of the hot gas flow HGS , such as the amplitude and / or frequency of the vibration, can be set. This can be done via the combustion parameters, such as the amount of fuel, amount of air, air temperature, fuel temperature and / or flame temperature, location of the fuel / air application and / or via proportions and / or changes in the combustion chamber 2 , Burner 1 and / or reaction space section 5 respectively.

Der Reaktionsraumabschnitt 5 ist zum Beispiel als ein Resonanzrohr ausgebildet. Die Brennkammer 2 ist als ein Brennraum ausgebildet, dessen Abmessungen, insbesondere dessen Durchmesser, größer ist als die Abmessungen, insbesondere der Durchmesser, des Reaktionsraumabschnitts 5.The reaction space section 5 is designed, for example, as a resonance tube. The combustion chamber 2 is designed as a combustion chamber whose dimensions, in particular its diameter, are larger than the dimensions, in particular the diameter, of the reaction chamber section 5 ,

Im Ausführungsbeispiel nach 1 sind die Brennkammer 2 und der Reaktionsraumabschnitt 5 im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet. Dabei ist die Brennkammer 2 im Wesentlichen vertikal angeordnet. Der Reaktionsraumabschnitt 5 ist horizontal zur Brennkammer 2 angeordnet. Es ist aber auch jede andere geeignete Anordnung möglich.In the embodiment according to 1 are the combustion chamber 2 and the reaction space section 5 arranged substantially perpendicular to each other. Here is the combustion chamber 2 arranged essentially vertically. The reaction space section 5 is horizontal to the combustion chamber 2 arranged. However, any other suitable arrangement is also possible.

Zwischen der Brennkammer 2 und dem Reaktionsraumabschnitt 5 ist ein Bogenelement 6 angeordnet, welches die Brennkammer 2 und den Reaktionsraumabschnitt 5 strömungstechnisch verbindet. In einem Außenbogen 6.1 des Bogenelements 6 erfolgt zumindest eine Aufgabe von Rohstoffmaterial RM, im Folgenden als Rohstoffmaterialaufgabe bezeichnet. Zum Beispiel werden im Bogenbereich 6.1 Rohstoffmaterialien RM in Form von festen, gasförmigen und/oder flüssigen Rohstoffen und/oder Rohstoffmischungen, als Rohstofflösung oder Rohstoffdispersion eingebracht. Die Aufgabe des Rohstoffmaterials RM erfolgt im Außenbogen 6.1 bei Feststoffen in Strömungsrichtung und bei Lösungen oder Suspensionen parallel zur Strömungsrichtung R des pulsierenden Heißgasstroms HGS.Between the combustion chamber 2 and the reaction space section 5 is an arch element 6 arranged which is the combustion chamber 2 and the reaction space section 5 fluidly connects. In an outer arch 6.1 of the arch element 6 there is at least one task of raw material RM , hereinafter referred to as raw material task. For example, in the bow area 6.1 commodity materials RM introduced in the form of solid, gaseous and / or liquid raw materials and / or raw material mixtures, as a raw material solution or raw material dispersion. The task of the raw material RM takes place in the outer arch 6.1 for solids in the flow direction and for solutions or suspensions parallel to the flow direction R of the pulsating hot gas flow HGS ,

Das Bogenelement 6 ist beispielsweise als ein abgewinkeltes, insbesondere als ein L-förmiges Rohr (so genannter L-Verbinder) ausgebildet. Insbesondere ist das Bogenelement 6 um 90° abgewinkelt und weist in einem Bogenbereich einen Außenbogen 6.1 und einen Innenbogen auf.The arch element 6 is designed for example as an angled, in particular as an L-shaped tube (so-called L-connector). In particular, the arch element 6 angled by 90 ° and has an outer arch in an arch region 6.1 and an inner arch.

Die Aufgabe des Rohstoffmaterials RM erfolgt somit am oberen Ende der Brennkammer 2, insbesondere am Übergang von Brennkammer 2 zum Reaktionsraumabschnitt 5 und außerhalb der Brennkammer 2. Insbesondere erfolgt die Aufgabe des Rohstoffmaterials RM in den Heißgasstrom HGS durch die Düse parallel zur Strömungsrichtung R im Bereich des Außenbogens 6.1 des Bogenelements 6.The task of the raw material RM thus takes place at the upper end of the combustion chamber 2 , especially at the transition from the combustion chamber 2 to the reaction space section 5 and outside the combustion chamber 2 , In particular, the raw material material is used RM into the hot gas flow HGS through the nozzle parallel to the direction of flow R in the area of the outer arch 6.1 of the arch element 6 ,

Dabei ist mindestens ein Aufgabeort AO1 zur Aufgabe des Rohstoffmaterials RM, auch als Rohstoffmaterialaufgabe bezeichnet, im Bogenbereich, insbesondere am Außenbogen 6.1, vorgesehen. Zum Beispiel kann im Außenbogen 6.1 das Rohstoffmaterial RM in Form von festen, gasförmigen und/oder flüssigen Rohstoffen und/oder Rohstoffmischungen, beispielsweise als Rohstofflösung oder Rohstoffdispersion, eingebracht werden.There is at least one place of posting AO1 to abandon the raw material RM , also referred to as raw material feed, in the arch area, especially on the outer arch 6.1 , intended. For example, in the outer arch 6.1 the raw material RM in the form of solid, gaseous and / or liquid raw materials and / or raw material mixtures, for example as a raw material solution or raw material dispersion.

Zusätzlich kann das Rohstoffmaterial RM aus Richtung des Brenners 1 in die Brennkammer 2 eingebracht werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Rohstoffmaterial RM auch in den sich daran anschließenden angeordneten Reaktionsraumabschnitt 5, insbesondere in das Resonanzrohr, eingebracht werden. Hierzu kann die Vorrichtung PR weitere Aufgabeorte AO2 bis AOn im Bereich der Brennkammer 2, insbesondere am strömungseingangsseitigen Ende, und/oder entlang des Reaktionsraumabschnitts 5 aufweisen.In addition, the raw material RM from the direction of the burner 1 into the combustion chamber 2 be introduced. Alternatively or additionally, the raw material RM also in the adjoining arranged reaction space section 5 , especially in the resonance tube. For this purpose, the device PR other locations AO2 to Aeon in the area of the combustion chamber 2 , in particular at the end on the flow inlet side and / or along the reaction space section 5 exhibit.

In einer Weiterbildung ist ein Aufgabeort AO2 derart im Bereich des Brenners 1, insbesondere am Ausgang des Brenners 1, angeordnet, dass das Rohstoffmaterial RM am strömungseingangsseitigen Ende der Brennkammer 2 eingebracht wird. Dadurch kann ein im Wesentlichen hoher Temperaturgradient erzeugt werden, wobei sich das Rohstoffmaterial RM schneller aufheizt. Insbesondere kann eine Erwärmungsgeschwindigkeit durch Anordnung des Aufgabeortes AO2 im Bereich des Brenners 1 und am strömungseingangsseitigen Ende der Brennkammer 2 erhöht werden. Dabei sind insbesondere katalytische Zentren der Partikel P angreifbarer und eine Fehlstellenanzahl im Kristallgitter des Stoffes erhöht. Beispielsweise ist eine Ausrichtung der Gitteranordnung des Stoffes, wie beispielsweise einer Keramik, beeinflusst. Des Weiteren wird ein Verkleben und Haften des Stoffes mittels Einsprühens des Rohstoffmaterials RM, beispielsweise in Form einer Flüssigkeit, in einen offenen Raum zumindest weitestgehend verhindert.In a further training there is a place of posting AO2 such in the area of the burner 1 , especially on Burner output 1 , arranged that the raw material RM at the flow inlet end of the combustion chamber 2 is introduced. As a result, an essentially high temperature gradient can be generated, with the raw material material RM heats up faster. In particular, a heating rate can be achieved by arranging the place of application AO2 in the area of the burner 1 and at the flow inlet end of the combustion chamber 2 increase. In particular, there are catalytic centers of the particles P more vulnerable and a number of defects in the crystal lattice of the fabric increased. For example, an orientation of the lattice arrangement of the material, such as a ceramic, is influenced. Furthermore, the material is glued and adhered by spraying the raw material RM , for example in the form of a liquid, at least largely prevented in an open space.

Somit kann auch die Brennkammer 2 selbst einen Reaktionsraum bilden. Im Allgemeinen findet in der Brennkammer 2 die Verbrennung statt und die Erzeugung des pulsierenden Heißgasstroms HGS. Demgegenüber findet im Reaktionsraumabschnitt 5 üblicherweise keine Verbrennung des Brennstoffes BS mehr statt. Es ist aber auch möglich, insbesondere am Eingang des Reaktionsraumabschnitts 5 und somit im Bereich des oberen Endes der Brennkammer 2 zusätzlich Brennstoff BS und/oder Verbrennungsgas VG als Zwischenfeuerung zuzuführen. Ebenso ist es möglich, in die Brennkammer 2 Rohstoffmaterial RM über den optionalen Aufgabeort AO2 zuzuführen. In diesem Fall bildet die Brennkammer 2 auch einen Reaktionsraum, da dort ebenfalls Material behandelt wird.So the combustion chamber can 2 form a reaction space themselves. Generally takes place in the combustion chamber 2 the combustion takes place and the generation of the pulsating hot gas flow HGS , In contrast, takes place in the reaction space section 5 usually no combustion of the fuel BS more instead. However, it is also possible, in particular at the entrance of the reaction space section 5 and thus in the area of the upper end of the combustion chamber 2 additional fuel BS and / or combustion gas VG to be fed as intermediate firing. It is also possible in the combustion chamber 2 Raw material material RM about the optional posting location AO2 supply. In this case, the combustion chamber forms 2 also a reaction room, since material is also treated there.

Der Reaktionsraumabschnitt 5 kann optional gegenüber einer Eingangsleitung E und einer Ausgangsleitung A für den Heißgasstrom HGS aufgeweitet ausgebildet sein. Die Eingangsleitung E ist als eine ein- oder mehrteilige Rohranordnung ausgebildet und verbindet die Brennkammer 2 mit dem Reaktionsraumabschnitt 5. Das Bogenelement 6 ist insbesondere Teil der Eingangsleitung E. Die Ausgangsleitung A ist als eine ein- oder mehrteilige Rohranordnung ausgebildet und verbindet den Reaktionsraumabschnitt 5 mit einer Abscheidevorrichtung 7.The reaction space section 5 can optionally be opposite an input line e and an output line A for the hot gas flow HGS be expanded. The input line e is designed as a single or multi-part pipe arrangement and connects the combustion chamber 2 with the reaction space section 5 , The arch element 6 is in particular part of the input line e , The output line A is designed as a one- or multi-part pipe arrangement and connects the reaction space section 5 with a separator 7 ,

Je nach Ausbildung des Reaktionsraumabschnitts 5 kann dieser als Applikationsraum und/oder Kühlraum dienen, insbesondere bei der Benutzung des Aufgabeortes AO3. Wird, insbesondere durch ein Bogenelement 6, Material in einen aufgeweiteten Reaktionsraumabschnitt 5 aufgegeben, dann dient der Reaktionsraumabschnitt 5 auch als Applikationsraum (5). Wird der Aufgabeort AO3 des aufgeweiteten Reaktionsraumabschnitts 5 zum Einbringen von kälteren Gasen genutzt, dann dient der Reaktionsraumabschnitt 5 als Kühlraum zum Beenden der Behandlung.Depending on the design of the reaction space section 5 this can serve as an application room and / or a cooling room, in particular when using the task location AO3 , Will, especially by an arch element 6 , Material in an expanded reaction space section 5 abandoned, then the reaction space section serves 5 also as an application room ( 5 ). Becomes the place of posting AO3 of the expanded reaction space section 5 used to introduce colder gases, then the reaction chamber section is used 5 as a cold room to end the treatment.

Dem Reaktionsraumabschnitt 5 ist die Abscheidevorrichtung 7 mittelbar über die Ausgangsleitung A nachgeschaltet. Das Rohstoffmaterial RM wird mittels des Heißgasstroms HGS von der zumindest einer Materialaufgabe, insbesondere im Bogenelement 6, über den Reaktionsraumabschnitt 5 unter Bildung der Partikel P zu der Abscheidevorrichtung 7 geführt und transportiert. Die Abscheidevorrichtung 7 ist beispielsweise ein Fliehkraftabscheider und/oder ein Schwerkraftabscheider und/oder ein Filter, insbesondere ein Heißgasfilter. Aus der Abscheidevorrichtung 7 werden die gefertigten Partikel P abgeschieden.The reaction space section 5 is the separator 7 indirectly via the output line A downstream. The raw material RM is by means of the hot gas flow HGS of the at least one material task, especially in the arch element 6 , over the reaction space section 5 forming the particles P to the separator 7 managed and transported. The separator 7 is, for example, a centrifugal separator and / or a gravity separator and / or a filter, in particular a hot gas filter. From the separator 7 are the manufactured particles P deposited.

Durch den infolge der Verbrennung in den Reaktionsraumabschnitt 5 ausströmenden Heißgasstrom HGS wird ein Unterdruck in der Brennkammer 2 erzeugt und somit der Überdruck reduziert, so dass nachströmende Verbrennungsgase VG und/oder Brennstoffe BS selbst zünden. Dieser Vorgang des Nachströmens durch Druck und Unterdruck erfolgt selbstregelnd periodisch. Der pulsierende Verbrennungsprozess in der Brennkammer 2 setzt mit der Ausbreitung einer Druckwelle im Reaktionsraum und somit im Resonanzrohr Energie frei und regt dort eine akustische Schwingung an.As a result of the combustion in the reaction space section 5 escaping hot gas flow HGS becomes a negative pressure in the combustion chamber 2 generated and thus the overpressure reduced, so that incoming combustion gases VG and / or fuels BS ignite yourself. This process of post-flow through pressure and vacuum takes place periodically in a self-regulating manner. The pulsating combustion process in the combustion chamber 2 releases energy with the propagation of a pressure wave in the reaction chamber and thus in the resonance tube, where it stimulates an acoustic vibration.

In dem Heißgasstrom HGS erfolgt die Partikelbildung. Der erzeugte Heißgasstrom HGS weist vorzugsweise eine Verbrennungsfrequenz von 5 Hz bis 350 Hz auf. Die Temperatur beträgt mindestens 550 C bis 1000°C oder auch höher, beispielsweise bis 1200°C oder größer bis beispielsweise 1400°C. Die im Heißgasstrom HGS gebildeten feinteiligen Partikel P gelangen anschließend in die Abscheidevorrichtung 7, die an den Reaktionsraumabschnitt 5 mittelbar anschließt. In der Abscheidevorrichtung 7 erfolgt beispielsweise die Pulverabscheidung, indem die gebildeten Partikel P vom Heißgasstrom HGS abgetrennt werden.In the hot gas stream HGS there is particle formation. The hot gas flow generated HGS preferably has a combustion frequency of 5 Hz to 350 Hz. The temperature is at least 550 ° C to 1000 ° C or higher, for example up to 1200 ° C or higher up to 1400 ° C for example. The one in the hot gas stream HGS formed fine particles P then get into the separator 7 that to the reaction space section 5 indirectly connects. In the separator 7 For example, the powder is separated by the particles formed P from the hot gas flow HGS be separated.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der thermische Reaktor heißgasströmungsausgangsseitig der Brennkammer 2 zumindest mit einem Strömungselement S versehen sein. Dies unterstützt eine Verwirbelung des pulsierenden Heißgasstroms HGS, wodurch eine bessere Durchmischung der Rohstoffe bzw. Rohstoffmischungen der Rohstoffmaterialaufgabe ermöglicht ist. In einer besonders einfachen Ausführungsform ragt hierzu das zwischen der Brennkammer 2 und dem Reaktionsraumabschnitt 5 angeordnete Bogenelement 6 zumindest teilweise in die Brennkammer 2 hinein.In a further advantageous embodiment, the thermal reactor can be on the hot gas flow output side of the combustion chamber 2 at least with a flow element S be provided. This supports a swirling of the pulsating hot gas flow HGS , which enables a better mixing of the raw materials or raw material mixtures of the raw material feed. In a particularly simple embodiment, this projects between the combustion chamber 2 and the reaction space section 5 arranged arch element 6 at least partially in the combustion chamber 2 into it.

2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel des mit der Brennkammer 2 strömungstechnisch gekoppelten Bogenelements 6. 2 shows an alternative embodiment of the with the combustion chamber 2 fluidically coupled arc element 6 ,

Das Bogenelement 6 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als ein doppelt abgewinkeltes Element, insbesondere ein so genannter S-Verbinder, ausgebildet. Insbesondere ist das Bogenelement 6 als ein doppelt abgewinkeltes Rohr ausgebildet, wobei der Reaktionsraumabschnitt 5 an das Bogenelement 6 im Bogenbereich 6.1 der zweiten Abwinklung anschließt. Weiterhin kann der in Strömungsrichtung R gesehene zweite Bogen als T-Stück mit einer weiteren Öffnung ausgeführt werden, um Reinigungsarbeiten zu erleichtern. The arch element 6 is formed in the illustrated embodiment as a double angled element, in particular a so-called S connector. In particular, the arch element 6 formed as a double angled tube, the reaction chamber section 5 to the arch element 6 in the arch area 6.1 the second bend. Furthermore, the flow direction R seen second bend as a T-piece with a further opening to facilitate cleaning work.

In diesem Ausführungsbeispiel kann das Rohstoffmaterial RM an mehreren Bogenelementen 6 an Aufgabeorten AO1 bis AO3 in den Heißgasstrom HGS eingebracht werden. Weiterhin kann bei Verwendung einer Lanze mit Düse, das Material in und gegen Strömungsrichtung, insbesondere parallel, aufgegeben werden.In this embodiment, the raw material RM on several arch elements 6 at task locations AO1 to AO3 into the hot gas flow HGS be introduced. Furthermore, when using a lance with a nozzle, the material can be fed in and against the direction of flow, in particular in parallel.

In einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Brennkammer 2 mit dem Brenner 1 waagerecht im Raum angeordnet ist.In an embodiment not shown, it is provided that the combustion chamber 2 with the burner 1 is arranged horizontally in the room.

3 zeigt ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel des mit der Brennkammer 2 gekoppelten Bogenelements 6. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Reaktionsraumabschnitt 5 senkrecht und in Längsrichtung X der Brennkammer 2 versetzt zur Brennkammer 2 angeordnet. 3 shows a further alternative embodiment of the with the combustion chamber 2 coupled arch element 6 , In this embodiment, the reaction space section 5 vertically and lengthways X the combustion chamber 2 offset to the combustion chamber 2 arranged.

Die Eingangsleitung E ist in Strömungsrichtung R gesehen nach dem Bodenelement 6 aufgeweitet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Bogenelement 6 nach dem Bogenbereich eine Aufweitung 6.2 auf, welche insbesondere größere Abmessungen, insbesondere einen größeren Durchmesser, als vor dem Bogenbereich umfasst. Alternativ oder zusätzlich kann der Reaktionsraumabschnitt 5 strömungseingangsseitig aufgeweitet sein. Weiterhin kann die Aufweitung 6.2 durch Zufuhr von kälteren Stoffen zur Abkühlung und somit zur Beendigung der Behandlung des Rohstoffmaterials RM und/oder schon gefertigter Partikel P genutzt werden. Dazu wird der Aufweitung 6.2 neben dem Heißgasstrom HGS mit Partikelbeladung über weitere Anschlüsse an der Aufweitung 6.2 ein Kühlmittel, insbesondere kältere Stoffe, wie zum Beispiel Kühlluft, zugeführt.The input line e is in the direction of flow R seen after the floor element 6 widened. In the illustrated embodiment, the arch element has 6 after the arch area an expansion 6.2 which, in particular, has larger dimensions, in particular a larger diameter, than in front of the arch region. Alternatively or additionally, the reaction space section 5 be widened on the flow inlet side. The expansion can continue 6.2 by adding colder substances to cool them down and thus to end the treatment of the raw material RM and / or already manufactured particles P be used. This will be the expansion 6.2 next to the hot gas flow HGS with particle loading via further connections on the expansion 6.2 a coolant, especially colder substances, such as cooling air.

4 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Bogenelements 6 mit einer Aufgabebeeinrichtung 8 zur Rohstoffmaterialaufgabe im Außenbogen 6.1. 4 shows an enlarged view of the arch element 6 with a feed device 8th for raw material feed in the outer sheet 6.1 ,

Die Aufgabeeinrichtung 8 ragt im dargestellten Ausführungsbeispiel am Außenbogen 6.1 in das Bogenelement 6 hinein. Zum Beispiel ist die Aufgabeeinrichtung 8 als eine verstellbare Lanze 8.1 mit einer Düse 8.2 ausgebildet. Hierbei ist die Aufgabeeinrichtung 8 senkrecht zur Brennkammer 2 angeordnet und das Material wird in Strömungsrichtung eingebrachtThe posting facility 8th protrudes in the illustrated embodiment on the outer arch 6.1 in the arch element 6 into it. For example, the task setup 8th as an adjustable lance 8.1 with a nozzle 8.2 educated. Here is the task facility 8th perpendicular to the combustion chamber 2 arranged and the material is introduced in the direction of flow

5 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Bogenelements 6 mit der Aufgabeeinrichtung 8 in einer weiteren Ausführungsform. 5 shows an enlarged view of the arch element 6 with the feeder 8th in a further embodiment.

Das Bogenelement 6 umfasst nach dem Bogenbereich die Aufweitung 6.2. Alternativ oder zusätzlich umfasst der Reaktionsraumabschnitt 5 strömungseingangsseitig einen aufgeweiteten Bereich.The arch element 6 includes the widening after the arch area 6.2 , Alternatively or additionally, the reaction space section comprises 5 a widened area on the flow inlet side.

Am Außenbogen 6.1 ist die Aufgabeeinrichtung 8 insbesondere in Form einer Lanze 8.1 mit einer Düse 8.2 angeordnet. Hierbei ragt die Lanze 8.1 zur Rohstoffmaterialaufgabe am Außenbogen 6.1 in das Bogenelement 6 hinein.On the outer arch 6.1 is the task facility 8th especially in the form of a lance 8.1 with a nozzle 8.2 arranged. The lance protrudes here 8.1 for raw material feed on the outer arch 6.1 in the arch element 6 into it.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Aufgabeeinrichtung 8 zur Aufweitung 6.2 des Bogenelements 6 beabstandet. Ein Abstand a der Aufgabeeinrichtung 8, insbesondere der Düse 8.2 zur Aufweitung 6.2, kann individuell eingestellt werden. In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann die Aufgabeeinrichtung 8 beispielsweise in einen Bereich der Aufweitung 6.2 hineinragen. In einem weiteren optionalen Ausführungsbeispiel kann das Bogenelement 6 so ausgebildet und in die Anlage eingebunden werden, dass die Materialzuführung das Rohstoffmaterial RM parallel und entgegen der Strömungsrichtung R des Heißgasstroms HGS in die Leitung einbringt, wie optional in 2 und 3 anhand der gestrichenen Pfeile an der Aufgabestelle gezeigt.In the illustrated embodiment, the feed device 8th for expansion 6.2 of the arch element 6 spaced. A distance a the task facility 8th , especially the nozzle 8.2 for expansion 6.2 , can be set individually. In an embodiment not shown, the feed device can 8th for example in an area of expansion 6.2 protrude. In a further optional embodiment, the arch element 6 trained and integrated into the system so that the material feed is the raw material RM parallel and against the flow direction R of the hot gas flow HGS into the line, as optional in 2 and 3 shown with the crossed arrows at the posting point.

In der Aufweitung 6.2 erfolgt die Partikelbildung, wobei das Rohstoffmaterial RM mittels der Aufgabeeinrichtung 8 in das Bogenelement 6 beispielsweise in Strömungsrichtung R des Heißgasstroms HGS gesprüht und/oder zerstäubt werden.In the widening 6.2 particle formation takes place, the raw material RM by means of the feed device 8th in the arch element 6 for example in the direction of flow R of the hot gas flow HGS sprayed and / or atomized.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Brennerburner
22
Brennkammercombustion chamber
33
Zuführungfeed
55
ReaktionsraumabschnittReaction chamber section
66
Bogenelementarch element
6.16.1
Außenbogenoutside bend
6.26.2
Aufweitungwidening
77
Abscheidevorrichtungseparating
88th
Aufgabeeinrichtungfeeder
8.18.1
Lanzelance
8.28.2
Düse jet
AA
Ausgangsleitungoutput line
a a
Abstanddistance
AO1 bis AOnAO1 to AOn
AufgabeortAufgabeort
Ee
Eingangsleitunginput line
BSBS
Brennstofffuel
HGSHGS
HeißgasstromHot gas stream
PP
Partikelparticle
RR
Strömungsrichtungflow direction
PRPR
Vorrichtungcontraption
RMRM
RohstoffmaterialRaw material material
SS
Strömungselementflow element
VGVG
Verbrennungsgascombustion gas
XX
Längsrichtunglongitudinal direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • WO 02/072471 [0005]WO 02/072471 [0005]
  • DE 102004044266 A1 [0005]DE 102004044266 A1 [0005]

Claims (14)

Vorrichtung (PR) zur Herstellung von Partikeln (P), insbesondere von nanoskaligen oder nanokristallinen Partikeln (P), beispielsweise mit einer mittleren Partikelgröße von 10 nm bis wenige Millimeter, aus mindestens einem Rohstoffmaterial (RM), umfassend - mindestens einen Brenner (1) und eine sich an den Brenner (1) anschließende Brennkammer (2) zur Erzeugung eines pulsierenden Heißgasstroms (HGS) sowie - einen Reaktionsraumabschnitt (5), wobei zwischen der Brennkammer (2) und dem Reaktionsraumabschnitt (5) mindestens ein Bogenelement (6) angeordnet ist, welches die Brennkammer (2) und den Reaktionsraumabschnitt (5) strömungstechnisch verbindet, und wobei mindestens ein Aufgabeort (AOI) zur Aufgabe eines Rohstoffmaterials (RM) in einem Bogenbereich, insbesondere an einem Außenbogen (6.1) des Bogenelements (6), vorgesehen ist.Device (PR) for producing particles (P), in particular nanoscale or nanocrystalline particles (P), for example with an average particle size of 10 nm to a few millimeters, comprising at least one raw material (RM) - At least one burner (1) and a combustion chamber (2) adjoining the burner (1) for generating a pulsating hot gas flow (HGS) and - a reaction space section (5), wherein at least one arch element (6) is arranged between the combustion chamber (2) and the reaction chamber section (5) and connects the combustion chamber (2) and the reaction chamber section (5) in terms of flow technology, and at least one feed location (AOI) for feeding a raw material (RM) is provided in an arch region, in particular on an outer arch (6.1) of the arch element (6). Vorrichtung (PR) nach Anspruch 1, wobei die Brennkammer (2) und der Reaktionsraumabschnitt (5) zumindest im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind.Device (PR) after Claim 1 , wherein the combustion chamber (2) and the reaction space section (5) are arranged at least substantially perpendicular to each other. Vorrichtung (PR) nach Anspruch 1, wobei die Brennkammer (2) und der Reaktionsraumabschnitt (5) parallel zueinander angeordnet sind und in Längsrichtung (X) der Brennkammer (2) versetzt zueinander angeordnet sind.Device (PR) after Claim 1 , wherein the combustion chamber (2) and the reaction chamber section (5) are arranged parallel to one another and are arranged offset to one another in the longitudinal direction (X) of the combustion chamber (2). Vorrichtung (PR) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bogenelement (6) als ein abgewinkeltes, insbesondere als ein L-förmiges Rohr oder S-Verbinder, ausgebildet ist.Device (PR) according to one of the preceding claims, wherein the arch element (6) is designed as an angled, in particular as an L-shaped tube or S-connector. Vorrichtung (PR) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufgabe des Rohstoffmaterials (RM) im Bogenbereich des Bogenelementes (6) in Strömungsrichtung (R) des pulsierenden Heißgasstroms (HGS) erfolgt.Device (PR) according to one of the preceding claims, wherein the feed of the raw material (RM) takes place in the arc region of the arc element (6) in the flow direction (R) of the pulsating hot gas stream (HGS). Vorrichtung (PR) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Bogenbereich am Aufgabeort (AOI) mindestens eine Aufgabeeinrichtung (8) in das Bogenelement (6) hineinragt.Device (PR) according to one of the preceding claims, wherein at least one feeding device (8) protrudes into the sheet element (6) in the sheet area at the loading point (AOI). Vorrichtung (PR) nach Anspruch 6, wobei die Aufgabeeinrichtung (8) als eine verstellbare Lanze (8.1) mit einer Düse (8.2) ausgebildet ist.Device (PR) after Claim 6 The feed device (8) is designed as an adjustable lance (8.1) with a nozzle (8.2). Vorrichtung (PR) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Aufgabeeinrichtung (8) senkrecht zur Brennkammer (2) angeordnet ist.Device (PR) after Claim 6 or 7 , wherein the feed device (8) is arranged perpendicular to the combustion chamber (2). Vorrichtung (PR) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Reaktionsraumabschnitt (5) als ein Resonanzrohr ausgebildet ist.Device (PR) according to one of the preceding claims, wherein the reaction space section (5) is designed as a resonance tube. Vorrichtung (PR) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennkammer (2) als ein Brennraum ausgebildet ist, dessen Abmessungen, insbesondere dessen Durchmesser, größer ist als Abmessungen, insbesondere der Durchmesser, des Reaktionsraumabschnitts (5).Device (PR) according to one of the preceding claims, wherein the combustion chamber (2) is designed as a combustion chamber, the dimensions, in particular its diameter, of which are larger than the dimensions, in particular the diameter, of the reaction chamber section (5). Vorrichtung (PR) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bogenelement (6) in Strömungsrichtung (R) gesehen nach dem Bogenbereich aufgeweitet ist.Device (PR) according to one of the preceding claims, wherein the arch element (6), viewed in the flow direction (R), is widened according to the arch region. Vorrichtung (PR) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bogenelement (6) nach dem Bogenbereich größere Abmessungen, insbesondere einen größeren Durchmesser, als vor dem Bogenbereich aufweist.Device (PR) according to one of the preceding claims, wherein the arch element (6) has larger dimensions, in particular a larger diameter, after the arch region than before the arch region. Vorrichtung (PR) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Reaktionsraumabschnitt (5) strömungseingangsseitig aufgeweitet ist.Device (PR) according to one of the preceding claims, wherein the reaction space section (5) is widened on the flow inlet side. Vorrichtung (PR) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Reaktionsraumabschnitt (5) zumindest mittelbar eine Abscheidevorrichtung (7) nachgeschaltet ist.Device (PR) according to one of the preceding claims, wherein a reaction device (7) is connected at least indirectly to the reaction chamber section (5).
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