ТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ФУЛЛЕРЕНОВ Российский патент 2002 года по МПК C01B31/02 

Изобретение относится к физико-техническим процессам получения фуллеренов из углеродсодержащих материалов и касается конструкций установок для производства фуллеренов.

В настоящее время известны принципиальные направления развития технических средств для производства фуллеренов, из которых наиболее представительным и наиболее близким является технический комплекс для производства фуллеренов, включающий корпус, содержащий рабочую камеру, соединенную с каналом для отвода продукта, средство для подачи углеродсодержащего материала и блок управления процессом производства фуллеренов (JP 10045407, С 01 В 31/02, 1998).

Обладая определенными техническими преимуществами перед аналогами, этот технический комплекс имеет также очевидные и существенные недостатки, которые заключаются в нем в отсутствии возможности оперативной и интенсивной смены и подачи в рабочую камеру углеродсодержащего материала, а также технических средств для активного отвода и аккумулирования отводимого продукта, которые бы исключали использование дополнительного ручного труда, что в конечном итоге ведет к более высоким удельных затратам при одновременной более низкой производительности процесса производства фуллеренов.

Задачей данного изобретения и техническим результатом является увеличение производительности технического комплекса для производства фуллеренов при одновременном снижении удельных затрат на процесс производства фуллеренов и повышения технологической культуры за счет организации точного и репрезентативного процесса и его операций при их автономизации и эффективной согласованности операций подачи заготовок углеродсодержащего материала и переработки.

Поставленная задача и указанный результат в изобретении достигаются за счет того, что технический комплекс для производства фуллеренов, включающий корпус, содержащий рабочую камеру, соединенную с каналом для отвода продукта, средство для подачи углеродсодержащего материала и блок управления процессом, имеет корпус, снабженный тонкостенным стаканом, размещенным в рабочей камере, днище которого имеет отверстие, соединенное с полым конусом для отвода и сбора фуллеренсодержащего материала, а в основании указанного цилиндра установлен подшипниковый узел, имеющий дистанционный магнитный привод в виде обкладок электромагнитов, закрепленных снаружи стенок корпуса, а средство подачи углеродсодержащего материала приспособлено для его подачи порциями и выполнено в виде магазина-держателя с гнездами для графитовых стержней, расположенными по его окружности, с возможностью его осевого вращения и оборудовано узлом зажима и фиксации указанных стержней в рабочей камере.

При этом полость указанного конуса оснащена фильтром для отлавливания и аккумулирования частиц фуллеренов.

Преимущественно в данном техническом комплексе выполнить узел зажима и фиксирования графитовых стержней в виде винтовых подпружиненных захватов и продольных кольцевых направляющих.

Описываемый технический комплекс для производства фуллеренов раскрывается далее более полно со ссылкой на чертежи, где:
на фиг.1 показан общий вид технического комплекса;
на фиг. 2 показан узел технического комплекса для подачи углеродсодержащего материала в рабочую камеру;
на фиг.3 показано сечение А-А на фиг.2;
на фиг.4 раскрыт узел для подачи углеродсодержащего материала в рабочую камеру технического комплекса;
на фиг.5 показано сечение по Б-Б на фиг.4.

Технический комплекс для производства фуллеренов включает единый формирующий его корпус 1. Корпус содержит рабочую камеру 2 с реакционной зоной 3, где производят переработку исходного углеродсодержащего материала, предпочтительно графита. В корпусе также размещено средство 4, предназначенное для подачи порций углеродсодержащего материала (графитовых стержней) в рабочую камеру. Это средство имеет привод 5, например электропривод. Графитовые стержни 6 перерабатывают в реакционной зоне 3, из которой фуллеренсодержащая масса поступает в бункер 7, соединенный с корпусом 1. В этом бункере размещен тонкостенный цилиндр 8, выполненный из жаростойкой керамики, в виде стакана, днище которого имеет отверстие и переходит в конус 9 (полый, тонкостенный), сообщающийся через отверстие с полостью патрубка 10, предназначенного для отвода получаемого фуллеренсодержащего материала и фуллеренов из фильтров 40 для обогащения и разделения и отвода по каналам для использования.

Технический комплекс имеет блок управления процессом (на чертежах не показан ввиду его тривиальности и как не имеющего непосредственного отношения к конструкции комплекса); от блока управления электрический ток подают на клеммы 11 для процесса в рабочей камере, а также на клеммы привода 5.

Бункер 7 в нижней части имеет аэронасос 12, подающий газ, выход которого соединен с магистралью 13, входящей в полость рабочей камеры 2 для организации циркуляционного процесса во время переработки углеродсодержащего материала в реакционной зоне 3.

Цилиндр 8 или в своей нижней части (фиг.1), или в переходящей в цилиндр части конуса 9 оснащен подшипниковым узлом 14, имеющим обойму из магнитомягкого металла; а в корпусе бункера 7 закреплены обкладки электромагнитов магнитного привода "МП". Такой дистанционный бесконтактный привод позволяет, не вмешиваясь в процесс отвода фуллерена, свободно и в широком диапазоне угловых скоростей регулировать скорость вращения цилиндра 8 с его конусом 9 и отжимать частицы фуллерена к стенкам цилиндра, освобождая центральную часть цилиндра для свободного прохода циркулирующего газа.

Средство 4 (фиг. 1 и фиг.2, 3), предназначенное для порционной подачи углеродсодержащего материала, предпочтительно удлиненных элементов, выполненных из графита (далее графитовых стержней ) 6, закреплено на опорной балке 15, имеет стенку и основание 16, выполненные из диэлектрического материала, опорную планку 17, где полость 18 ограничена верхней планкой, подпружиненной упорными винтовыми узлами 19. Охлаждение полостей средства 4 осуществляют через трубку 20, подсоединенную к системе циркуляции хладагента.

Средство 4 имеет каретку 21 (фиг.2, 3), установленную с возможностью перемещения на направляющей 22, закрепленной на стойках 23 и 24, установленных на опорной балке 15. Перемещение каретки осуществляется с помощью ходового винта 25 и гайки 26 посредством роликовых опор 27 (фиг.3). На каретке закреплен упор 28, предназначенный для подачи графитовых стержней 6, при этом на направляющей 22 закреплен желоб 29 для ориентирования графитового стержня по оси рабочей камеры 2 к реакционной зоне 3.

Средство 4 имеет приспособление для смены графитовых стержней 6 (фиг. 4, 5), закрепленное в стойках 30 и 31 на оси 32. Это приспособление состоит из барабанного корпуса 33, зафиксированного относительно стойки 30 с помощью штифта, и является магазином-держателем графитовых стержней 6. Этот магазин-держатель 34 приводится во вращение диском 35 при прохождении в зоне штифтов 36 приводной планки 37. Магазин-держатель 34 стержней 6 после каждого очередного поворота фиксируется подпружиненным винтовым упором 38. В этом случае при прямом и обратном ходе каретки 21 (фиг.2) приводная планка 37 своими конусными поверхностями взаимодействует со штифтами 36, обеспечивая за один циклический ход подачу в желоб 29 (фиг.3) только одного графитового стержня 6, который, таким образом, и подается в зону 3 рабочей камеры 2.

Надежное расположение стержней 6 по окружности (фиг.5) обеспечивается двумя несущими диафрагмами 39 (фиг.4), имеющими по своим образующим гнезда для графитовых стержней 6 (фиг.5, 4).

Отлавливание и накопление частиц фуллеренов осуществляют за счет расположения фильтра 40 (фиг. 1) в полости цилиндра 8 и конуса 9; в качестве материала фильтра берут многослойную мелкоячеистую сетку с прослойками фольги, имеющей поры.

Такое принципиальное конструктивное решение технического комплекса позволяет максимально использовать технологические возможности процесса переработки графитовых стержней в фуллерены.

Работа описанного технического комплекса для производства фуллеренов осуществляется следующим образом.

Средство 4 с его отраженными функциями готовят к работе путем снабжения его графитовыми стержнями 6, поместив их во все ячейки магазина-держателя 34 (фиг. 5). Включают аэронасос 12 и запускают магнитный привод "МП", включают привод 5 и из средства 4, как это подробно описано выше, подают один графитовый стержень 6 в полость рабочей камеры 2 - в зону 3. На клеммы 11 (+, -) подают рабочий электрический ток (в зависимости от заданного процесса ток колеблется в пределах от 100 до 500 А при напряжении 26-32 В); разрядом испаряют графит стержня 6 и переводят его в иное фазовое состояние за счет перевода в плазменно-аэрозольное состояние, что приводит к получению максимальной производительности и эффективности процесса производства фуллеренов от работы данной принципиальной конструкции технического комплекса (установки).

Плазменно-аэрозольное состояние отводимых продуктов испарения графита организуют за счет подачи омывающего реакционную зону газа, циркуляцию которого ведут из камеры 2 в цилиндр 8, далее - через насос 12 по магистрали 13. В качестве циркулирующего газа используют гелий (или другой нейтральный газ), при этом фильтр 40 задерживает и накапливает частицы фуллеренов, часть которых, проходя вниз, под фильтр, отводится по патрубку 10, при накоплении над фильтром 40 фуллеренов цилиндр 8 с конусом 9 и фильтром 40 извлекают из бункера 7, отводя бункер в сторону, освободив для этого временно винтовые крепления бункера с корпусом. Фильтр подвергают отчистке от фуллеренов за счет, например, помещения его в вибрационную камеру для механической очистки его от частиц фуллеренов (на чертеже, как вспомогательная не показана).

Такое принципиальное конструктивное выполнение технического комплекса позволяет существенно повысить его производительность по процессу получения фуллеренов (более чем в 1,5 раза), повысить чистоту продукта (фуллеренов), предупредить его потери.

Изобретение может быть использовано при получении новых материалов. Технический комплекс содержит корпус (1), рабочую камеру (2) и бункер (7). Рабочая камера (2) оснащена реакционной зоной (3), а бункер (7) - тонкостенным цилиндром (8) в виде стакана с отверстием в днище, переходящим в полый тонкостенный конус (9), соединенный с патрубком (10) для отвода фуллеренсодержащего материала из фильтров (40). Технический комплекс содержит также блок управления, с которого на клеммы привода (5) и на клеммы (11) рабочей камеры (2) подают ток. В нижней части бункера (7) расположен аэронасос (12) с магистралью (13) для подачи газа в рабочую камеру (2). В нижней части цилиндра (8) размещены подшипниковый узел (14) и обкладки электромагнитов магнитного привода. В корпусе (1) размещено средство (4) с приводом (5) для подачи порций углеродсодержащего материала - графитовых стержней (6). Средство (4) выполнено в виде магазина-держателя с гнездами для графитовых стержней (6), расположенными по его окружности с возможностью осевого вращения, и оборудовано узлом зажима и фиксации графитовых стержней (6) в рабочей камере (2). Изобретение позволяет в 1,5 раза повысить производительность процесса получения фуллеренов, получить более чистый конечный продукт, сократить его потери. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Технический комплекс для производства фуллеренов, включающий корпус, содержащий рабочую камеру, соединенную с каналом для отвода продукта, средство для подачи углеродсодержащего материала и блок управления процессом, отличающийся тем, что корпус снабжен тонкостенным цилиндром в виде стакана, размещенным в рабочей камере, днище которого имеет отверстие, соединенное с полым конусом для отвода и сбора фуллеренсодержащего материала, а в основании указанного цилиндра установлен подшипниковый узел, имеющий дистанционный магнитный привод в виде обкладок электромагнитов, закрепленных снаружи стенок корпуса, а средство подачи углеродсодержащего материала приспособлено для его подачи порциями и выполнено в виде магазина-держателя с гнездами для графитовых стержней, расположенными по его окружности, с возможностью его осевого вращения и оборудовано узлом зажима и фиксации графитовых стержней в рабочей камере. 2. Технический комплекс для производства фуллеренов по п. 1, отличающийся тем, что полость конуса оснащена фильтром для отлавливания и аккумулирования частиц фуллеренов. 3. Технический комплекс для производства фуллеренов по п. 1, отличающийся тем, что узел зажима и фиксирования графитовых стержней выполнен в виде винтовых подпружиненных захватов и продольных кольцевых направляющих.