Реактор для одержання наноструктур

Реферат: Реактор для одержання наноструктур містить корпус, заповнений робочою рідиною, позитивні і негативні електроди, які з'єднані з джерелом напруги, патрубки для підведення та відведення робочої рідини. В корпусі розташований додатковий електрод, виконаний у вигляді змінного кільця, розміщеного на електроізоляторі із зазором до струмопровідного стрижня з позитивними електродами. UA 84451 U (12) UA 84451 U UA 84451 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до синтезу вуглецевих наноструктур електророзрядними методами. Відомий реактор для одержання вуглецевих наноструктур, що містить корпус, заповнений робочою рідиною, розміщений в корпусі співвісно його осі ряд позитивних дископодібних електродів, розташовані на бічній поверхні корпуса патрубки підведення й зливу робочої рідини, позитивний і негативний, яким є корпус, електроди з'єднані з джерелом високої напруги, внутрішня поверхня корпуса виконана у вигляді зворотного зрізаного конуса, з кутом нахилу твірної поверхні від 15° до 20°, а позитивний електрод встановлено з можливістю осьового переміщення (патент України на корисну модель № 49039, С01В31/00, опубл. 12.04.2010. Бюл. № 7). Недоліком даного пристрою є наявність зовнішнього механічного або гідравлічного вузла переміщення позитивних електродів, що ускладнює конструкцію реактора, а також неможливість додаткової заміни його окремих елементів без заміни всього вузла, швидкої зміни геометричних розмірів окремих елементів в процесі експлуатації реактора, що зменшує надійність і ефективність його роботи. Відомий реактор для одержання вуглецевих наноструктур, що містить корпус, у вигляді поверхні зрізаного конуса, заповненого робочою рідиною, кришку, патрубки для підведення та відведення робочої рідини, позитивний електрод у вигляді диска і негативний, яким є корпус, електроди з'єднані з джерелом напруги, при цьому позитивний електрод встановлений з можливістю переміщення і виконаний у вигляді ряду електродів, діаметри яких зменшуються у напрямку їх переміщення (заявка на патент України № U201215160, С01В31/00, 29.12.2012). Недоліком даного пристрою є наявність зовнішнього механічного або гідравлічного вузла переміщення позитивних електродів, що ускладнює конструкцію реактора, а також неможливість додаткової заміни його окремих елементів без заміни всього вузла, швидкої зміни геометричних розмірів окремих елементів в процесі експлуатації реактора, що зменшує надійність і ефективність його роботи. Як найближчий аналог відомий пристрій для одержання вуглецевих наноструктур, що містить корпус, заповнений робочою рідиною, позитивний електрод у вигляді ряду електродів і негативний електрод, які з'єднані з джерелом напруги, патрубки для підведення та відведення робочої рідини, при цьому позитивні електроди встановлені з можливістю переміщення, корпус має форму циліндричної поверхні, а негативний електрод, виконаний у вигляді змінних патрубкоподібних вставок з різною товщиною стінок, у вставок товщина стінок збільшується по ходу руху позитивних електродів, між вставками розміщені електроізолюючі прокладки, а внутрішня поверхня корпуса виконана з електроізоляцією (заявка на патент України № u201302533, C01B31/00, 28.02.2013). Недоліком даного пристрою є наявність зовнішнього механічного або гідравлічного вузла переміщення позитивних електродів, що ускладнює конструкцію реактора, а також неможливість додаткової заміни його окремих елементів без заміни всього вузла, швидкої зміни геометричних розмірів окремих елементів в процесі експлуатації реактора, що зменшує надійність і ефективність його роботи. В основу корисної моделі поставлена задача, розробити такий пристрій для одержання вуглецевих наноструктур, в якому розташування в корпусі в нижній частині додаткового електрода, виконання його у вигляді змінного кільця, розміщеного на електроізоляторі із зазором до струмопровідного стрижня з позитивними електродами, виконання струмопровідного стрижня в нижній частині у вигляді змінної тонкостінної трубки і виконання його верхньої частини у вигляді спіралі Архімеда, прикріпленої до кришки корпуса, встановлення в корпусі вертикальних напрямних руху позитивних електродів, виконаних із електроізоляційного матеріалу, дозволяє замінити зовнішній механічний або гідравлічний вузол переміщення позитивних електродів на внутрішній, забезпечивши при цьому спрощення конструкції реактора і можливість додаткової заміни його окремих елементів без заміни всього вузла, швидкої зміни геометричних розмірів окремих елементів в процесі експлуатації реактора, і забезпечити надійність і ефективність його роботи. Поставлена задача досягається тим, що реактор для одержання наноструктур, який містить корпус, заповнений робочою рідиною, позитивні і негативні електроди, які з'єднані з джерелом напруги, при цьому позитивні електроди із струмопровідним стрижнем встановлені з можливістю переміщення, а негативні електроди виконані у вигляді змінних патрубкоподібних вставок з різною товщиною стінок, патрубки для підведення та відведення робочої рідини, в корпусі в нижній частині розташований додатковий електрод, виконаний у вигляді змінного кільця, розміщеного на електроізоляторі із зазором до струмопровідного стрижня з позитивними електродами, при цьому струмопровідний стержень в нижній частині виконаний у вигляді 1 UA 84451 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 змінної тонкостінної трубки, а його верхня частина виконана у вигляді спіралі Архімеда, прикріпленої до кришки корпуса, в корпусі встановлені вертикальні напрямні руху позитивних електродів, виконані із електроізоляційного матеріалу. Розташування в корпусі в нижній частині додаткового електрода, виконання його у вигляді змінного кільця, розміщеного на електроізоляторі із зазором до струмопровідного стрижня з позитивними електродами, дозволяє замінити зовнішній механічний або гідравлічний вузол переміщення позитивних електродів, забезпечивши при цьому спрощення конструкції реактора і можливість додаткової заміни його окремих елементів без заміни всього вузла. Виконання струмопровідного стрижня в нижній частині у вигляді змінної тонкостінної трубки, забезпечує можливість додаткової заміни цього елемента без заміни всього вузла і оптимальної зміни її довжини під дією електроерозії. Виконання верхньої частини струмопровідного стрижня у вигляді спіралі Архімеда, прикріпленої до кришки корпуса, дозволяє забезпечити переміщення дископодібних електродів і змінної тонкостінної трубки за рахунок їх власної ваги і зменшення довжини цієї трубки під дією електроерозії. Встановлення в корпусі вертикальних напрямних руху позитивних електродів, виконаних із електроізоляційного матеріалу, дозволяє забезпечити вертикальність переміщення позитивних електродів із струмопровідним стрижнем, забезпечуючи при цьому надійну роботу (неможливість контакту позитивних і негативних електродів із-за відхилення позитивних електродів від вертикальної осі реактора) запропонованого рішення переміщення цих електродів. На фіг. 1 - зображений реактор для отримання наноструктур, позитивні електроди у верхньому положенні; на фіг. 2 - зображений реактор для отримання наноструктур, позитивні електроди у нижньому положенні. Реактор містить корпус 1, заповнений робочою рідиною, наприклад, етиловим спиртом, кришку 2, позитивний електрод виконаний у вигляді ряду дископодібних електродів 3. Ці електроди закріплені на струмопровідному стрижні 4 і встановлені з можливістю переміщення вздовж вертикальної осі реактора. Негативний електрод, виконаний у вигляді змінних патрубкоподібних вставок 5 з різною товщиною стінок. У вставок товщина стінок збільшується по ходу руху електродів 3. Вставки 5 з'єднані через струмопровідні стрижні 7 з ізоляцією 8 із джерелом високої напруги (на кресленнях не показано). В нижній частині корпуса 1 розташований додатковий електрод, виконаний у вигляді змінного кільця 9, розміщеного на електроізоляторі 10 із зазором до нижньої частини струмопровідного стрижня 4, яка виконана у вигляді змінної тонкостінної трубки 11, яка фіксується в каналі (на кресленнях не показано) в стрижні 4. Кільце 9 з'єднане через струмопровідні стрижні 7 з ізоляцією 10 із джерелом високої напруги. Верхня частина стрижня 4 виконана у вигляді спіралі Архімеда 12, прикріпленої до кришки 2 корпуса 1 і з'єднаної через струмопровідні стрижні 7 з ізоляцією 8 із джерелом високої напруги. В корпусі 1 встановлені вертикальні напрямні 13 руху електродів 3, виконані із електроізоляційного матеріалу. Електроди 3 оснащені отворами 14 для напрямних 13. В корпусі 1 внутрішня поверхня виконана з електроізоляцією, наприклад, кремнійорганічний компаунд (на кресленнях не показано), а між вставками 5 розташовані електроізолюючі шайби 15. Корпус 1 оснащений патрубками для підведення 16 та відведення 17 робочої рідини, ніжками 18 і газоводом 19 на кришці 2. Використання даного реактора відбувається наступним чином. В корпус 1, заповнений робочою рідиною, через струмопровідний стержень 4 на дископодібні електроди 3 (позитивні електроди) і струмопровідні стрижні 7 на верхню патрубкоподібну вставку 5 (негативний електрод) подають високу напругу. При цьому між електродами утворюються електричні дуги і відбувається електроерозія бічної поверхні електродів 3 зі зменшенням їх діаметрів та збільшення товщини поверхні патрубкоподібної вставки 5 в порожнині якої вони розміщені. Місця пробою постійно мігрують між ними. Ділянки внутрішньої поверхні вставки 5, де збільшується її товщина, в півтора рази перевищують товщину електродів. В процесі роботи реактора після 280 тисяч імпульсів заявляється нестабільність роботи із-за збільшення зазорів між дископодібними електродами 3 і внутрішньою боковою поверхнею цієї вставки. Для зменшення цих зазорів до оптимальних переміщаємо вниз струмопровідний стержень 4 з електродами 3 в наступну вставку 5. Для цього відключаємо подачу напруги на верхню вставку 5 і підключаємо подачу напруги на додатковий електрод - змінне кільце 9. Між ним і до нижньої частини струмопровідного стрижня 4, тонкостінною трубкою 11, утворюються електричні дуги, відбувається електроерозія тонкостінної трубки зі швидким зменшенням її діаметра і довжини та збільшенням товщини змінного кільця 9. Електроди 3 із струмопровідним стрижнем 4 з усіма його частинами, 2 UA 84451 U 5 10 15 опускаються вниз на задану глибину. Відключаємо подачу напруги на додатковий електрод змінне кільце 9 і підключаємо подачу напруги на нижню вставку 5, в порожнину якої опустилися електроди 3. Між ними і цією вставкою, в якої товщина стінок більша, ніж в попередньої, знову утворюються електричні дуги з оптимальним режимом роботи реактора, відбувається електроерозія бічної поверхні електродів зі зменшенням їх діаметрів та збільшення товщини внутрішньої поверхні вставки. Внаслідок дії високих температур і тисків, що виникають в процесі роботи реактора, відбувається деструкція робочої рідини та зародження кластерів вуглецю. Після охолодження та знижені тиску в реакторі відбувається синтез вуглецевих наноструктур. Робочу рідину після обробки відводять через патрубок 17 для подальшого виділення матеріалу з вуглецевими наноструктурами. Після охолодження пристрою знімають кришку, дістають із корпуса 1 патрубкоподібні вставки 5, дископодібні електроди 3, змінну тонкостінну трубку 11 і міняють їх на нові. Кришку 2 і елементи 5,3 встановлюють на місце, реактор готовий для повторного використання. Корисна модель за рахунок сукупності нових суттєвих ознак забезпечує ефективність роботи реактора для одержання вуглецевих наноструктур. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 1. Реактор для одержання наноструктур, що містить корпус, заповнений робочою рідиною, позитивні і негативні електроди, які з'єднані з джерелом напруги, при цьому позитивні електроди із струмопровідним стрижнем встановлені з можливістю переміщення, а негативні електроди виконані у вигляді змінних патрубкоподібних вставок з різною товщиною стінок, патрубки для підведення та відведення робочої рідини, який відрізняється тим, що в корпусі в нижній частині розташований додатковий електрод, виконаний у вигляді змінного кільця, розміщеного на електроізоляторі із зазором до струмопровідного стрижня з позитивними електродами. 2. Реактор за п. 1, який відрізняється тим, що струмопровідний стрижень в нижній частині виконаний у вигляді змінної тонкостінної трубки, а його верхня частина виконана у вигляді спіралі Архімеда, прикріпленої до кришки корпуса. 3. Реактор за п. 1, який відрізняється тим, що в корпусі встановлені вертикальні напрямні руху позитивних електродів, виконані із електроізоляційного матеріалу. 3 UA 84451 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4