Документ описывает полезную модель установки для синтеза углеродного наноматериала, которая включает плазмохимический реактор и систему теплоотведения. Установка предназначена для повышения эффективности получения углеродных наноматериалов за счет использования тепловой энергии металлического стержня и дополнительной подачи углеродосодержащего газа. Заявителем является Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси.

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6687
(13) U
(46) 2010.10.30
(51) МПК (2009)
B 82B 3/00
(54) УСТАНОВКА ДЛЯ СИНТЕЗА УГЛЕРОДНОГО НАНОМАТЕРИАЛА
(21) Номер заявки: u 20100156
(22) 2010.02.17
(71) Заявитель: Государственное науч-
ное учреждение "Институт тепло- и
массообмена им. А.В. Лыкова
Национальной академии наук Бела-
руси" (BY)
(72) Авторы: Жданок Сергей Александрович;
Крауклис Андрей Владимирович; Сам-
цов Петр Петрович; Лозников Анато-
лий Иванович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт тепло-
и массообмена им. А.В.Лыкова Нацио-
нальной академии наук Беларуси" (BY)
(57)
Установка для синтеза углеродного наноматериала, содержащая плазмохимический
реактор, состоящий из кварцевой трубки, в которой размещен катод, подключенный к ис-
точнику энергии, и анод с центральным отверстием, связанный с камерой осаждения уг-
леродного наноматериала, снабженной металлическим стержнем и термопарами,
расположенными на его поверхности и на внутренней стенке камеры осаждения, а также
систему отвода тепла и систему газоснабжения, отличающаяся тем, что система отвода
тепла снабжена дополнительным устройством подачи углеродосодержащего газа в камеру
осаждения, выполненным в виде соплового блока и каналов подачи газа, расположенных
в металлическом стержне, причем каналы соплового блока связаны трубопроводом с ме-
ханизмом подачи и управления расходом углеродосодержащего газа.
BY6687U2010.10.30

2. BY 6687 U 2010.10.30
2
(56)
1. Патент РБ 4983 U, МПК B 82B 3/00, 2009.
Предлагаемое техническое решение относится к области изготовления и обработки
наноструктур, в частности к установкам для получения углеродных наноматериалов, со-
держащих многостенные углеродные нанотрубки, углеродные нановолокна и частицы на-
нографита, и может быть использовано для создания полимерных нанокомпозитов,
применяемых в машиностроении, приборостроении, химической промышленности,
авиастроении, электронике, электротехнике и других отраслях народного хозяйства.
Известна установка для синтеза углеродного наноматериала [1] (прототип). Установка
содержит плазмохимический реактор, верхняя часть которого состоит из кварцевой труб-
ки, в которой размещен катод, подключенный к источнику энергии, и анод с центральным
отверстием, связанный с камерой осаждения углеродного наноматериала, а также систему
газоснабжения. Установка содержит также камеру осаждения углеродного наноматериала,
которая снабжена металлическим стержнем с термопарами, расположенными на поверх-
ности стержня и внутренней стенке камеры осаждения, и систему отвода тепла, выпол-
ненную в виде контура охлаждения, представляющего собой полость внутри металли-
ческого стержня, связанную с теплообменником с помощью регулятора подачи
теплоносителя.
Указанная установка работает следующим образом.
В кварцевую трубку подается рабочая газовая смесь через систему газоснабжения.
Зажигание и дальнейшее горение разряда обеспечивает источник энергии. Далее происхо-
дит обработка рабочей газовой смеси плазмой высоковольтного разряда в зоне между ка-
тодом и анодом.
После обработки разрядом высокотемпературная рабочая газовая смесь направляется
в камеру осаждения. Углеродный наноматериал осаждается как на внутренних стенках
камеры осаждения, так и на металлическом стержне. Температуры поверхности камеры
осаждения и металлического стержня контролируются термопарами. Оптимальная темпе-
ратура осаждения наноматериала на поверхностях камеры осаждения и металлического
стержня достигается за счет отбора тепла при прокачке теплоносителя через полость ме-
таллического стержня. Сброс этого тепла в окружающую среду осуществляется в тепло-
обменнике контура охлаждения.
Однако указанная система отвода тепла для поддержания оптимальной температуры
на поверхности металлического стержня приводит к нерациональным тепловым потерям,
снижающим эффективность процесса получения углеродного наноматериала.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности
процесса получения углеродного наноматериала за счет использования тепловой энергии
металлического стержня.
Задача решается следующим образом. Известная установка содержит плазмохимиче-
ский реактор, верхняя часть которого состоит из кварцевой трубки с размещенными в ней
катодом, подключенным к источнику энергии, и анодом с центральным отверстием, свя-
занным с камерой осаждения углеродного наноматериала. Внутри камеры осаждения по-
мещен металлический стержень с термопарами, расположенными на его поверхности и на
внутренней стенке камеры осаждения. Установка содержит также систему отвода тепла и
систему газоснабжения. Согласно предлагаемому техническому решению, система отвода
тепла выполнена в виде устройства дополнительной подачи углеродосодержащего газа в
камеру осаждения и состоит из соплового блока и каналов подачи углеродосодержащего
газа, расположенных внутри металлического стержня, причем каналы соплового блока
связаны трубопроводом с механизмом подачи и управления расходом углеродосодержа-
щего газа.

3. BY 6687 U 2010.10.30
3
Предлагаемая конструкция обеспечивает возможность использования тепловой энер-
гии металлического стержня для разогрева рабочей газовой смеси и, соответственно,
уменьшить количество вкладываемой энергии в разрядный промежуток.
На фигуре показана схема общего вида предлагаемой установки. Предлагаемая уста-
новка для синтеза углеродного наноматериала содержит плазмохимический реактор, ко-
торый состоит из кварцевой трубки 1 с расположенным в ней катодом 2, связанным с
источником энергии 3, и анод 4 с центральным отверстием, связанный с камерой осажде-
ния 5, а также систему газоснабжения 6. Камера осаждения 5 снабжена металлическим
стержнем 7 и термопарами 8, расположенными на поверхности металлического стержня 7
и на внутренней стенке камеры осаждения 5, обеспечивающими контроль температуры
как на поверхности металлического стержня 7, так и на внутренней стенке камеры осажде-
ния 5. Устройство дополнительной подачи углеродосодержащего газа выполнено в виде
соплового блока 9 и каналов 10, расположенных внутри металлического стержня 7, свя-
занных трубопроводом 12 с механизмом 11 подачи и управления расходом углеродосо-
держащего газа.
Установка работает следующим образом.
Рабочая газовая смесь с помощью системы газоснабжения 6 подается в кварцевую
трубку 1. Зажигание и дальнейшее горение разряда обеспечивает источник энергии 3. Да-
лее происходит обработка рабочей газовой смеси плазмой высоковольтного разряда в зоне
между катодом 2 и анодом 4, после чего высокотемпературная рабочая газовая смесь через
отверстие в аноде 4 направляется в камеру осаждения 5. Поступающий по трубопроводу 12
углесодержащий газ проходит по каналам 10, расположенным внутри металлического
стержня 7, и за счет теплообмена обеспечивает оптимальную температуру поверхности
стержня 7, нагревается и через сопловой блок 9 поступает в камеру осаждения 5, где сме-
шивается с рабочей газовой смесью, поступающей через отверстие анода 4. При взаимодей-
ствии с поверхностями камеры осаждения 5 и металлического стержня 7 происходит
образование углеродных наноматериалов. Механизм 11 подачи и управления расходом
углесодержащего газа обеспечивает оптимальную температуру поверхности стержня, что
ведет к повышению эффективности получения углеродного наноматериала.
Таким образом, введение в систему газоснабжения устройства дополнительной подачи
углеродосодержащего газа в камеру осаждения через сопловой блок значительно повыша-
ет эффективность процесса получения углеродного наноматериала за счет использования
тепловой энергии самого металлического стержня.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.