Предложенная полезная модель описывает устройство для получения наночастиц из капель растворов, включая смеситель, распылительное устройство и аэрозольный реактор с вакуумным насосом. Устройство оборудовано цилиндрическим нагревателем и датчиками температуры для предотвращения образования льда на стенках реактора, что увеличивает эффективность его работы. Полученные наночастицы могут быть использованы в различных отраслях, включая строительство, медицину и косметику.

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6467
(13) U
(46) 2010.08.30
(51) МПК (2009)
B 82B 3/00
B 01J 8/04
A 61M 11/00
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ
ИЗ КАПЕЛЬ РАСТВОРОВ
(21) Номер заявки: u 20091045
(22) 2009.12.08
(71) Заявитель: Государственное науч-
ное учреждение "Институт тепло- и
массообмена им. А.В.Лыкова
Национальной академии наук Бела-
руси" (BY)
(72) Авторы: Фисенко Сергей Павлович;
Ходыко Юлия Андреевна (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт тепло-
и массообмена им. А.В.Лыкова Нацио-
нальной академии наук Беларуси" (BY)
(57)
Устройство для получения наночастиц из капель растворов, состоящее из смесителя
для приготовления водного раствора, который связан с насосом для подачи раствора в
распылительное устройство, системы подачи в него инертного газа, аэрозольного реактора,
к которому подключены проточная печь и вакуумный насос низкого давления, контролле-
ра устройства и системы сбора наночастиц, отличающееся тем, что устройство снабжено
цилиндрическим нагревателем аэрозольного реактора и датчиками температуры внутрен-
ней стенки аэрозольного реактора, которые расположены на его наружной стенке на рас-
стоянии 100-1000 мкм от входа в аэрозольный реактор и связаны с контроллером,
управляющим работой устройства.
BY6467U2010.08.30

2. BY 6467 U 2010.08.30
2
(56)
1. Патент США 5858 313, МПК B 01J 8/04; А 62С 13/62, В 05В 5/00; А 61М 11/00, 1999.
Предлагаемое техническое решение относится к области нанотехнологии, в частности
к получению наночастиц на основе процесса испарительного охлаждения капель раство-
ров. Получаемые с помощью этого технического решения наночастицы могут найти при-
менение в промышленности строительных материалов, лакокрасочной промышленности;
также они могут найти применение в медицине, ветеринарии, для введения лекарств в ор-
ганизм или нанесения их на кожный покров, а также в косметической промышленности.
Известен способ получения наночастиц, в котором приведено устройство для реализа-
ции указанного способа [1], выбранное в качестве прототипа. Устройство для производства
наночастиц содержит аэрозольный генератор, оборудованный распылительным устрой-
ством, пористым фильтром, смесителем раствора и системой прокачки воздуха, при этом
аэрозольный генератор связан с проточной печью, на выходе которой имеются устройства
для сбора наночастиц, а также вакуумный насос, предназначенный для создания движу-
щей силы, необходимой для того, чтобы раствор мог пройти через пористый фильтр. При-
готовленный раствор и воздух (инертный газ) проходят через распылительное устройство
и фильтр, после которого образовавшиеся капли радиусом 1 -10 мкм поступают в метал-
лическую трубу, в которой происходит испарительное охлаждение капель растворов и
представляющую собой аэрозольный реактор с давлением газов в диапазоне 10-80 Тор.
Частично испарившиеся капли поступают в проточную печь, где происходит их оконча-
тельное высыхание либо пиролиз. В результате этих процессов внутри капель создается
пересыщенный раствор и в нем образуются наночастицы, которые затем поступают в
устройство для сбора наночастиц, проточная печь связана также с вакуумный насосом,
предназначенным для создания движущей силы, необходимой для того, чтобы раствор
мог пройти через пористый фильтр.
К недостаткам прототипа относится образование льда на внутренней стенке трубы в
результате столкновения со стенкой охлажденных до температуры ниже нуля микронных
капель водных растворов. Имеет место и конденсация паров воды из газового потока с об-
разованием льда. Через определенное время работы образовавшийся на стенке аэрозоль-
ного реактора достаточно толстый слой льда увеличивает гидравлическое сопротивление
всего тракта и уменьшает производство наночастиц вследствие оседания капель на по-
верхности льда. Для очистки стенок ото льда необходимо прерывание работы устройства,
таким образом, устройство может работать небольшое время или в периодическом режиме.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности работы
устройства за счет обеспечения непрерывности его работы.
Задача решается следующим образом. Известное устройство для получения нано-
частиц из капель растворов состоит из смесителя для приготовления водного раствора,
который связан с насосом для подачи раствора в распылительное устройство, системы по-
дачи инертного газа в распылительное устройство, аэрозольного реактора, к которому
подключены проточная печь и вакуумный насос низкого давления, контроллера устройства
и системы сбора наночастиц. Согласно предлагаемому техническому решению, устрой-
ство снабжено цилиндрическим нагревателем аэрозольного реактора и датчиками темпе-
ратуры внутренней стенки аэрозольного реактора. Датчики температуры расположены на
наружной стенке аэрозольного реактора на расстоянии 100-1000 мкм от входа в аэрозоль-
ный реактор и связаны с контроллером, управляющим работой устройства.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет предотвратить образо-
вание льда на стенке аэрозольного реактора и тем самым повысить производительность
работы устройства.

3. BY 6467 U 2010.08.30
3
На фигуре представлена схема общего вида предлагаемого устройства.
Устройство включает аэрозольный реактор пониженного давления 1, в котором про-
исходит испарительное охлаждение капель 2 раствора, и вакуумный насос 3, предназна-
ченный для поддержания пониженного давления в аэрозольном реакторе 1. Датчики
температуры 4, регистрирующие температуру внутренней стенки аэрозольного реактора 1,
расположены на наружной стенке аэрозольного реактора 1 на расстоянии 100-1000 мкм от
входа в аэрозольный реактор 1. Датчики температуры 4 связаны с контроллером 5, управ-
ляющим работой всего устройства. Цилиндрический нагреватель 6 расположен на боковой
поверхности аэрозольного реактора 1. Вход аэрозольного реактора 1 связан с распыли-
тельным устройством 7, образующим капли 2 из инертного газа и раствора, приготовлен-
ного в смесителе 8. Смеситель 8 связан с насосом 9, который способствует продвижению
приготовленного раствора на распылительное устройство 7. Выход аэрозольного реактора 1
связан с проточной печью 10, в которой происходит окончательное высыхание капель 2.
Проточная печь 10 подключена к системе сбора наночастиц 11.
Установка работает следующим образом. Приготовленный в смесителе 8 раствор,
например содержащий растворенные соли никеля или растворенные соли титана и инерт-
ный газ, например воздух или азот, поступает на распылительное устройство 7. При этом
распылительное устройство 7 образует капли 2 водного раствора с радиусом 1-10 мкм. С по-
током инертного газа капли 2 поступают в аэрозольный реактор 1, в котором поддержива-
ется пониженное давление в диапазоне 10-80 Тор при помощи вакуумного насоса 3 и
контроллера 5. На входе в аэрозольный реактор 1 на его стенке расположены датчики
температуры 4 на расстоянии 100-1000 мкм от входа и цилиндрический нагреватель 6. Та-
кое расположение датчиков 4 объясняется тем, что в аэрозольном реакторе 1 со скоростью
примерно 2⋅105
К/с происходит испарительное охлаждение микронных капель 2 водного
раствора на пути примерно в 20 диаметров капель 2. При этом температура капель 2 по-
нижается на 20-30 °С, что вызывает охлаждение газовой смеси в аэрозольном реакторе 1
на 15-25 °С. Такое понижение температуры капель 2 и инертного газа приводит к появле-
нию пористого слоя льда на стенке аэрозольного реактора 1 и к сужению его проходного
сечения, что препятствует дальнейшему поступлению капель 2 в проточную печь 10. Если
эта температура стенки аэрозольного реактора 1 снижается до 1 °С, то необходимо вклю-
чать нагреватель 6. Включение нагревателя 6 дополнительно увеличивает скорость испарения
капель 2, что способствует образованию наночастиц внутри капель 2. Образовавшиеся
внутри капли 2 наночастицы далее собираются системой сбора наночастиц 11.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет увеличить эффектив-
ность работы устройства для получения наночастиц, обеспечить непрерывность его работы.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.