JP3214780U

JP3214780U - ナノ炭素材料の簡易環境配慮型生産設備

Info

Publication number: JP3214780U
Application number: JP2017002028U
Authority: JP
Inventors: チキンホ
Original assignee: World Linkage Holdings Ltd
Current assignee: World Linkage Holdings Ltd
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-05-08
Publication date: 2018-02-08
Anticipated expiration: 2027-05-08
Also published as: CN207091008U; DE202017102520U1

Abstract

【課題】調製装置が簡単で、コストが低いナノ炭素材料の簡易環境配慮型生産設備を提供する。【解決手段】短絡発電機１とＡＣ／ＤＣ整流器２とを含むナノ炭素材料の簡易環境配慮型生産設備において、ＡＣ／ＤＣ整流器２の出力側上にナノ炭素材料を製造するために用いられるナノ炭素真空装置を設けており、短絡発電機１を利用して交流電源を発生させ、ＡＣ／ＤＣ整流器２を通じて直流電源として整流し、各々同一方向で第１グラファイトロッド６、第２グラファイトロッド８に給電し、第１グラファイトロッド６と第２グラファイトロッド８の交差部が高圧アークを発生させ、該高圧アークでグラファイトロッド６、８上の物質をプラズマ化し、グラファイトロッド表面の炭素原子が分解される共にナノ炭素材料を析出させ、該ナノ炭素材料がグラファイトハウジング１０を経由してナノ材料コレクタ９内部に収集される。【選択図】図１

Description

本考案は、グラフェン或いはフラーレン等のナノ製品面に用いられるナノ炭素材料の簡易環境配慮型生産設備に関する。

ナノ炭素材料は、多層グラファイトシートを筒状に丸めることからなる繊維状ナノ炭素材料であり、カーボンナノチューブと一般的な炭素繊維の間にある一次元炭素材料であり、比較的高い結晶性・配向度、優れた導電性と熱伝導性を持つ。前記ナノ炭素材料は、化学気相成長法で成長する一般的な炭素繊維の低密度、高比弾性率、高比強度、高導電性、熱的安定性等の特長を持つため、航空・航空宇宙、交通、スポーツ及びレジャー用品、医療、機械及び紡績等の産業に幅広く使用されている。従来のナノ炭素材料調製装置は、主に化学気相成長装置、電界紡糸装置及び固相合成装置が含まれる。ただし前記ナノ炭素材料調製装置の構造は比較的複雑であり、コストも比較的高く、加工時に周囲環境を容易に汚染していた。従来の世間のナノ材料生産方法は、アーク放電法、化学的剥離法及び機械的剥離法に分かれる。アークで炭素材料をイオン化する方法がアーク放電法であり、該アーク放電法はナノ炭素同位体を生成するため、電力の使用が多くなることで、エネルギー消費も大きくなるため、産業化に向いていない。炭素を酸化させて酸化物にし、別の化学物質で酸素分子を抽出して炭素同位体を残すものであるが、この方法は環境及び水質の汚染が比較的大きくなり、同位体の不純物も多くなりすぎるため、品質も比較的低くなり、量産化というチャンスが最もあるが、基準を満たすことができない。機械方法で炭素原子を層ごとに剥離して炭素同位体を得ることが、機械的剥離法である。この方法も余りにも複雑で、コストが高過ぎ、効率も低いため、量産に向いていない。

そこで、本考案は従来技術の欠陥に鑑み、上記従来技術に存在する課題を解決するため調製装置が簡単で、コストが低く、環境配慮性も具え、エネルギー消費も低く、並びに量産に向くナノ炭素材料の簡易環境配慮型生産設備を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本考案が提供するナノ炭素材料の簡易環境配慮型生産設備は、短絡発電機と、短絡発電機と接続するＡＣ／ＤＣ整流器とを含み、前記ＡＣ／ＤＣ整流器の出力側上にナノ炭素材料を生産するために用いられるナノ炭素真空装置を設け、該ナノ炭素真空装置上にナノ炭素真空装置を制御するために用いられるナノ炭素コントローラを設ける。

上記主な技術的特徴によれば、前記ナノ炭素真空装置は、真空チャンバーと第１フィーダーと第１グラファイトロッドと第２フィーダーと第２グラファイトロッドとナノ材料コレクタとグラファイトハウジングと、を含み；前記第１グラファイトロッドは第１フィーダーの上端に取り付けられ、前記第２グラファイトロッドが第２フィーダーの上端に取り付けられ、前記第１フィーダーと第２フィーダーが平行して設けられ、前記第１グラファイトロッドと第２グラファイトロッドが平行して設けられ、第１グラファイトロッド及び第２グラファイトロッドが各々ＡＣ／ＤＣ整流器と接続し；前記ナノ材料コレクタは第１フィーダーと第２フィーダーの間に取り付けられ、且つ第１グラファイトロッドと第２グラファイトロッドの交差部の下端に位置し；前記グラファイトハウジングの下端がナノ材料コレクタの上端に取り付けられ、グラファイトハウジングの上端或いは中端が第１グラファイトロッド右端と第２グラファイトロッド左端の交差部に位置し、前記グラファイトハウジングが第１グラファイトロッド右端と第２グラファイトロッド左端の交差部をナノ材料コレクタの上端と連接して１つの閉鎖空間を形成し；前記第１グラファイトロッド、第２グラファイトロッド、第１フィーダー、第２フィーダー、グラファイトハウジング、ナノ材料コレクタが真空チャンバーの内部に各々設けられる。

前記ＡＣ／ＤＣ整流器の出力側上にナノ炭素材料を製造するために用いられるナノ炭素真空装置を設けており、該ナノ炭素真空装置上にナノ炭素真空装置を制御するために用いられるナノ炭素コントローラを設ける。短絡発電機を利用して交流電源を発生させ、ＡＣ／ＤＣ整流器を通じて直流電源として整流し、各々同一方向で第１グラファイトロッド、第２グラファイトロッドに給電し、第１グラファイトロッドと第２グラファイトロッドの交差部が高圧アークを発生させ、該高圧アークでグラファイトロッド上の物質をプラズマ化し、前記グラファイトロッド内の炭素原子が分解される共にナノ炭素材料を析出させ、該ナノ炭素材料がグラファイトハウジングを経由してナノコレクタ内部に収集される。従来技術の同種に比べると、調製装置が簡単で、コストが低いという利点を有する。又前記ナノ炭素材料全体が閉鎖されたグラファイトハウジング空間内で完成し、何のガスも外部に排出されないことで、環境配慮効果を奏することができる。これ以外に、本考案の調製方法は、量産に向いている。

本考案の目的、構造の特徴及びその機能について更に一歩理解してもらうため付属図を組み合わせて詳細に以下に説明する。

本考案に係るナノ炭素材料の簡易環境配慮型生産設備の模式図である。本考案に係るデュアルコア誘導コイルの原理図である。本考案に係るデュアルコア誘導コイル発電機の原理図である。

本考案が解決しようとする技術的課題、技術的手段及び有益な効果を更に明確、明白にさせるため、以下に添付図面及び実施例を組み合わせ、本考案に対し更に詳細な説明を行う。ここで記載する具体的実施例は本考案を解釈するためにだけ用いられるものであって、本考案を限定するために用いられないことは理解すべきである。

図１乃至図３を参照すると、以下に実施例を組み合わせて本考案に係るナノ炭素材料の簡易環境配慮型生産設備を説明する。該ナノ炭素材料の簡易環境配慮型生産設備は、短絡発電機１とＡＣ／ＤＣ整流器２とナノ炭素真空装置とナノ炭素コントローラ３とを含む。

前記ナノ炭素真空装置は、真空チャンバー４と第１フィーダー５と第１グラファイトロッド６と第２フィーダー７と第２グラファイトロッド８とナノ材料コレクタ９とグラファイトハウジング１０と、を含み；前記第１グラファイトロッド６は第１フィーダー５の上端に取り付けられ、前記第２グラファイトロッド８が第２フィーダー７の上端に取り付けられ、前記第１フィーダー５と第２フィーダー７が平行して設けられ、前記第１グラファイトロッド６と第２グラファイトロッド８が平行して設けられ、第１グラファイトロッド６及び第２グラファイトロッド８が各々ＡＣ／ＤＣ整流器２と接続する。前記ナノ材料コレクタ９は第１フィーダー５と第２フィーダー７の間に取り付けられ、且つ第１グラファイトロッド６と第２グラファイトロッド８の交差部の下端に位置し；前記グラファイトハウジング１０の下端がナノ材料コレクタ９の上端に取り付けられ、グラファイトハウジング１０の上端或いは中端が第１グラファイトロッド６右端と第２グラファイトロッド８左端の交差部に位置し、前記グラファイトハウジング１０が第１グラファイトロッド６右端と第２グラファイトロッド８左端の交差部をナノ材料コレクタ９の上端と連接して１つの閉鎖空間を形成する。前記第１グラファイトロッド６、第２グラファイトロッド８、第１フィーダー５、第２フィーダー７、グラファイトハウジング１０、ナノ材料コレクタ９が真空チャンバー４の内部に各々設けられる。前記短絡発電機１は、磁流オープンタイプ式で、順方向に流れる誘導電流とデュアルコア設計の誘導コイルとを包括する。

ＡＣ／ＤＣ整流器２の入力側は、短絡発電機１の両端に取り付けられ、前記ナノ炭素真空装置がＡＣ／ＤＣ整流器２の出力側に取り付けられ、前記ナノ炭素コントローラ３がナノ炭素真空装置上に取り付けられる。前記第１グラファイトロッド６の一端がＡＣ／ＤＣ整流器２上の正極側と接続し、第２グラファイトロッド８の一端がＡＣ／ＤＣ整流器２上の負極側と接続する。第１フィーダー５は、第１グラファイトロッド６の下端に取り付けられ、第２フィーダー７が第２グラファイトロッド８の下端に取り付けられ、前記グラファイトハウジング１０がナノ材料コレクタ９の上端と連接し、前記ナノ材料コレクタ９が第１フィーダー５と第２フィーダー７の間に取り付けられ、前記グラファイトハウジング１０は第１グラファイトロッド６の右端と第２グラファイトロッド８の左端が交差し、且つ閉鎖する空間に位置する。前記ナノ炭素コントローラ３の両端は、各々第１フィーダー５と第２フィーダー７と接続する。

前記短絡発電機１の出力側は、約１５００ｖ〜２０００ｖの高圧ＡＣ交流電流を出力し、該高圧ＡＣ交流電流がＡＣ／ＤＣ整流器２を経由してＤＣ直流電流になり、該ＤＣ直流電流が真空チャンバー４内部の第１グラファイトロッド６上の正極と第２グラファイトロッド８上の負極に各々接続する。前記第１グラファイトロッド６、第２グラファイトロッド８が、第１フィーダー５と第２フィーダー７から押され、前記第１フィーダー５と第２フィーダー７がナノ炭素コントローラ３によって制御される。前記第１グラファイトロッド６の負極側と第２グラファイトロッド８の正極側の間隔が２ｍｍ〜１０ｍｍの時、第１グラファイトロッド６と第２グラファイトロッド８の間において高圧アークが発生しやすくなり、該高圧アークが第１グラファイトロッド６と第２グラファイトロッド８上の物質をプラズマ化し、前記グラファイトロッド表面の炭素原子がバラバラにされて改めて組み直して新しいナノ炭素材料になる。グラファイトハウジング１０は、まるでライトカバーのように高圧アークを覆い、高圧アークの作用で生成されたナノ炭素材料の全てをナノ材料コレクタ９内部に収集する。

前記真空チャンバー４は、真空度が２ｔｏｒ以上保持するのは、産出する製品を要求に達成させるためのである。第１グラファイトロッド６と第２グラファイトロッド８の間で発生されるアークの大きさは調整でき、第１グラファイトロッド６と第２グラファイトロッド８の間隔の大きさがアークの大きさを制御できる。これ以外に、第１グラファイトロッド６と第２グラファイトロッド８の間でアークを発生させた後、第１グラファイトロッド６と第２グラファイトロッド８の間の電圧が５０ｖ〜２５０ｖにまで落ち、電流が２．５Ａ、消費電力が１２５ｗ〜６２５ｗｈとなることで製造コスト削減の効果を奏する。

本実施例において、前記短絡発電機１は、デュアルコア誘導コイルアークの発電機を用いる。デュアルコアコイルアーク発電機がＡＣ／ＤＣ整流器２に接続し、前記ＡＣ／ＤＣ整流器２の出力側上にナノ炭素材料を製造するために用いられるナノ炭素真空装置を設けており、該ナノ炭素真空装置上にナノ炭素真空装置を制御するために用いられるナノ炭素コントローラ３を設ける。発電機の固定子誘導コイルは、デュアルコア設計で、２枚のコアの距離は、磁石より大きく、磁路をオープン設計とし、誘導電流が順方向に流れ、発電機の回転子が磁石組である。前記真空チャンバー４の気圧を−２〜６トル（Ｔｏｒｒ）圧力まで吸引する。真空チャンバー４の内に第１フィーダー５、第１グラファイトロッド６、第２フィーダー７、第２グラファイトロッド８、ナノ材料コレクタ９、グラファイトハウジング１０を取り付けており、第１グラファイトロッド６と第２グラファイトロッド８の交差部において高圧アークを発生する。第１グラファイトロッド６のフィーダーと第２グラファイトロッド８のフィーダーの距離を制御して２本のグラファイトロッドの交差部において安定した高圧アークの発生を保証し、また高圧アークに不正常が現れた時でも警報信号を発すると共に設備の安全性を保護できる。

発電機の固定子の誘導コイルは、デュアルコア設計であり、２枚のコアの距離が磁石より大きく、磁路をオープン設計とし、誘導電流が順方向に流れ、発電機の回転子が磁石組である。これは本実施例内の中心設計であり、このような設計の発電機の出力側が直接短絡できることで、発電機が焼損せず、そのため非常に容易に高圧アークを発生できるが、エネルギー消費が非常に低い。このような電源があれば、ナノ炭素材料の製造が簡易で環境を保全し、生産設備も非常に簡単であると共に安く済み、製造エネルギーのコストも非常に安くなり、本実例中の手段でアークを発生させるには、わずか１２５Ｗで、１ｇのナノ炭素材料を製造するにもわずか１ｋＷ／ｈの電気エネルギーが必要となる。

デュアルコアコイルアーク発電機がＡＣ／ＤＣ整流器２に接続し、前記ＡＣ／ＤＣ整流器２の出力側上にナノ炭素材料を製造するために用いられるナノ炭素真空装置を設けており、該ナノ炭素真空装置上にナノ炭素真空装置を制御するために用いられるナノ炭素コントローラ３を設ける。前記ナノ材料コレクタ９は第１フィーダー５と第２フィーダー７の間に取り付けられ、且つ第１グラファイトロッド６と第２グラファイトロッド８の交差部の下端に位置し；前記グラファイトハウジング１０の下端がナノ材料コレクタ９の上端に取り付けられ、グラファイトハウジング１０の上端或いは中端が第１グラファイトロッド６右端と第２グラファイトロッド８左端の交差部に位置し、前記グラファイトハウジング１０が第１グラファイトロッド６右端と第２グラファイトロッド８左端の交差部をナノ材料コレクタ９の上端と連接して１つの閉鎖空間を形成し；前記第１グラファイトロッド６、第２グラファイトロッド８、第１フィーダー５、第２フィーダー７、グラファイトハウジング１０、ナノ材料コレクタ９が真空チャンバーの内部に各々設けられる。デュアルコアコイル発電機のアーク発生特性は、ナノ炭素の製造が経済的で且つ環境保全の効果もある。これ以外に、本実施例の調製方法は、量産に向いている。

図２は、前記デュアルコア誘導コイルが誘導コイルの２個のコアで構成される。磁石Ｍが図の左側から誘導コイルに近づくと、Ｘコアが益々磁石Ｍに接近し、Ｘコアが磁石Ｍの磁力線を大量にガイドして誘導コイルの左側銅線を切断する。ただし同時に誘導コイルの右側のコアＹの距離が非常に遠いため、コアＹにガイドされて誘導コイルの右側銅線を切断する磁力線が非常に少ないか更にない。よって、誘導電流は、同じ方向にのみ向かって流れることができる。磁石Ｍが誘導コイルＸコアとコアＹの間に移動した時、磁石Ｍの磁力線がＸコアとコアＹをガイドして誘導コイルの両側を切断する数量が同じになるが、Ｘコアの磁力線数量が減少し、逆に、コアＹの磁力線数量が増加するため誘導電流も同じ方向にのみ向かって流れることができる。磁石Ｍが誘導コイルから遠ざかることに伴い、磁石Ｍが益々コアＹに近づき、これは磁石Ｍの磁力線がコアＹをガイドして誘導コイルの右側を切断する数量を大幅に増加させ、逆に、誘導コイルの左側コアＸの距離が非常に遠くなるため、コアＸにガイドされて誘導コイルの左側銅線を切断する磁力線が非常に少ないか更にないため、誘導電流も同じ方向にのみ向かって誘導コイル内で順方向に流れる。

前記デュアルコア誘導コイルは、本来４個の独立したデュアルコア誘導コイルで構成され、各デュアルコア誘導コイルの誘導電流は、全て順流であるため、各デュアルコア誘導コイルを１つの独立した電源として見なすことができ、４個の独立したデュアルコア誘導コイルが必要性に応じて直列接続或いは並列接続を行うことで、異なる設計要求の目的を達成できる。図３は、デュアルコア誘導コイル発電機内の固定子デュアルコア誘導コイルと回転子磁石間の最適な並びである。

以上に述べたことをまとめると、前記ＡＣ／ＤＣ整流器２の出力側上にナノ炭素材料を製造するために用いられるナノ炭素真空装置を設けており、該ナノ炭素真空装置上にナノ炭素真空装置を制御するために用いられるナノ炭素コントローラ３を設ける。短絡発電機１を利用して交流電源を発生させ、ＡＣ／ＤＣ整流器２を通じて直流電源として整流し、各々同一方向で第１グラファイトロッド６、第２グラファイトロッド８に給電し、第１グラファイトロッド６と第２グラファイトロッド８の交差部が高圧アークを発生させ、該高圧アークでグラファイトロッド上の物質をプラズマ化し、前記グラファイトロッド内の炭素原子が分解される共にナノ炭素材料を析出させ、該ナノ炭素材料がグラファイトハウジングを経由してナノコレクタ９内部に収集される。従来技術の同種に比べると、調製装置が簡単で、コストが低いという利点を有する。又前記ナノ炭素材料全体が閉鎖されたグラファイトハウジング１０空間内で完成し、何のガスも外部に排出されないことで、環境配慮効果を奏することができる。これ以外に、本考案の調製方法は、量産に向いている。

以上では添付図面を参照しながら本考案の好ましい実施例を説明し、本考案の実用新案登録請求の範囲がその具体的実施例により何ら限定されるものではなく、当業者が本考案の範囲から逸脱することなく、実質的に行われる様々な修正、均等置換及び改良は、いずれも本考案の実用新案登録請求の範囲に含めるものであるのが勿論である。

Claims

短絡発電機と、短絡発電機と接続するＡＣ／ＤＣ整流器と、を含むナノ炭素材料の簡易環境配慮型生産設備であって、前記ＡＣ／ＤＣ整流器の出力側上にナノ炭素材料を生産するために用いられるナノ炭素真空装置を設け、前記ナノ炭素真空装置上にナノ炭素真空装置を制御するために用いられるナノ炭素コントローラを設けることを特徴とするナノ炭素材料の簡易環境配慮型生産設備。
発電機の固定子の誘導コイルは、デュアルコア設計であり、２枚のコアの距離が磁石より大きく、磁路をオープン設計とし、誘導電流が順方向に流れ、前記発電機の回転子が磁石組であることを特徴とする請求項１に記載のナノ炭素材料の簡易環境配慮型生産設備。
前記ナノ炭素真空装置は、真空チャンバーと第１フィーダーと第１グラファイトロッドと第２フィーダーと第２グラファイトロッドとナノ材料コレクタとグラファイトハウジングと、を含み；前記第１グラファイトロッドは前記第１フィーダーの上端に取り付けられ、前記第２グラファイトロッドが前記第２フィーダーの上端に取り付けられ、前記第１フィーダーと前記第２フィーダーが平行して設けられ、前記第１グラファイトロッドと前記第２グラファイトロッドが平行して設けられ、前記第１グラファイトロッド及び前記第２グラファイトロッドが各々前記ＡＣ／ＤＣ整流器と接続し；前記ナノ材料コレクタは前記第１フィーダーと前記第２フィーダーの間に取り付けられ、且つ前記第１グラファイトロッドと前記第２グラファイトロッドの交差部の下端に位置し；前記グラファイトハウジングの下端が前記ナノ材料コレクタの上端に取り付けられ、前記グラファイトハウジングの上端或いは中端が前記第１グラファイトロッド右端と前記第２グラファイトロッド左端の交差部に位置し、前記グラファイトハウジングが前記第１グラファイトロッド右端と前記第２グラファイトロッド左端の交差部を前記ナノ材料コレクタの上端と連接して１つの閉鎖空間を形成し；前記第１グラファイトロッド、前記第２グラファイトロッド、前記第１フィーダー、前記第２フィーダー、前記グラファイトハウジング、前記ナノ材料コレクタが前記真空チャンバーの内部に各々設けられることを特徴とする請求項１に記載のナノ炭素材料の簡易環境配慮型生産設備。
前記ナノ炭素コントローラは、前記第１グラファイトロッドのフィーダーと第２グラファイトロッドのフィーダーの距離を制御して２本のグラファイトロッドの交差部において安定した高圧アークの発生を保証し、また高圧アークに不正常が現れた時でも警報信号を発すると共に設備の安全性を保護できることを特徴とする請求項１に記載のナノ炭素材料の簡易環境配慮型生産設備。