专利名称：利用中空叶轮的纳米粉末提取设备的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及一种了利用中空叶轮(impeller)的纳米粉末提取设备，更特别地涉及一种纳米粉末提取设备，其借助于中空叶轮的旋转利用等离子体来提取纳米粉末，该设备被设计成能按照纳米粉末的颗粒尺寸对等离子气体中所含的纳米粉末进行提取。
背景技术：
一般来讲，在利用等离子法制备纳米粉末中，采用两种典型的提取方法。第一种方法是利用一过滤器来提取纳米粉末，而第二种方法则是通过刮擦附着在一低温容器壁上的纳米粉末来实现提取。
但是，上述的两种常规方法存在一个问题其无法依据纳米粉末的颗粒尺寸而对其进行分离。
上述常规方法的另一个缺陷在于只能适用于非反应性的氧化物基材料(例如氧化铝等)，原因在于相互碰撞的纳米粉末颗粒之间固有地存在着发生爆炸反应的危险。
发明内容
因而，基于上述问题而提出了本发明，本发明的一个目的是提供一种利用中空叶轮旋转的纳米粉末提取设备，该设备被设计成通过将等离子气体中所含的纳米粉末有效地分散(dissolve)到表面活化剂溶液中，依据纳米粉末的颗粒尺寸来提取纳米粉末。
本发明的另一个目的是提供一种纳米粉末提取设备，其被设计成能防止纳米粉末在被吸收、收集到表面活化剂溶液中时出现团聚，从而该设备既能用于非反应性材料、也能用于强反应性材料。
本发明的再一个目的是提供一种纳米粉末提取设备，其具有上、下两个围绕一罐安装的水循环室，用于调节罐的内部温度。两水循环室与罐的内部空间进行热交换，由此来促进纳米粉末按照颗粒尺寸的分离。
本发明的又一个目的是提供一种纳米粉末提取设备，其具有安装在罐内的一气体再生装置，用于将未溶解的气体收集起来之后再将其再生为低温气体，且随后将低温气体再次供给到罐中，这样就能防止未溶解气体中存在的少量残余强反应性纳米粉末发生爆炸。
根据本发明，通过提供一种利用中空叶轮旋转的纳米粉末提取设备来实现上述目的、以及其它的目的，该设备包括一收集装置，其具有一充有表面活化剂溶液的罐，该罐的侧壁上设置有多个安装在不同高度的纳米粉末提取管、以及溶液入口和出口；以及一气体供给装置，其被安装在该罐内，且适于将含有纳米粉末的气体供给到充于该罐中的溶液中，以使得气体旋动且均匀地散布到该溶液中；该气体供给装置具有一垂直地穿过该罐的可旋转的驱动轴，该可旋转的驱动轴的下部形成有一气体供给中空孔，该气体供给中空孔的下端与一气体喷射装置相连接，用于从其接收该气体；该气体供给装置还具有至少一个供给叶轮，其围绕该可旋转的驱动轴水平地安装在该气体供给中空孔的上端，该供给叶轮形成有多个与该气体供给中空孔相通的中空扩散孔。
从下文参照附图所作的详细描述，可更加清楚地理解本发明的上述及其它目的、特征和其它优点，在附图中图1是本发明的提取设备的示意图；图2是本发明中可旋转驱动轴的放大视图；以及图3和图4中分别是根据本发明的供给叶轮和收回叶轮的透视图。
具体实施例方式
图1是本发明的一种提取设备的示意图，图2则是本发明中可旋转驱动轴的放大视图。
本发明的提取设备包括一收集装置1和一气体供给装置2。收集装置1包括一罐11，其内部充有表面活化剂溶液(下文为便于描述而称其为“溶液”)。罐11上设置有多个纳米粉末提取管12、溶液入口13、以及溶液出口14，每一提取管、入口和出口上都设置有各自的阀门。各提取管12被布置在沿罐11的侧壁上的不同高度，以便按照纳米粉末颗粒尺寸对其进行提取。气体供给装置2适于将含纳米粉末的等离子气体(下文为便于描述而称其为“气体”)供给到罐11所盛的溶液中，并使气体均匀地分布到溶液中。
气体供给装置2包括一可旋转的驱动轴21、至少一供给叶轮22、以及一气体喷射装置23。可旋转的驱动轴21垂直延伸到罐11中，并穿过罐11。可旋转驱动轴21的下部具有一垂直地延伸的气体供给中空孔211。气体供给中空孔211的下端与气体喷射装置23相连接，用于从其接收气体。供给叶轮22围绕着可旋转驱动轴21水平地安装在气体供给中空孔211的上端。供给叶轮22上形成有多个中空扩散孔221，这些扩散孔与可旋转驱动轴21的气体供给中空孔211相通。
可旋转驱动轴21适于由一安装在罐11外侧、并靠近罐顶端的驱动马达驱动。
在利用驱动马达使可旋转驱动轴21旋转的状态下，随着气体经气体喷射装置23被供给到可旋转驱动轴21的中空孔211中，已穿过中空孔211的输入气体在经过形成于供给叶轮22中的中空扩散孔221时，受离心作用而被分散到各个方向。
在供给叶轮22的旋转过程中，形成于可旋转驱动轴21中的气体中空供给孔211为负压状态。气体供给中空孔211的这一负压使气体易于被吸入到供给叶轮22中，这样就增大了中空扩散孔221的排气压力。结果就是能最大程度地提高气体的分散度。
如上所述，由于气体借助供给叶轮22旋转而被有效地分散到各个方向，所以气体中所含的纳米粉末能被快速地分散到罐11容纳的表面活化剂溶液中，而不会使纳米粉末发生团聚。另外，在此状态下，纳米粉末颗粒被表面活化剂溶液包围着。因而，在收集过程中，可防止强反应性的纳米粉末发生爆炸。
随着供给叶轮22的旋转，供给叶轮22在其上侧和下侧产生了流体流。由于存在这些流体流，颗粒尺寸较大的纳米粉末在重力作用下沉降到供给叶轮22的下侧，颗粒尺寸较小的纳米粉末则上升到叶轮22的上侧。这样，利用沿罐11的侧壁分级布置在不同高度上的纳米粉末提取管12，就能依据颗粒尺寸提取纳米粉末。具体来讲，颗粒尺寸非常大的一些特定纳米粉末被从形成于罐11底部的出口14提取出去。
如图1和图2所示，提取设备还包括一气体收回装置3，其被安装到垂直延伸地穿过罐11的可旋转驱动轴21上。气体收回装置3中设置有一中空收回孔31、以及至少一收回叶轮32。中空收回孔31从可旋转驱动轴21的中部垂直延伸到其上部，且具有一收回开口311，其形成于可旋转驱动轴21上，并靠近驱动轴的上端。收回叶轮32围绕着可旋转驱动轴21水平地安装在中空收回孔31的下端。收回叶轮32上形成有多个中空扩散孔321，它们与中空收回孔31相通。
按照收回装置3的设计，未溶解的气体上升到溶液的上方而流入到形成于可旋转驱动轴21上部的收回开口311中。然后，流入的气体经过收回叶轮32而被再次扩散、溶解到溶液中。按照这种方式，可增大气体的溶解度，从而可提高对纳米粉末的提取效能。
图3和图4中是分别表示根据本发明的供给叶轮和收回叶轮的透视图。
如图3和图4所示，供给叶轮22和收回叶轮32分别包括固定到可旋转驱动轴21上的圆形板222和322。此外，供给叶轮22和收回叶轮32上分别设置有多条弧形的凸起桨叶223和323，这些桨叶被一体地制在两圆形板的上表面和下表面上，并呈放射状地且等间隔地布置。各个弧形的凸起桨叶223、323中形成了各自的扩散中空孔221和321。
由于从圆板222、322向上和向下延伸的弧形凸起桨叶223和323适于使溶液沿水平方向扩散，所以能在供给叶轮22和收回叶轮32之间形成多股流体流。这些流体流的形成进一步提高了纳米粉末的分离。
另外，由于弧形凸起桨叶223和323从圆形板222和322向上、向下延伸，所以弧形凸起桨叶223和323会对溶液的流动产生相对较大的阻力。这会加强各流体流之间的界限，从而能有效地防止不同颗粒尺寸的纳米粉末相互混合起来。另外，这些流体流还增强了溶液的涡旋运动，从而最大程度地使溶液与气体的混合。
弧形凸起桨叶223、323的外端上分别形成有阻流凹陷部224和324，以便于增强溶液的涡旋运动。利用这些阻流凹陷部224和324，可进一步提高溶液与气体之间的混合度。
如图1和图2所示，提取设备还包括至少一个叶轮4，其位于收回叶轮32的上方，且被水平地安装到可旋转驱动轴21上。叶轮4能将在微米级颗粒尺寸的纳米粉末分离出来。
提取设备还包括一水平的多孔板5，其在罐11中被固定在供给叶轮22与收回叶轮32之间，用于划分罐11的内部空间。水平有孔板5上形成有多个孔，且适于阻止纳米粉末向上快速地移动。另外，水平有孔板5还适于防止位于其下方的、颗粒尺寸非常大的纳米粉末向上运动。
如图1所示，纳米粉末提取设备还包括一温度调节装置6，其环绕着罐11的上部和下部安装，以便于调节罐11的内部温度。温度调节装置6具有上部水循环室61和下部水循环室62，它们适于与罐的内部空间进行热交换，从而除了流体流带来的分离效果之外，此设计也能提高纳米粉末的分离度。
在气体喷射的早期阶段，上部水循环室61和下部水循环室62具有相同的温度。这种状态可防止纳米粉末出现团聚，从而防止纳米粉末发生爆炸，并能完成对纳米粉末的提取。特别地，上部水循环室61处的温度下降得很快，从而能促进由热交换而导致的纳米粉末分离。
纳米粉末提取设备还包括一气体再生装置7，其位于罐11的上侧。气体再生装置7的作用在于在将未溶解的上升气体收集起来之后，将其再生为低温气体，然后再将其供给回罐11中。气体再生装置7具有一循环管71，其在罐11的顶壁部分与罐11侧壁上方的一定位置之间延伸，并安装有一个阀门。另外，循环管71上还依次设置有一过滤器72、一液体分离器73、以及一气体再生器74。
按照上述气体再生装置7的结构设计，未溶解气体中残留的少量纳米粉末被过滤器72收集起来，且气体中所含的少量蒸发的溶液组分被液体分离器73除去。然后，未溶解的气体在流经气体再生器74时被再生成为低温气体。
最后，由于再生出的低温气体被经过循环管71再次供给到溶液上方的罐11的上部空间中，所以，能可靠地收集残留在未溶解气体中的少量强反应性纳米粉末，防止发生爆炸。
工业实用性从上文的描述可清楚地看出，本发明提供了一种纳米粉末提取设备，其被设计成通过将气体中所含的纳米粉末有效地分散到表面活化剂溶液中，可根据纳米粉末的颗粒尺寸来对其进行提取，由此实现了不同纳米粉末的多种用途。
由于纳米粉末被表面活化剂溶液包围和吸收，所以，在收集强反应性材料时的安全性得到了保证。
另外，根据本发明，纳米粉末提取设备包括环绕着罐安装的上部水循环室和下部水循环室，用于调节罐的内部温度，且水循环室被设计成适于与罐的内部空间进行热交换。由于存在热交换，所以能提高不同颗粒尺寸纳米粉末之间的分离度，并提高对纳米粉末的提取量。
另外，根据本发明的纳米粉末提取设备被设计成可将未溶解的上升气体再生成为低温气体、且将低温气体再次供给到罐中，因而能有效地防止在未溶解气体中残留的少量强反应性纳米粉末发生爆炸。
尽管上文出于例示的目的对本发明的优选实施方式进行了描述，但本领域技术人员可以领会在不背离本发明保护范围和设计思想的前提下，可做出多种改动、增设和替换，其中，本发明的范围由所附的权利要求书限定。
权利要求
1.一种利用中空叶轮旋转的纳米粉末提取设备，其包括一收集装置，其具有一充有表面活化剂溶液的罐，该罐的侧壁上设置有多个安装在不同高度的纳米粉末提取管、以及溶液入口和出口；以及一气体供给装置，其被安装在该罐内，且适于将含有纳米粉末的气体供给到充于该罐中的溶液中，以使得气体旋动且均匀地散布到该溶液中；该气体供给装置具有一垂直地穿过该罐的可旋转的驱动轴，该可旋转的驱动轴的下部形成有一气体供给中空孔，该气体供给中空孔的下端与一气体喷射装置相连接，用于从其接收该气体；该气体供给装置还具有至少一个供给叶轮，其围绕该可旋转的驱动轴水平地安装在该气体供给中空孔的上端，该供给叶轮形成有多个与该气体供给中空孔相通的中空扩散孔。
2.根据权利要求1所述的纳米粉末提取设备，其中该供给叶轮包括一固定到该可旋转的驱动轴上的圆形板，以及多个弧形凸起桨叶；所述多个弧形凸起桨叶从该圆形板的上表面向上地、且从其下表面向下地延伸，同时呈放射状地、被等间距地布置，每一弧形凸起桨叶中都限定一扩散中空孔。
3.根据权利要求2所述的纳米粉末提取设备，其中所述各弧形凸起桨叶的外端形成有阻流凹陷部，用于增大该溶液的涡旋运动。
4.根据权利要求1所述的纳米粉末提取设备，其中还包括一温度调节装置，其形成为环绕该罐的上部和下部，以调节该罐的内部温度，该装置具有上部水循环室和下部水循环室。
5.根据权利要求1所述的纳米粉末提取设备，其中还包括一气体再生装置，其设置在该罐的上侧，且适于将未溶解的上升气体再生成为低温气体，然后将该低温气体再次供给至该罐中；该气体再生装置具有一循环管，该循环管延伸于该罐的顶壁部分与该罐的侧壁的一较上位置之间并安装有一阀门；该气体再生装置还在该循环管上相继安装有一过滤器、一液体分离器、以及一气体再生器。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的纳米粉末提取设备，其中还包括一气体收回装置，其被安装到该可旋转的驱动轴上；该气体收回装置具有一气体收回中空孔，其在该可旋转的驱动轴中垂直地从该驱动轴的中部延伸到该驱动轴的上部，并且在其上端形成有一收回开口；以及一收回叶轮，其围绕该可旋转的驱动轴水平地安装在该气体收回中空孔的下端，且该收回叶轮形成有多个与该气体收回中空孔相通的中空扩散孔。
7.根据权利要求6所述的纳米粉末提取设备，其中该收回叶轮包括一固定到该可旋转的驱动轴上的圆形板，以及多个弧形的凸起桨叶；所述多个弧形凸起桨叶从该圆形板的上表面向上地、且从其下表面向下地延伸，同时呈放射状地、被等间距地布置，每一弧形凸起桨叶中都限定有一扩散中空孔。
8.根据权利要求7所述的纳米粉末提取设备，其中所述各弧形凸起桨叶的外端形成有阻流凹陷部，用于增大该溶液的涡旋运动。
9.根据权利要求6所述的纳米粉末提取设备，其中还包括至少一个叶轮，其被水平地安装在该可旋转的驱动轴上，且在该收回叶轮的上方。
10.根据权利要求6所述的纳米粉末提取设备，其中还包括一水平有孔板，其被固定在该罐中的该供给叶轮与该收回叶轮之间，以划分该罐的内部空间，并且该水平有孔板适于阻止纳米粉末向上快速地移动，该板形成有多个孔。
全文摘要
本发明公开了一种利用中空叶轮旋转的纳米粉末提取设备，该设备被设计成通过将等离子气体中所含的纳米粉末有效地分散到表面活化剂溶液中，依据颗粒尺寸来提取纳米粉末；且被设计成能防止纳米粉末在被吸收、收集到表面活化剂溶液中时出现团聚，从而使该设备可应用于强反应性材料。
文档编号B01D47/02GK1639055SQ03804500
公开日2005年7月13日 申请日期2003年2月25日 优先权日2002年2月25日
发明者金永南 申请人:株式会社Npc