Высокопроизводительная система для производства частиц с использованием плазмы - заявка 2015143900 на патент на изобретение в РФ

1. Система для производства наночастиц, содержащая:
плазменную пушку, содержащую охватываемый электрод, охватывающий электрод и систему подачи рабочего газа, выполненную с возможностью доставлять рабочий газ в направлении завихрения спирального потока через область генерации плазмы, образованную между охватываемым электродом и охватывающим электродом;
системы непрерывной подачи, выполненные с возможностью подавать материал в плазменную пушку со скоростью по меньшей мере 9 г/мин;
камеру гашения, расположенную после плазменной пушки и включающую по меньшей мере один ввод для реакционной смеси и по меньшей мере один ввод для кондиционирующей текучей среды;
охлаждающий патрубок, выполненный с возможностью пропускать наночастицы, захваченные потоком кондиционирующей текучей среды, из камеры гашения к коллектору, причем охлаждающий патрубок содержит дезинтегратор ламинарного потока;
модуль избыточного давления в системе для поддержания давления в системе выше измеренного давления окружающей среды; и
систему рециркуляции и очищения кондиционирующей текучей среды.
2. Система для производства наночастиц по п. 1, в которой система непрерывной подачи содержит элемент возвратно-поступательного движения, который непрерывно очищает канал подачи исходного материала во время работы системы производства наночастиц.
3. Система для производства наночастиц по п. 2, в которой элемент возвратно-поступательного движения осуществляет возвратно-поступательное движение с частотой по меньшей мере 2 раза в секунду.
4. Система для производства наночастиц по п. 1, в которой система непрерывной подачи содержит пульсирующий газовый эжектор для непрерывной очистки канала подачи исходного материала во время работы системы производства наночастиц.
5. Система для производства наночастиц по п. 1, в которой система нанопроизводства способна работать по меньшей мере 336 часов без замены охватываемого электрода или охватывающего электрода.
6. Система для производства наночастиц по п. 1, в которой камера гашения имеет форму усеченного конуса и выполнена с возможностью создавать во время работы турбулентность с числом Рейнольдса более 1000.
7. Система для производства наночастиц по п. 1, в которой дезинтегратор ламинарного потока содержит лопасти, перегородки, винтовой элемент, гребни или неровности.
8. Система для производства наночастиц по п. 1, в которой система производства частиц выполнена с возможностью непрерывно работать в течение по меньшей мере 336 часов без возникновения закупорки в охлаждающем трубопроводе.
9. Система для производства наночастиц по п. 1, в которой давление в системе поддерживается на величине давления по меньшей мере на 1 дюйм водяного столба выше измеренного давления окружающей среды.
10. Система для производства наночастиц по п. 1, в которой по меньшей мере 80% кондиционирующей текучей среды, введенной в систему производства наночастиц, очищается и повторно используется.
11. Система для производства наночастиц, содержащая:
плазменную пушку, содержащую охватываемый электрод, охватывающий электрод и систему подачи рабочего газа, выполненную с возможностью доставлять рабочий газ в направлении завихрения спирального потока через область генерации плазмы, образованную между охватываемым электродом и охватывающим электродом;
системы непрерывной подачи, выполненные с возможностью подавать материал в плазменную пушку со скоростью по меньшей мере 9 г/мин;
камеру гашения, расположенную после плазменной пушки и включающую по меньшей мере один вход для реакционной смеси и по меньшей мере один вход для кондиционирующей текучей среды;
охлаждающий патрубок, выполненный с возможностью пропускать наночастицы, захваченные потоком кондиционирующей текучей среды, из камеры гашения к коллектору, при этом охлаждающий патрубок содержит дезинтегратор ламинарного потока;
модуль избыточного давления в системе, поддерживающий давление в системе выше измеренного давления окружающей среды;
устройство сбора частиц, содержащее фильтр и насос, выполненный с возможностью применять всасывающее усилие к фильтру, так чтобы кондиционирующая текучая среда всасывалась через фильтр, и наночастицы собирались на поверхности фильтра во время работы системы производства наночастиц;
систему обратного импульса, выполненную с возможностью применять один или несколько обратных импульсов к фильтру в процессе работы системы производства наночастиц для высвобождения наночастиц, собранных на поверхности фильтра; и
систему рециркуляции и очищения кондиционирующей текучей среды.
12. Система для производства наночастиц по п. 11, в которой система непрерывной подачи содержит элемент возвратно-поступательного движения для непрерывной очистки канала поставки исходного материала во время работы системы производства наночастиц.
13. Система для производства наночастиц по п. 12, в которой элемент возвратно-поступательного движения осуществляет возвратно-поступательное движение с частотой по меньшей мере 2 раза в секунду.
14. Система для производства наночастиц по п. 11, в которой система непрерывной подачи содержит пульсирующий газовый эжектор для непрерывной очистки канала подачи исходного материала во время работы системы производства наночастиц.
15. Система для производства наночастиц по п. 11, в которой система нанопроизводства способна работать по меньшей мере 336 часов без замены охватываемого электрода или охватывающего электрода.
16. Система для производства наночастиц по п. 11, в которой камера гашения имеет форму усеченного конуса и выполнена с возможностью создавать во время работы турбулентность с числом Рейнольдса более 1000.
17. Система для производства наночастиц по п. 11, в которой дезинтегратор ламинарного потока содержит лопасти, перегородки, винтовой элемент, гребни или неровности.
18. Система для производства наночастиц по п. 11, в которой система производства частиц выполнена с возможностью непрерывно работать в течение по меньшей мере 336 часов без возникновения закупорки в охлаждающем патрубке.
19. Система для производства наночастиц по п. 11, в которой давление в системе поддерживается на величине давления по меньшей мере на 1 дюйм водяного столба выше измеренного давления окружающей среды.
20. Система для производства наночастиц по п. 11, в которой по меньшей мере 80% кондиционирующей текучей среды, вводимой в систему производства наночастиц, очищается и повторно используется.
21. Система для производства наночастиц по п. 11, в которой плазменная пушка содержит охлаждающее кольцо кольцеобразно расположенное вокруг выпускного отверстия плазменной пушки.
22. Система для производства наночастиц по п. 12, в которой плазменная пушка содержит лицевую панель, которая расположена на внешней поверхности плазменной пушки и присоединена к охлаждающему кольцу.
23. Система для производства наночастиц по п. 22, в которой лицевая панель поддерживается при температуре менее 900°С во время непрерывной работы плазменной пушки в течение более 160 часов.
24. Система для производства наночастиц по п. 11, в которой система непрерывной подачи содержит множество инжекционных портов для впрыска материала, имеющих минимальный диаметр по меньшей мере 1 мм.
25. Система для производства наночастиц по п. 11, в которой охватываемый электрод или охватывающий электрод покрыт вольфрамом.
26. Система для производства наночастиц по п. 11, в которой среднее время пребывания частиц в плазменной пушке составляет по меньшей мере 3 мс.
27. Система для производства наночастиц по п. 11, в которой система обратного импульса выполнена с возможностью автоматически применять один или несколько обратных импульсов к фильтру, когда датчик обнаруживает снижение потока материала ниже заданного порогового значения.
28. Система для производства наночастиц по п. 11, в которой система обратного импульса выполнена с возможностью автоматически применять один или несколько обратных импульсов к фильтру, когда всасывающая сила через фильтр увеличивается выше заданного порогового значения.
29. Система для производства наночастиц по п. 11, в которой система обратного импульса выполнена с возможностью применять один или несколько обратных импульсов с давлением 100-120 psi (фунтов на кв. дюйм).
30. Система для производства наночастиц по п. 11, в которой система обратного импульса выполнена с возможностью применять один или несколько обратных импульсов, содержащих аргон.
31. Плазменная пушка, используемая для производства наночастиц, содержащая:
охватываемый электрод и охватывающий электрод, причем охватываемый электрод или охватывающий электрод содержит проводящий термостойкий металл;
систему подачи рабочего газа, выполненную с возможностью поставлять рабочий газ в направлении завихрения спирального потока через область генерации плазмы, образованную между охватываемым электродом и охватывающим электродом; и
лицевую панель, расположенную на внешней поверхности плазменной пушки, отделенной от охлаждающего кольца.
32. Плазменная пушка по п. 31, в которой среднее время пребывания частиц в плазменной пушке составляет по меньшей мере 3 мс.
33. Плазменная пушка по п. 31, в которой охватываемый электрод или охватывающий электрод покрыт вольфрамом.
34. Плазменная пушка по п. 31, в которой передняя панель поддерживается при температуре менее 900°С во время непрерывной работы плазменной пушки в течение более 160 часов.
35. Система для производства наночастиц, содержащая плазменную пушку по любому из пп. 31-34.
36. Система для производства наночастиц, содержащая:
плазменную пушку; и
системы непрерывной подачи, выполненные с возможностью подавать материал в плазменную пушку с расходом по меньшей мере 9 г/мин.
37. Система для производства наночастиц по п. 36, в которой система непрерывной подачи выполнена с возможностью подавать материал в плазменную пушку в течение по меньшей мере 336 часов без закупоривания.
38. Система для производства наночастиц по п. 36, в которой система непрерывной подачи материала содержит множество каналов подачи исходного материала для подачи исходного материала в плазменную пушку.
39. Система для производства наночастиц по п. 36, в которой система непрерывной подачи содержит элемент возвратно-поступательного движения для непрерывного очищения канала подачи исходного материала во время работы системы производства наночастиц.
40. Система для производства наночастиц по п. 39, в которой элемент возвратно-поступательного движения выполняет возвратно-поступательное движение с частотой по меньшей мере 2 раза в секунду.
41. Система для производства наночастиц по п. 36, в которой система непрерывной подачи содержит пульсирующий газовый эжектор для непрерывной очистки канала подачи исходного материала во время работы системы производства наночастиц.
42. Система для производства наночастиц по п. 36, в которой плазменная пушка содержит охлаждающее кольцо, кольцеобразно расположенное вокруг выпускного отверстия плазменной пушки.
43. Система для производства наночастиц по п. 42, в которой плазменная пушка содержит лицевую панель, которая расположена на внешней поверхности плазменной пушки и присоединена к охлаждающему кольцу.
44. Система для производства наночастиц по п. 43, в которой лицевая панель поддерживается при температуре менее 900°С во время непрерывной работы плазменной пушки в течение более чем 160 часов.
45. Система для производства наночастиц по п. 36, в которой плазменная пушка также содержит множество инжекционных портов для впрыска материала, имеющих минимальный диаметр по меньшей мере 1 мм.
46. Система для производства наночастиц по п. 36, в которой среднее время пребывания частиц в плазменной пушке составляет по меньшей мере 3 мс.
47. Система для производства наночастиц по п. 36, дополнительно содержащая устройство сбора частиц, расположенное после плазменной пушки, для отделения наночастиц, произведенных плазменной пушкой, от кондиционирующей текучей среды.
48. Система для производства наночастиц по п. 47, в которой устройство производства частиц содержит фильтр и насос, выполненный с возможностью применять всасывающее усилие к фильтру, так чтобы кондиционирующая текучая среда всасывалась через фильтр и наночастицы собирались на поверхности фильтра во время работы системы производства наночастиц.
49. Система для производства наночастиц по п. 48, в которой устройство производства частиц дополнительно содержит систему обратного импульса, выполненную с возможностью применять один или несколько обратных импульсов к фильтру в процессе работы системы производства наночастиц для сбрасывания наночастиц, собранных на поверхности фильтра.
50. Система для производства наночастиц по п. 49, в которой система обратного импульса выполнена с возможностью автоматического применять один или несколько обратных импульсов к фильтру, когда датчик обнаруживает падение потока материала ниже заданного порогового значения.
51. Система для производства наночастиц по п. 49, в которой система обратного импульса выполнена с возможностью автоматического применять один или несколько обратных импульсов к фильтру, когда всасывающее усилие через фильтр превышает заданное пороговое значение.
52. Система для производства наночастиц по п. 49, в которой система обратного импульса выполнена с возможностью применять один или несколько обратных импульсов с давлением 100-120 psi (фунтов на кв. дюйм).
53. Система для производства наночастиц по п. 49, в которой система обратного импульса выполнена с возможностью применять один или несколько обратных импульсов, содержащих аргон.
54. Система для производства наночастиц по п. 36, в которой плазменная пушка содержит охватываемый электрод, охватывающий электрод и систему подачи рабочего газа, выполненную с возможностью доставлять рабочий газ в направлении завихрения спирального потока через область генерации плазмы, образованную между охватываемым электродом и охватывающим электродом.
55. Система для производства наночастиц по п. 54, в которой охватываемый электрод или охватывающий электрод покрыт вольфрамом.
56. Система для производства наночастиц по п. 54, в которой система подачи рабочего газа содержит кольцо форсунок, расположенное перед областью генерации плазмы, для создания направления завихрения спирального потока.
57. Система для производства наночастиц по п. 56, в которой кольцо форсунок содержит множество инжекционных портов.
58. Система для производства наночастиц по п. 57, в которой инжекционные порты расположены в кольцевом образовании вокруг охватываемого электрода.
59. Система для производства наночастиц по п. 58, в которой инжекционные порты расположены под углом по направлению к охватываемому электроду.
60. Система для производства наночастиц по п. 58, в которой инжекционные порты расположены под углом от охватываемого электрода.
61. Система для производства наночастиц по п. 54, в которой система нанопроизводства выполнена с возможностью функционировать в течение по меньшей мере 336 часов без замены охватываемого электрода или охватывающего электрода.
62. Система для производства наночастиц по п. 36, также содержащая камеру гашения, расположенную после плазменной пушки и содержащую по меньшей мере один ввод для реакционной смеси и по меньшей мере один ввод для кондиционирующей текучей среды.
63. Система для производства наночастиц по п. 62, в которой камера гашения имеет форму усеченного конуса и выполнена с возможностью создавать турбулентность с числом Рейнольдса более 1000 во время работы.
64. Система для производства наночастиц по п. 54, также содержащая камеру гашения, расположенную после плазменной пушки и содержащую по меньшей мере один вход для реакционной смеси и по меньшей мере один вход для кондиционирующей текучей среды.
65. Система для производства наночастиц по п. 64, в которой камера гашения имеет форму усеченного конуса и выполнена с возможностью создавать турбулентность с числом Рейнольдса более 1000 во время работы.
66. Система для производства наночастиц по п. 62, также содержащая охлаждающий патрубок, выполненный с возможностью проводить наночастицы, захваченные в потоке кондиционирующей текучей среды, из камеры гашения к коллектору.
67. Система для производства наночастиц по п. 66, в которой охлаждающий патрубок содержит дезинтегратор ламинарного потока.
68. Система для производства наночастиц по п. 67, в которой дезинтегратор ламинарного потока содержит лезвия, перегородки, винтовой элемент, гребни или неровности.
69. Система для производства наночастиц по п. 67, в которой система производства частиц выполнена с возможностью непрерывно работать в течение по меньшей мере 6 часов без закупорки в охлаждающем патрубке.
70. Система для производства наночастиц по п. 64, также содержащая охлаждающий патрубок, выполненный с возможностью проводить наночастицы, захваченные в потоке кондиционирующей текучей среды, из камеры гашения к коллектору.
71. Система для производства наночастиц по п. 70, в которой охлаждающий патрубок содержит дезинтегратор ламинарного потока.
72. Система для производства наночастиц по п. 71, в которой дезинтегратор ламинарного потока содержит лезвия, перегородки, винтовой элемент, гребни или неровности.
73. Система для производства наночастиц по п. 71, в которой система производства частиц выполнена с возможностью непрерывно работать в течение по меньшей мере 336 часов без закупорки в охлаждающем патрубке.
74. Система для производства наночастиц по п. 36, также содержащая модуль избыточного давления в системе, который поддерживает давление в системе выше измеренного давления окружающей среды.
75. Система для производства наночастиц по п. 74, в которой давление в системе поддерживается под давлением по меньшей мере на 1 дюйм водяного столба выше измеренного давления окружающей среды.
76. Система для производства наночастиц по п. 54, также содержащая модуль избыточного давления в системе, который поддерживает давление в системе выше измеренного давления окружающей среды.
77. Система для производства наночастиц по п. 62, также содержащая модуль избыточного давления в системе, который поддерживает давление в системе выше измеренного давления окружающей среды.
78. Система для производства наночастиц по п. 67, также содержащая модуль избыточного давления в системе, который поддерживает давление в системе выше измеренного давления окружающей среды.
79. Система для производства наночастиц по п. 76, также содержащая систему рециркуляции и очистки кондиционирующей текучей среды.
80. Система для производства наночастиц по п. 79, в которой по меньшей мере 80% кондиционирующей текучей среды, введенной в систему производства наночастиц, очищается и рециркулируется.
81. Способ непрерывной подачи исходного материала в системе производства наночастиц, включающий:
подачу исходного материала в плазменную пушку через первую заменяемую трубку для подачи материала;
подачу исходного материала в плазменную пушку через вторую заменяемую трубку для подачи материала после снижения скорости потока исходного материала через первую заменяемую трубку для подачи материала;
остановку потока исходного материала через первую заменяемую трубку для подачи материала; и
очистку или замену первой заменяемой трубки для подачи материала, и затем повторный запуск подачи исходного материала в плазменную пушку через первую заменяемую трубку для подачи материала.
82. Способ непрерывной подачи исходного материала в системе производства наночастиц, включающий:
подачу исходного материала в плазменную пушку через канал поставки исходного материала; и
непрерывную очистку канала поставки исходного материала, посредством продвижения исходного материала в плазменную пушку с расходом по меньшей мере 9 г/мин.
83. Способ по п. 81, в котором исходный материал продвигается в плазменную пушку посредством установки элемента возвратно-поступательного движения в канал поставки исходного материала.
84. Способ по п. 82, в котором элемент возвратно-поступательного движения осуществляет возвратно-поступательное движение с частотой по меньшей мере 2 раза в секунду.
85. Способ по п. 81, в котором исходный материал продвигают в плазменную пушку посредством воздействия на него пульсирующим газом в канале поставки исходного материала.
86. Система для производства наночастиц, содержащая:
плазменную пушку;
камеру гашения, расположенную после плазменной пушки и включающую по меньшей мере один вход для турбулентной текучей среды; и
охлаждающий патрубок, выполненный с возможностью проводить наночастицы, захваченные потоком кондиционирующей текучей среды, из камеры гашения к коллектору, при этом охлаждающий патрубок содержит дезинтегратор ламинарного потока, а система производства наночастиц выполнена с возможностью работать непрерывно в течение по меньшей мере 6 часов без закупорки.
87. Система для производства наночастиц по п. 86, в которой камера гашения имеет форму усеченного конуса и выполнена с возможностью создавать турбулентность с числом Рейнольдса более 1000 во время работы.
88. Система для производства наночастиц по п. 86, в которой дезинтегратор ламинарного потока содержит лезвия, перегородки, винтовой элемент, гребни или неровности.
89. Система для производства наночастиц по п. 86, в которой система производства частиц выполнена с возможностью непрерывно работать в течение по меньшей мере 336 часов без закупорки в охлаждающем патрубке.
90. Система для производства наночастиц по п. 86, в которой вводы для турбулентной текучей среды расположены по окружности вокруг ввода реакционной смеси.
91. Система для производства наночастиц по п. 90, в которой один или более вводов для турбулентной текучей среды являются эжектором турбулентной струи.
92. Система для производства наночастиц по п. 91, в которой эжектор турбулентной струи направлен к вводу реакционной смеси.
93. Система для производства наночастиц по п. 91, в которой эжектор турбулентной струи направлен в сторону от ввода реакционной смеси.
94. Система для производства наночастиц по п. 91, в которой эжектор турбулентной струи направлен перпендикулярно к вводу реакционной смеси.
95. Система для производства наночастиц по п. 90, в которой вводы турбулентной текучей среды образуют взаимосвязанное кольцо.
96. Система для производства наночастиц, содержащая:
плазменную пушку;
устройство сбора частиц, содержащее фильтр и насос, выполненный с возможностью применять всасывающее усилие к фильтру, так чтобы кондиционирующая текучая среда всасывалась через фильтр и наночастицы собирались на поверхности фильтра во время работы системы производства наночастиц; и
систему обратного импульса, выполненную с возможностью применять один или несколько обратных импульсов к фильтру во время работы системы производства наночастиц, чтобы сбросить наночастицы, собранные на поверхности фильтра.
97. Система для производства наночастиц по п. 96, в которой система обратного импульса выполнена с возможностью автоматически применять один или несколько обратных импульсов к фильтру, когда датчик обнаруживает падение потока материала ниже заданного порогового значения.
98. Система для производства наночастиц по п. 96, в которой система обратного импульса выполнена с возможностью автоматического применения одного или нескольких обратных импульсов к фильтру, когда всасывающее усилие через фильтр увеличивается выше заданного порогового значения.
99. Система для производства наночастиц по п. 96, в которой система обратного импульса выполнена с возможностью применять один или несколько обратных импульсов с давлением 100-120 psi (фунтов на кв. дюйм).
100. Система для производства наночастиц по п. 96, в которой система обратного импульса выполнена с возможностью применять один или несколько обратных импульсов, содержащих аргон.
101. Система для производства наночастиц по п. 96, в которой система производства наночастиц выполнена с возможностью работать по меньшей мере 6 часов без замены фильтра.
102. Система для производства наночастиц по п. 96, также содержащая модуль избыточного давления в системе, который поддерживает давление в системе выше измеренного давления окружающей среды.
103. Система для производства наночастиц по п. 102, в которой давление в системе поддерживается под давлением по меньшей мере на 1 дюйм водяного столба выше измеренного давления окружающей среды.
104. Система для производства наночастиц по п. 96, также содержащая систему рециркуляции и очистки кондиционирующей текучей среды.
105. Система для производства наночастиц по п. 104, в которой по меньшей мере 80% кондиционирующей текучей среды, введенной в систему производства наночастиц, очищается и рециркулируется.
106. Система для производства наночастиц, содержащая:
плазменную пушку;
модуль избыточного давления в системе, который поддерживает давление в системе выше измеренного давления окружающей среды;
систему рециркуляции и очитки кондиционирующей текучей среды;
устройство сбора частиц, содержащее фильтр и насос, выполненный с возможностью применять всасывающее усилие к фильтру, так чтобы кондиционирующая текучая среда всасывалась через фильтр и наночастицы собирались на поверхности фильтра во время работы системы производства наночастиц; и
систему обратного импульса, выполненную с возможностью применять один или несколько обратных импульсов к фильтру во время работы системы производства наночастиц, чтобы сбрасывать наночастицы, собранные на поверхности фильтра.
107. Система для производства наночастиц по п. 106, в которой система обратного импульса выполнена с возможностью автоматически применять один или несколько обратных импульсов к фильтру, когда датчик обнаруживает падение потока материала ниже заданного порогового значения.
108. Система для производства наночастиц по п. 106, в которой система обратного импульса выполнена с возможностью автоматически применять один или несколько обратных импульсов к фильтру, когда всасывающее усилие через фильтр увеличивается выше заданного порогового значения.
109. Система для производства наночастиц по п. 106, в которой система обратного импульса выполнена с возможностью применять один или несколько обратных импульсов с давлением 100-120 psi (фунтов на кв. дюйм).
110. Система для производства наночастиц по п. 106, в которой система обратного импульса выполнена с возможностью применять один или несколько обратных импульсов, содержащих аргон.
111. Система для производства наночастиц по п. 106, в которой система производства наночастиц выполнена с возможностью работать в течение по меньшей мере 6 часов без замены фильтра.
112. Система для производства наночастиц по п. 106, в которой давление в системе поддерживается под давлением по меньшей мере на 1 дюйм водяного столба выше измеренного давления окружающей среды.
113. Система для производства наночастиц по п. 106, в которой по меньшей мере 80% кондиционирующей текучей среды, введенной в систему производства наночастиц, очищается и рециркулируется.
Наверх