一种碳纳米管的大型生产装置的制作方法

1.本发明涉及碳纳米管生产设备技术领域，具体涉及一种碳纳米管的大型生产装置。

背景技术：

2.碳纳米管又名巴基管，是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口)的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能，近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出，广泛运用于锂电池、导电材料中，属于先进先进电子材料中的光电子与微电子材料。
3.碳纳米管生产设备主要包括回转窖(回转窖是常指可以旋转的窖体，主要结构包括炉管、托轮、传动部件、加热设备等，加热设备能够对炉管进行加热)，其中回转窑的炉管是生产碳纳米管最核心的部件，现有技术将碳纳米管加入到炉管内进行加热焙烧。然而在生产过程中发现，如果炉管采用很厚的壁厚，则炉管的重量太大，炉管转动时的托轮和传动部件容易损坏，如果回转窑的炉管采用薄的钢管，则有可能在生产碳纳米管的受热状态下变形，甚至提前损坏带来安全事故，因此严重制约碳纳米管产业发展。

技术实现要素：

4.本发明意在提供一种碳纳米管的大型生产装置，以解决现有技术中回转窖炉管易损坏的问题，以达到促进碳纳米管产业发展，实现碳纳米管新材料大规模生产的目的。
5.为了解决上述问题，本发明提供如下技术方案：一种碳纳米管的大型生产装置，包括回转窖、旋风除尘器和螺旋提升机，所述回转窖包括炉管，所述炉管设有排料口和尾气出口，所述旋风除尘器的输入端和尾气出口连接，所述排料口和螺旋提升机连接，所述炉管的端部和中部均固定套接有加强圈。
6.本发明的工作原理及有益效果：本方案由于碳纳米管是粉末状，导致碳纳米管随炉管一起转动时，产生的尾气里会夹带大量的碳纳米管粉体，尾气通过尾气出口进入到旋风除尘器内，旋风除尘器除了能净化尾气，还能截留尾气中的碳纳米管粉体，大量的碳纳米管粉末被收集下来循环使用，从而节约成本。经过加热后的碳纳米管再通过排料口进入到螺旋提升机内运输到料仓。
7.碳纳米管专用回转窑的炉管需要采用310s，inconel625(inconel625是以钼、铌为主要强化元素的固溶强化型镍基变形高温合金)等含镍很高的高级不锈钢，价格非常昂贵，本方案在炉管的两端和中部分别设置了加强圈，可以防止炉管两端和中部受热发生变形损坏，提高设备的使用寿命，则再满足强度的条件下，可以使用厚度较薄的炉管，从而降低炉管的整体重量，大大降低投资成本，从而实现碳纳米管新材料的大规模生产。
8.进一步，所述螺旋提升机包括倾斜设置的提升仓，所述提升仓固定套接有内部为
中空的冷却套，所述冷却套设有主进水口和主排水口。
9.碳纳米管粉末经过回转窖加热后，从排料口排出时温度高达到500～700℃，需要快速冷却后才能进入到料仓内，此方案通过在螺旋提升机的提升仓加装冷却套，将外界的冷却水通过主进水口引入到冷却套内，这些冷却水吸收碳纳米管粉末的热量后再通过主排水口排出，从而降低碳纳米管粉末的温度。
10.进一步，所述主进水口和主排水口分别位于冷却套的相对两侧，且主进水口靠近排料口。
11.此种方式设置下可以延长冷却水在冷却套内部的循环路径，从而提高冷却效果，并且主进水口靠近排料口，此时刚通过排料口进入到提升仓的碳纳米管粉末温度较高，而刚通过主进水口进入到冷却套内的冷却水温度较低，从而可以快速对碳纳米管粉末进行降温。
12.进一步，所述冷却套的中部固定套接有密封环，所述密封环将冷却套分隔为上半套和下半套，所述下半套设有次排水口，所述上半套设有次进水口；所述密封环沿圆周方向设有多个进水孔，所述冷却套设有用于控制多个进水孔导通和关闭的控制机构；还包括水泵和排水总管，所述水泵的输出端连接有进水总管，所述主进水口、次进水口均与进水总管之间连通有进水管，所述主排水口、次排水口均与排水总管之间连通有排水管，所述进水管和排水管均设有阀门。
13.此方案相较于冷却套只设置主进水口和主排水口而言，由于主进水口和主排水口分别位于冷却套的两侧，虽然使得主进水口和主排水口之间的冷却路径延长，起到更好的冷却效果，然而这种方式只适用于回转窖进入到螺旋提升机内物料(碳纳米管)较少的情况，否则当物料较多时，冷却水流到冷却套靠近主排水口的部分时，此时冷却水已经经过长距离的循环，冷却水吸收了足够的热量温度升高，因此无法再对物料进行更好的冷却，会使得物料冷却效果变差，因此只适用物料较少的情况。
14.而此方案设置了备用的次进水口和次排水口，并且主进水口、次进水口均与进水总管之间连通有进水管，主排水口、次排水口均与排水总管之间连通有排水管，进水管和排水管均设有阀门；则当物料较少时，此时多个进水孔导通，关闭次进水口进水管上的阀门和次排水口排水管上的阀门，冷却水通过主进水口、多个进水孔和主排水口后排出，则可以使用少量的冷却水，起到节能减排的目的。
15.当物料较多时，打开所有阀门，并使控制机构使多个进水孔关闭，密封环将冷却套的中部阻断，则冷却水分别通过主进水口和次排水口、次进水口和主排水口排出，从而形成了冷却水的两条循环路径，能够分别对密封环分隔冷却套形成的上半套和下半套单独进行循环冷却，因此对物料的冷却效果更佳。
16.进一步，所述控制机构包括与所述冷却套转动连接的多根连接轴，每根连接轴均固定套接有密封对应进水孔的密封板，所述冷却套还设有用于驱动多根连接轴同步转动的驱动机构。
17.此方案下，一方面通过驱动机构控制多根连接轴同步转动，连接轴带动密封板转动，从而使密封板密封或者不密封进水孔；另外一方面，通过控制多根连接轴的转动角度，使得多个密封板远离进水孔，以防止对流入到进水孔内的水造成阻挡，影响冷却水的水压和流动速度，并且密封板转动到和进水孔垂直，密封板起到对冷却水导流的作用，可以使冷
却水线性流动，加快流动速度，提高冷却效果。
18.进一步，所述驱动机构包括第一电机和与冷却套外周同轴转动连接的齿圈，所述第一电机驱动有与齿圈啮合的传动齿轮；所述齿圈靠近多根连接轴的一侧固定设有多个弧形的抵持块，所述冷却套同轴滑动连接有多根齿条，多根所述齿条的一端分别与对应的抵持块抵接，每根所述连接轴均伸出到冷却套外，每根所述连接轴的伸出端均固定套接有驱动齿轮，多个所述齿条的另一端分别与对应的驱动齿轮啮合。
19.此方案下，由于齿圈和冷却套的外周同轴转动连接，而第一电机驱动的传动齿轮和齿圈啮合，则通过第一电机带动传动齿轮转动。
20.齿圈则带动与其固定连接的多个抵持块一起转动，多根齿条和冷却套同轴滑动连接，多根齿条的一端分别与对应的抵持块抵接，则抵持块又是弧形的，则多个抵持块分别推动抵接的齿条朝向对应的连接轴移动，齿条再推动齿轮转动，进而使得每根连接轴均同步转动，连接轴则带动与其连接的密封板转动。同时本方案中由于齿条的滑动方向和抵持块垂直，则齿圈不转动时则可实现自锁功能(即使抵持块始终挤压齿条，能够防止连接轴转动)。
21.进一步，每根所述齿条固定设有连接翼，所述连接翼和冷却套之间设有限位弹簧。当抵持块挤压齿条移动时，限位弹簧拉伸，当抵持块不挤压齿条时，限位弹簧回复。
22.进一步，每个所述密封板固定连接有塞入对应进水孔的橡胶密封塞。橡胶密封塞起到对进水孔更好的密封作用。
23.进一步，所述旋风除尘器的输出端固定套接有冷却管，所述冷却管的外周套接有环形的弯曲管，所述冷却管远离旋风除尘器的一端连接有喷雾室，所述喷雾室设有储液箱和多个喷雾头，所述储液箱和多个喷雾头之间设有喷雾泵；所述储液箱的内壁设有夹层，所述弯曲管和夹层连通，所述夹层设有漏水口，所述储液箱设有第二电机和滑动板，所述第二电机驱动有凸轮，所述滑动板和储液箱竖直滑动连接，且用于密封漏水口，所述凸轮和滑动板的底部抵接。
24.此优化方案中，旋风除尘器对尾气处理后，尾气从旋风除尘器输出端排出时温度依然较高，并且还需要对尾气中的有害物质进行处理。为此本方案将尾气通入到冷却管内，由于冷却管的外周套接有环形的弯曲管，在弯曲管同样通入冷却水，冷却水吸收尾气中的热量温度升高后进入到储液箱内的夹层内，经过降温后的尾气再进入到喷雾室内，喷雾泵从储液箱内抽取处理剂通过多个喷雾头喷出，进而对尾气中的有害物质进行净化处理。
25.并且本方案将升温后的冷却水通入到储液箱的夹层内，此时滑动板密封漏水口，冷却水进入到夹层内保存，冷却水内的热量传递给储液箱内的处理剂，处理剂升温后处理剂分子活跃度增加，提高了处理净化能力，即保证喷入到喷雾室内的处理剂喷入即处于高活跃状态。同时通过第二电机驱动凸轮转动，凸轮顶起滑动板滑动，漏水口打开排出温度降低后的冷却水，再使滑动板密封漏水口，高温的冷却水又开始在夹层内蓄积。
26.进一步，所述炉管的直径大于0.5米，所述炉管的倾斜角度为1～6度。此倾斜角度下方便进行排料。
附图说明
27.图1为本发明实施例1中一种碳纳米管的大型生产装置的结构示意图；
28.图2为本发明实施例2中炉管的结构示意图；
29.图3为本发明实施例3中炉管的结构示意图；
30.图4为图3中抵持块推动齿条移动后的结构示意图；
31.图5为图3位于冷却套处的竖向截面图；
32.图6为图4位于冷却套处的竖向截面图；
33.图7本发明实施例5中一种碳纳米管的大型生产装置的结构示意图；
34.图8为图7储液箱的竖向截面图。
具体实施方式
35.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
36.说明书附图中的附图标记包括：提升仓1、排料管2、炉管3、电炉4、旋风除尘器5、加强圈6、主进水口7、主排水口8、冷却套9、第一排水阀10、次进水口11、进水总管12、传动齿轮13、第一电机14、第二进水阀15、第一进水阀16、抵持块17、齿圈18、排水总管19、第二排水阀20、密封环21、驱动齿轮22、连接轴23、齿条24、密封板25、进水孔26、密封塞27、冷却管28、弯曲管29、储液箱30、喷雾室31、夹层32、漏水口33、第二电机34、滑动板35、凸轮36。
37.实施例1：一种碳纳米管的大型生产装置，如图1所示，包括回转窖、旋风除尘器5和螺旋提升机，螺旋提升机包括提升仓1，回转窖包括炉管3，炉管3通过电炉4进行加热。
38.炉管3设有排料口和尾气出口，旋风除尘器5的输入端和尾气出口连接，排料口和提升仓1之间连接有排料管2，炉管3的端部和中部均固定套接有加强圈6，其中炉管3的直径为1米，倾斜角度为5度。
39.本方案中碳纳米管是粉体的，则碳纳米管随炉管3一起转动时，产生的尾气里会夹带大量的碳纳米管粉体，尾气通过尾气出口进入到旋风除尘器5内，旋风除尘器5除了能净化尾气，还能截留尾气中的碳纳米管粉体，大量的碳纳米管粉末被收集下来循环使用，从而节约成本。经过加热后的碳纳米管再通过排料口进入到螺旋提升机内运输到料仓。
40.碳纳米管专用回转窑的炉管3需要采用310s，inconel625(inconel625是以钼、铌为主要强化元素的固溶强化型镍基变形高温合金)等含镍很高的高级不锈钢，价格非常昂贵，本方案在炉管3的两端和中部分别设置了加强圈6，可以防止炉管3两端和中部受热发生变形损坏，提高设备的使用寿命，则再满足强度的条件下，可以使用厚度较薄的炉管3，从而降低炉管3的整体重量，大大降低投资成本。
41.实施例2：与实施例1的区别在于：如图2所示，提升仓1固定套接有内部为中空且同轴的冷却套9，冷却套9设有主进水口7和主排水口8，主进水口7位于冷却套9的左侧，主排水口8位于冷却套9的右侧。
42.碳纳米管粉末经过回转窖加热后，从排料口排出时温度高达500～700℃，需要快速冷却后才能进入到料仓内，此方案通过在螺旋提升机的提升仓1加装冷却套9，将外界的冷却水通过主进水口7引入到冷却套9内，这些冷却水吸收碳纳米管粉末的热量后再通过主排水口8排出，从而降低碳纳米管粉末的温度。
43.并且主进水口7位于冷却套9的左侧，主排水口8位于冷却套9的右侧，此种方式设置下可以延长冷却水在冷却套9内部的循环路径，从而提高冷却效果，并且主进水口7靠近排料管2，此时刚通过排料管2进入到提升仓1的碳纳米管粉末温度较高，而刚通过主进水口
7进入到冷却套9内的冷却水温度较低，从而可以快速对碳纳米管粉末进行降温。
44.优化的，冷却套9的形状为螺旋形。螺旋提升机的提升方式为螺旋提升，此设置方向下可以使得冷却套9内的冷却水冷却碳纳米管效果更好。
45.实施例3：与实施例2的区别在于：如图3所示，还包括第一电机14，冷却套9内部的中部固定套接有密封环21，密封环21将冷却套9分隔为上半套和下半套，下半套设有次排水口，上半套设有次进水口11；还包括进水总管12和排水总管19，次排水口、主排水口8和排水总管19连通，次进水口11和主进水口7和进水总管12连通。次排水口设有第二排水阀20，主排水口8设有第一排水阀10，次进水口11设有第二进水阀15，主进水口7设有第一进水阀16。
46.如图5所示，密封环21沿圆周方向设有2个进水孔26，冷却套9转动连接的2根连接轴23，每根连接轴23均固定套接有密封对应进水孔26的密封板25，每个密封板25设有塞入进水孔26内橡胶材质的密封塞27。
47.如图3所示，冷却套9中部的外周固定套接有齿圈18，第一电机14驱动有与齿圈18啮合的传动齿轮13；齿圈18靠近连接轴23的一侧固定设有2个弧形的抵持块17，冷却套9同轴滑动连接有2根齿条24，2根齿条24的一端分别与对应的抵持块17抵接，每根连接轴23均伸出到冷却套9外，每根连接轴23的伸出端均固定套接有驱动齿轮22，2根齿条24的另一端分别与对应的驱动齿轮22啮合。
48.此方案相较于冷却套9只设置主进水口7和主排水口8而言，由于主进水口7和主排水口8分别位于冷却套9的两侧，虽然使得主进水口7和主排水口8之间的冷却路径延长，起到更好的冷却效果，然而这种方式只适用于回转窖进入到螺旋提升机内物料(碳纳米管粉末)较少的情况，否则当物料较多时，冷却水流到冷却套9靠近主排水口8的部分时，此时冷却水已经经过长距离的循环，冷却水吸收了足够的热量温度升高，因此无法再对物料进行更好的冷却，造成物料冷却效果变差，因此只适用物料较少的情况。
49.而此方案设置了备用的次进水口11和次排水口，并且主进水口7、次进水口11均与进水总管12连通，主排水口8、次排水口均与排水总管19连通，次排水口设有第二排水阀20，主排水口8设有第一排水阀10，次进水口11设有第二进水阀15，主进水口7设有第一进水阀16。
50.如图6所示，则当物料较少时，此时2个进水孔26导通，关闭第二进水阀15和第二排水阀20，冷却水通过主进水口7、2个进水孔26和主排水口8后排出。
51.当物料较多时，打开第二排水阀20、第一排水阀10、第一进水阀16和第二进水阀15。由于齿圈18和冷却套9的外周同轴转动连接，而第一电机14驱动的传动齿轮13和齿圈18啮合，则通过第一电机14带动传动齿轮13转动，传动齿轮13通过齿圈18转动。
52.齿圈18则带动与其固定连接的2个抵持块17一起转动，2根齿条24和冷却套9同轴滑动连接，2根齿条24的一端分别与对应的抵持块17抵接，则抵持块17又是弧形的，则2个抵持块17分别推动抵接的齿条24朝向对应的连接轴23移动，齿条24再推动驱动齿轮22转动，进而使得每根连接轴23均同步转动，连接轴23则带动与其连接的密封板25转动，使得密封塞27塞入进水孔26内，进水孔26堵塞不导通，则冷却水分别通过主进水口7和次排水口、次进水口11和主排水口8排出，从而形成了冷却水的两条循环路径，能够分别对密封环21分隔冷却套9形成的上半套和下半套单独进行循环冷却，因此对物料的冷却效果更佳。
53.同时本方案中由于齿条24的滑动方向和抵持块17垂直，则齿圈18不转动时则可实
现自锁功能(即使抵持块17始终挤压齿条24，能够防止连接轴23转动)。
54.实施例4：与实施例1的区别在于：每根齿条24固定设有连接翼，连接翼和冷却套9之间设有限位弹簧。当抵持块17挤压齿条24移动时，限位弹簧拉伸，当抵持块17不挤压齿条24时，限位弹簧回复。
55.当抵持块17挤压齿条24移动时，限位弹簧拉伸，当抵持块17不挤压齿条24时，限位弹簧回复。
56.实施例5：与实施例1的区别在于：如图7所示，旋风除尘器5的输出端固定套接有冷却管28，冷却管28的外周套接有螺旋形的弯曲管29，冷却管28远离旋风除尘器5的一端连接有喷雾室31，喷雾室31设有储液箱30和多个喷雾头(图中未示出)，储液箱30和多个喷雾头之间设有喷雾泵；如图8所示，储液箱30的内壁设有夹层32，弯曲管29和夹层32连通，夹层32设有漏水口33，储液箱30设有第二电机34和滑动板35，第二电机34驱动有凸轮36，滑动板35和储液箱30竖直滑动连接，且用于密封漏水口33，凸轮36和滑动板35的底部抵接。
57.此优化方案中，旋风除尘器5对尾气处理后，尾气从旋风除尘器5输出端排出时温度依然较高，并且还需要对尾气中的有害物质进行处理。为此本方案将尾气通入到冷却管28内，由于冷却管28的外周套接有螺旋形的弯曲管29，在弯曲管29同样通入冷却水，冷却水吸收尾气中的热量温度升高后进入到储液箱30内的夹层32内，经过降温后的尾气再进入到喷雾室31内，喷雾泵从储液箱30内抽取处理剂通过多个喷雾头喷出，进而对尾气中的有害物质进行净化处理。
58.并且本方案将升温后的冷却水通入到储液箱30的夹层32内，此时滑动板35密封漏水口33，冷却水进入到夹层32内保存，冷却水内的热量传递给储液箱30内的处理剂，处理剂升温后处理剂分子活跃度增加，提高了处理净化能力，即保证喷入到喷雾室31内的处理剂喷入即处于高活跃状态。同时通过第二电机34驱动凸轮36转动，凸轮36顶起滑动板35滑动，漏水口33打开排出温度降低后的冷却水，再使滑动板35密封漏水口33，高温的冷却水又开始在夹层32内蓄积。
59.应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出多个变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

技术特征：

1.一种碳纳米管的大型生产装置，其特征在于：包括回转窖、旋风除尘器和螺旋提升机，所述回转窖包括炉管，所述炉管设有排料口和尾气出口，所述旋风除尘器的输入端和尾气出口连接，所述排料口和螺旋提升机连接，所述炉管的端部和中部均固定套接有加强圈。2.根据权利要求1所述的碳纳米管的大型生产装置，其特征在于：所述螺旋提升机包括倾斜设置的提升仓，所述提升仓固定套接有内部为中空的冷却套，所述冷却套设有主进水口和主排水口。3.根据权利要求2所述的碳纳米管的大型生产装置，其特征在于：所述主进水口和主排水口分别位于冷却套的相对两侧，且主进水口靠近排料口。4.根据权利要求2～3任一项所述的碳纳米管的大型生产装置，其特征在于：所述冷却套的中部固定套接有密封环，所述密封环将冷却套分隔为上半套和下半套，所述下半套设有次排水口，所述上半套设有次进水口；所述密封环沿圆周方向设有多个进水孔，所述冷却套设有用于控制多个进水孔导通和关闭的控制机构；还包括水泵和排水总管，所述水泵的输出端连接有进水总管，所述主进水口、次进水口均与进水总管之间连通有进水管，所述主排水口、次排水口均与排水总管之间连通有排水管，所述进水管和排水管均设有阀门。5.根据权利要求4所述的碳纳米管的大型生产装置，其特征在于：所述控制机构包括与所述冷却套转动连接的多根连接轴，每根连接轴均固定套接有密封对应进水孔的密封板，所述冷却套还设有用于驱动多根连接轴同步转动的驱动机构。6.根据权利要求5所述的碳纳米管的大型生产装置，其特征在于：所述驱动机构包括第一电机和与冷却套外周同轴转动连接的齿圈，所述第一电机驱动有与齿圈啮合的传动齿轮；所述齿圈靠近多根连接轴的一侧固定设有多个弧形的抵持块，所述冷却套同轴滑动连接有多根齿条，多根所述齿条的一端分别与对应的抵持块抵接，每根所述连接轴均伸出到冷却套外，每根所述连接轴的伸出端均固定套接有驱动齿轮，多个所述齿条的另一端分别与对应的驱动齿轮啮合。7.根据权利要求6所述的碳纳米管的大型生产装置，其特征在于：每根所述齿条固定设有连接翼，所述连接翼和冷却套之间设有限位弹簧。8.根据权利要求7所述的碳纳米管的大型生产装置，其特征在于：每个所述密封板固定连接有塞入对应进水孔的橡胶密封塞。9.根据权利要求1～3任一项所述的碳纳米管的大型生产装置，其特征在于：所述旋风除尘器的输出端固定套接有冷却管，所述冷却管的外周套接有环形的弯曲管，所述冷却管远离旋风除尘器的一端连接有喷雾室，所述喷雾室设有储液箱和多个喷雾头，所述储液箱和多个喷雾头之间设有喷雾泵；所述储液箱的内壁设有夹层，所述弯曲管和夹层连通，所述夹层设有漏水口，所述储液箱设有第二电机和滑动板，所述第二电机驱动有凸轮，所述滑动板和储液箱竖直滑动连接，且用于密封漏水口，所述凸轮和滑动板的底部抵接。10.根据权利要求9所述的碳纳米管的大型生产装置，其特征在于：所述炉管的直径大于0.5米，所述炉管的倾斜角度为1～6度。

技术总结

本申请公开了碳纳米管生产设备技术领域的一种碳纳米管的大型生产装置，包括回转窖、旋风除尘器和螺旋提升机，所述回转窖包括炉管，所述炉管设有排料口和尾气出口，所述旋风除尘器的输入端和尾气出口连接，所述排料口和螺旋提升机连接，所述炉管的端部和中部均固定套接有加强圈。本方案在炉管的两端和中部分别设置了加强圈，可以防止炉管两端和中部发生变形损坏，提高设备的使用寿命。提高设备的使用寿命。提高设备的使用寿命。