CN108793153B - 可膨胀石墨膨化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可膨胀石墨膨化装置，包括聚光镜、支撑台面、高度调节结构以及坩埚，所述高度调节结构设置在支撑台面上，所述坩埚设置在高度调节结构上，所述聚光镜的焦点位于坩埚内。采用聚光镜聚集太阳光线，能够将坩埚内的空间加热至900～1000℃的高温，可以满足可膨胀石墨的膨化要求，替代现有技术中消耗电能加热的技术，可大幅度降低能耗。本装置适用于小批量的可膨胀石墨膨化，如实验室、科研所等需要少量的膨胀石墨用作研究的场所。

Description

可膨胀石墨膨化装置

技术领域

本发明涉及膨胀石墨制备设备领域，具体涉及一种可膨胀石墨膨化装置。

背景技术

膨胀石墨由可膨胀石墨制得。膨胀石墨在生产、生活当中用途比较广泛如：利用其疏水性和亲油性可以有效的去除水当中的油污；可以将其制备成为柔性石墨来制备密封材料；利用它良好的生物相容性、无毒、无味、无副作用等特点来制备医学材料；在锌阳极中添加膨胀石墨可以减小锌阳极充电时的极化；能制成防火密封条、防火堵料、阻火圈；利用其良好的导电导热性能，电热转换率97％以上，且能产生远红外线，是一种新型发热材料；膨胀石墨粉碎成微粉，对红外波有很强的散射吸收特性，是很好的红外屏蔽(隐身)材料；将膨胀石墨制成烟火药，瞬间爆炸形成膨胀石墨并分散在预定空域形成气溶胶干扰云团烟幕剂；此外，膨胀石墨还可用作隔热保温、隔音材料、电磁屏蔽元件、催化材料等。鉴于膨胀石墨的诸多用途，膨胀石墨的制备工艺也得到了深入的研究，目前的主要工艺是利用天然鳞片石墨为原料进行插层和氧化制得可膨胀石墨，再将其膨化后得到膨胀石墨。膨胀石墨的制备工艺种类比较多能量消耗比较大，其中可膨胀石墨的膨化耗能最大，其最常用的方法是在马弗炉中进行900～1000℃高温膨化或者是使用微波进行膨化，这两种方式都需要消耗大量的电能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可膨胀石墨膨化装置，利用太阳能提供热能，降低耗电量，适用于小批量的可膨胀石墨膨化，如实验室等。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：可膨胀石墨膨化装置，包括聚光镜、支撑台面、高度调节结构以及坩埚，所述高度调节结构设置在支撑台面上，所述坩埚设置在高度调节结构上，所述聚光镜的焦点位于坩埚内。

进一步地，所述聚光镜安装于一转动支架上，所述转动支架通过水平的转轴安装于一支架底座上，所述支架底座上设置有固定支架，所述固定支架与转动支架之间设置有液压缸，所述液压缸的缸体与固定支架铰接，活塞杆与转动支架铰接；

还包括聚光控制器以及光照角度传感器，所述光照角度传感器固定在聚光镜上，所述光照角度传感器和液压缸均与聚光控制器电连接。

进一步地，所述高度调节结构包括多层耐火砖。

进一步地，还包括坩埚盖和坩埚盖自动启闭机构，所述坩埚盖盖在坩埚上，且坩埚盖的顶部设置有提升柱，所述提升柱的顶部设置有防脱块；

所述坩埚盖自动启闭机构包括多根立柱、活动板和升降电机，所述活动板水平套在立柱上并与立柱滑动配合，所述升降电机安装于活动板的下方，且升降电机的主轴上设置有偏心轮，所述偏心轮的顶部与活动板的下表面接触；所述活动板的上表面设置有第一直线电机，所述第一直线电机的主轴连接有水平的抓臂，所述抓臂远离直线电机的一端设置有Y形的抓手。

进一步地，还包括自动下料机构，所述自动下料机构包括设置在立柱上的固定板，所述固定板的上表面设置转轴、下料电机、安装支架以及第二直线电机，所述转轴的一端与第二直线电机相连，另一端设置有储料斗，所述安装支架上通过轴承安装有套筒，所述套筒与下料电机传动连接；所述转轴的外壁设置有周向的凸台，套筒的内壁设置有周向的凹槽，所述转轴贯穿套筒，所述凸台位于凹槽内并与凹槽滑动配合。

进一步地，还包括下料控制器，所述升降电机、第一直线电机、第二直线电机以及下料电机均与下料控制器电连接。

进一步地，所述坩埚的旁边设置有红外温度检测器，所述红外温度检测器与下料控制器电连接。

进一步地，还包括太阳能发电机构，所述太阳能发电机构包括太阳能电池方阵支架、太阳能光伏电池板方阵、汇流器以及逆变器，所述太阳能光伏电池板方阵安装于太阳能电池方阵支架上，且太阳能光伏电池板方阵、汇流器以及逆变器依次电连接。

进一步地，所述聚光镜为多个。

进一步地，所述聚光镜为菲涅尔太阳能聚光镜。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用聚光镜聚集太阳光线，能够将坩埚内的空间加热至900～1000℃的高温，可以满足可膨胀石墨的膨化要求，替代现有技术中消耗电能加热的技术，可大幅度降低能耗。本装置适用于小批量的可膨胀石墨膨化，如实验室、科研所等需要少量的膨胀石墨用作研究的场所。

附图说明

图1为本装置的主食示意图。

图2为图1中A-A的剖视示意图。

图3是抓手对坩埚盖的抓取示意图。

图4是套筒与转轴的配合示意图。

附图标记：1—聚光镜；2—支撑台面；3—高度调节结构；4—坩埚；5—转动支架；6—支架底座；7—固定支架；8—液压缸；9—聚光控制器；10—光照角度传感器；11—坩埚盖；12—提升柱；13—防脱块；14—立柱；15—活动板；16—升降电机；17—偏心轮；18—第一直线电机；19—抓臂；20—抓手；21—固定板；22—套筒；23—转轴；24—第二直线电机；25—储料斗；26—下料电机；27—凸台；28—下料控制器；29—红外温度检测器；30—太阳能电池方阵支架；31—太阳能光伏电池板方阵；32—汇流器；33—逆变器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1、图2和图3所示，本发明的可膨胀石墨膨化装置，包括聚光镜1、支撑台面2、高度调节结构3以及坩埚4，所述高度调节结构3设置在支撑台面2上，所述坩埚4设置在高度调节结构3上，所述聚光镜1的焦点位于坩埚4内。

聚光镜1用于反射太阳光线，使太阳光线聚集在焦点处而产生高温，为可膨胀石墨的膨化提供足量的热量。聚光镜1可采用现有任意一种聚光效果好的镜体，优选采用菲涅尔太阳能聚光镜。聚光镜1可以设置一面，也可以设置多面，如在支撑台面2的两侧各设置一面聚光镜，以提高聚光加热的效率，缩短对坩埚4的预热时间。支撑台面2用于支撑高度调节结构3以及坩埚4，可采用混凝土浇筑而成，也可以采用耐热砖砌筑而成，还可以采用金属桌面。坩埚4用于盛装可膨胀石墨，为可膨胀石墨的膨化提供场所，可采用石墨坩埚或者是刚玉坩埚。高度调节结构3用于调整坩埚4的高度，保证聚光镜1的焦点处于坩埚4的中心位置，以实现对坩埚4进行均匀预热。

由于太阳光线的照射角度是不断变化的，为了尽可能提高聚光的效果，所述聚光镜1安装于一转动支架5上，所述转动支架5通过水平的转轴安装于一支架底座6上，所述支架底座6上设置有固定支架7，所述固定支架7与转动支架5之间设置有液压缸8，所述液压缸8的缸体与固定支架7铰接，活塞杆与转动支架5铰接。

还包括聚光控制器9以及光照角度传感器10，所述光照角度传感器10固定在聚光镜1上，所述光照角度传感器10和液压缸8均与聚光控制器9电连接。

光照角度传感器10用于检测阳光的照射角度以及光线强度，具体型号可以是QY-150A。光照角度传感器10将检测到的阳光信息传送至聚光控制器9，聚光控制器9经过分析后自动地控制液压缸8伸缩一定的长度，液压缸8伸缩时带动转动支架5转动，转动支架5带动聚光镜1转动，从而调整聚光镜1的角度，使聚光镜1的角度随着光照角度的变化而作出适应性的改变，尽可能地接收更强的光照。

每个聚光镜1均设置了光照角度传感器10以及聚光控制器9、液压缸8，实现对每个聚光镜1的角度进行独立地调控。

高度调节结构3可以是现有任意的升降结构，由于在工作时坩埚4的温度较高，要考虑高度调节结构3的耐热性，因此，所述高度调节结构3包括多层耐火砖，耐火砖采用普通的马弗炉内壁砖，自然堆砌即可，并可在耐火砖的顶面预留一个凹槽，可以使坩埚4更加稳定地放置在耐火砖上。通过增减耐火砖的层数，可调节坩埚4的高度。

还包括坩埚盖11和坩埚盖自动启闭机构，所述坩埚盖11盖在坩埚4上，且坩埚盖11的顶部设置有提升柱12，所述提升柱12的顶部设置有防脱块13。坩埚盖11的作用在于防止膨化后的膨胀石墨漂浮到空气当中造成环境污染和产量下降。

坩埚盖自动启闭机构用于自动地取下或者盖上坩埚盖11，替代手动操作，避免被烫伤，具体地：

所述坩埚盖自动启闭机构包括多根立柱14、活动板15和升降电机16，所述活动板15水平套在立柱14上并与立柱14滑动配合，所述升降电机16安装于活动板15的下方，且升降电机16的主轴上设置有偏心轮17，所述偏心轮17的顶部与活动板15的下表面接触，偏心轮17转动时，即可推动活动板15沿着立柱14上下运动；所述活动板15的上表面设置有第一直线电机18，所述第一直线电机18的主轴连接有水平的抓臂19，所述抓臂19远离第一直线电机18的一端设置有Y形的抓手20。

初始状态下，活动板15位于最低位置。取下坩埚盖11的过程为：启动第一直线电机18，第一直线电机18带动抓臂19朝着坩埚4的方向运动，直到抓臂19的抓手20夹持住提升柱12，然后启动升降电机16，升降电机16带动偏心轮17转动180°，偏心轮17推动活动板15向上运动至最高位置，活动板15则带动第一直线电机18、抓臂19、抓手20以及坩埚盖11整体向上移动，使坩埚盖11脱离坩埚4，然后第一直线电机18带动抓臂19复位，抓臂19带动坩埚盖11远离坩埚4。在这个过程中，由于设置了防脱块13，能够防止坩埚盖11的提升柱12从抓手20中脱落。

盖上坩埚盖11的过程为：启动第一直线电机18，第一直线电机18带动抓臂19和坩埚盖11朝着坩埚4的方向运动，直到坩埚盖11运动到坩埚4的正上方，然后启动升降电机16，升降电机16带动偏心轮17转动180°，活动板15向下运动至最低位置，坩埚盖11盖在坩埚4上，然后利用第一直线电机18复位。

为了实现自动将可膨胀石墨加入坩埚4，本装置还包括自动下料机构，所述自动下料机构包括设置在立柱14上的固定板21，所述固定板21的上表面设置转轴23、下料电机26、安装支架以及第二直线电机24，所述转轴23的一端与第二直线电机24相连，另一端设置有储料斗25，所述安装支架上通过轴承安装有套筒22，所述套筒22与下料电机26传动连接；所述转轴23的外壁设置有周向的凸台27，套筒22的内壁设置有周向的凹槽，所述转轴23贯穿套筒22，所述凸台27位于凹槽内并与凹槽滑动配合。

储料斗25用于存储可膨胀石墨原料，加料时，启动第二直线电机24，第二直线电机24带动转轴23朝着坩埚4的方向运动，直到储料斗25位于坩埚4的正上方，然后启动下料电机26，下料电机26带动套筒22转动一定的角度，套筒22通过凸台27带动转轴23转动一定的角度，转轴23上的储料斗25随着储料斗25同步转动，储料斗25倾斜，从而将储料斗25用中的可膨胀石墨倒入坩埚4。下料完成后，下料电机26带动套筒22复位，第二直线电机24带动转轴23复位。

为了实现自动化地控制坩埚盖自动启闭机构以及自动下料机构，还包括下料控制器28，所述升降电机16、第一直线电机18、第二直线电机24以及下料电机26均与下料控制器28电连接。下料控制器28自动地控制升降电机16、第一直线电机18、第二直线电机24以及下料电机26的运行。

为了检测膨化温度，所述坩埚4的旁边设置有红外温度检测器29，所述红外温度检测器29与下料控制器28电连接，红外温度检测器29安装在坩埚4之外的部位，不需要与坩埚4直接接触就能够检测坩埚4的温度，并将温度信号传输至下料控制器28。

上述电气元件需要消耗电能，为了充分利用太阳能，降低用电成本，还包括太阳能发电机构，所述太阳能发电机构包括太阳能电池方阵支架30、太阳能光伏电池板方阵31、汇流器32以及逆变器33，所述太阳能光伏电池板方阵31安装于太阳能电池方阵支架30上，且太阳能光伏电池板方阵31、汇流器32以及逆变器33依次电连接。

太阳能光伏电池板方阵31包括了多块单晶硅或者多晶硅太阳能电池板，用于将太阳能转化为电能，电能在汇流器32中汇集，然后经过逆变器33的转换后输送至聚光控制器9、光照角度传感器10、升降电机16、第一直线电机18、第二直线电机24、下料电机26、下料控制器28以及红外温度检测器29等电气部件，为这些部件提供电能。

本装置的使用过程为：本装置架设好后，光照角度传感器10检测光照强度以及照射角度，聚光控制器9控制液压缸8运行，将聚光镜1的角度调整至最佳。膨化时，将坩埚4稳定地放置在耐火砖上，将可膨胀石墨原料装入储料斗25，切断光照角度传感器10的电源，观测并记录聚光镜1的焦点高度，然后利用遮光布遮住聚光镜1的镜面，通过增减耐火砖调节坩埚4的高度，保证聚光镜1的焦点位于坩埚4的中心位置。坩埚4的高度调整好后，取下遮光布，光照角度传感器10通电，聚光镜1反射太阳光线并对坩埚4进行预热，红外温度检测器29检测坩埚4的温度，当坩埚4的温度达到900至1000℃的时候，下料控制器28控制坩埚盖自动启闭机构打开坩埚盖11，再控制自动下料机构将储料斗25中的原料加入坩埚4，然后控制坩埚盖自动启闭机构盖上坩埚盖11，此时可利用利用遮光布遮住聚光镜1的镜面。经过30s后膨化完成，利用坩埚盖自动启闭机构打开坩埚盖11，即可取出膨化后的可膨胀石墨。重复上述过程，可实现连续膨化。

本装置采用太阳能聚光提供900至1000℃的高温热源，同时采用太阳能光伏发电系统提供电能，整个系统不需要消耗化石能源或者是传统电力，全是清洁型可再生能源，可以大大降低能源的消耗，实现清洁生产。

Claims (9)

1.可膨胀石墨膨化装置，其特征在于，包括聚光镜(1)、支撑台面(2)、高度调节结构(3)以及坩埚(4)，所述高度调节结构(3)设置在支撑台面(2)上，所述坩埚(4)设置在高度调节结构(3)上，所述聚光镜(1)的焦点位于坩埚(4)内；

所述聚光镜(1)安装于一转动支架(5)上，所述转动支架(5)通过水平的转轴安装于一支架底座(6)上，所述支架底座(6)上设置有固定支架(7)，所述固定支架(7)与转动支架(5)之间设置有液压缸(8)，所述液压缸(8)的缸体与固定支架(7)铰接，活塞杆与转动支架(5)铰接；

还包括聚光控制器(9)以及光照角度传感器(10)，所述光照角度传感器(10)固定在聚光镜(1)上，所述光照角度传感器(10)和液压缸(8)均与聚光控制器(9)电连接。

2.根据权利要求1所述的可膨胀石墨膨化装置，其特征在于，所述高度调节结构(3)包括多层耐火砖。

3.根据权利要求1所述的可膨胀石墨膨化装置，其特征在于，还包括坩埚盖(11)和坩埚盖自动启闭机构，所述坩埚盖(11)盖在坩埚(4)上，且坩埚盖(11)的顶部设置有提升柱(12)，所述提升柱(12)的顶部设置有防脱块(13)；

所述坩埚盖自动启闭机构包括多根立柱(14)、活动板(15)和升降电机(16)，所述活动板(15)水平套在立柱(14)上并与立柱(14)滑动配合，所述升降电机(16)安装于活动板(15)的下方，且升降电机(16)的主轴上设置有偏心轮(17)，所述偏心轮(17)的顶部与活动板(15)的下表面接触；所述活动板(15)的上表面设置有第一直线电机(18)，所述第一直线电机(18)的主轴连接有水平的抓臂(19)，所述抓臂(19)远离第一直线电机(18)的一端设置有Y形的抓手(20)。

4.根据权利要求3所述的可膨胀石墨膨化装置，其特征在于，还包括自动下料机构，所述自动下料机构包括设置在立柱(14)上的固定板(21)，所述固定板(21)的上表面设置转轴(23)、下料电机(26)、安装支架以及第二直线电机(24)，所述转轴(23)的一端与第二直线电机(24)相连，另一端设置有储料斗(25)，所述安装支架上通过轴承安装有套筒(22)，所述套筒(22)与下料电机(26)传动连接；所述转轴(23)的外壁设置有周向的凸台(27)，套筒(22)的内壁设置有周向的凹槽，所述转轴(23)贯穿套筒(22)，所述凸台(27)位于凹槽内并与凹槽滑动配合。

5.根据权利要求4所述的可膨胀石墨膨化装置，其特征在于，还包括下料控制器(28)，所述升降电机(16)、第一直线电机(18)、第二直线电机(24)以及下料电机(26)均与下料控制器(28)电连接。

6.根据权利要求5所述的可膨胀石墨膨化装置，其特征在于，所述坩埚(4)的旁边设置有红外温度检测器(29)，所述红外温度检测器(29)与下料控制器(28)电连接。

7.根据权利要求1至6任意一项权利要求所述的可膨胀石墨膨化装置，其特征在于，还包括太阳能发电机构，所述太阳能发电机构包括太阳能电池方阵支架(30)、太阳能光伏电池板方阵(31)、汇流器(32)以及逆变器(33)，所述太阳能光伏电池板方阵(31)安装于太阳能电池方阵支架(30)上，且太阳能光伏电池板方阵(31)、汇流器(32)以及逆变器(33)依次电连接。

8.根据权利要求1至6任意一项权利要求所述的可膨胀石墨膨化装置，其特征在于，所述聚光镜(1)为多个。

9.根据权利要求1至6任意一项权利要求所述的可膨胀石墨膨化装置，其特征在于，所述聚光镜(1)为菲涅尔太阳能聚光镜。