FI98832B - Menetelmä ja laite materiaalin ruiskuttamiseksi - Google Patents

Description

98832

Menetelmä ja laite materiaalin ruiskuttamiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä materiaalin ruiskuttamiseksi, jossa menetelmässä ruiskutettava aine johde-5 taan polttokaasun avulla muodostettuun liekkiin ja liekin avulla ruiskutetaan ruiskutettavan materiaalin hiukkaset haluttuun kohteeseen.

Edelleen keksinnön kohteena on laite materiaalin ruiskuttamiseksi, jossa laitteessa on välineet poltto-10 kaasun johtamiseksi siten, että polttokaasu muodostaa liekin ja välineet ruiskutettavan aineen johtamiseksi liekkiin, jolloin liekin avulla saadaan ruiskutettua ruiskutettava aine haluttuun kohteeseen.

On tunnettua ruiskuttaa kiinteää ainetta liekki-15 ruiskutuslaitteistolia. Kyseisessä menetelmässä ruiskutet tava aine syötetään liekkiruiskuun kiinteinä hiukkasina, jotka liekkiruiskutuslaitteella ruiskutetaan haluttuun kohteeseen. Hiukkaskoon pienentyessä likaantuu ja tukkiin-tuu liekkiruiskutuslaitteisto kuitenkin helposti. Niinpä 20 jo esimerkiksi alle 20 mikrometrin kokoisten hiukkasten .* *: ruiskuttaminen liekkiruiskutuslaitteistolla on hankalaa ja M· ·*·., liekkiruiskutuslaitteisto tukkiintuu helposti ja on raken- teeltaan kallis. Edelleen ruiskutettava kiinteä aine on • · " • · ....

liekkiruiskutuksen aikana useassa eri faasissa ollen osak- • * ; .·. 25 si höyryä, osaksi sulaa ainetta ja osittain sulanutta ai- [II.] netta ja aineen jäähtyessä lopputulos on epätasainen.

* US-patentissa 3 883 336 on esitetty laitteisto, jossa liekkiruiskuun tuodaan piitetrakloridia sumuna kan- • · • tokaasuna toimivan hapen avulla. Edelleen kyseisessä jul- :·* * 30 kaisussa on esitetty, että liekkiruiskun liekkiin suihku- ··* tetaan ulkopuolelta aerosolia lasin valmistamiseksi. Ky- .**% seinen laitteisto on hyötysuhteeltaan huono ja piitetra- ··♦ · * . kloridin syöttäminen höyrynä kantokaasun avulla laittee- ····· · · · seen on hidasta, sillä jos piitetrakloridia on kanto- • ’* *···* 35 kaasuun nähden liikaa, se nukleoituu suuremmiksi pisaroik-

N

98832 2 si, eikä näin ollen riittävän pieniä hiukkasia saada ruiskutettua.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä ja laitteisto, joilla suuruusluokaltaan nanometrin 5 suuruisia hiukkasia saadaan tuotettua yksinkertaisesti ja edullisesti.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että ruiskutettava aine johdetaan nestemäisessä muodossa liekkiin ja pisaroitetaan kaasun avulla olennaisesti 10 liekin läheisyydessä siten, että pisaroitus ja liekin muodostus tapahtuvat samassa laitteessa.

Edelleen keksinnön mukaiselle laitteelle on tunnusomaista se, että laitteessa on välineet nestemäisen aineen johtamiseksi liekkiin ja välineet kaasun johtami-15 seksi ruiskutettavaan nesteeseen siten, että kaasu pirskottaa ruiskutettavan nesteen pisaroiksi olennaisesti liekin läheisyydessä, jolloin pisaroitus tapahtuu samassa laitteessa liekin muodostuksen kanssa.

Keksinnön olennainen ajatus on, että liekkiruiskul-20 la ruiskutettava aine tuodaan laitteen liekkiin nestemäi- * *; sessä muodossa siten, että se pirskotetaan pisaroiksi kaa- ·· · ·. sun avulla olennaisesti liekin läheisyydessä. Edelleen ·.·. erään edullisen sovellutusmuodon ajatuksena on, että pirs- • ......

kotus tapahtuu reaktioon lämpöä tuovaa polttokaasua käyt- ·*: 25 täen.

• · .

Keksinnön etuna on, että erittäin pieniä hiukkasia • · ...........

·* * saadaan tuotettua nopeasti, edullisesti ja yksivaiheises- ti. Edelleen edullisen sovellutusmuodon etuna on, että käyttämällä pirskotukseen reaktion lämpöä tuovaa poltto- ··· * 30 kaasua, ei liekin tuottava poltin kasva liian suureksi.

Keksintöä selitetään tarkemmin oheisessa piirustuk- ·*·, sessa, jossa *·* kuvio 1 esittää kaavamaisesti keksinnön mukaista • ...

* * liekkiruiskutuslaitteiston kokonaisuutta sivustapäin kat- ··♦ ...· 35 sottuna, 98832 3 kuvio 2 esittää kaavamaisesti erästä keksinnön mukaista laitetta sivustapäin katsottuna ja poikkileikattu-na, kuvio 3 esittää kaavamaisesti kuvion 2 mukaisen 5 laitteen suutinosaa edestäpäin katsottuna ja kuvio 4 esittää kaavamaisesti erästä toista keksinnön mukaista laitetta sivustapäin katsottuna ja poikki-leikattuna.

Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukaisen liekki-10 ruiskutuslaitteiston kokonaisuus. Liekkiruiskulla 1 muodostetaan liekki 8 ruiskutettavan aineen ruiskuttamiseksi. Liekkiruiskuun 1 tuodaan tarvittavat kaasut kaasukanavia 2, 3 ja 4 pitkin. Kaasukanavia 2, 3 ja 4 pitkin tuodaan liekin muodostavat polttokaasut, ruiskutettavan nesteen 15 pirskotuskaasu ja mahdollinen reaktion hallintaa varten tuotettava kaasu. Kaasukanavia 2, 3 ja 4 on luonnollisesti tarpeellinen määrä sen mukaan kuinka monta kaasua liekki-ruiskuun 1 on tarpeen syöttää. Ruiskutettava aine syötetään nestemäisessä muodossa liekkiruiskuun 1 nestekanavaa 20 5 pitkin. Ruiskutettava neste siirretään nestekanavaa 5 * *. pitkin pumppaamalla sitä esimerkiksi ruiskupumpulla 6.

··· ·. Ruiskutettavan nesteen siirtyminen nestekanavaa 5 pitkin ·· ·,·, voidaan toteuttaa myös esimerkiksi syöttämällä neste pai- m ......

I nesäiliöstä tai jollain muulla sinänsä tunnetulla tavalla.

···.. ............

25 Liekki ruiskun 1 kuviossa 1 katsottuna oikeassa päädyssä on • · l\* suutin 7, jossa polttokaasut sytytetään liekin ai- m · ... · ·** kaansaamiseksi ja jossa ruiskutettava neste pisaroitetaan pirskotuskaasun avulla, jolloin pirskotus tapahtuu olen- • ...... .......

naisesti liekin 8 läheisyydessä. Ruiskutettava neste voi- ··· ....... .........

,ϊ: 30 daan ruiskuttaa haluttuun kohteeseen, esimerkiksi lasiin 9. Koska kuvion 1 mukaisella laitteistolla saadaan aikaan ♦ ···, erittäin pieniä, suuruusluokaltaan nanometrin kokoisia ’Γ hiukkasia, ruiskutettaessa hiukkasia esimerkiksi lasiin 9 hiukkaset tunkeutuvat lasiin muuttaen lasin rakennetta ··· 35 siten, että lasin väri muuttuu. Lasi 9 voi olla joko kir- 4 98832 kas tai värillinen ja materiaaliltaan esimerkiksi soodala-sia, puolikristallia, kristallilasia tai borosilikaattila-sia tai jotain muuta vastaavaa materiaalia.

Kuviossa 2 on esitetty liekkiruisku 1 sivustapäin 5 kuvattuna ja poikkileikattuna. Kuvion 2 numerointi vastaa kuvion 1 numerointia. Ruiskutettava neste tuodaan liekki-ruiskuun 1 nestekanavaa 5 pitkin. Nestekanavasta 5 neste siirtyy liekkiruiskun 1 keskellä olevaan nesteputkeen 5a. Ensimmäistä kaasukanavaa 2 pitkin johdetaan nesteen pirs-10 kottava kaasu nesteputken ympärillä olevaan ensimmäiseen kaasuputkeen 2a. Toista kaasukanavaa 3 pitkin johdetaan kaasu ensimmäisen kaasuputken 2a ympärillä olevaan toiseen kaasuputkeen 3a. Edelleen kolmatta kaasukanavaa 4 pitkin johdetaan kolmas kaasu toisen kaasuputken 3a ympärillä 15 olevaan kolmanteen kaasuputkeen 4a. Nesteputki 5a ja ensimmäinen, toinen ja kolmas kaasuputki 2a, 3a ja 4a ovat siis sisäkkäisiä putkia. Suuttimessa 7 ensimmäisestä kaasuputkesta 2a tuleva pirskotuskaasu pisaroittaa nesteput-kea 5a pitkin tulevan ruiskutettavan nesteen pisaroiksi.

20 Toista kaasukanavaa 3 ja sieltä edelleen toista kaasuputki kea 3a pitkin voidaan syöttää esimerkiksi vetyä ja kolmat- ··· |’.ti ta kaasukanavaa 4 ja edelleen kolmatta kaasuputkea 4a pit- kin voidaan syöttää esimerkiksi happea, jolloin suuttimen • · 7 jälkeen vety ja happi reagoivat muodostaen liekin. Ky-25 seinen liekki ruiskuttaa siihen pirskotetun nesteen halut- • · · '11.* tuun kohteeseen. Pirskotettava neste voi olla mikä tahansa • . · · '· halutun ionin vesi- tai alkoholiliuos, voidaan käyttää esimerkiksi kobolttinitraattia liuotettuna alkoholiin tai ·· ' ί ** veteen. Pirskotuskaasuna on edullista käyttää jotain ekso- ··· * 30 termistä, eli reaktioon lämpöä tuovaa polttokaasua, kuten hapen ja asetyleenin seosta tai jotain muuta vastaavaa ···· . .. ......- .··*. kaasua. Palamisreaktion kiihdyttämiseksi on edullista, • · ..... .......

* e että myös ruiskutettava neste on eksotermistä, kuten alko- • ···· holiliuosta. Ensimmäistä kaasuputkea 2 pitkin syötettävänä ··· .

35 pirskotuskaasuna voidaan käyttää myös samalla liekin muo- 5 98832 dostamiseen käytettävää kaasua, kuten vetyä. Tällöin toista kaasukanavaa3 pitkin syötetään happea, jolloin vety pirskottaa ruiskutettavan nesteen ja reagoi hapen kanssa muodostaen liekkiruiskun 1 liekin eli erillistä pirskotus-5 kaasua ei tarvita. Tällaisessa rakenteessa kolmas kaasu-kanava 4 ja vastaavasti kolmas kaasuputki 4a eivät ole välttämättömiä. Niitä voidaan kuitenkin haluttaessa käyttää reaktion hallinnan parantamiseksi esimerkiksi syöttämällä kolmatta kaasukanavaa 4 ja edelleen kolmatta kaasu-10 putkea 4a pitkin esimerkiksi argonia, jolloin argon estää ulkopuolisen hapen vaikutuksen reaktioon. On luonnollisesti selvää, että käytettäessä erillistä pirskotuskaasua ja niiden lisäksi liekin muodostavia kaasuja kuten vetyä ja happea voidaan liekin ulkopuolelle syöttää kaasua reaktion 15 hallintaa varten, jolloin tämän kaasun syöttäminen tapahtuisi esimerkiksi neljättä kaasukanavaa ja kolmannen kaasuputken 3a ympärillä olevaa neljättä kaasuputkea käyttäen. On huomattava, että kuviossa 2 on liekkiruiskun 1 rakenne esitetty selvyyden vuoksi todellista tilannetta suu-20 remmassa mittakaavassa. Tehokkaan pisaroitumisen aikaan- .* *· saamiseksi kannattaa esimerkiksi pirskotuskaasun nopeus ··· saada mahdollisimman suureksi. Näin ollen suuttimen 7 ϊ%·. reiät kannattaa tehdä riittävän pieniksi. Edelleen neste- • · putken 5a ja ensimmäisen kaasuputken 2a rakennetta voidaan ***I% 25 kuvata siten, että kyseiset putket ovat rakenteeltaan kak- '11.* si onttoa sisäkkäin asetettua neulaa.

• % · .

* Kuviossa 3 on esitetty suutin 7 edestäpäin katsot tuna. Kuvion 3 numerointi vastaa kuvioiden 1 ja 2 nume- ϊ ’* rointia. Kuviossa 3 näkyy suuttimen 7 keskeltä tulevan ··· ...... ....

* 30 nesteputken 5a päädyssä oleva reikä. Sen ympärillä näkyy ··· ensimmäisen kaasuputken 2a reikä. Toista kaasuputkea 3a ···· - - .*··. pitkin tuleva kaasu on esitetty johdettavaksi suuttimen 7 '··· · . läpi aukkojen 10 kautta. Vastaavasti kolmatta kaasuputkea ····# ...

| 4a pitkin tuleva kaasu johdetaan suuttimen 7 läpi aukkojen *···’ 35 11 kautta. On itsestään selvää, että suuttimen 7 reikien 98832 6 ja aukkojen koko ja geometria voi vaihdella halutulla tavalla, mutta olennaista on, että suuttimessa 7 nesteen ja pirskotuskaasun nopeus saadaan halutunlaiseksi siten, että ruiskutettava neste saadaan pisaroitettua riittävän pie-5 neksi, jolloin saadaan aikaan riittävän pieniä hiukkasia ja että toisaalta liekin muodostavien kaasujen nopeus on riittävä.

Kuviossa 4 on esitetty eräs toinen keksinnön mukainen liekkiruisku 1' sivusta katsottuna ja poikkileikattu-10 na. Kuvion 4 numerointi vastaa kuvioiden 1 - 3 numerointia. Kuvion 4 mukaisessa laitteessa on useita nesteen syöttökanavia 5b - 5d. Kutakin nestekanavaa 5b - 5d pitkin voidaan syöttää eri nestettä. Nestekanavista 5b - 5d neste johdetaan nesteputkien 5e - 5g kautta edelleen suuttimelle 15 7. Kaikki ruiskutettavat nesteet pirskotetaan suuttimessa 7. Erilliset nestekanavat 5b - 5d estävät ruiskutettavien nesteiden reagoimisen keskenään ennen liekkiä.

Piirustus ja siihen liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan keksinnön ajatusta. Yksityiskoh-20 diltaan keksintö voi vaihdella patenttivaatimusten puit- *]: teissä. Niinpä keksinnön mukaisella menetelmällä ja lait- teella tuotettuja hiukkasia voidaan esimerkiksi ruiskuttaa *-*. moniin eri materiaaleihin kuten metalliin tai keräämiin halutunlaisen vaikutuksen aikaansaamiseksi.

• ...

··· • * • · *· · .......

• «e . · · ·· • · ·· ··· » · · • ...

··· . .

*··· ··· , · ··· - - »···· • · ··· ......

• · ......

• · ···

Claims (10)

98832

1. Menetelmä materiaalin ruiskuttamiseksi, jossa menetelmässä ruiskutettava aine johdetaan polttokaasun 5 avulla muodostettuun liekkiin (8) ja liekin (8) avulla ruiskutetaan ruiskutettavan materiaalin hiukkaset haluttuun kohteeseen, tunnettu siitä, että ruiskutettava aine johdetaan nestemäisessä muodossa liekkiin ja pisa-roitetaan kaasun avulla olennaisesti liekin (8) läheisyy-10 dessä siten, että pisaroitus ja liekin (8) muodostus tapahtuvat samassa laitteessa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nesteen pisaroittavana kaasuna käytetään polttokaasua.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nesteen pisaroittavana polt-tokaasuna käytetään materiaalin ruiskutuksen aikaansaavan liekin (8) muodostavaa kaasua.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen 20 menetelmä, tunnettu siitä, että ruiskutettavana *: aineena käytetään eksotermistä nestettä.

··· !*♦.. 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, t un n e t tu siitä, että polttokaasun avul- • · la muodostetun liekin ulkopuolelle johdetaan kaasu, jolla » ..... I*]·.. 25 vähennetään ulkopuolisten tekijöiden vaikutusta reaktioon. • · · .....

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen i · · • menetelmä, t u n n e t t u siitä, että ruiskutettavan materiaalin hiukkaset ruiskutetaan lasimateriaaliin.

» · » 7. Laite materiaalin ruiskuttamiseksi, jossa lait- ··· * 30 teessä on välineet polttokaasun johtamiseksi siten, että « ·*· polttokaasu muodostaa liekin (8) ja välineet ruiskutetta- »·«· t1: van aineen johtamiseksi liekkiin (8), jolloin liekin (8) • ·· ·. avulla saadaan ruiskutettua ruiskutettava aine haluttuun • ···· kohteeseen, t u n n e t t u siitä, että laitteessa on * · *...· 35 välineet nestemäisen aineen johtamiseksi liekkiin ja väli- 98832 neet kaasun johtamiseksi ruiskutettavaan nesteeseen siten, että kaasu pirskottaa ruiskutettavan nesteen pisaroiksi olennaisesti liekin (8) läheisyydessä, jolloin pisaroitus tapahtuu samassa laitteessa liekin (8) muodostuksen kans-5 sa.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, t un-: net t u siitä, että laitteessa on ainakin yksi neste-kanava (5, 5b - 5d) ruiskutettavan nesteen johtamiseksi laitteeseen ja edelleen ainakin yksi nesteputki (5a, 5e - 10 5g) nesteen johtamiseksi liekkiin ja että laitteessa on kaasukanava (2) nesteen pirskottavan kaasun johtamiseksi nesteputken (5a, 5e - 5g) ympärille sijoitettuun kaasuputkeen (2a) ja että nesteputki (5a, 5e - bg) ja kaasuputki (2a) on sovitettu siten, että kaasuputkesta (2a) tuleva 15 kaasu pirskottaa nesteputkesta (5a., 5e - 5g) tulevan nes teen pisaroiksi.

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laite, t u n n e t t u siitä, että laitteeseen kuuluu välineet suojakaasun johtamiseksi polttokaasun muodostaman liekin 20 ympärille.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 7-9 mukainen lai- Γ·., te, t u n n e t t u siitä, että laitteeseen kuuluu aina- SV· kin kaksi nestekanavaa (5, 5b - 5d) ruiskutettavan nesteen • · .j. syöttämiseksi laitteeseen. • ••f ............... • #*· .......... · • · · .· ·........... · ··· f · · I · · « «· • ·· *·· S« · ..... m ................ 9 ·«· ...... «··· · · ..... ··· i : e ·»··· • · 1 *9 9 · • 99 9 98832