CN208887367U

CN208887367U - 一种碳管炉

Info

Publication number: CN208887367U
Application number: CN201821463799.8U
Authority: CN
Inventors: 胡顺虎; 胡鹏程
Original assignee: Shimen Chujing New Materials Co Ltd
Current assignee: Shimen Chujing New Materials Co Ltd
Priority date: 2018-09-07
Filing date: 2018-09-07
Publication date: 2019-05-21
Anticipated expiration: 2028-09-07

Abstract

本实用新型公开了一种碳管炉，包括炉体和横向设置在炉体内的碳管(11)；炉体前端为炉体入口(12)，炉体后端为炉体出口(13)，所述的碳管、炉体入口和炉体出口共轴线；所述的碳管的内壁设有钨层(112)。碳管炉还包括温控电路，所述的温控电路包括MCU、温度检测模块、无线通信模块、整流器、逆变器；所述的温度检测模块和无线通信模块均与MCU相连；温度检测模块包括温度传感器和放大器；温度传感器的输出端经放大器接MCU的A/D转换端口；整流器的交流侧接交流电源，整流器的交流侧接逆变器的直流侧，逆变器的交流侧为碳管供电；MCU的脉冲输出端接逆变器中的功率开关的控制端。该碳管炉耐高温性能好，使用寿命长。

Description

一种碳管炉

技术领域

本实用新型涉及一种碳管炉。

背景技术

现有的碳管炉，如果工作在低温(如2500℃以下)时，能长时间工作，使用寿命较长，但是，若工作温度需要维持到2500℃以上，以至于3000℃，碳管的使用寿命会显著缩短，其原因在于碳管较长，且碳管内需要填充被加热的物料(如石墨粉等)，过高的温度导致碳管脆性增大，更容易产生形变与损坏，因此，有必要设计一种新的碳管炉。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种碳管炉，该碳管炉能在高温环境下稳定长期工作，性能更可靠。

实用新型的技术解决方案如下：

一种碳管炉，包括炉体和横向设置在炉体内的碳管；炉体前端为炉体入口，炉体后端为炉体出口，所述的碳管、炉体入口和炉体出口共轴线；

所述的碳管的内壁设有钨层。

所述的钨层厚度为0.5-5mm。

所述的钨层的厚度为1.9-2.1mm，优选2mm。

炉体为圆筒形，炉体的内直径为800-1800mm。优选860mm。

碳管的外直径为150～300mm；碳管的内直径为110～160mm。

碳管的外直径为175mm；碳管的内直径为125mm。

炉体外设有水冷装置，所述的水冷装置包括设置在炉体顶部的喷水管和设置在炉体底部的集水容器；喷水管用于将水喷到炉体外壁；集水容器用于收集沿炉体外壁流布到炉体底部的水。

所述的碳管炉还包括温控电路，所述的温控电路包括MCU、温度检测模块、无线通信模块、整流器、逆变器；

所述的温度检测模块和无线通信模块均与MCU相连；

温度检测模块包括温度传感器和放大器；温度传感器的输出端经放大器接MCU的A/D转换端口；

整流器的交流侧接交流电源，整流器的交流侧接逆变器的直流侧，逆变器的交流侧为碳管供电；MCU的脉冲输出端接逆变器中的功率开关的控制端(如IGBT的G极)。逆变器输出不同大小的电流控制碳管的发热，从而控制炉内的温度，具体控制过程为现有成熟技术。

所述的温度传感器为红外传感器。

MCU还连接有触摸显示屏。

MCU为现有成熟的集成控制器，因此，本方案属于纯硬件方案，不涉及任何程序和方法，属于实用新型保护的客体。

有益效果：

本实用新型的碳管炉，由于从碳管内壁设有耐高温的钨层，碳管的整体强度得到了显著提升，有利于碳管炉在2500℃以上的高温环境下稳定长期工作。

另外，碳管炉上设有温控模块，通过逆变器能灵活调节工作温度，灵活性好。

而且，碳管炉上设有水冷装置，避免炉体外壁的温度过高，从而能避免对其他设备和操作人员造成伤害。

总而言之，这种碳管炉，能稳定工作，可靠性高，适合推广实施，尤其适合于对石墨粉极性碳化及提纯。

附图说明

图1为碳管炉的总体结构示意图；

图2为带钨层的碳管结构示意图；

图3为控制系统的框图；

图4为信号放大电路示意图；

图5为亮度调节电路示意图；

图6为炉内温度测量模块安装示意图。

标号说明：1-碳管炉，2-推料装置，3-出料装置，4-料斗；

11-碳管，12-炉体入口，13-炉体出口，111-碳管本体，112-钨层；14-炉壁，15-主碳测温管，16-主红外测温仪，17-备用碳测温管，18-备用红外测温仪。

21-液压推进器，22-液压油缸，23-液压站；24-保护气进气管。

31-出料管，32-排杂管。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：

实施例1：如图1～5，一种碳管炉，包括炉体和横向设置在炉体内的碳管11；炉体前端为炉体入口12，炉体后端为炉体出口13，所述的碳管、炉体入口和炉体出口共轴线；

所述的碳管的内壁设有钨层112。

所述的钨层的厚度优选2mm。

炉体为圆筒形，炉体的内直径为860mm。

碳管的外直径为175mm；碳管的内直径为125mm。

所述的温度检测模块和无线通信模块均与MCU相连；

所述的温度传感器为红外传感器。

另外，由保护气进气管24充入保护气(氮气或惰性气体如氦气等)，保护气随高温烟气从排杂管32输出。

如图1，碳化炉的前端与液压推进器21相连，液压推进器由液压油缸22驱动，液压油缸22与液压站相连。液压推进器用于将料斗4中的石墨粉推入碳管炉中的碳管内。

碳化炉的尾端设有出料装置3，出料装置的上端设有排杂管32，下端设有出料管31。

如图4，温度检测模块包括温度传感器和可调放大倍数的放大器；

可调放大倍数的放大器包括运算放大器U1和多路开关U2；多路开关U2为四选一选择器；

温度传感器的输出端Vin经电阻R0接运算放大器U1的反相输入端；运算放大器U1的同相输入端经电阻R06接地，运算放大器U1的同向输入端还分别经4个电阻R01-R04接四选一选择器的4个输入通道，四选一选择器的输出通道接运算放大器U1的输出端Vout，Vout接MCU的ADC端；

MCU的2个输出端口分别接四选一选择器的通道选端A和B；

运算放大器U1采用LM393器件。

Vout与Vin的计算公式：

Vout＝Vin*(Rx+R0)/R0；其中，Rx＝R01，R02，R03或R04；基于选通端AB来确定选择哪一个电阻；且R01，R02，R03和R04各不相同；优选的R04＝5*R03＝25*R02＝100*R01；R01＝5*R0.可以方便地实现量程和精度切换。

如图5，触摸显示屏的亮度调节电路包括LED灯串、三极管、电位器Rx和A/D转换器；三极管为NPN型三极管；显示屏的固定架上还设有旋钮开关与电位器Rx同轴相连；

电位器Rx和第一电阻R1串接形成分压支路，分压支路一端接电源正极Vcc，分压支路的另一端接地；电位器Rx和第一电阻R1的连接点接A/D转换器的输入端；A/D转换器的输出端接MCU的数据输入端口；

LED灯串包括多个串接的LED灯；LED灯串的正极接电源正极Vcc；LED灯串的负极接三极管的C极，三极管的E极经第二电阻R2接地；三极管的B极的接MCU的输出端。电源正极Vcc为5V，A/D转换器为8位串行输出型转换器。

如图6，温度检测模块包括用于测量炭化炉炉内温度的红外测温单元；红外测温单元包括主测温碳管15和主红外测温仪16；主测温碳管穿过炭化炉的炉壁14沿炭化炉的径向插装在炭化炉上，炭化炉内设有轴向的碳管11；主测温碳管的前端与碳管抵接，主测温碳管的外端位于炉壁外，主红外测温仪设置在主测温碳管的外端处，主红外测温仪的数据输出端与MCU相连；

整流器的交流侧接交流电源，整流器的交流侧接逆变器的直流侧，逆变器的交流侧为碳管供电；MCU的脉冲输出端接逆变器中的功率开关的控制端。碳管内设有钨层，增加碳管的强度。

红外测温单元包括备用测温碳管17和备用红外测温仪18；主测温碳管穿过炭化炉的炉壁14沿炭化炉的径向插装在炭化炉上，备用测温碳管的前端与碳管抵接，备用测温碳管的外端位于炉壁外，备用红外测温仪设置在备用测温碳管的外端处，备用红外测温仪的数据输出端与MCU相连。备用测温碳管17和备用红外测温仪18其备用和温度校正作用。

主测温碳管和备用测温碳管共直线布置。即相对于碳管对称。

温度检测模块还包括用于测量炭化炉外壁温度的温度传感器，温度传感器的输出端经放大器接MCU的A/D转换端口，炭化炉外壁设有水冷装置。基于外壁温度检测实现对水冷装置的控制，实现炉体外壁迅速降温，温度过高时，增加冷水的流量和流速，达到降温的目的。

温度传感器为热电偶。

MCU连接有显示屏和用于设置温度的按键或触摸板。

炭化炉温控系统，采用2套温控设备，即用于控制炉内温度的温控装置以及用于控制炉外壁温度的温控装置；既能保障炉内温度的恒定，保障炭化过程平稳，保障生产效率以及成品品质，又能对炉体外壁尽快实施冷却散热，避免对外部的设备和人员造成伤害。因此，可靠性高，易于实施。

温控系统具有以下特点：

(1)采用碳测温管和红外测温仪实施炉内温度测量，碳测温管具有耐高温的特性，因此特别适合测量炉内的温度。

(2)采用备用的测温装置，可以起到备用作用，还可以为另一套测温设备提供校正功能。从而增加测量可靠性。

(3)测温模块与逆变器相结合，通过逆变器能灵活调节工作温度，灵活性好，形成炉内炉外温度的闭环控制，控制精度高。

Claims

1.一种碳管炉，其特征在于，包括炉体和横向设置在炉体内的碳管(11)；炉体前端为炉体入口(12)，炉体后端为炉体出口(13)，所述的碳管、炉体入口和炉体出口共轴线；

所述的碳管的内壁设有钨层(112)。

2.根据权利要求1所述的碳管炉，其特征在于，所述的钨层厚度为0.5-5mm。

3.根据权利要求1所述的碳管炉，其特征在于，所述的钨层的厚度为1.9-2.1mm。

4.根据权利要求1所述的碳管炉，其特征在于，炉体为圆筒形，炉体的内直径为800-1800mm。

5.根据权利要求1所述的碳管炉，其特征在于，碳管的外直径为150～300mm；碳管的内直径为110～160mm。

6.根据权利要求5所述的碳管炉，其特征在于，碳管的外直径为175mm；碳管的内直径为125mm。

7.根据权利要求1所述的碳管炉，其特征在于，炉体外设有水冷装置，所述的水冷装置包括设置在炉体顶部的喷水管和设置在炉体底部的集水容器；喷水管用于将水喷到炉体外壁；集水容器用于收集沿炉体外壁流布到炉体底部的水。

8.根据权利要求1-7任一项所述的碳管炉，其特征在于，还包括温控电路，所述的温控电路包括MCU、温度检测模块、无线通信模块、整流器、逆变器；

所述的温度检测模块和无线通信模块均与MCU相连；

整流器的交流侧接交流电源，整流器的交流侧接逆变器的直流侧，逆变器的交流侧为碳管供电；MCU的脉冲输出端接逆变器中的功率开关的控制端。

9.根据权利要求8所述的碳管炉，其特征在于，所述的温度传感器为红外传感器。

10.根据权利要求9所述的碳管炉，其特征在于，MCU还连接有触摸显示屏。