TWI333921B - Method for safe filling with carbon nanotubes, filing system and industrial plant employing this method - Google Patents

Description

1333921 六、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於以來自一收容器之 CNT )來安全塡充另一收容器之工業方法。本 於一種採用該方法之塡充系統。本發明亦係關 安全封裝碳奈米管之設施，該設施配備有根據 充系統。 【先前技術】 碳奈米管（CNT)爲直徑在0.4 nm與50 r 度超過其直徑100倍的微粒。CNT形成若干束 以某範圍粒度之粉末之形式存在，其中微粒之 約400微米。 與CNT有關之活動的擴大致使申請人（$| 商）在其能力範圍內處理大量CNT粉末且 CNT封裝至容器中且在反應器與儲存漏斗之間 方案。然而’處理CNT及設計用於封裝及運_ 統可能會潛在地引起環境及人身安全性問題， 知CNT粉末釋放至空氣中（即使以低劑量釋 生之風險。 已發生之事實爲：申請人尤其在以來自· CNT來塡充另一收容器時遇到困難。一旦設 CNT封裝至容器中之工業設施，便必須執行收 碳奈米管（ 發明亦係關 於一種用於 本發明之塡 .m之間且長 ，以使得其 平均直徑爲 ]CNT製造 尋求允許將 運輸的解決 i CNT之系 儘管迄今未 放）將會產 一收容器之 i十好用於將 容器塡充操 1333921 作。 已發生之事實爲：申請人必須解決在不知道CNT對 人身及環境可能造成何影響之情況下以工業規模轉移CNT 的問題。爲了解決此問題，申請人已選擇一種解決方案， 該解決方案提供關於環境之最大程度之安全性且與工業規 模之使用相容。 在此情形下，申請人已選擇採取預防做法且已尋求到 一種解決方案以便在經由位於兩個收容器之間的機械連接 而將CNT自一個收容器轉移至另一收容器時提供最大程 度之安全性。特定言之，申請人已尋求到一種解決方案， 該解決方案以與工業過程相容之方式對以來自一儲存收容 器之CNT來塡充一 CNT封裝收容器之操作提供最大程度 之安全性。 以此相同做法，申請人已尋求到一種解決方案，該解 決方案在整個工業設施內呈現出最大程度之安全性，該工 業設施經開發以將CNT粉末自製造CNT之反應器運輸至 將CNT粉末封裝至容器中的地點。 爲達成此等目的，申請人已開發出一種安全塡充方法 ，藉此，藉由安全雙閥裝置來達成含有CNT之收容器與 意欲收納CNT之收容器之間的耦接。 雙閥裝置在轉移期間且亦在此後提供最緊密之可能密 封及關於環境之最高程度之安全性，因爲閥之曝露於戶外 之彼等部分在轉移期間未被污染。 文獻EP 1 468 917描述一種用於將粉末、顆粒、膏體 1333921 '液體或氣體自一個容器轉移至另一容器之裝置。此轉移 裝置係由以下各者組成：一錐閥，其封閉一個容器之開口 ;一驅動機構，其用於移動該錐閥；一切斷頭，其位於另 〜容器上；及一允許該頭在該錐閥之推力作用下移動至該 容器內部的機構，此同一機構確保該切斷頭在無驅動推力 時返回至其初始位置。 藉由容納於一個容器中之液壓、電氣或氣壓缸類型之 φ 驅動機構來移動該錐閥。 該切斷頭耦接至容納於另一容器中之返回機構。 驅動該閥之該驅動機構容納於該容器內部。因此，必 須調適該容器以便允許自外部控制此機構。 此文獻中所描述之裝置不涉及碳奈米管之轉移。在任 何情況下，此轉移裝置皆不適合碳奈米管，因爲在該容器 內部，驅動該閥之該驅動機構與待轉移之粉末接觸。因此 ，存在污染及故障之風險，此風險隨著待轉移之粉末變得 φ 更細而增加，而諸如碳奈米管之奈米微粒係極細的。 另外，此裝置不適合用於塡充碳奈米管之工業方法， 因爲該裝置需要經特定調適以採取外部控制以致可致動該 錐閥之移動之容器。 除此等缺點外，由此類型之閥組成的轉移裝置係複雜 且龐大的，因爲其含有一閥驅動機構及一頭返回機構，該 兩個機構各自在容納其之容器中沿著此容器之縱軸移動。 【發明內容】 1333921 因此’爲了對轉移碳奈米管提供最大程度之安全性且 提供將CNT自一地點轉移至另一地點之工業解決方案， 申請人已選擇用雙閥裝置（諸如「Buck®」或「Glatt®」類 型之裝置）來裝配容器。此等裝置亦被稱爲蝶閥。此等裝 置爲呈非常緊湊且密封得非常緊密之兩個平坦圓筒形元件 之形式的緊湊裝置。每一元件構成一閥，一個被稱爲主動 閥且另一個被稱爲被動閥。 迄今爲止’ 「Buck®」或「Glatt®」類型之雙閥裝置已 用於在醫藥實驗室中處理在直徑方面粒度大於CNT之少 量粉末。 此等裝置包含一主動第一閥及一被動閥。打開控制器 係在該裝置之主動閥之周邊上。僅在該兩個閥彼此耦接時 ，方可打開雙閥裝置。當不存在耦接時，鎖定該打開控制 器。藉由彼此面向且在該打開控制器之作用下繞著直徑軸 樞轉的擋板來打開及閉合藉由此類型之閥而彼此連接的兩 個收容器之間的通路。該等擋板之與收容器中所含有之產 品接觸的表面決不與外部接觸。因此，在該兩個閥已斷開 後，無產品（粉末或其類似者）呈現於該等擋板之外表面 上。此情形因此在轉移產品時及甚至此後保護環境。 本發明之更特定標的物爲一種用於以來自一收容器之 碳奈米管來塡充另一收容器的工業方法，藉此，藉由一包 含雙閥裝置之耦接來將CNT自一個收容器傳遞至另一收 容器，該等閥中之每一者耦接至該等收容器中之一者，上 述該等閥獨立且緊密地閉合且僅在其彼此耦接時方可打開 -8- 1333921 ’該上述裝置爲蝶閥類型之雙閥裝置。 當將該塡充方法應用於CNT之計量時，將CNT自一 容器轉移至一計量裝置，且該方法既而在於將被稱爲主動 閥之閥連接至該容器且將被稱爲被動閥之另一閥連接至該 計量裝置。 當將該塡充方法應用於將來自一儲存漏斗之CNT封 裝至容器中時，該方法在於將被稱爲主動閥之閥耦接至該 漏斗之出口線且將被稱爲被動閥之另一閥耦接至該容器。 本發明亦係關於一種用於以來自一收容器之碳奈米管 來塡充另一收容器之工業系統，爲達成此目的，該系統包 含該兩個收容器之間的一耦接構件，該耦接構件包含一雙 閥裝置，一第一閥可能耦接至該等收容器中之一者，另一 閥可能耦接至另一收容器，一旦該等閥裝配至該等收容器 ，該等閥中之每一者便獨立且緊密地閉合，該兩個閥可能 彼此耦接，此耦接允許該等閥打開，該上述裝置爲蝶閥類 型之雙閥裝置。 該雙閥裝置之至少一閥爲主動的，亦即，其包含一打 開控制器。該第二閥爲被動閥。 該雙閥裝置爲平坦且緊湊的且具有擋板，該等擋板彼 此面向且在該主動閥之外周邊上一打開控制器之作用下繞 著一直徑軸樞轉。 該塡充系統可包含一配接器，其用以使容器之開口直 徑適配於閥之直徑。可將一配接器固定至每一容器之開口 以允許與該等閥耦接。 -9- 1333921 本發明應用於配備有一雙閥裝置之一閥的任何收容器 以允許將CNT自一個收容器轉移至另一收容器或允許以 來自一個收容器之CNT來塡充另一收容器。 儲存收容器類型之收容器耦接至該雙閥裝置之主動閥 〇 封裝CNT之收容器或其他轉移收容器耦接至該裝置 之被動閥，此閥可能（例如）直接連接至收容器之開口。 本發明亦係關於一種用於將CNT封裝至容器中的工 業設施，該上述設施配備有根據本發明之碳奈米管塡充系 統。 【實施方式】 藉由閱讀以非限制說明性實例給出之以下描述且藉由 硏究諸圖，本發明之其他細節及優點將變得清楚易見。 CNT之大規模處理致使申請人開發出一種工業設施， 其涵蓋自製造（亦即，自形成CNT之反應器）至將CNT 封裝至容器中之若干階段，該工業設施之大小視預期最終 用途而在201至20001之間變化。 本發明落入此開發之情形中且應用於在一個收容器需 要機械地耦接至另一收容器（直接地或經由出口線）時將 CNT自一個收容器轉移至另一收容器，無論此收容器爲封 裝收容器還是任何其他收容器（例如，計量收容器）。 下文所給出之描述說明根據本發明之方法在兩個應用 中之使用及用於實施該方法之系統。 -10- 1333921 在圖1說明之第一應用中’該方法及該實施系奄 將CNT自一含有CNT之收容器1〇轉移至另一收容 。CNT轉移至其中之收容器20可（例如）爲計量| 收容器20爲儲存容器。 該兩個收容器1〇、20之間的耦接300係經由雙 置30來達成，閥31及閥32連接至該兩個收容器之 開口。 可提供一耦接至裝置30之抽吸裝置50以便自該 吸取任何CNT粉末殘餘物。 對於運輸CNT而言，不需要使用梭形容器，亦 開口具有與雙閥之直徑相同之直徑的容器。可使用標 徑之容器。爲此，移除容器之蓋子。接著對該轉移裝 作安排以使之裝配有在圖1中參考數字爲33之直徑 器。此係因爲標準容器之直徑大於雙閥之直徑。配接 爲圓錐形的，以使得其開口中之一者代替蓋子附接至 ，另一開口固定至閥31及/或32。 現將描述在第二應用之情況下的CNT塡充方法 第二應用爲將CNT封裝至容器中之應用。 在由圖2說明之第一實際例示性實施例中，在不 CNT之情況下執行封裝，此等CNT係自保持CNT粉 儲存漏斗103轉移至容器200中。漏斗1〇3之出口與 200之開口之間的機械耦接係藉由同—名稱之公司所 的「Buck®」或「Glatt®」蝶閥類型之雙閥裝置3〇來 。此裝置可具有一配接器33，其用於在容器200之直 :允許 器20 :置0 閥裝 每一 連接 即， 準直 置預 配接 器33 容器 ，該 運輸 末之 容器 銷售 達成 徑與 -11 - 1333921 閥32之直徑並不相同時調適出與容器200相配之直徑。 組成工業設施II之自反應器1〇〇至封裝台之元件爲 -冷卻器1 0 1 -飾子1 0 2 -儲存漏斗103 -閥 301、302 -用於封裝之塡充系統3 00，其包含一雙閥裝置30。 爲了獲得無焦炭存在之極高品質之粉末，移除最大微 粒。爲達成此目的，篩子102定位於該冷卻器後以便分離 出大微粒。此篩子1 02必須完全密封且無論怎樣皆不允許 操作員與CNT粉末之間接觸，且（例如）可爲由 RITEC 公司製造之緊湊篩子。該篩子之截止部（cut-off )爲2 mm，其中針對〇.1 m2之過濾面積，篩子直徑爲400 mm。 此工具以高流率提供對粉末之連續篩選，此設備之優點爲 其側向馬達，側向馬達允許達成更大之篩選效能。 漏斗103耦接至該篩子之出口。該漏斗較佳爲稜錐形 的且由不鏽鋼製成，在此特定例示性實施例中具有35〇1 之容量。 該機械耦接300允許借助於蝶型雙閥裝置30而在來 自該漏斗之CNT入口與容器200之開口之間安全塡充。 在此圖示中未描繪之替代型式中，來自漏斗丨03之 CNT可通過一控制閥。裝置30之主動閥31接著將親接至 此控制閥。

1333921 封裝容器200耦接至裝置30之被動閥32。 舉例而言，「BUCK」類型之蝶型雙閥裝置信 能避免粉末與外部之間的任何接觸，且因此可完| 轉移CNT粉末。借助於此類型之閥的技術，轉移 末之途徑爲高度封閉且無灰塵的。此閥之設計防 粉末洩漏至外部且污染外部的任何可能性。 在此實例中，該裝置之被動閥32連接至封裝; 之開口，而主動閥31連接至該儲存漏斗之出口。 可參看圖3 A至圖3D及圖4A至圖4D，以信 文所描述之雙閥裝置如何工作。 當收容器20或容器200上之被動閥32耦接3 自另一收容器1〇(圖1)或來自漏斗103(圖2) 的主動閥32時，該等閥之擋板34及35之兩個夕 靠在一起，進而防止任何CNT粉末污染此等表恒 ，當閥31、32分開時，擋板34、35之該等表面自 部接觸，但未曾被粉末污染。另外，該兩個閥31 耦接解開打開控制器36，且該等擋板可接著在該β 作用下樞轉。該控制器可爲自動或手動的。 該雙閥之打開接著允許CNT粉末流動而無β 洩漏。 在由圖5說明之第二實例中，在運輸後執行圭 此情況下，設施12包含一迴路，該迴路將CNT CNT之反應器1〇〇輸送至遠端儲存漏斗1〇6(例$ 另一建築物或不同樓層上的遠端儲存漏斗）。 :得有可 :安全地 CNT粉 止 CNT 字器200 ί理解下 :收納來 之CNT •表面壓 。因此 身與外 、32之 :制器之 何外部 裝。在 自製造 ，位於 -13- 1333921 所選擇之運輸類型爲緻密相下之氣動輸送，以便保持 CNT粉末之品質並避免細微粒之產生。所使用之氣體爲空 氣。 爲了使運輸完全安全，已選擇—操作，其中該迴路中 存在一真空，以使得在洩漏之情況下，無CNT粉末可排 放至大氣中。 組成該工業設施之自反應器100至封裝級之元件爲： -反應器（100)，在其中形成CNT ; -冷卻器（1 01 ); -氣鎖（1 20 ); -氣動輸送器（400 ); -具有空氣過濾過程（108)之真空腔室（105); -內嵌式篩子（102 ); -儲存漏斗（106); -計量閥（1 0 4 ); -空氣過濾器（107); -用於封裝之塡充系統3 00，其使用蝶型雙閥裝置（ 具有安全性閥之裝置）。 氣鎖120允許回收由反應器1〇〇產生之CNT粉末且 允許在執行氣動輸送之前藉由用氮氣來替換真空以便消除 乙烯且尤其消除氫氣之任何痕跡來使此粉末爲惰性的。 氣鎖120亦可裝配有一加壓器，以使得其可在適當時 在逆吹之情況下操作。 在洩漏且與空氣接觸之情況下，氫氣之存在可證實爲 -14 - 1333921 危險的。直至位於氣鎖120之出口處之內嵌式 運輸CNT之前）已檢查乙烯濃度爲止方運輸 將假定，若不再有乙烯存在，則氫氣亦將已消 爲了獲得無焦炭存在之極高品質之粉末， 粒。爲此，內嵌式篩子102在真空腔室105之 輸迴路400中以便分離出大微粒。此篩子102 封且無論怎樣皆不允許操作員與CNT粉末之 (例如）可爲由RITEC公司製造之緊湊篩子。 止部爲2 mm，其中針對0.1 m2之過濾面積， 40 0 mm。此工具以高流率提供對粉末之連續舖 之優點係因側向馬達所致，側向馬達允許更大 〇 漏斗106較佳爲稜錐形的且由不鏽鋼製成 例示性實施例中具有3 5 0 1之容量。 一稱重裝置（未描繪）可使得有可能在任 反應器100中所產生之CNT的量。 將隨CNT粉末輸送之空氣發送至一配備 之過濾器（諸如，HEPA過濾器H14 )的空 107。HEPA過濾器具有以99.995%之效率阻檔 徑爲0.3 μιη之微粒的能力。 用於封裝CNT之塡充系統給予提供各種 對少量，爲11至101，針對大量，爲60丨至 m3(重量爲100g至100kg及更多））之碳奈 需處理粉末之情況下完全安全地操作的可能性 ,分析器（在 碳奈米管》 失。 消除最大微 後定位於運 必須完全密 間接觸，且 該餘子之截 篩子直徑爲 選，此設備 之篩選效能 ，在此特定 何時刻測定 有極高效率 氣過濾裝置 空氣中之直 不同量（針 2001直至 1 米管且在無 -15- 1333921 來自漏斗之CNT入口與容器之開口之間的機械耦接 300係藉由蝶型雙閥裝置 30 (「Buck®」或「Glatt®」類 型）來達成。 來自漏斗之CNT首先通過控制閥104。裝置30之主 動閥31耦接至此控制閥1〇4。 爲避免過大體積，控制閥104包含DOSIMAT©類型之 計量裝置。此閥具有橫截面DN 150且由氣缸起動式圓盤 組成，該圓盤在繞著一軸樞轉時能夠使更大或更小流量之 產品流經新月形開口，該新月形開口可自完全閉合變化至 全開。 亦可對該收納容器預作安排以使之在運輸至一收納漏 斗中後爲空的，將使用CNT之設施配備有該收納漏斗。 當情況如此時’該收納漏斗裝配有一主動閥，以便允許完 全安全地執行轉移。 剛描述之工業設施允許完全安全地封裝CNT粉末， 此安全係在封裝至容器中時提供且亦遍及自反應器至安全 耦接裝置30之運輸線而提供。 【圖式簡單說明】 圖1爲用於在涉及將CNT自一第一收容器轉移至另 一收容器之第一應用中實施方法的CNT塡充系統的圖示 > 圖2爲用於使用實施該方法之CNT塡充系統來將 CNT封裝至容器中的工業設施的圖示， -16- 1333921 圖3A及圖3B分別爲在未經耦接位置中及在經耦接位 置中的圖4A及圖4B之裝置3〇之沿AA截取的橫截面； 圖3C及圖3D爲此同一裝置之沿BB截取的橫截面； 圖5爲在反應器1〇〇與封裝級之間具有—氣動輸送線 的用於封裝CNT之工業設施的圖示。 【主要元件符號說明】 _ 10 :收容器 20 :收容器 • 30 :雙閥裝置 31 :主動閥 32 :被動閥 3 3 :直徑配接器 34 :擋板 35 :擋板 φ 3 6 :打開控制器 5 0 :抽吸裝置 1〇〇 :反應器 101 :冷卻器 1 〇 2 :內嵌式篩子 103 :儲存漏斗 104 :控制閥/計量閥 105 :真空腔室 106 :儲存漏斗 -17- 1333921 1 Ο 7 :空氣過濾器 1 0 8 :空氣過濾過程 120 :氣鎖 200 :容器 3 00 :塡充系統/機械耦接 301 :閥 3 02 ：閥 400:氣動輸送器/運輸迴路 1 :工業設施 2 :設施 -18-

Claims (1)

133.3921 β年）月饰修正替換頁 七、申請專利範圍 第98101218號專利申請案 中文申請專利範圍無劃線替換本 民國99年7月15日修正 1.—種用於以來自一收容器之碳奈米管（CNT)來 塡充另一收容器之工業方法，藉此，藉由一包含一雙閥裝 置（3 0 )之耦接（3 0Ό )來將該等CN Τ自一個收容器傳遞 H 至另—收容器，閥（31、32)中之每一者耦接至該等收容 器中之—者，上述該等閥（31、32)獨立且緊密地閉合且 僅在其彼此耦接時方可打開，該上述裝置爲蝶閥類型之一 雙閥裝置。 2. 如申請專利範圍第1項之以CNT塡充之方法，其 應用於該等CNT之計量，其特徵在於該等收容器中之一 者爲一容器（10)且另一者爲一計量裝置（20)，因此該 方法係在於將該等閥中被稱爲主動閥之一者耦接至該容器

(1〇)及將被稱爲被動閥之另一閥耦接至該計量裝置（20 )’該主動閥（3 1 )爲包含打開控制器之閥，該上述控制 器在該兩個閥未耦接時被鎖定。 3. 如申請專利範圍第1項之以CNT塡充之方法，其 應用於該等CNT之封裝，其特徵在於該等收容器中之一 者爲一儲存漏斗（103或106)且另一者爲一容器（200) ’因此該方法係在於將該等閥中被稱爲主動閥之一者耦接 至該漏斗（103)之出口線及將被稱爲被動閥之另一閥耦 接至該容器（200 )，該主動閥（31 )爲包含打開控制器 1333921 年7月^曰修正劃線本 之閥，該上述控制器在該兩個閥未耦接時被鎖定。 4. 一種用於以來自一收容器之碳奈米管來塡充另一 收容器之工業系統，爲達成此目的，該系統包含該兩個收 容器之間的一耦接構件，該耦接構件包含一雙閥裝置（ 300) ’ 一第一閥（31)可耦接至該等收容器中之一者， 另一閥（32)可耦接至另一收容器，一旦將該等閥裝配至 該等收容器，該等閥中之每一者便獨立且緊密地閉合，該 兩個閥可彼此耦接，此耦接允許該兩個閥打開；該上述裝 置爲蝶閥類型之一雙閥裝置。 5-如申請專利範圍第4項之塡充系統，其特徵在於 該雙閥裝置之至少一閥（31)爲主動的，亦即，其包含一 打開控制器，該第二閥（32)爲一被動閥。 6. 如申請專利範圍第4項之塡充系統，其特徵在於 該蝶閥類型之雙閥裝置爲平坦且緊湊的且具有擋板（34、 35)，該等擋板（34、35)面向彼此且在該主動，閥（31 ) 之外周邊上之一打開控制器之作用下繞著一直徑軸樞轉。 7. 如申請專利範圍第4、5或6項中任一項之塡充系 統，其特徵在於其包含一配接器（3 3 )，該配接器（3 3 ) 用以使該容器之直徑適配於該閥（3 1 ; 3 2 )之直徑。 8. 一種用於一如申請專利範圍第4至7項中任一項 之塡充系統之收容器，其特徵在於其裝配有蝶閥類型之一 雙閥裝置之一閥（31)，該閥能夠耦接至該裝置之另一閥 (32 )以便將CNT自一個收容器轉移至另一收容器或以 來自一個收容器之CNT來塡充另一收容器。 1333921 9. 如申請專利範圍第8項之收容器，其特徵在於當 其構成一 CNT儲存收容器時，該上述收容器（1〇、1〇3、 1〇6)耦接至該雙閥裝置之主動閥（31)。 10. 如申請專利範圍第8項之收容器，其特徵在於當 其構成一封裝該等CNT之收容器或某其他目的之收容器 (200)時，該上述收容器耦接至該裝置之被動閥（32)

—種工業封裝設施，其特徵在於其包含~如申請 專利範圍第4至7項中任一項之碳奈米管塡充系統。 I2·如申請專利範圍第11項之工業封裝設施，其特 徵在於其進一步包含： —反應器（100) ，在其中形成該等CNT， 一冷卻器（1 0 1 )， 一氣鎖（1 2 0 )， 一氣動輸送器（400 )， 一具有空氣過爐過程（1〇8)之真空腔室（1〇5) 一內嵌式篩子（1 02 )， 儲存漏斗（1 06 )， 一計量閥（1 0 4 )，及 一空氣過濾器（107)。