УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАТРАВКИ КРИСТАЛЛИЗАТОРА

2
4
Предлагаемое устройство относится к области техники связанной с получением искусственных водорастворимых кристаллов, в частности, кристаллов группы КН(РО) (дегидрофосфат калия) скоростными методами на «точечной» затравке (под точечной заправкой понимается затравка небольшого размера, например, в форме параллелепипеда размером - 4×4×14 мм.).
Известно устройство для выращивания водорастворимых кристаллов на «точечной» затравке для затравки кристаллизатора, имеющего корпус с крышкой и платформу - кристаллоносец с полостью для размещения затравочного модуля, содержащее предназначенную для введения внутрь кристаллизатора трубку, в верхней части которой размещен затравочный модуль, и нагреватель (Патент на изобретение № RU 2114220 «Устройство для выращивания водорастворимых кристаллов», опубл. 27.06.1998, МПК С30В 7/00).
В данном устройстве перед затравкой автономный модуль с укрепленной на нем «точечной» затравкой находится снаружи кристаллизатора внутри трубки укрепленной на крышке. Трубка подвижна вдоль своей оси. При этом ось трубки проходит через центр посадочного отверстия в платформе, а верхняя часть трубки, в месте, где размещен модуль, снабжена размещенным снаружи нагревателем и фиксатором для удержания модуля. Кроме шлюза с трубкой, крышка кристаллизатора снабжена дополнительным шлюзом, в котором размещен шток для аварийного извлечения модуля без разборки кристаллизатора. Нижняя часть штока имеет винт, резьба которого идентична резьбе в затравочном модуле. При нарушении технологического процесса дефектный кристалл расплавляется за счет повышения температуры раствора выше температуры насыщения. Шток опускается в кристаллизатор, его резьба вворачивается в модуль на освободившееся место растворенной затравки, и шток вынимается из кристаллизатора вместе с модулем. При этом не требуется декантации раствора и разборки кристаллизатора.
Недостатком такой конструкции является то, что трубка, в которой находится автономный модуль с «точечной» затравкой и шток с резьбой на конце, предназначенный для экстренного удаления автономного модуля в случае нарушения технологического процесса, представляют собой неотъемлемые элементы кристаллизатора. Таким образом, при наличии нескольких однотипных кристаллизаторов каждый их них должен быть снабжен названными конструктивными элементами, что повышает стоимость кристаллизаторов и усложняет их эксплуатацию.
Технической задачей настоящей полезной модели является создание устройства для затравки кристаллизатора, которое является переносным и может многократно использоваться с различными кристаллизаторами.
Техническим результатом является упрощение конструкции кристаллизатора, снижение его стоимости и упрощение эксплуатации при условии выращивание кристаллов высокого качества.
Поставленные техническая задача и результат достигаются в результате того, что в устройстве для затравки кристаллизатора, имеющего корпус с крышкой и платформой-кристаллоносцем с полостью для размещения затравочного модуля, содержащем предназначенную для введения внутрь кристаллизатора трубку, в верхней части которой размещен затравочный модуль, и нагреватель, верхняя часть трубки заключена внутри корпуса, снабженного стопором, предназначенным для фиксации затравочного модуля до момента его установки в полости платформы-кристаллоносца кристаллизатора.
Нагреватель установлен внутри названного корпуса, причем заключенная внутри корпуса часть трубки и нагреватель целиком охватываются тепловым экраном. Торцевые отверстия в верхней и нижней частях трубки закрыты пробками, а через верхнюю пробку внутрь трубки подведен термодатчик. В качестве нагревателя возможно применение электрического элемента сопротивления. Корпус может быть выполнен из прозрачного материала, например, органического стекла, а трубка выполняться стеклянной. Крепление трубки к корпусу осуществляется посредством разъемного соединения, например, винтами через упругие, например, резиновые прокладки. Затравочный модуль имеет корпус со сквозным винтовым отверстием, в который входит пробка, имеющая высоту меньшую высоты корпуса. Пространство между торцом корпуса и торцом пробки предназначено для размещения затравки, неподвижно фиксирующейся с помощью клея. Корпус затравочного модуля может иметь коническую форму.
Существо предлагаемой полезной модели поясняется схемами, представленными на фигурах:
На фиг. 1 - представлена конструктивная схема предлагаемого устройства в продольном разрезе;
на фиг. 2 - схема размещения предлагаемого устройства в кристаллизаторе;
на фиг. 3 - схема затравочного модуля;
на фиг. 4 - схема применения штока для извлечения затравочного модуля из кристаллизатора;
Устройство содержит трубку 1, которая в верхней своей части заключена внутри корпуса 2. Трубка может быть прозрачной, например, стеклянной. Трубка 1 крепится к корпусу 2 посредством винтов 3 через упругие, например, резиновые прокладки 4. В полости трубки 1 размещен затравочный модуль 5 с точечной затравкой. Внутри корпуса 2, который может быть выполнен из прозрачного материала, например органического стекла, трубка 1 охватывается тепловым экраном 6. Модуль 5 удерживается в неподвижном состоянии посредством фиксатора 7, шток которого проходит через отверстие в тепловом экране и отверстие 8 в трубке 1. Ось отверстия 8 перпендикулярна оси трубки 1. Шток фиксатора 7 может поджиматься пружиной 9 (показано на фиг. 1) или может быть выполнен и виде ходового винта. Внутри теплового экрана 6 в непосредственной близости к трубке 1 размещен нагреватель 10. Экран 6, таким образом, охватывает как трубку 1, так и нагреватель 10. Нижний конец трубки 1 закрыт упругой, например, резиновой пробкой 11. Верхний конец названной трубки закрыт пробкой 12, имеющей отверстие, через которое внутрь корпуса 2 вставлен термодатчик 13. Внутренний диаметр «d» трубки 1 больше расстояния «h» от конца фиксатора до стенки трубки.
Устройство в собранном виде используется в кристаллизаторе 14 (фиг. 2), снабженном крышкой 15, имеющей люк 16, через который трубка устройства вводится в полость кристаллизатора. На дне кристаллизатора установлена платформа-кристаллоносец 17, снабженная полостью 18 для размещения модуля 5. Корпус кристаллизатора заполнен раствором 19.
Корпус 20 модуля 5 (фиг. 3) может иметь коническую форму со сквозным винтовым отверстием, в который входит пробка 21, имеющая высоту меньшую высоты корпуса, пространство между торцом корпуса и торцом пробки предназначено для размещения затравки 22, неподвижно фиксирующейся с помощью клея 23.
Предлагаемое устройство применяется следующим образом. Вначале производится его сборка для приведения в рабочее состояние. Для этого трубка 1 с боковым отверстием 8 на ее стенке вставляется через сквозные, соосные отверстия в корпусе 2 таким образом, чтобы ее боковое отверстие находилось напротив прижимаемого пружиной 9 вертикального штока фиксатора 7. Вертикальный конец штока фиксатора входит внутрь трубки через отверстие 8 в ее боковой стенке. При этом расстояние «h» от конца штока до внутренней стенки трубки 3 должно быть меньше внутреннего диаметра трубки «d», и, соответственно, меньше наружного диаметра затравочного модуля 5. В этом положении трубку 1 закрепляют в корпусе 2 с помощью винтов 3. Для предотвращения разрушения трубки 1 при затягивании винтов 3, между ней и винтами 3 размещены резиновые прокладки 4. Резиновые прокладки 4 обеспечивают прочное удерживание трубку 1 в корпусе 2.
Затем внутрь трубки 1 со стороны отверстия закрываемого позже пробкой 11 вводят автономный затравочный модуль 5 снаряженный «точечной» затравкой 22 (фиг. 3). Опускаясь по трубке 1, модуль 5 задевает за конец подпружиненного вертикального штока фиксатора 7, частично отжимает пружину 9, и жестко фиксируется в этом положении.
Далее в трубку устанавливают термодатчик 13, а ее концы герметично закрывают пробками 11 и 12. В результате фиксации модуля 5 внутри трубки устройство можно поворачивать, переносить, менять его положение. Тепловой экран 6 и нагреватель 10 размещают внутри корпуса предварительно - до установки трубки 1.
Устройство в собранном виде используется в кристаллизаторе 14 (фиг. 2), снабженном крышкой 15, имеющей люк 16, через который трубка 1 устройства может вводиться внутрь полости кристаллизатора. На дне кристаллизатора установлена платформа-кристаллоносец 17, снабженная полостью 18 для размещения модуля 5. Корпус кристаллизатора заполнен раствором 19. Предварительно перед размещением затравки в кристаллизаторе раствор 19 в кристаллизаторе доводят до температуры затравки. Одновременно включают нагреватель 10 устройства и доводят температуру модуля 5 с «точечной» затравкой до температуры равной температуре раствора в кристаллизаторе 14. В качестве нагревателя 10 возможно применение лампы накаливания или иного электронагревателя. После включения нагревателя 10 длинная часть трубки 1, находящаяся вне корпуса 2, также нагревается, причем ее температура может быть окончательно доведена до температуры раствора 19 с помощью отдельного нагревателя. Кроме того, что более удобно, необходимая температура трубки может быть достигнута кратковременным помещением ее в емкость с горячей дистиллированной водой.
После обеспечения выравнивания температур люк 16 (фиг. 2) в крышке 15 кристаллизатора 14 открывают и вводят через отверстие люка длинную часть трубки 1 внутрь кристаллизатора (конец трубки предварительно освобождают от пробки 11). Трубку опускают до тех пор, пока ее конец не устанавливается напротив предназначенной для размещения модуля 5 полости 18 в платформе-кристаллоносце 17. После этого освобождают фиксатор 7 и затравочный модуль 5 под действием веса по длинной части трубки 1 перемещается в полость 18 платформы-кристаллоносца 17. Поскольку после установки модуля 5 в платформе-криталлоносце 17 подготовка к началу процесса кристаллизации завершена, то трубку 1 вынимают из кристаллизатора, устройство может быть применено для затравки другого кристаллизатора. Таким образом, кристаллизатор приведен в рабочее состояние и на точечной затравке начинается процесс кристаллизации, который завершают после получения кристалла требуемого размера и качества.
Преимуществом предлагаемого технического решения является то, что в случае нарушения технологического процесса выращивания, например, из-за некачественной «точечной» затравки, неправильного графика снижения температуры, остановки перемешивания раствора или других причин, нет необходимости в декантировании раствора и разборке кристаллизатора. Достаточно только извлечь из кристаллизатора автономный модуль 5. Для извлечения модуля 5, температуру раствора в кристаллизаторе 14 (фиг. 2) повышают выше температуры насыщения и все кристаллические фракции, включая «точечную» затравку, наросший дефектный кристалл или паразитические кристаллы, растворяются. После растворения кристалла возникает задача извлечения затравочного модуля из кристалла. Эта задача решается путем применения штока 24 (фиг. 4) с наконечником 25.
Внутрь кристаллизатора 14 через открытый люк 16 вводят шток 24 (фиг. 4) на конце которого жестко укреплен резиновый наконечник 25, имеющий форму усеченного конуса или усеченной пирамиды. Меньший диаметр конуса или меньшая диагональ пирамиды по размеру меньше, чем диаметр отверстия в автономном модуле. Это необходимо для того, чтобы, при приложении усилия к штоку 24, резиновый наконечник 25 свободно вошел в резьбовое отверстие автономного модуля и, при дальнейшем приложении усилия к штоку, прочно зацепился за резьбовые выступы отверстия. После этого шток 24 вынимают из кристаллизатора вместе с модулем 5. Так, как размеры и форма автономных модулей одинаковы, то заранее готовится другой, дублирующий автономный модуль с «точечной» затравкой. Этот дублирующий модуль размещают в устройстве для затравки и повторяют процедуру затравки, как было описано выше.
Промышленная применимость устройства подтверждена проведенными экспериментами, в ходе которых были выявлены следующие преимущества полезной модели перед прототипом. Упрощается конструкция крышки кристаллизатора в результате применения одного люка вместо двух. Затравочное устройство становится мобильным, его можно размещать рядом с кристаллизатором, его можно использовать для затравки нескольких кристаллизаторов поочередно. Размещение нагревателя параллельно трубке позволяет через прозрачный материал корпуса устройства, выполненный из органического стекла, и прорезь в тепловом экране, хорошо наблюдать за взаимным расположением автономного модуля с «точечной» затравкой и термодатчиком внутри трубки. Наличие теплового экрана позволяет оператору безопасно удерживать устройство в руке при затравке. Крепление стеклянной трубки в корпусе с помощью винтов через резиновые прокладки обеспечивает быструю и надежную сборку устройства. Пробки на концах трубки герметизируют от пыли и частиц внутреннюю поверхность трубки. Выполненный из оргстекла корпус имеет небольшие габариты и удобно располагается в руке оператора при затравке. Размещение на конце штока конического наконечника из резины, вместо винта (как в прототипе), упрощает конструкцию штока и позволяет быстро и надежно извлекать модуль из кристаллизатора при нарушении технологического процесса.