CN103388904B - 流体加热冷却气缸装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够低成本地对大流量的气体、液体进行加热的小型流体加热装置。在金属柱的侧面上形成流体的槽流路，通过了狭窄的流路的流体与下一个流路的壁垂直撞击，形成了不能形成停滞层的流路。在较小的空间内瞬间进行换热，并且其构造制造较容易。

Description

流体加热冷却气缸装置
本申请基于并要求2012年5月8日提交的日本专利申请No.2012-107128的优先权，其全部内容和教导通过引用的方式结合于此。
技术领域
本发明涉及一种瞬间对流体特别是气体进行加热的气缸形状的装置。
背景技术
存在有对气体进行加热的装置。一般使气体通过加热了的管道来进行加热。或者，向带有散热片的管道内流入加热了的流体，使气体通过该散热片之间来对气体进行加热。
与对气体进行加热相反的、对气体进行冷却的装置也是相同的构造。
图1与图2中示出了以往例。
图1是将实现了碰撞分流这样的加热机构的一个例子的专利（日本再公表特许WO2006/030526）的图进行示意性转印得到的图。通过了管道的气体与加热了的圆板相抵接而进行换热。
图2是将产生形成为板状形状的加热气体的装置的专利图（日本特愿2009-144807气体加热装置的图5）进行转印得到的图。
瞬间对气体进行加热而喷出高温气体的装置不仅应用于供暖、干燥，也存在有对涂布在基板上的各种材料（金属、电介质等）进行加热、烧结的工序。
本发明涉及一种瞬间对气体进行加热而喷出高温气体的装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本再公表特许WO2006/030526
专利文献2：日本特愿2009-144807号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的一个目的是使对气体进行加热的装置尽可能地小型化。本发明的另一个目的是提供简单的制造方法。
本发明的再一目的在于实现从室温到1000℃或其以上的温度的加热温度范围。如果加工简单，则制造成本也能够降低。若制造成本降低，则气体加热装置能够应用于更广泛的产业。
处于对本发明进行简要说明的目的，本文描述了本发明的特定方面。显然，应当理解，并不意图对本发明进行限定。
为了解决上述问题，本发明提出以下结构。
解决技术问题所采取的技术手段
如技术方案1所述，本发明提供一种流体的加热装置，其特征在于，在柱的侧面上以包围柱的方式设置多段周槽，在相邻的该周槽之间连接该周槽彼此的多个连接槽的组件设置在该侧面上，配置为处于夹着该周槽的两个该组件的连接槽在该周槽的周向上的位置不重叠，流体在由紧密接触地容纳有该柱的气缸的内壁和该柱形成的流路中流动，该柱与该流体进行换热。
技术方案2的发明是一种流体的加热装置，其特征在于，在柱的侧面上以包围柱的方式设置多段周槽，在相邻的该周槽之间连接该周槽彼此的多个连接槽的组件设置在该侧面上，配置为处于夹着该周槽的两个该组件的连接槽在该周槽的周向上的位置不重叠，气体或液体在由紧密接触地容纳有该柱的气缸的内壁和该柱形成的流路中流动，该柱与该气体或该液体进行换热。
根据技术方案2所述的加热装置，技术方案3的发明的特征在于，上述气体是含有氮、氩、氦、碳化氢、氟化碳的惰性气体，或者是含有氢或释放出氢的还原气体、氧、硫、硒、碲等6族元素的气体，或者是含有F等7族元素的气体，或者是混合了多种气体的气体。
根据技术方案2所述的加热装置，技术方案4的发明的特征在于，上述气体是含有水或空气的气体。
根据技术方案2所述的加热装置，技术方案5的发明的特征在于，上述液体是水或者含有水。
根据技术方案1所述的加热装置，技术方案6的发明的特征在于，上述柱与上述气缸是金属或覆盖了异种金属的金属。
根据技术方案1所述的加热装置，技术方案7的发明的特征在于，上述柱与上述气缸由含有石英、氧化铝、碳化硅等的陶瓷制成。
根据技术方案1所述的加热装置，技术方案8的发明的特征在于，上述柱与上述气缸由金属或覆盖了异种金属的金属制成，向上述柱内插入加热器来对圆柱进行加热，或者利用加热器对上述气缸进行加热。
根据技术方案所述的加热装置，技术方案9的发明的特征在于，上述柱与上述气缸由含有石英、氧化铝、碳化硅等的陶瓷制成，向上述柱内插入加热器来对圆柱进行加热，或者利用加热器对上述气缸进行加热。
根据技术方案1所述的加热装置，技术方案10的发明的特征在于，上述柱是圆柱或包括四棱柱的多棱柱。
根据技术方案1所述的加热装置，技术方案11的发明的特征在于，上述柱与上述气缸由金属或覆盖了异种金属的金属制成，上述柱是圆柱或包括四棱柱的多棱柱。
根据技术方案1所述的加热装置，技术方案12的发明的特征在于，上述柱与上述气缸由含有石英、氧化铝、碳化硅等的陶瓷制成，上述柱是圆柱或包括四棱柱的多棱柱。
发明的效果
根据技术方案1的发明，能够进行简单构造的容纳在被加热了的气缸内的柱与流体之间的换热。所需构造的加工只要针对柱的表面进行即可。
当流体在加工得较细的连接槽内流动时，流速增加。该高速的流体与上述周槽的壁激烈地撞击而与加热了的柱瞬间进行换热。
由于连接槽夹着周槽且未位于相同的位置，因此从连接槽流出的流体不会成为层流。如果成为层流，则在该槽与流体之间形成了沉淀层，其成为导热阻力，妨碍瞬间换热。
仅通过在上述气缸容纳经过高精密加工的柱，并彼此紧密接触，所加工的槽就形成了流路，因此该构造的制作工作量少且简单。
根据技术方案2至5的发明，作为流体能够处理气体与液体。作为气体能够选择任意气体。如果选择氧气等，则能够瞬间制出加热了的氧气。若选择氢气，则能够瞬间制出强大的高温还原气体。通过将这些高温气体吹向机械材料，从而即使未对基材自身进行加热也能够利用加热气体对表面进行处理。另外，若使用二氧化碳气体，则能够形成碳酸膜（石墨炔、碳纳米管的膜）。
作为流体若使用水，则能够瞬间制出高温的蒸汽。由于本加热装置能够小型化制作，因此能够使蒸汽靠近待喷射的基材来进行喷射。
由于加热了的高温蒸汽对基材的不使用药品的清洗是有效的，因此本加热装置能够作为清洗装置的元件进行应用。
根据技术方案6、7的发明，能够利用金属、陶瓷制作本加热装置。若利用金属制作上述柱与上述气缸，对连接部分进行熔接，则能够实现密闭构造，能够制作与外部环境阻隔了的加热装置。
若使用陶瓷等未氧化的材料，则也能够瞬间制出氧化性的气体或具有腐蚀性的流体。另外，可以将本加热装置用于避免金属污染的场合。
根据技术方案8至12的发明，在上述柱的中心轴上钻孔，在此仅靠放入加热器就能够进行加热。本构造简单，当使用一个加热器时，保养特别简单。能够将本加热装置整体制作为圆柱状或棱柱状，能够制作圆形或四角形的环状加热气体束。如果使气缸的出口狭窄并设为一根管，则也能够制作一束束状的加热束。另外，若将柱设为三角形、四角形、六角形、八角形，则能够无间隙地捆束多个柱。
附图说明
图1是以往的气体加热装置的一个例子（日本再公表特许WO2006/030526）的示意图。
图2是以往的气体加热装置的一个例子（日本特愿2009-144807、气体加热装置的图5）的示意图。
图3是圆柱元件的示意图。
图4是组装了圆柱元件与容纳其的气缸元件而得到的流体加热机构部的立体图。
图5是表示容纳有流体加热机构部的壳体整体的流体加热装置的剖面示意图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的实施例。应当注意，下面的实施例中的每个部件均可被不同的已知部件或合适的类似物替换。另外，可以进行变形以包括其它已知部件。换言之，下面的实施例并不用于限制权利要求所描述的本发明的内容。
图3中表示圆柱元件300的立体示意图。圆柱元件300的中心有用于容纳加热器的加热器孔301。
圆柱元件300是不锈钢制，采用了标准SUS310S。对圆柱进行加工并在周围制作出6段周槽G1、G2、G3、G4、G5、G6。这些周槽的深度为3mm，宽度为5mm。制作出4个连接周槽G1与G2的连接槽C1A。C1A的1是指与G1相连接，A表示指定周向上位置的相位。
连接槽C1A的深度为3mm，宽度为1mm。
同样地制作4个连接G2与G3的连接槽C2B。C2B的2表示与G2相连接的连接槽，B表示指定周向上位置的相位。
周向上的相位B位于相位A的中点。该相位关系能够自由设计。在该情况下，由于在周向上具有4个连接槽，因此相位A与B处于偏离了45度的位置关系。当在周向上具有6个连接槽时，偏移为30度。
同样地制作连接槽C3A、C4B、C5A、C6B。
流体导入管302被熔接，导入其中的流体被周槽G1引导。
加热器孔301和制作有周槽G1～G6、连接槽C1A、C2B、C3A、C4B、C5A、C6B的圆柱元件300容纳在气缸内。
图4是组装了圆柱元件300与容纳其的气缸元件而得到的流体加热机构部400的立体图。
圆柱元件300与气缸元件401的内壁紧密接触，之间的连接部相熔接以防止流体向外部泄漏。
从流体导入管302加压而导入的流体通过周槽，当通过连接槽时成为高速流体。高速流体以高速与周槽的壁垂直撞击。通过垂直撞击，不能形成为导热阻力的停滞层。
圆柱元件300通过由加热器供电线402供电的加热器403加热。加热器是碳化硅制成，能够加热到1000℃。
由于气缸元件401、圆柱元件300是SUS310S，因此能够加热到1000℃。
图5是表示容纳有上述流体加热机构部400的整体壳体的流体加热装置的剖面示意图。
流体加热装置500是将流体加热机构部400放入隔热壳体内的装置。流体加热机构部400被容纳有隔热材料501的隔热材料壳体502隔热。
在隔热材料壳体502外具有不锈钢制的外壳503，其端部与凸缘504相连接。
圆柱元件通过由加热器供电线402供电的加热器403加热。利用未图示的热电偶测量圆柱元件的温度，控制电力以维持为该温度。为了制出被加热到500℃的氮气而进行了供电以能够将该温度维持为500℃。
从气体导入管505供给100SLM的氮气。氮气经由周槽506和在本图中看不到的上述连接槽而流动，在流体加热机构部400中被瞬间加热。
被加热到500℃的氮气从气体出口管507向外排出。
若将加热温度控制为300℃，则能够获得300℃的氮气。
以上，说明了对氮气进行加热的实施例。本加热机构能够自由使用除氮气以外的气体。
也能够使用含有氩、氦、碳化氢、氟化碳的惰性气体、或者含有氢或释放出氢的还原气体、氧、硫、硒、碲等6族元素的气体、或者含有F等的7族元素的气体。另外也可以是混合了多种该气体的气体。另外，若使用碳化氢，则也能够分解而形成石墨炔等的膜。
另外，上述气体也可以是含有水或空气的气体。
即使是除气体以外的流体也能自由使用。例如若流体为水，则能够制出高温的蒸汽。
在以上实施例中，使用SUS310S制造了气缸、圆柱元件。根据所使用的温度范围、流体的性质，能够自由选择合适的材料。构成元件的材料除了不锈钢、铝等金属之外也可以是覆盖了不同类型金属（异种金属）的金属。
另外，在特别抵制金属污染的应用中，上述圆柱元件与上述气缸也可以由含有石英、铝、碳化硅等的陶瓷制成。
产业上的可利用性
本发明提供一种制出大流量的高温气体、液体的小型元件。可应用于诸如印刷物的干燥、小型的取暖器具、温室（玻璃房）的取暖、用于清洗的高温药剂的生成的应用领域。本发明还适合于将太阳能电池、平板显示装置（FPD）便宜地形成在玻璃基板等大型基板上的技术。另外，若使用热分解的气体，则也能够获得分解生成膜（降解膜）。而且，也能够从碳化氢获得碳膜。
尽管已经描述并示出了本发明的优选实施例，应当理解，这些是本发明的示范性实施例，并不用于限定本发明。另外，可以进行省略、替换和其他修改，而不偏离本发明的精神和范围。因此，本发明并不能被认为由上述描述所限定，而是仅由权利要求所限定。
附图标记说明
101气体入口；
102中空盘；
103管道；
104气体出口；
300圆柱元件；
301加热器孔；
302流体导入管；
C1A、C2B、C3A、C4B、C5A、C6B连接槽；
G1、G2、G3、G4、G5、G6周槽；
400流体加热机构部；
401气缸元件；
402加热器供电线；
403加热器；
500流体加热装置；
501隔热材料；
502隔热材料壳体；
503外壳；
504凸缘；
505气体导入管；
506周槽；
507气体出口管。

Claims (13)

1.一种流体的加热装置，其特征在于，包括：
柱，具有围绕在所述柱的外侧面的多个周槽和分别设置在所述柱的外侧面的相邻的所述周槽之间的多个连接槽，所述多个连接槽分别连接两个相邻的所述周槽，且所述多个连接槽被配置为与相邻的夹着所述周槽的其他连接槽在周向上的位置不重叠，所述柱的中心有用于容纳加热器的加热器孔；以及
气缸，容纳所述柱，彼此紧密接触，其中
流体流经所述气缸的内壁和所述柱的所述外侧面形成的流路，且从所述流路的入口流向出口，使所述流体从所述连接槽向所述周槽的内壁撞击，从而所述流体和所述柱进行热交换。
2.一种流体的加热装置，其特征在于，包括：
柱，具有围绕在所述柱的外侧面的多个周槽和分别设置在所述柱的外侧面的相邻的所述周槽之间的多个连接槽，所述多个连接槽分别连接两个相邻的所述周槽，且所述多个连接槽被配置为与相邻的夹着所述周槽的其他连接槽在周向上的位置不重叠，所述柱的中心有用于容纳加热器的加热器孔；以及
气缸，容纳所述柱，彼此紧密接触，其中
气体或液体流经所述气缸的内壁和所述柱的所述外侧面形成的流路，且从所述流路的入口流向出口，使所述气体或液体从所述连接槽向所述周槽的内壁撞击，从而所述气体或液体和所述柱进行热交换，所述柱和所述气缸由金属制成，向所述柱内插入加热器来对圆柱进行加热。
3.根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于，
上述气体是含有氮、氩、氦、碳化氢、氟化碳的惰性气体，或者是含有氢或释放出氢的还原气体，或者是包含氧、硫、硒、碲的6族元素的气体，或者是包含含有F的7族元素的气体，或者是混合了上述两种或更多种气体的气体。
4.根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于，
上述气体是含有水或空气的气体。
5.根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于，
上述液体是水或者含有水。
6.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，
上述柱与上述气缸由金属制成。
7.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，
上述柱与上述气缸由含有石英、氧化铝、碳化硅的陶瓷制成。
8.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，
上述柱与上述气缸由金属制成，向上述柱内插入加热器来对圆柱进行加热，或者利用加热器对上述气缸进行加热。
9.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，
上述柱与上述气缸由含有石英、氧化铝、碳化硅的陶瓷制成，向上述柱内插入加热器来对圆柱进行加热，或者利用加热器对上述气缸进行加热。
10.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，
上述柱是圆柱或包括四棱柱的多棱柱。
11.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，
上述柱与上述气缸由金属制成，上述柱是圆柱或包括四棱柱的多棱柱。
12.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，
上述柱与上述气缸由含有石英、氧化铝、碳化硅的陶瓷制成，上述柱是圆柱或包括四棱柱的多棱柱。
13.根据权利要求2、6、8和11中任一项所述的加热装置，其中所述金属是覆盖了异种金属的金属。
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