JP2011163748A - Fluid heating pipe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体加熱管に関し、特に暖房配管に用いる流体加熱管に関するものである。 The present invention relates to a fluid heating pipe, and more particularly to a fluid heating pipe used for heating piping.
日常生活、産業及び科学研究において、加熱された流体が必要となる。一般的に、加熱管を加熱することにより、液体又はガスのような流体を加熱及び導流させている。 In everyday life, industrial and scientific research, heated fluids are required. Generally, a fluid such as a liquid or a gas is heated and conducted by heating a heating tube.
従来の加熱管は、同軸を有している内部管及び外部管を含む。前記外部管は前記内部管を囲み、且つ前記内部管及び外部管は合わせて一つの空洞を定義している。前記内部管の管壁に電気抵抗ワイヤーが埋め込まれている。前記従来の加熱管を使用する場合、流体は前記空洞でガイドされ、前記内部管の管壁に埋め込まれた電気抵抗ワイヤーによって加熱される。 A conventional heating tube includes an inner tube and an outer tube having a coaxial axis. The outer tube surrounds the inner tube, and the inner tube and the outer tube together define a single cavity. An electric resistance wire is embedded in the tube wall of the inner tube. When using the conventional heating tube, fluid is guided in the cavity and heated by an electrical resistance wire embedded in the tube wall of the inner tube.
しかし、前記空洞でガイドされた流体が内部管と外部管の間に配置されているので、外部管は、流体からの熱を外界に導くことにより、加熱管からの流体に対する加熱効率を低める。 However, since the fluid guided by the cavity is disposed between the inner tube and the outer tube, the outer tube reduces the heating efficiency of the fluid from the heating tube by guiding the heat from the fluid to the outside.
従って、前記課題を解決するために、本発明は流体に対して加熱効率が高い加熱管を提供する。 Therefore, in order to solve the said subject, this invention provides the heating tube with high heating efficiency with respect to the fluid.
本発明の流体加熱管は、流体が内に流動する導流内管と、前記導流内管と所定の距離で、前記導流内管を囲むように配置される保護ユニットと、前記導流内管及び前記保護ユニットの間に配置される加熱ユニットと、を備える。前記導流内管と前記保護ユニットの間に、密封空間が形成されている。前記加熱ユニットは、前記密封空間に配置される。前記導流内管の少なくとも一つの端部に接合具を配置される。前記加熱ユニットが、加熱素子と、該加熱素子と電気的に接続され、間隔を置いて設置された少なくとも二つの電極と、を含む。前記加熱素子が複数のカーボンナノチューブからなる。 The fluid heating pipe of the present invention includes a flow guiding inner pipe through which a fluid flows, a protection unit disposed so as to surround the flow guiding inner pipe at a predetermined distance from the flow guiding inner pipe, and the flow guiding pipe. A heating unit disposed between the inner tube and the protection unit. A sealed space is formed between the inner pipe and the protection unit. The heating unit is disposed in the sealed space. A connector is disposed on at least one end of the inner pipe. The heating unit includes a heating element and at least two electrodes that are electrically connected to the heating element and spaced apart from each other. The heating element is composed of a plurality of carbon nanotubes.
前記加熱素子における複数のカーボンナノチューブが分子間力で接続してカーボンナノチューブフィルムを形成させ、該カーボンナノチューブフィルムは、前記導流内管の外表面に被覆又は巻きついている。 A plurality of carbon nanotubes in the heating element are connected by an intermolecular force to form a carbon nanotube film, and the carbon nanotube film is coated or wound around the outer surface of the flow guide inner tube.
従来の技術と比べて、本発明の流体加熱管は、流体が内で流動する導流内管とそれを囲むように配置される保護ユニットの間に密封空間が形成されており、前記加熱ユニットは、前記密封空間内に配置されているので、前記導流内管を流動する流体を直接的に加熱することができる。前記加熱素子に電流を流す場合、該加熱素子の抵抗が不変であり、該加熱素子に印加する電圧が不変であるので、該加熱素子から発生する熱量も不変である。従って、前記流体を加熱する温度が不変である。また、前記流体を加熱する温度を便利に制御することができる。前記加熱素子がカーボンナノチューブ構造体を含み、該カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブが均一的に配列され、該加熱素子が均一な厚さ及び抵抗を有するので、該加熱素子は、均一的に熱を放出することができる。前記カーボンナノチューブは電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高いので、前記加熱装置は、昇温速度が速く、熱応答速度が速く、熱交換速度が速い。前記加熱素子おけるカーボンナノチューブは、優れた力学性能、優れた靭性及び優れた機械強度を有するので、該加熱素子は、優れた力学性能、優れた靭性と機械強度を有し、使用寿命が長くなる。更に、前記導流内管が柔軟な材料からなる場合、柔軟性のある加熱装置を製造することができる。 Compared with the prior art, the fluid heating tube of the present invention has a sealed space formed between a guide inner tube through which a fluid flows and a protection unit arranged so as to surround the tube. Is disposed in the sealed space, so that the fluid flowing through the inner pipe can be directly heated. When a current is passed through the heating element, the resistance of the heating element is unchanged and the voltage applied to the heating element is unchanged, so the amount of heat generated from the heating element is also unchanged. Accordingly, the temperature at which the fluid is heated is unchanged. Also, the temperature at which the fluid is heated can be conveniently controlled. The heating element includes a carbon nanotube structure, and the carbon nanotubes in the carbon nanotube structure are uniformly arranged, and the heating element has a uniform thickness and resistance. Can be released. Since the carbon nanotube has a high efficiency of converting electric energy into heat energy, the heating device has a high temperature rising speed, a high thermal response speed, and a high heat exchange speed. Since the carbon nanotube in the heating element has excellent mechanical performance, excellent toughness and excellent mechanical strength, the heating element has excellent mechanical performance, excellent toughness and mechanical strength, and has a long service life. . Furthermore, when the said inner pipe | tube is made of a flexible material, a flexible heating device can be manufactured.
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
（実施例１）
図１及び図２を参照すると、本実施例は、流体加熱管１０を提供する。前記流体加熱管１０は、導流内管１００と、保護ユニット１０２と、加熱ユニット１０４と、二つの密封素子１１０、を含む。前記保護ユニット１０２は、前記導流内管１００と所定の距離で、前記導流内管１００を囲むように配置されている。前記二つの密封素子１１０は、前記導流内管１００と前記保護ユニット１０２との間に間隔をおいて配置される。前記導流内管１００、前記保護ユニット１０２及び前記二つの密封素子１１０は、一つの密封空間１２０を形成し、前記加熱ユニット１０４は、この密封空間１２０に配置されている。
Example 1
With reference to FIGS. 1 and 2, the present embodiment provides a fluid heating tube 10. The fluid heating tube 10 includes a flow guiding inner tube 100, a protection unit 102, a heating unit 104 and two sealing elements 110. The protection unit 102 is disposed so as to surround the inner pipe 100 at a predetermined distance from the inner pipe 100. The two sealing elements 110 are disposed with a space between the inner flow guide tube 100 and the protection unit 102. The inner pipe 100, the protection unit 102, and the two sealing elements 110 form a sealed space 120, and the heating unit 104 is disposed in the sealed space 120.
前記導流内管１００の断面は、円形、正方形、三角形又は楕円形であることができる。前記導流内管１００は、ガラス、陶器、ポリマー、石英及び樹脂の一種又は数種の絶縁熱伝導性材料からなる。前記導流内管１００の長さ及び直径に対しては特に制限がない。前記導流内管１００は、その外直径が５．１２ｍｍ〜６．１５ｍｍであり、その壁の厚さが１ｍｍ〜１．１５ｍｍである円筒形導管である。 The cross section of the flow guiding inner tube 100 may be circular, square, triangular, or elliptical. The flow guide inner tube 100 is made of one or several insulating heat conductive materials of glass, ceramics, polymer, quartz, and resin. There is no particular limitation on the length and diameter of the flow guiding inner tube 100. The flow guide inner tube 100 is a cylindrical conduit having an outer diameter of 5.12 mm to 6.15 mm and a wall thickness of 1 mm to 1.15 mm.
前記加熱ユニット１０４は、前記密封空間１２０の中に位置し、前記導流内管１００の外表面又は前記保護ユニット１０２の内表面に設置されることができる。本実施例において、前記加熱ユニット１０４は、前記保護ユニット１０２の内表面と所定の間隔をおいて離れ、前記導流内管１００の外表面に被覆されている。前記加熱ユニット１０４は、加熱素子１０４６、第一電極１０４２及び第二電極１０４４を含む。前記第一電極１０４２及び第二電極１０４４は、それぞれ、間隔を置いて設置され、前記加熱素子１０４６と電気的に接続される。前記加熱素子１０４６は、前記導流内管１００の外表面に配置される場合、接着剤又は機械的な方法によって接着される。前記第一電極１０４２及び第二電極１０４４は、前記加熱素子１０４６の同じ表面又は異なる表面に配置することができる。本実施例において、図１及び図２を参照すると、前記第一電極１０４２及び第二電極１０４４は、前記加熱素子１０４６の同じ表面に配置されている。前記第一電極１０４２及び第二電極１０４４は、電気回路に電気的に接続された少なくとも二つの導線である。 The heating unit 104 is located in the sealed space 120 and may be installed on the outer surface of the flow guiding inner tube 100 or the inner surface of the protection unit 102. In this embodiment, the heating unit 104 is separated from the inner surface of the protection unit 102 at a predetermined interval, and is coated on the outer surface of the flow guiding inner tube 100. The heating unit 104 includes a heating element 1046, a first electrode 1042, and a second electrode 1044. The first electrode 1042 and the second electrode 1044 are installed at an interval, and are electrically connected to the heating element 1046. When the heating element 1046 is disposed on the outer surface of the flow guiding inner tube 100, the heating element 1046 is bonded by an adhesive or a mechanical method. The first electrode 1042 and the second electrode 1044 may be disposed on the same surface or different surfaces of the heating element 1046. In this embodiment, referring to FIGS. 1 and 2, the first electrode 1042 and the second electrode 1044 are disposed on the same surface of the heating element 1046. The first electrode 1042 and the second electrode 1044 are at least two conductors electrically connected to an electric circuit.
前記加熱素子１０４６は、金属ワイヤー、合金ワイヤー、炭素繊維、シルクスクリーン印刷工程で形成されたカーボンナノチューブ層又はカーボンナノチューブ構造体である。該カーボンナノチューブ構造体は、分子間力で緊密に接続した複数のカーボンナノチューブを含み、該複数のカーボンナノチューブからなることが好ましい。前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造の薄膜の形状に形成されている。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立して利用することができるという形態のことである。すなわち、前記カーボンナノチューブ構造体を対向する両側から支持して、前記カーボンナノチューブ構造体の構造を変化させずに、前記カーボンナノチューブ構造体を懸架させることができることを意味する。例えば、カーボンナノチューブワイヤ構造体又はカーボンナノチューブフィルム構造体である。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。該カーボンナノチューブ構造体は大きな比表面積（例えば、１００ｍ２／ｇ以上）を有する。該カーボンナノチューブ構造体の単位体積当たりの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋであるが、好ましくは、０（０は含まず）〜１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋであり、本実施例では、１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋである。前記カーボンナノチューブ構造体の熱容量が非常に低いので、前記カーボンナノチューブ構造体からなる前記加熱素子１０４６の温度を速く上げる／下げることができ、熱応答速度が速く、物体を加熱する時間が短くなる。従って、前記加熱素子１０４６の加熱効率と加熱温度の正確性が高い。更に、前記カーボンナノチューブ構造体の純度が高く、前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは容易に酸化しないので、前記加熱素子１０４６の寿命は長くなる。一方、前記カーボンナノチューブ構造体の体積が小さいので、前記密封空間１２０を小さくすることができる。この場合、前記導流内管１００と前記保護ユニット１０２の間の距離は、５０μｍ〜５００μｍである。これによって、前記流体加熱管１０の小型化を実現することができる。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブの面密度が小さく、約１．３５ｇ／ｃｍ３であるので、前記加熱素子１０４６は軽い。前記カーボンナノチューブ構造体の抵抗の安定性がよいので、前記流体加熱管１０の熱安定性を高めることができる。 The heating element 1046 is a metal wire, an alloy wire, carbon fiber, a carbon nanotube layer or a carbon nanotube structure formed by a silk screen printing process. The carbon nanotube structure preferably includes a plurality of carbon nanotubes closely connected by an intermolecular force, and includes the plurality of carbon nanotubes. The carbon nanotube structure is formed in the shape of a self-supporting thin film. Here, the self-supporting structure is a form in which the carbon nanotube structure can be used independently without using a support material. That is, it means that the carbon nanotube structure can be suspended by supporting the carbon nanotube structure from opposite sides without changing the structure of the carbon nanotube structure. For example, a carbon nanotube wire structure or a carbon nanotube film structure. The carbon nanotube is a single-walled carbon nanotube, a double-walled carbon nanotube, or a multi-walled carbon nanotube. When the carbon nanotube is a single-walled carbon nanotube, the diameter is set to 0.5 nm to 50 nm. When the carbon nanotube is a double-walled carbon nanotube, the diameter is set to 1 nm to 50 nm. In the case of a nanotube, the diameter is set to 1.5 nm to 50 nm. The carbon nanotube structure has a large specific surface area (for example, 100 m 2 / g or more). The carbon nanotube structure has a heat capacity per unit volume of 0 (not including 0) to 2 × 10 −4 J / cm 2 · K, and preferably 0 (not including 0) to 1.7. × 10 −6 J / cm 2 · K, and in this example, it is 1.7 × 10 −6 J / cm 2 · K. Since the heat capacity of the carbon nanotube structure is very low, the temperature of the heating element 1046 made of the carbon nanotube structure can be increased / decreased quickly, the thermal response speed is high, and the time for heating the object is shortened. Therefore, the heating efficiency of the heating element 1046 and the accuracy of the heating temperature are high. Furthermore, the purity of the carbon nanotube structure is high, and the carbon nanotubes in the carbon nanotube structure are not easily oxidized, so the life of the heating element 1046 is extended. Meanwhile, since the volume of the carbon nanotube structure is small, the sealed space 120 can be reduced. In this case, the distance between the flow guiding inner tube 100 and the protection unit 102 is 50 μm to 500 μm. As a result, the fluid heating tube 10 can be downsized. The heating element 1046 is light because the surface density of the carbon nanotubes in the carbon nanotube structure is small, about 1.35 g / cm 3 . Since the stability of the resistance of the carbon nanotube structure is good, the thermal stability of the fluid heating tube 10 can be increased.
前記カーボンナノチューブ構造体には、複数のカーボンナノチューブが均一に分散されている。該複数のカーボンナノチューブは分子間力で接続されている。前記カーボンナノチューブ構造体には、前記複数のカーボンナノチューブが配向し又は配向せずに配置されている。前記複数のカーボンナノチューブの配列方式により、前記カーボンナノチューブ構造体は非配向型のカーボンナノチューブ構造体及び配向型のカーボンナノチューブ構造体の二種に分類される。本実施例における非配向型のカーボンナノチューブ構造体では、カーボンナノチューブが異なる方向に沿って配置され、又は絡み合っている。配向型のカーボンナノチューブ構造体では、前記複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列している。又は、配向型のカーボンナノチューブ構造体において、配向型のカーボンナノチューブ構造体が二つ以上の領域に分割される場合、各々の領域における複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている。この場合、異なる領域におけるカーボンナノチューブの配列方向は異なる。 A plurality of carbon nanotubes are uniformly dispersed in the carbon nanotube structure. The plurality of carbon nanotubes are connected by intermolecular force. In the carbon nanotube structure, the plurality of carbon nanotubes are arranged with or without orientation. According to the arrangement method of the plurality of carbon nanotubes, the carbon nanotube structure is classified into two types: a non-oriented carbon nanotube structure and an oriented carbon nanotube structure. In the non-oriented carbon nanotube structure in the present embodiment, the carbon nanotubes are arranged or entangled along different directions. In the oriented carbon nanotube structure, the plurality of carbon nanotubes are arranged along the same direction. Alternatively, in the oriented carbon nanotube structure, when the oriented carbon nanotube structure is divided into two or more regions, a plurality of carbon nanotubes in each region are arranged along the same direction. In this case, the arrangement directions of the carbon nanotubes in different regions are different.
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚の、厚さが０．５ｎｍ〜１０μｍであるカーボンナノチューブフィルム、少なくとも一本の、直径が０．５ｎｍ〜１０μｍであるカーボンナノチューブワイヤ、又は前記カーボンナノチューブフィルム及びカーボンナノチューブワイヤを組み合わせて形成した物である。前記カーボンナノチューブ構造体が、複数のカーボンナノチューブワイヤからなる場合、前記複数のカーボンナノチューブワイヤは、間隔をおいて平行し、又は、互いに交叉し、又は、隙間なく並列されることができる。 The carbon nanotube structure includes at least one carbon nanotube film having a thickness of 0.5 nm to 10 μm, at least one carbon nanotube wire having a diameter of 0.5 nm to 10 μm, or the carbon nanotube film and It is a product formed by combining carbon nanotube wires. When the carbon nanotube structure is composed of a plurality of carbon nanotube wires, the plurality of carbon nanotube wires can be parallel to each other at intervals, or can cross each other, or can be juxtaposed without gaps.
本発明のカーボンナノチューブ構造体としては、以下の（一）〜（四）のものが挙げられる。 Examples of the carbon nanotube structure of the present invention include the following (1) to (4).
（一）ドローン構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、超配列カーボンナノチューブアレイ（非特許文献２を参照）から引き出して得られたドローン構造カーボンナノチューブフィルム（ｄｒａｗｎ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、端と端が接続されている（図５を参照）。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で長さ方向端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。また、前記複数のカーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブフィルムの表面に平行して配列されている。図３及び図４を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、長さ方向に沿って分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメント１４３ｂにおいて、前記複数のカーボンナノチューブ１４５の長さが同じである。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａを有機溶剤に浸漬させることにより、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの強靭性及び機械強度を高めることができる。有機溶剤に浸漬された前記カーボンナノチューブフィルムの単位面積当たりの熱容量は低くなるので、その加熱効果を高めることができる。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。
(1) Drone-structured carbon nanotube film The carbon nanotube structure is a drone-structured carbon nanotube film (drawn carbon nanotube film) obtained by drawing out from a super-aligned carbon nanotube array (see Non-Patent Document 2). In the single carbon nanotube film, a plurality of carbon nanotubes are connected end to end along the same direction (see FIG. 5). That is, the single carbon nanotube film includes a plurality of carbon nanotubes whose lengthwise ends are connected by intermolecular force. The plurality of carbon nanotubes are arranged in parallel to the surface of the carbon nanotube film. 3 and 4, the single carbon nanotube film 143a includes a plurality of carbon nanotube segments 143b. The plurality of carbon nanotube segments 143b are connected to each other by an intermolecular force along the length direction. Each carbon nanotube segment 143b includes a plurality of carbon nanotubes 145 connected in parallel to each other by intermolecular force. In the single carbon nanotube segment 143b, the plurality of carbon nanotubes 145 have the same length. By soaking the carbon nanotube film 143a in an organic solvent, the toughness and mechanical strength of the carbon nanotube film 143a can be increased. Since the heat capacity per unit area of the carbon nanotube film immersed in the organic solvent is lowered, the heating effect can be enhanced. The carbon nanotube film 143a has a width of 100 μm to 10 cm and a thickness of 0.5 nm to 100 μm.
前記カーボンナノチューブ構造体は、積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルムを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で結合されている。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、それぞれ０°〜９０°の角度で交差している。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが０°以上の角度で交差する場合、前記カーボンナノチューブ構造体に複数の微孔が形成される。又は、前記複数のカーボンナノチューブフィルムは、隙間なく並列されることもできる。 The carbon nanotube structure may include a plurality of stacked carbon nanotube films. In this case, the adjacent carbon nanotube films are bonded by intermolecular force. The carbon nanotubes in the adjacent carbon nanotube films intersect each other at an angle of 0 ° to 90 °. When the carbon nanotubes in the adjacent carbon nanotube films intersect at an angle of 0 ° or more, a plurality of micropores are formed in the carbon nanotube structure. Alternatively, the plurality of carbon nanotube films may be juxtaposed without gaps.
前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、カーボンナノチューブアレイを提供する第一ステップと、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす第二ステップと、を含む。 The carbon nanotube film manufacturing method includes a first step of providing a carbon nanotube array, and a second step of stretching at least one carbon nanotube film from the carbon nanotube array.
（二）カーボンナノチューブワイヤ
図６を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブからなる。この場合、一本のカーボンナノチューブワイヤ（非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ）は、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。前記カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。前記複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。図７を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤをねじり、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ここで、前記複数のカーボンナノチューブは前記カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。前記カーボンナノチューブ構造体は、前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、又はそれらの組み合わせのいずれか一種からなる。
(2) Carbon Nanotube Wire Referring to FIG. 6, the carbon nanotube wire is composed of a plurality of carbon nanotubes connected by intermolecular force. In this case, one carbon nanotube wire (non-twisted carbon nanotube wire) includes a plurality of carbon nanotube segments (not shown) in which ends are connected. The carbon nanotube segments have the same length and width. Further, a plurality of carbon nanotubes having the same length are arranged in parallel in each of the carbon nanotube segments. The plurality of carbon nanotubes are arranged parallel to the central axis of the carbon nanotube wire. In this case, the diameter of one carbon nanotube wire is 1 μm to 1 cm. Referring to FIG. 7, the carbon nanotube wire can be twisted to form a twisted carbon nanotube wire. Here, the plurality of carbon nanotubes are arranged in a spiral shape around the central axis of the carbon nanotube wire. In this case, the diameter of one carbon nanotube wire is 1 μm to 1 cm. The carbon nanotube structure is made of any one of the non-twisted carbon nanotube wire, the twisted carbon nanotube wire, or a combination thereof.
前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、カーボンナノチューブアレイから引き出してなるカーボンナノチューブフィルムを利用する。前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、次の三種がある。第一種では、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの長手方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムを所定の幅で切断し、カーボンナノチューブワイヤを形成する。第二種では、前記カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤に浸漬させて、前記カーボンナノチューブフィルムを収縮させてカーボンナノチューブワイヤを形成することができる。第三種では、前記カーボンナノチューブフィルムを機械加工（例えば、紡糸工程）してねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。詳しく説明すれば、まず、前記カーボンナノチューブフィルムを紡糸装置に固定させる。次に、前記紡糸装置を動作させて前記カーボンナノチューブフィルムを回転させ、ねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。 The method of forming the carbon nanotube wire uses a carbon nanotube film drawn from a carbon nanotube array. There are the following three methods for forming the carbon nanotube wire. In the first type, the carbon nanotube film is cut with a predetermined width along the longitudinal direction of the carbon nanotube in the carbon nanotube film to form a carbon nanotube wire. In the second type, the carbon nanotube film can be formed by immersing the carbon nanotube film in an organic solvent and shrinking the carbon nanotube film. In the third type, the carbon nanotube film is machined (for example, a spinning process) to form a twisted carbon nanotube wire. More specifically, first, the carbon nanotube film is fixed to a spinning device. Next, the spinning device is operated to rotate the carbon nanotube film to form a twisted carbon nanotube wire.
（三）プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム（ｐｒｅｓｓｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、シート状の自立構造を有するものである。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。
(3) Precise carbon nanotube film The carbon nanotube structure includes at least one carbon nanotube film. This carbon nanotube film is a pressed carbon nanotube film. The plurality of carbon nanotubes in the single carbon nanotube film are arranged isotropically, arranged along a predetermined direction, or arranged along a plurality of different directions. The carbon nanotube film has a sheet-like self-supporting structure formed by pressing the carbon nanotube array by applying a predetermined pressure by using a pushing tool and depressing the carbon nanotube array with the pressure. is there. The arrangement direction of the carbon nanotubes in the carbon nanotube film is determined by the shape of the pushing device and the pushing direction of the carbon nanotube array.
図８を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向して配列される場合には、該カーボンナノチューブフィルムは、同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。ローラー形状を有する押し器具を利用して、同じ方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、基本的に同じ方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。また、ローラー形状を有する押し器具を利用して、異なる方向に沿って、前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、前記異なる方向に沿って、選択的な方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。 Referring to FIG. 8, when carbon nanotubes in a single carbon nanotube film are aligned and arranged, the carbon nanotube film includes a plurality of carbon nanotubes arranged along the same direction. When the carbon nanotube array is simultaneously pressed along the same direction using a pressing device having a roller shape, a carbon nanotube film including carbon nanotubes arranged in the same direction is formed. In addition, when the carbon nanotube array is simultaneously pressed along different directions using a pressing device having a roller shape, a carbon nanotube film including carbon nanotubes arranged in a selective direction along the different directions Is formed.
図９を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向せずに配置される場合には、該カーボンナノチューブフィルムは、等方的に配列されている複数のカーボンナノチューブを含む。隣接するカーボンナノチューブが分子間力で相互に引き合い、接続する。該カーボンナノチューブ構造体が平面等方性を有する。該カーボンナノチューブフィルムは、平面を有する押し器具を利用して、カーボンナノチューブアレイが成長された基板に垂直な方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを押すことにより形成される。 Referring to FIG. 9, when the carbon nanotubes in the single carbon nanotube film are arranged without being oriented, the carbon nanotube film includes a plurality of carbon nanotubes arranged isotropically. Adjacent carbon nanotubes attract each other by intermolecular force and connect. The carbon nanotube structure has planar isotropy. The carbon nanotube film is formed by pressing the carbon nanotube array along a direction perpendicular to the substrate on which the carbon nanotube array is grown using a pressing device having a flat surface.
前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの傾斜の程度は、前記カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブと該カーボンナノチューブフィルムの表面とは、角度αを成し、該角度αは０°以上１５°以下である。好ましくは、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが該カーボンナノチューブフィルムの表面に平行する（即ち、角度αは０°である）。前記圧力が大きくなるほど、前記傾斜の程度が大きくなる。前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、前記カーボンナノチューブアレイの高さ及び該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。即ち、前記カーボンナノチューブアレイの高さが大きくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が小さくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが大きくなる。これとは逆に、カーボンナノチューブアレイの高さが小さくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が大きくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが小さくなる。 The degree of inclination of the carbon nanotubes in the carbon nanotube film is related to the pressure applied to the carbon nanotube array. The carbon nanotubes in the carbon nanotube film and the surface of the carbon nanotube film form an angle α, and the angle α is not less than 0 ° and not more than 15 °. Preferably, the carbon nanotubes in the carbon nanotube film are parallel to the surface of the carbon nanotube film (that is, the angle α is 0 °). The greater the pressure, the greater the degree of tilt. The thickness of the carbon nanotube film is related to the height of the carbon nanotube array and the pressure applied to the carbon nanotube array. That is, as the height of the carbon nanotube array increases and the pressure applied to the carbon nanotube array decreases, the thickness of the carbon nanotube film increases. On the contrary, as the height of the carbon nanotube array becomes smaller and as the pressure applied to the carbon nanotube array becomes larger, the thickness of the carbon nanotube film becomes smaller.
（四）綿毛構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは綿毛構造カーボンナノチューブフィルム（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。図１０を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブは、絡み合い、等方的に配列されている。前記カーボンナノチューブ構造体においては、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分布されている。複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１００ｎｍ以上であり、１００ｎｍ〜１０ｃｍであることが好ましい。前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造の薄膜の形状に形成されている。ここで、自立構造は、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立して利用することができるという形態である。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接近して、相互に絡み合って、カーボンナノチューブネット状に形成されている。前記複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されて、多くの微小な穴が形成されている。ここで、単一の前記微小な穴の直径が１０μｍ以下になる。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、相互に絡み合って配置されるので、該カーボンナノチューブ構造体は柔軟性に優れ、任意の形状に湾曲して形成させることができる。用途に応じて、前記カーボンナノチューブ構造体の長さ及び幅を調整することができる。前記カーボンナノチューブ構造体の厚さは、０．５ｎｍ〜１ｍｍである。
(4) Fluff-structured carbon nanotube film The carbon nanotube structure includes at least one carbon nanotube film. The carbon nanotube film is a fluffed carbon nanotube film. Referring to FIG. 10, in the single carbon nanotube film, a plurality of carbon nanotubes are entangled and isotropically arranged. In the carbon nanotube structure, the plurality of carbon nanotubes are uniformly distributed. The plurality of carbon nanotubes are arranged without being oriented. The length of the single carbon nanotube is 100 nm or more, and preferably 100 nm to 10 cm. The carbon nanotube structure is formed in the shape of a self-supporting thin film. Here, the self-supporting structure is a form in which the carbon nanotube structure can be used independently without using a support material. The plurality of carbon nanotubes are close to each other by intermolecular force and entangled with each other to form a carbon nanotube net. The plurality of carbon nanotubes are arranged without being oriented to form many minute holes. Here, the diameter of the single minute hole is 10 μm or less. Since the carbon nanotubes in the carbon nanotube structure are arranged so as to be entangled with each other, the carbon nanotube structure is excellent in flexibility and can be formed to be bent into an arbitrary shape. Depending on the application, the length and width of the carbon nanotube structure can be adjusted. The carbon nanotube structure has a thickness of 0.5 nm to 1 mm.
前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、下記のステップを含む。 The method for producing the carbon nanotube film includes the following steps.
第一ステップでは、カーボンナノチューブ原料（綿毛構造カーボンナノチューブフィルムの素になるカーボンナノチューブ）を提供する。 In the first step, a carbon nanotube raw material (a carbon nanotube used as a raw material of a fluff structure carbon nanotube film) is provided.
ナイフのような工具でカーボンナノチューブを基材から剥離し、カーボンナノチューブ原料が形成される。前記カーボンナノチューブは、ある程度互いに絡み合っている。前記カーボンナノチューブの原料においては、該カーボンナノチューブの長さは、１００マイクロメートル以上であり、１０マイクロメートル以上であることが好ましい。 A carbon nanotube raw material is formed by peeling the carbon nanotube from the substrate with a tool such as a knife. The carbon nanotubes are intertwined with each other to some extent. In the carbon nanotube raw material, the carbon nanotube has a length of 100 micrometers or more, preferably 10 micrometers or more.
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブ原料を溶剤に浸漬し、該カーボンナノチューブ原料を処理して、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を形成する。 In the second step, the carbon nanotube raw material is immersed in a solvent, and the carbon nanotube raw material is processed to form a fluffy carbon nanotube structure.
前記カーボンナノチューブ原料を前記溶剤に浸漬した後、超音波式分散、又は高強度攪拌又は振動などの方法により、前記カーボンナノチューブを綿毛構造に形成させる。前記溶剤は水または揮発性有機溶剤である。超音波式分散方法の場合、カーボンナノチューブを含む溶剤に対して１０〜３０分間処理する。カーボンナノチューブは大きな比表面積を有し、カーボンナノチューブの間に大きな分子間力が生じるので、前記カーボンナノチューブはそれぞれもつれて、綿毛構造に形成されている。 After the carbon nanotube raw material is immersed in the solvent, the carbon nanotube is formed into a fluff structure by a method such as ultrasonic dispersion, high intensity stirring or vibration. The solvent is water or a volatile organic solvent. In the case of an ultrasonic dispersion method, the treatment is performed for 10 to 30 minutes against a solvent containing carbon nanotubes. Since the carbon nanotube has a large specific surface area and a large intermolecular force is generated between the carbon nanotubes, the carbon nanotubes are entangled and formed into a fluff structure.
第三ステップでは、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶液をろ過して、最終的な綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を取り出す。 In the third step, the solution containing the fluff structure carbon nanotube structure is filtered to take out the final fluff structure carbon nanotube structure.
まず、濾紙が置かれたファネルを提供する。前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を濾紙が置かれたファネルにつぎ、しばらく放置して、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体が分離される。図１０を参照すると、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブが互いに絡み合って、不規則的な綿毛構造となる。 First, provide a funnel with filter paper. When the solvent containing the fluffy carbon nanotube structure is applied to the funnel on which the filter paper is placed and then left standing for a while to dry, the fluffy carbon nanotube structure is separated. Referring to FIG. 10, the carbon nanotubes in the carbon nanotube structure having the fluff structure are entangled with each other to form an irregular fluff structure.
分離された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を容器に置き、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を所定の形状に展開し、展開された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に所定の圧力を加え、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に残留した溶剤を加熱させるか、或いは、該溶剤を自然に蒸発させると、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。 The separated fluff structure carbon nanotube structure is placed in a container, the fluff structure carbon nanotube structure is expanded into a predetermined shape, and a predetermined pressure is applied to the expanded fluff structure carbon nanotube structure, When the solvent remaining in the fluffy carbon nanotube structure is heated or the solvent is naturally evaporated, a fluffy carbon nanotube film is formed.
前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体が展開される面積によって、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さと面密度を制御できる。即ち、一定の体積を有する前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体は、展開される面積が大きくなるほど、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さと面密度が小さくなる。 The thickness and surface density of the fluffy carbon nanotube film can be controlled by the area where the fluffy carbon nanotube structure is developed. That is, the fluff-structured carbon nanotube structure having a certain volume has a smaller thickness and areal density of the fluff-structured carbon nanotube film as the developed area increases.
また、微多孔膜とエアーポンプファネル（Ａｉｒ−ｐｕｍｐｉｎｇ Ｆｕｎｎｅｌ）を利用して綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。具体的には、微多孔膜とエアーポンプファネルを提供し、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を、前記微多孔膜を通して前記エアーポンプファネルにつぎ、該エアーポンプファネルに抽気し、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。前記微多孔膜は、平滑な表面を有する。該微多孔膜において、単一の微小孔の直径は、０．２２マイクロメートルにされている。前記微多孔膜は平滑な表面を有するので、前記カーボンナノチューブフィルムは容易に前記微多孔膜から剥落することができる。さらに、前記エアーポンプを利用することにより、前記綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムに空気圧をかけるので、均一な綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムを形成させることができる。 In addition, a carbon nanotube film having a fluff structure is formed using a microporous film and an air pump funnel. Specifically, a microporous membrane and an air pump funnel are provided, and the solvent containing the fluff-structured carbon nanotube structure is passed through the microporous membrane to the air pump funnel, and then extracted to the air pump funnel and dried. As a result, a carbon nanotube film having a fluff structure is formed. The microporous film has a smooth surface. In the microporous membrane, the diameter of a single micropore is 0.22 micrometers. Since the microporous membrane has a smooth surface, the carbon nanotube film can be easily peeled off from the microporous membrane. Furthermore, since air pressure is applied to the fluffy carbon nanotube film by using the air pump, a uniform fluffy carbon nanotube film can be formed.
前記第一電極１０４２及び前記第二電極１０４４は、導電材料からなり、その形状は制限されず、導電フィルム、金属シート又は金属リード線である。前記第一電極１０４２及び前記第二電極１０４４は、導電フィルムである場合、前記加熱ユニット１０４の厚さを減少させることができる。この場合、前記導電フィルムの厚さが０．５ｎｍ〜５００ｎｍである。前記第一電極１０４２及び前記第二電極１０４４の材料は、金属、合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化アンチモンスズ（ＡＴＯ）、銀ペースト、導電重合体又はカーボンナノチューブ構造体などである。前記金属は、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、金、チタン、ネオジム、パラジウム又はセシウムなどである。前記合金は、前記金属の合金である。前記第一電極１０４２及び前記第二電極１０４４がカーボンナノチューブ構造体からなる場合、該カーボンナノチューブ構造体は、ドローン構造カーボンナノチューブフィルム、超長構造カーボンナノチューブフィルム、非ねじれ状の線状のカーボンナノチューブ構造体、ねじれ状の線状のカーボンナノチューブ構造体のいずれか一種又は数種を含む。該カーボンナノチューブフィルム又は線状のカーボンナノチューブ構造体は、金属型のカーボンナノチューブを含むことが必要である。この場合、該カーボンナノチューブ構造体自体の接着性又は導電接着剤によって、前記加熱素子１０４６の表面に固定できる。複数の前記第一電極１０４２及び前記第二電極１０４４を利用する場合、該複数の前記第一電極１０４２及び前記第二電極１０４４は、交互に間隔を置いて設置される。前記金属シート又は金属リード線の材料は、銅又はアルミニウムなどである。前記第一電極１０４２及び前記第二電極１０４４が金属シートである場合、該金属シートを、導電接着剤で前記加熱素子１０４６の表面に固定することができる。本実施例において、それぞれ一つの前記第一電極１０４２及び一つの前記第二電極１０４４を設置し、前記第一電極１０４２及び第二電極１０４４が銅線であり、その直径が０．２５ｍｍである。前記第一電極１０４２及び第二電極１０４４は、それぞれ前記導流内管１００の軸方向に沿って配列されるが、その長さは前記導流内管１００の長さより短い。前記第一電極１０４２及び第二電極１０４４は、前記導流内管１００の中心軸に沿って配置される。前記加熱素子１０４６におけるカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列する場合、前記カーボンナノチューブは、前記第一電極１０４２から前記第二電極１０４４へ延伸し、又は前記第二電極１０４４から前記第一電極１０４２へ延伸するように配列されている。 The first electrode 1042 and the second electrode 1044 are made of a conductive material, and the shape thereof is not limited, and is a conductive film, a metal sheet, or a metal lead wire. When the first electrode 1042 and the second electrode 1044 are conductive films, the thickness of the heating unit 104 can be reduced. In this case, the thickness of the conductive film is 0.5 nm to 500 nm. The material of the first electrode 1042 and the second electrode 1044 is a metal, an alloy, indium tin oxide (ITO), antimony tin oxide (ATO), silver paste, a conductive polymer, a carbon nanotube structure, or the like. The metal is aluminum, copper, tungsten, molybdenum, gold, titanium, neodymium, palladium, cesium, or the like. The alloy is an alloy of the metal. When the first electrode 1042 and the second electrode 1044 are formed of a carbon nanotube structure, the carbon nanotube structure includes a drone structure carbon nanotube film, an ultralong structure carbon nanotube film, and a non-twisted linear carbon nanotube structure. Or any one or several of twisted linear carbon nanotube structures. The carbon nanotube film or the linear carbon nanotube structure needs to contain metallic carbon nanotubes. In this case, it can be fixed to the surface of the heating element 1046 by the adhesiveness of the carbon nanotube structure itself or a conductive adhesive. When a plurality of the first electrodes 1042 and the second electrodes 1044 are used, the plurality of the first electrodes 1042 and the second electrodes 1044 are alternately arranged at intervals. The material of the metal sheet or the metal lead wire is copper or aluminum. When the first electrode 1042 and the second electrode 1044 are metal sheets, the metal sheet can be fixed to the surface of the heating element 1046 with a conductive adhesive. In the present embodiment, one first electrode 1042 and one second electrode 1044 are provided, and the first electrode 1042 and the second electrode 1044 are copper wires, and the diameter thereof is 0.25 mm. The first electrode 1042 and the second electrode 1044 are respectively arranged along the axial direction of the flow guiding inner tube 100, but the length thereof is shorter than the length of the flow guiding inner tube 100. The first electrode 1042 and the second electrode 1044 are arranged along the central axis of the flow guiding inner tube 100. When the carbon nanotubes in the heating element 1046 are aligned along the same direction, the carbon nanotubes extend from the first electrode 1042 to the second electrode 1044 or from the second electrode 1044 to the first electrode 1042. They are arranged to stretch.
図１１を参照すると、前記第一電極１０４２及び第二電極１０４４は、それぞれ前記導流内管１００の対向する両端に接続され、前記導流内管１００の外表面を回って設置されることもある。この場合、ドローン構造カーボンナノチューブフィルムからなる前記加熱素子１０４６は、前記導流内管１００の外表面に被覆されて、前記加熱素子１０４６におけるカーボンナノチューブが、前記導流内管１００の軸方向に沿って前記第一電極１０４２から前記第二電極１０４４へ、又は前記第二電極１０４４から前記第一電極１０４２へ延伸するように配列されている。 Referring to FIG. 11, the first electrode 1042 and the second electrode 1044 are connected to opposite ends of the inner conduit 100 and installed around the outer surface of the inner conduit 100. is there. In this case, the heating element 1046 made of a drone-structured carbon nanotube film is coated on the outer surface of the flow guiding inner tube 100, and the carbon nanotubes in the heating element 1046 are aligned along the axial direction of the flow guiding inner tube 100. The first electrode 1042 is extended to the second electrode 1044, or the second electrode 1044 is extended to the first electrode 1042.
前記加熱素子１０４６は、一つの線状のカーボンナノチューブ構造体である場合、電極を利用せず、前記加熱素子１０４６の両端をそれぞれ一つの電源線の両端に電気的に接続させることができる。 When the heating element 1046 is a linear carbon nanotube structure, both ends of the heating element 1046 can be electrically connected to both ends of one power line without using an electrode.
前記加熱ユニット１０４の損傷を防止するために、保護ユニット１０２を利用して、前記加熱ユニット１０４を保護する。前記保護ユニット１０２の内径が、前記導流内管１００の外径より大きい。好ましくは、前記保護ユニット１０２と前記導流内管１００は同軸で配置される。前記保護ユニット１０２の材料は制限されず、例えば、プラスチックなどの絶縁材料又は例えば金属などの導電性材料である。前記金属は、ステンレス、炭素鋼、銅、ニッケル、チタン、亜鉛、アルミニウムなどである。前記絶縁材料は、樹脂、陶器、プラスチック、ガラス、木材又は石英である。前記樹脂は、アクリル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレン、エポキシ樹脂又はポリテトラフルオロエチレンである。本実施例において、前記保護ユニット１０２は、ポリテトラフルオロエチレン層であり、その内径が６．３６ｍｍであり、厚さが０．５ｍｍ〜２ｍｍである。前記保護ユニット１０２及び前記導流内管１００の全体が柔性材料からなる場合、前記流体加熱管１０は応用によっていかなる形状に曲がることができる。 In order to prevent the heating unit 104 from being damaged, a protection unit 102 is used to protect the heating unit 104. The inner diameter of the protection unit 102 is larger than the outer diameter of the flow guiding inner tube 100. Preferably, the protection unit 102 and the flow guiding inner tube 100 are arranged coaxially. The material of the protection unit 102 is not limited, and is, for example, an insulating material such as plastic or a conductive material such as metal. Examples of the metal include stainless steel, carbon steel, copper, nickel, titanium, zinc, and aluminum. The insulating material is resin, earthenware, plastic, glass, wood or quartz. The resin is acrylic, polypropylene, polycarbonate, polyethylene, epoxy resin, or polytetrafluoroethylene. In the present embodiment, the protection unit 102 is a polytetrafluoroethylene layer having an inner diameter of 6.36 mm and a thickness of 0.5 mm to 2 mm. When the protection unit 102 and the entire inner flow guide tube 100 are made of a flexible material, the fluid heating tube 10 can be bent into any shape depending on the application.
更に、前記流体加熱管１０は接合具１００２を含むことができる。該接合具１００２は、前記導流内管１００の少なくとも一つの端部から延び、前記導流内管１００を他の導管に接続するために配置される。一つの例として、前記接合具１００２は、前記流体加熱管１０の軸方向に沿って、前記保護ユニット１０２を越えて伸びた前記導流内管１００の拡張部分を機械的に処理して形成することができる。前記接合具１００２は、前記導流内管１００の直径と同じでも異なってもよい。例えば、前記接合具１００２は複数のネジ山（ｓｃｒｅｗ ｔｈｒｅａｄｓ）を含むことができる。更に、前記接合具１００２に固定素子１４を配置することができる。前記固定素子１４によって前記接合具１００２を他の導管に接続させる。好ましくは、前記固定素子１４は、連結ナットであり、それは複数のネジを含み、前記固定素子１４の複数のネジは、前記接合具１００２の複数のネジ山と物理的に一体となることができる。即ち、前記接合具１００２の複数のネジ山を有する部分は、前記固定素子１４に挿し込んで固定される。従って、前記流体加熱管１０及び他の導管は、前記固定素子１４によって接続することができる。ここで、前記他の導管は、加熱効能がない通常の導管であるか、または加熱効能を有する導管であってもよい。 Further, the fluid heating tube 10 may include a connector 1002. The connector 1002 extends from at least one end of the inner flow guide tube 100 and is arranged to connect the inner flow guide tube 100 to another conduit. As one example, the connector 1002 is formed by mechanically processing an extended portion of the flow guiding inner tube 100 extending beyond the protection unit 102 along the axial direction of the fluid heating tube 10. be able to. The connector 1002 may be the same as or different from the diameter of the flow guiding inner tube 100. For example, the connector 1002 may include a plurality of screw threads. Furthermore, a fixing element 14 can be disposed on the connector 1002. The fastening element 14 connects the connector 1002 to another conduit. Preferably, the fixing element 14 is a connection nut, which includes a plurality of screws, and the plurality of screws of the fixing element 14 can be physically integrated with the plurality of threads of the connector 1002. . That is, the portion having a plurality of threads of the connector 1002 is inserted into the fixing element 14 and fixed. Thus, the fluid heating tube 10 and other conduits can be connected by the fixing element 14. Here, the other conduit may be a normal conduit having no heating effect or a conduit having a heating effect.
前記流体加熱管１０は、更に熱反射層１１２を含むことができる。前記熱反射層１１２は、前記加熱ユニット１０４と対向し、前記加熱ユニット１０４と間隔をおいて、前記保護ユニット１０２の内表面に配置される。前記熱反射層１１２により、前記加熱ユニット１０４から放射した熱を、前記導流内管１００へ反射させることができる。前記熱反射層１１２は、金属酸化膜、金属塩類、セラミックス、銀、アルミニウム、金及び合金の一種又は数種の熱輻射性がよい材料からなる。前記熱反射層１１２の厚さは１００μｍ〜０．５ｍｍである。 The fluid heating tube 10 may further include a heat reflection layer 112. The heat reflection layer 112 faces the heating unit 104 and is disposed on the inner surface of the protection unit 102 at a distance from the heating unit 104. The heat reflecting layer 112 can reflect the heat radiated from the heating unit 104 to the flow guiding inner tube 100. The heat reflection layer 112 is made of one or several kinds of materials having good heat radiation properties, such as metal oxide films, metal salts, ceramics, silver, aluminum, gold, and alloys. The heat reflecting layer 112 has a thickness of 100 μm to 0.5 mm.
前記流体加熱管１０は、更に断熱層１３０を含むことができる。前記断熱層１３０は、前記保護ユニット１０２の外表面に配置される。前記断熱層１３０は、石綿、珪藻岩、真珠岩、ガラス繊維、ケイ酸カリウムの一種又は数種からなる。前記断熱層１３０を設置することにより、前記加熱ユニット１０４から放射した熱の損失を減少することができる。 The fluid heating tube 10 may further include a heat insulating layer 130. The heat insulating layer 130 is disposed on the outer surface of the protection unit 102. The heat insulating layer 130 is made of one or several kinds of asbestos, diatomite, pearlite, glass fiber, and potassium silicate. By installing the heat insulating layer 130, loss of heat radiated from the heating unit 104 can be reduced.
前記流体加熱管１０を利用する場合、前記第一電極１０４２及び第二電極１０４４は電源線１０６によって電源に接続される。前記流体加熱管１０は、更に、恒温装置１０８を含む。前記恒温装置１０８は、前記加熱ユニット１０４と電気的に接続される。前記恒温装置１０８は、前記加熱ユニット１０４に印加する電圧を変更することにより、前記加熱ユニット１０４から放射した熱を制御して、前記流体加熱管１０の加熱温度を一定に保持できる。本実施例において、前記恒温装置１０８は、電源線１０６によって電源に直列する。 When the fluid heating tube 10 is used, the first electrode 1042 and the second electrode 1044 are connected to a power source by a power line 106. The fluid heating tube 10 further includes a thermostatic device 108. The thermostat 108 is electrically connected to the heating unit 104. The thermostatic device 108 can control the heat radiated from the heating unit 104 by changing the voltage applied to the heating unit 104 to keep the heating temperature of the fluid heating tube 10 constant. In this embodiment, the thermostatic device 108 is serially connected to a power source by a power line 106.
前記流体加熱管１０は、流体の導管として直接的に利用し、又は通常の流体の導管の一部として利用することができる。例えば、前記流体加熱管１０を、通常の流体の導管の一つ端部（上水道）に接続し、又は二つの流体の導管の間に接続する。前記加熱素子１０４６に電流を流す場合、該加熱素子１０４６の抵抗が一定であり、該加熱素子１０４６に印加する電圧が一定である場合、該加熱素子１０４６から生じた熱も一定である。勿論、前記恒温装置１０８を利用して、前記流体加熱管１０から生じた熱を制御することができ、精確に流体に加熱する温度を制御することができる。 The fluid heating tube 10 can be used directly as a fluid conduit or as part of a normal fluid conduit. For example, the fluid heating tube 10 is connected to one end (water supply) of a normal fluid conduit or between two fluid conduits. When a current is passed through the heating element 1046, the resistance of the heating element 1046 is constant. When the voltage applied to the heating element 1046 is constant, the heat generated from the heating element 1046 is also constant. Of course, the thermostat 108 can be used to control the heat generated from the fluid heating tube 10, and the temperature at which the fluid is heated can be accurately controlled.
以下、本実施例の前記流体加熱管１０の加熱効果に対してテストする。図１２を参照すると、試験装置は、第一容器６０と、ポンプ３０と、第二容器４０と、を含む。前記流体加熱管１０は、前記第一容器６０と第二容器４０の間に位置され、前記ポンプ３０は、前記流体加熱管１０の一端に接続される。前記導流内管１００の長さが、前記保護ユニット１０２の長さより長い。前記導流内管１００の両端が、全て前記保護ユニット１０２から突き出ており、それぞれ通常の導管によって前記第一容器６０及び第二容器４０に接続されている。前記ポンプ３０によって、前記第一容器６０における流体５０を前記第一容器６０から前記導流内管１００を通じて前記第二容器４０に流動させる。前記流体５０は、前記流体加熱管１０の前記導流内管１００へ流れると、加熱される。ここで、前記流体５０は水である。前記導流内管１００は円筒状のゴム導管である。前記導流内管１００の、外径が５．１２ｍｍであり、壁の厚さが１．１５ｍｍである。前記保護ユニット１０２は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる円筒である。前記保護ユニット１０２の内径は６．３６ｍｍであり、壁の厚さが１．３５ｍｍである。前記密封素子１１０は、プラスチックからなる。前記第一電極１０４２及び第二電極１０４４は、銅線である。前記第一電極１０４２及び第二電極１０４４は、前記導流内管１００の軸方向に沿って配列される。前記加熱素子１０４６は、幅が５ｃｍのドローン構造カーボンナノチューブフィルムからなる。前記加熱素子１０４６は、前記保護ユニット１０２に対向して前記導流内管１００の外表面に被覆されている。前記第一電極１０４２及び第二電極１０４４は、前記加熱素子１０４６の外表面に配置される。前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムからなる加熱素子１０４６におけるカーボンナノチューブは、前記第一電極１０４２から前記第二電極１０４４へ延伸するように配列されている。 Hereinafter, it tests with respect to the heating effect of the said fluid heating pipe | tube 10 of a present Example. Referring to FIG. 12, the test apparatus includes a first container 60, a pump 30, and a second container 40. The fluid heating pipe 10 is positioned between the first container 60 and the second container 40, and the pump 30 is connected to one end of the fluid heating pipe 10. The length of the inner pipe 100 is longer than the length of the protection unit 102. Both ends of the flow guiding inner pipe 100 protrude from the protection unit 102 and are connected to the first container 60 and the second container 40 by ordinary conduits, respectively. The pump 30 causes the fluid 50 in the first container 60 to flow from the first container 60 to the second container 40 through the flow guide inner pipe 100. The fluid 50 is heated when it flows to the inner pipe 100 of the fluid heating pipe 10. Here, the fluid 50 is water. The flow guide inner pipe 100 is a cylindrical rubber conduit. The flow guide inner tube 100 has an outer diameter of 5.12 mm and a wall thickness of 1.15 mm. The protection unit 102 is a cylinder made of polytetrafluoroethylene (PTFE). The protective unit 102 has an inner diameter of 6.36 mm and a wall thickness of 1.35 mm. The sealing element 110 is made of plastic. The first electrode 1042 and the second electrode 1044 are copper wires. The first electrode 1042 and the second electrode 1044 are arranged along the axial direction of the flow guiding inner tube 100. The heating element 1046 is made of a drone structure carbon nanotube film having a width of 5 cm. The heating element 1046 is coated on the outer surface of the flow guiding inner tube 100 so as to face the protection unit 102. The first electrode 1042 and the second electrode 1044 are disposed on the outer surface of the heating element 1046. The carbon nanotubes in the heating element 1046 made of the drone structure carbon nanotube film are arranged to extend from the first electrode 1042 to the second electrode 1044.
図１２を参照すると、前記流体加熱管１０で液体５０の流速は３．５３ｍｌ／ｍｉｎである。前記第一容器６０における液体５０の温度が２４℃である。前記第二容器４０での液体５０の温度は、前記流体加熱管１０の加熱電力によって確定される。前記第一電極１０４２及び第二電極１０４４の間に印加する電圧は、前記流体加熱管１０の加熱力によって確定される。前記第一電極１０４２及び第二電極１０４４の間に印加する電圧、前記加熱素子１０４６に流れた電流、前記流体加熱管１０の加熱電力及び前記第二容器４０での液体５０の温度の関係は、表１に示されている。 Referring to FIG. 12, the flow rate of the liquid 50 in the fluid heating tube 10 is 3.53 ml / min. The temperature of the liquid 50 in the first container 60 is 24 ° C. The temperature of the liquid 50 in the second container 40 is determined by the heating power of the fluid heating pipe 10. The voltage applied between the first electrode 1042 and the second electrode 1044 is determined by the heating force of the fluid heating tube 10. The relationship between the voltage applied between the first electrode 1042 and the second electrode 1044, the current flowing through the heating element 1046, the heating power of the fluid heating tube 10 and the temperature of the liquid 50 in the second container 40 is as follows: It is shown in Table 1.
表１を参照すると、前記流体加熱管１０は低い電圧でもそれを通じる流体５０は十分に加熱される。前記テストプロセスでは、流体５０は前記流体加熱管１０によって３０分で所定の温度に達することができ、且つ加熱効果が安定、均一である。 Referring to Table 1, even when the fluid heating tube 10 is at a low voltage, the fluid 50 passing therethrough is sufficiently heated. In the test process, the fluid 50 can reach a predetermined temperature in 30 minutes by the fluid heating tube 10, and the heating effect is stable and uniform.
図１３は、前記流体加熱管１０の加熱電力と、前記流体５０の前記流体加熱管１０によって生じた温度差と、の関係を示す図である。従って、前記流体加熱管１０は、その中に流動した流体５０を均一的に加熱することができる。 FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the heating power of the fluid heating tube 10 and the temperature difference of the fluid 50 generated by the fluid heating tube 10. Therefore, the fluid heating tube 10 can uniformly heat the fluid 50 flowing therein.
（実施例２）
図１４を参照すると、本実施例は、流体加熱管２０を提供する。本実施例の流体加熱管２０は、実施例１の流体加熱管１０と比較すると、次の異なる点がある。本実施例において、熱反射層２１２は、絶縁性の反射層であり、加熱ユニット２０４は、密封空間２２０の中に位置し、前記熱反射層２１２の前記密封空間２２０に隣接する表面に配置される。
(Example 2)
Referring to FIG. 14, this embodiment provides a fluid heating tube 20. The fluid heating tube 20 of the present embodiment has the following different points compared to the fluid heating tube 10 of the first embodiment. In this embodiment, the heat reflecting layer 212 is an insulating reflecting layer, and the heating unit 204 is located in the sealed space 220 and is disposed on the surface of the heat reflecting layer 212 adjacent to the sealed space 220. The
１０、２０ 流体加熱管
１４ 固定素子
１０４２、２０４２ 第一電極
１０４４、２０４４ 第二電極
１０４６、２０４６ 加熱素子
１１２、２１２ 熱反射層
１０６ 電源線
１０８ 恒温装置
１３０、２３０ 断熱層
１００２ 接合具
１００、２００ 導流内管
１０２、２０２ 保護ユニット
１０４、２０４ 加熱ユニット
１１０ 密封素子
１２０、２２０ 密封空間
３０ ポンプ
６０ 第一容器
５０ 流体
４０ 第二容器
10, 20 Fluid heating tube 14 Fixed element 1042, 2042 First electrode 1044, 2044 Second electrode 1046, 2046 Heating element 112, 212 Heat reflection layer 106 Power line 108 Constant temperature device 130, 230 Heat insulation layer 1002 Joiner 100, 200 Conduction Inner pipe 102, 202 Protection unit 104, 204 Heating unit 110 Sealing element 120, 220 Sealed space 30 Pump 60 First container 50 Fluid 40 Second container
Claims (2)
前記導流内管と前記保護ユニットの間に、密封空間が形成され、
前記加熱ユニットは、前記密封空間の中に配置され、
前記導流内管の少なくとも一つの端部に接合具が配置され、
前記加熱ユニットが、加熱素子と、該加熱素子と電気的に接続され、間隔を置いて設置された少なくとも二つの電極と、を含み、
前記加熱素子が複数のカーボンナノチューブからなることを特徴とする流体加熱管。 An inner pipe, a protection unit arranged to surround the inner pipe at a predetermined distance from the inner pipe, and a heating unit arranged between the inner pipe and the protection unit A fluid heating tube comprising:
A sealed space is formed between the inner pipe and the protection unit,
The heating unit is disposed in the sealed space;
A connector is disposed at at least one end of the inner pipe.
The heating unit includes a heating element and at least two electrodes electrically connected to the heating element and spaced apart from each other;
The fluid heating tube, wherein the heating element comprises a plurality of carbon nanotubes.
単一のカーボンナノチューブフィルムは、分子間力で接続した複数のカーボンナノチューブを含み、
前記カーボンナノチューブフィルムは、前記導流内管の外表面を被覆しているか、又は前記導流内管に巻き付ついていることを特徴とする、請求項１に記載の流体加熱管。 The heating element includes at least one carbon nanotube film,
A single carbon nanotube film contains multiple carbon nanotubes connected by intermolecular forces,
The fluid heating tube according to claim 1, wherein the carbon nanotube film covers an outer surface of the inner conduit or is wound around the inner conduit.
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