JP2011163749A

JP2011163749A - 流体加熱器

Info

Publication number: JP2011163749A
Application number: JP2010293189A
Authority: JP
Inventors: Jia-Ping Wang; 佳平王; Rui Xie; 睿謝; Kaili Jiang; 開利姜; 守善 ▲ハン▼; Feng-Yan Fan
Original assignee: Qinghua University; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Qinghua University; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2011-08-25
Also published as: US20110194846A1; CN102147148A

Abstract

【課題】本発明は、流体加熱器に関する。
【解決手段】本発明の流体加熱器は、支持内管と、前記支持内管と所定の距離で、前記支持内管を囲む保護外管と、前記支持内管及び前記保護外管の間に配置される加熱ユニットと、を備える。前記支持内管と前記保護外管の間に、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。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体加熱器に関するものである。

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。一般的には、流体加熱器によって液体又はガスのような流体を加熱させる。

従来の流体加熱器は、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。前記従来の流体加熱器を使用する場合、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。

中国特許出願公開第１０１２３９７１２号明細書

ＫａｉｌｉＪｉａｎｇ、ＱｕｎｑｉｎｇＬｉ、ＳｈｏｕｓｈａｎＦａｎ、"Ｓｐｉｎｎｉｎｇｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｙａｒｎｓ"、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１

しかし、前記流体加熱器を利用して流体を加熱する場合、前記流体加熱器を、前記流体のための他の器具、又は前記流体が経由するチューブに緊密的に接続させ、且つ、流体が前記流体加熱器の内部管と外部管の間を流動することを保証させるため、前記流体加熱器を、前記流体のための他の器具、又は前記流体が経由するチューブの固定位置に接続させる必要がある。この場合、前記流体が経由するチューブ等の他の位置で流体を加熱する時、さらに別の前記流体加熱器を利用するため、流体を加熱するコストが高くなる。一方、前記流体加熱器を用いて注射液を加熱させる場合、注射器用加熱装置を繰り返して利用することにより、注射薬は汚染されるので、前記流体加熱器は一回限りの注射器用加熱装置として用いられる。しかし、それでは注射器のコストが高くなる。

従って、前記課題を解決するために、本発明は流体を加熱することに対して繰り返し使用でき、簡単で、便利で、安定的に加熱することができる流体加熱器を提供する。

本発明の流体加熱器は、流体が内に流動する支持内管と、前記支持内管と所定の距離で、前記支持内管を囲む保護外管と、前記支持内管及び前記保護外管の間に配置される加熱ユニットと、を備える。前記支持内管と前記保護外管の間に、密封空間が形成されている。前記加熱ユニットは、前記密封空間の中に配置される。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。

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、前記支持内管の外表面に被覆又は巻きついている。

従来の技術と比べて、本発明の流体加熱器は、流体が内で流動する支持内管とそれを囲むように配置される保護外管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、前記支持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、前記支持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。

本発明に係る流体加熱器の実施例１の構造を示す図である。図１に示す流体加熱器の断面図である。ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。図３中のカーボンナノチューブフィルムのカーボンナノチューブセグメントの構造を示す図である。図３に示すカーボンナノチューブフィルムを引き出す見取り図である。非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。カーボンナノチューブが配向して配置されるプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。カーボンナノチューブが配向せず配置されるプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。綿毛構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。図１に示す流体加熱器の加熱ユニットのもう一つの構造を示す図である。本発明に係る流体加熱器の実施例２の構造を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
図１及び図２を参照すると、本実施例は、流体加熱器１０を提供する。前記流体加熱器１０は、支持内管１００と、保護外管１０２と、加熱ユニット１０４と、二つの密封素子１１０と、を含む。前記保護外管１０２は、前記支持内管１００と所定の距離で、前記支持内管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、前記支持内管１００と前記保護外管１０２との間に間隔をおいて配置される。前記支持内管１００、前記保護外管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。

前記支持内管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。前記支持内管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。好ましくは、前記支持内管１００は、所定の支持性及び曲げ特性を有する絶縁熱伝導性材料からなる。前記支持内管１００の長さ及び直径に対しては特に制限がない。前記支持内管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。

前記保護外管１０２の内径は、前記支持内管１００の外径より大きい。前記保護外管１０２は、前記支持内管１００の外側を覆う。好ましくは、前記保護外管１０２と前記支持内管１００は同軸で配置される。前記保護外管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。好ましくは、前記支持内管１００は、所定の支持性及び曲げ特性を有する絶縁材料からなる。本実施例において、前記保護外管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。前記保護外管１０２及び前記支持内管１００の全体が柔性材料からなる場合、前記流体加熱器１０は応用によっていかなる形状に曲がることができる。

前記二つの密封素子１１０は、それぞれ前記支持内管１００及び前記保護外管１０２からなる空間の両端に配置されて、前記支持内管１００及び前記保護外管１０２からなる空間を密封させることにより、前記密封空間１２０を形成する。前記二つの密封素子１１０は、接着剤によって前記支持内管１００及び前記保護外管１０２に接続されることができる。前記二つの密封素子１１０は、前記支持内管１００又は前記保護外管１０２から延伸して形成されたものであることができる。この場合、前記二つの密封素子１１０は、前記支持内管１００又は前記保護外管１０２と一体化形成されたものである。

前記密封空間１２０の中に気体を充填することができるが、前記密封空間１２０を真空環境とさせることができる。前記密封空間１２０の中に気体を充填させ、又は、前記密封空間１２０を真空環境に保持させるので、前記密封空間１２０は、前記支持内管１００と前記保護外管１０２の間の熱伝導、及び、前記密封空間１２０における前記加熱ユニット１０４は外部との熱対流、を減少できる。従って、前記加熱ユニット１０４から生じる熱量は、有効的に前記支持内管１００を通じて、加熱するようとする流体に伝導することができる。

前記加熱ユニット１０４は、前記密封空間１２０の中に位置し、前記支持内管１００の外表面又は前記保護外管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、前記保護外管１０２の内表面と所定の間隔をおいて離れ、前記支持内管１００の外表面に被覆される。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、前記支持内管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。

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、１００ｍ^２／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／ｃｍ^２・Ｋであるが、好ましくは、０（０は含まず）〜１．７×１０^−６Ｊ／ｃｍ^２・Ｋであり、本実施例では、１．７×１０^−６Ｊ／ｃｍ^２・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、前記支持内管１００と前記保護外管１０２の間の距離は、５０μｍ〜５００μｍである。これによって、前記流体加熱器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／ｃｍ^３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、前記流体加熱器１０の熱安定性を高めることができる。

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。

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。

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。

（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１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（ｄｒａｗｎｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｆｉｌｍ）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。

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。

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。

（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。

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。

（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（ｐｒｅｓｓｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｆｉｌｍ）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。

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。

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。

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。

（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（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｆｉｌｍ）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

また、微多孔膜とエアーポンプファネル（Ａｉｒ−ｐｕｍｐｉｎｇＦｕｎｎｅｌ）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。

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、それぞれ前記支持内管１００の軸方向に沿って配列されるが、その長さは前記支持内管１００の長さより短い。前記第一電極１０４２及び第二電極１０４４は、前記支持内管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。

図１１を参照すると、前記第一電極１０４２及び第二電極１０４４は、それぞれ前記支持内管１００の対向する両端に接続され、前記支持内管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、前記支持内管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、前記支持内管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

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。

前記流体加熱器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、前記保護外管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、前記支持内管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。

前記流体加熱器１０は、更に断熱層１３０を含むことができる。前記断熱層１３０は、前記保護外管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。

前記流体加熱器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。前記流体加熱器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、前記流体加熱器１０の加熱温度を一定に保持できる。

（実施例２）
図１２を参照すると、本実施例は、流体加熱器２０を提供する。本実施例の流体加熱器２０は、実施例１の流体加熱器１０と比較すると、次の異なる点がある。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に前記熱反射層２１２の前記密封空間２２０に隣接する表面に配置される。

１０、２０流体加熱器
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支持内管
１０２、２０２保護外管
１０４、２０４加熱ユニット
１１０密封素子
１２０、２２０密封空間

Claims

支持内管と、前記支持内管と所定の距離で、前記支持内管を囲む保護外管と、前記支持内管及び前記保護外管の間に配置される加熱ユニットと、を備えた流体加熱管であって、
前記支持内管と前記保護外管の間に、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器。
前記加熱素子は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含み、
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からなり、
前記カーボンナノチューブフィルムは、前記支持内管の外表面を被覆しているか、又は前記支持内管に巻き付ついていることを特徴とする、請求項１に記載の流体加熱器。