TWI575203B - 流體加熱冷卻圓筒裝置 - Google Patents

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TWI575203B
TWI575203B TW101134119A TW101134119A TWI575203B TW I575203 B TWI575203 B TW I575203B TW 101134119 A TW101134119 A TW 101134119A TW 101134119 A TW101134119 A TW 101134119A TW I575203 B TWI575203 B TW I575203B
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Description

流體加熱冷卻圓筒裝置
本發明係關於瞬間加熱流體或氣體之圓筒形狀之裝置。
有一種加熱氣體之裝置。一般係在已加熱的管流通氣體予以加熱。或在附有鰭片的管中流通經加熱之流體，並將氣體流通該鰭片之間來加熱氣體。
與加熱氣體裝置功能相反的氣體冷卻裝置亦具有相同結構。
習知的範例係如第1圖及第2圖所示。
第1圖係示意的轉載專利(日本再公表專利第W02006/030526號)的圖式，其實現衝擊噴流式加熱機構的一範例。流通管的氣體碰撞經加熱的圓板，進行熱交換。
第2圖係轉載專利圖式(日本特願第2009-144807號「氣體加熱裝置」之第5圖)，其係為板狀形狀產生加熱氣體之裝置。
將氣體瞬間加熱，而噴出高溫氣體之裝置的應用，並非僅用於暖氣或乾燥，還有塗佈於基板上的各種各樣之材料(金屬或電介質等)予以加熱，並燒製之操作。
本發明係關於將氣體瞬間加熱而噴出高溫氣體之裝置。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本再公表專利第W02006/030526號
[專利文獻2]日本特願第2009-144807號公報
本發明之一目的係使加熱氣體之裝置盡可能的小型化。又一目的係使製造方法簡單化。
本發明欲實現加熱溫度範圍自室溫至1000℃或1000℃以上之溫度。若加工簡單，則製造成本亦可便宜。若成本便宜，則氣體加熱裝置之應用產業更加擴張。
本發明係如申請專利範圍第1項之記載，係一種流體之加熱裝置，其特徵為在柱之側面設置複數段圓周溝以圍繞柱，在相鄰的圓周溝之間設置連接該圓周溝彼此之複數個連接溝之組合於該側面，且於夾持該圓周溝的二個組合之連接溝的圓周溝圓周上之位置配置成不產生重疊，並使該柱密接，流體流通容置的圓筒內壁與該柱作出之流路，該柱與該流體進行熱交換。
如申請專利範圍第2項之發明，係一種加熱裝置，其特徵為在柱之側面設置複數段圓周溝以圍繞柱，在相鄰的圓周溝之間設置連接該圓周溝彼此之複數個連接溝之組合於該側面，且於夾持該圓周溝的二個組合之連接溝的圓周溝圓周上之位置配置成不產生重疊，並使該柱密接，氣體 或液體流通容置的圓筒內壁與該柱作出之流路，該柱與該氣體或該液體進行熱交換。
如申請專利範圍第3項之發明，係如申請專利範圍第2項之加熱裝置，其中該氣體為含有氮、氬、氦、烴或氟化碳的惰性氣體；或者為釋出氫或氫的還原氣體；或者為含有氧、硫、硒或碲等第VI族元素的氣體；或者為含氟等第VII族元素的氣體；或者為複數種上述氣體之組合氣體。
如申請專利範圍第4項之發明，係如申請專利範圍第2項之加熱裝置，其中該氣體為含有水或空氣的氣體。
如申請專利範圍第5項之發明，係如申請專利範圍第2項之加熱裝置，其中該液體為水或含有水的液體。
如申請專利範圍第6項之發明，係如申請專利範圍第1項之加熱裝置，其中該柱與該圓筒為金屬，或被覆不同種金屬之金屬。
如申請專利範圍第7項之發明，係如申請專利範圍第1項之加熱裝置，其中該柱與該圓筒係含有石英、氧化鋁或碳化矽等之陶瓷。
如申請專利範圍第8項之發明，係如申請專利範圍第1項記載之加熱裝置，其中該柱與該圓筒為金屬，或被覆不同種金屬之金屬，插入加熱器於該柱中，加熱該柱，或以加熱器加熱該圓筒。
如申請專利範圍第9項之發明，係如申請專利範圍第1項記載之加熱裝置，其中該柱與該圓筒係含有石英、氧化鋁或碳化矽等之陶瓷，將加熱器插入該柱，加熱該柱，或 以加熱器加熱該圓筒。
如申請專利範圍第10項之發明，係如申請專利範圍第1項記載之加熱裝置，其中該柱係含有圓柱或四角柱的多角柱。
如申請專利範圍第11項之發明，係如申請專利範圍第1項記載之加熱裝置，其中該柱與該圓筒為金屬，或被覆不同種金屬之金屬，該柱係含有圓柱或四角柱之多角柱。
如申請專利範圍第12項之發明係如申請專利範圍第1項之加熱裝置，其中該柱與該圓筒為含有石英、氧化鋁或碳化矽等之陶瓷，該柱為含有圓柱或四角柱之多角柱。
根據申請專利範圍第1項之發明，可進行該柱與流體之熱交換，該柱係容置於簡單結構之經加熱圓筒。必要的結構之加工僅在柱之表面即可。
流體流通經微細加工的連接溝時，流速增加。該高速之流體迅速的衝擊該圓周溝之壁，並自經加熱的柱瞬間地進行熱交換。
連接溝因夾持圓周溝而不在相同位置，故自連接溝流出之流體不再為層流。若成為層流，則在該溝與流體之間形成停滯層，產生熱傳導之阻力，妨礙瞬間之熱交換。
加工該圓筒及溝的柱，僅為精度良好的加工，並以密接方式容置，因加工的溝形成流路，故該結構之製作工時少，且較簡單。
根據申請專利範圍第2至5項之發明，使用氣體與液 體作為流體。以氣體而言，係選擇任意之氣體。若選擇氧等，則瞬間製出經加熱的氧。若選擇氫，則瞬間製出強力的高溫還原氣體。藉由將該等高溫氣體吹入機器材料，即使不加熱基材本身，加熱氣體可處理表面。又，若使用碳酸氣體時，亦可形成碳酸之膜(石墨烯(graphene)或碳奈米管之膜)。
使用水作為流體時，可瞬間製出高溫之蒸汽。本加熱裝置因可製作成小型，故可接近欲照射本蒸汽之基材來進行照射。
因加熱的高溫蒸汽對不使用基材之藥品的洗淨具有效果，故本加熱裝置可應用作為洗淨裝置之零件。
根據申請專利範圍第6、7項之發明，本加熱裝置可以金屬或陶瓷製作。以金屬製作該柱與該圓筒，將連接部分熔接時，則可為密閉結構，並可製作與外部環境隔絕的加熱裝置。
在使用不氧化陶瓷等材料時，亦可瞬間加熱氧化性之氣體或有腐蝕性之流體。又，可使用於避免金屬污染之用途。
根據申請專利範圍第8至12項之發明，在該柱之中心軸開孔，在此僅放入加熱器就可加熱。本加熱裝置之結構較簡單，在加熱器為一台時，尤其是保養較簡單。本加熱裝置全體可製作成圓柱狀或角柱狀，且可製出圓形或四角形之輪狀加熱氣體束。在將圓筒之出口窄化製成一條管時，亦可製造一條束狀之加熱束。又，將柱作成三角形、 四角形、六角形、八角形時，可毫無間隙地捆紮複數個柱。
第3圖表示圓柱零件300之立體示意圖。在圓柱零件300中心具備用以容置加熱器之加熱器孔301。
圓柱零件300為不銹鋼，使用規格SUS310S。將圓柱加工，並在周圍製作六段之圓周溝G1,G2,G3,G4,G5,G6。深度為3mm，寬為5mm。製作連接圓周溝G1及G2的四個連接溝C1A。C1A的1係指連接G1之意，A係表現特定圓周上之位置的位相(phase)。
連接溝C1A之深度為3mm、寬為1mm。
同樣地製作連接G2及G3之四個連接溝C2B。C2B的2係指連接G2之連接溝，B係表現特定圓周上之位置的位相。
圓周上之位相B係位於位相A之中點位置。此位相之關係可自由設計。在此情形，因在圓周上具備四個連接溝，故位相A及B處於偏移45度的位置關係。連接溝在圓周上具備六個時，偏移為30度。
同樣地，製作連接溝C3A,C4B,C5A,C6B。
流體導入管302被熔接，導入至該流體導入管302之流體則被導入至圓周溝G1。
製作具加熱器孔301、圓周溝G1-G6及連接溝C1A,C2B,C3A,C4B,C5A,C6B的圓柱零件300被容置於圓筒。
第4圖係組裝圓柱零件300與容置該圓柱零件300的圓筒零件之流體加熱機構部400的斜視圖。
在圓筒零件401的內壁密接圓柱零件300。連接部進行熔接，以使流體不致漏出於外部。
自流體導入管302加壓而導入的流體流通圓周溝，在流通連接溝時成為高速流體。高速流體係在圓周溝之壁以高速呈垂直衝擊。在垂直地衝擊時，則不會形成熱傳導之阻力的停滯層。
圓柱零件300係以自加熱器供電線402所供電之加熱器403來加熱。加熱器係以碳化矽製作，可進行1000℃之加熱。
因圓筒零件401、圓柱零件300為SUS310S，故可加熱至1000℃。
第5圖係表示具容置前述流體加熱機構部400的箱全體的流體加熱裝置之剖面示意圖。
流體加熱裝置500，係將流體加熱機構部400裝入隔熱箱之物。流體加熱機構部400係以容置隔熱材料501的隔熱材料箱502來隔熱。
在隔熱材料箱502之外具不銹鋼製之外箱503，其端部係連接凸緣504。
圓柱零件係藉由自加熱器供電線402所供電之加熱器403來加熱。以圖未示出之熱電偶來測定圓柱零件之溫度，並可控制電力以維持其溫度。為製造經500℃加熱的氮，進行供電，以使該溫度可維持於500℃。
自氣體導入管505供給氮氣體100SLM。氮氣體係經由 圓周溝506，與無法在本圖觀察的連接溝，予以流動，並在流體加熱機構部400中被瞬間加熱。
經加熱至500℃之氮自氣體出口管507向外流出。
在控制加熱溫度於300℃時，則可獲得300℃之氮。
以上係敘述加熱氮氣體之實施例。本加熱機構係自由地選用氮氣體以外之氣體。
可使用含有氬、氦、烴、氟化碳的惰性氣體，或者釋出氫或氫的還原氣體；或者含有氧或硫、硒、碲等第VI族元素的氣體；或者含有氟等第VII族元素的氣體。又，亦可為複數種上述氣體之組合氣體。又，在使用烴時，亦可被分解而形成石墨烯等膜。
又該氣體亦可為含有水或空氣的氣體。
除氣體之外，亦可自由地選用流體。例如流體為水時，則可製造高溫之蒸汽。
在上述實施例係以SUS310S製作圓筒、圓柱零件。因應使用之溫度範圍或流體之性質而可自由選擇適當的材料。構成零件之材料，除不銹鋼或鋁等金屬之外，亦可為被覆不同種金屬的金屬。
又，尤其是避免金屬污染的應用，該圓柱零件與該圓筒亦可為含有石英、氧化鋁或碳化矽等之陶瓷。
[產業上可利用性]
本發明係提供製造大流量之高溫氣體或液體的小型零件。應用領域可使用於印刷物之乾燥、小型暖氣器具、溫室之暖氣、用以洗淨之高溫藥劑之產生。亦適用於在玻璃 基板等大型基板上將太陽電池或平板面板顯示裝置(FPD)價廉地成膜的技術。又，在使用熱分解之氣體時，亦可獲得分解生成膜。進一步亦可獲得來自烴的碳之膜。
101‧‧‧氣體入口
102‧‧‧空洞圓盤
103‧‧‧管
104‧‧‧氣體出口
300‧‧‧圓柱零件
301‧‧‧加熱器孔
302‧‧‧流體導入管
C1A‧‧‧連接溝
C2B‧‧‧連接溝
C3A‧‧‧連接溝
C4B‧‧‧連接溝
C5A‧‧‧連接溝
C6B‧‧‧連接溝
G1‧‧‧圓周溝
G2‧‧‧圓周溝
G3‧‧‧圓周溝
G4‧‧‧圓周溝
G5‧‧‧圓周溝
G6‧‧‧圓周溝
400‧‧‧流體加熱機構部
401‧‧‧圓筒零件
402‧‧‧加熱器供電線
403‧‧‧加熱器
500‧‧‧流體加熱裝置
501‧‧‧隔熱材料
502‧‧‧隔熱材料箱
503‧‧‧外箱
504‧‧‧凸緣
505‧‧‧氣體導入管
506‧‧‧圓周溝
507‧‧‧氣體出口管
第1圖係習知之氣體加熱裝置一範例(日本再公表專利第W02006/030526號)之示意圖。
第2圖係習知之氣體加熱裝置一範例(日本特願第2009-144807號「氣體加熱裝置」之第5圖)之示意圖。
第3圖係圓柱零件之示意圖。
第4圖係組裝圓柱零件與容置該圓柱零件之圓筒零件的流體加熱機構部之斜視圖。
第5圖係表示具容置流體加熱機構部的箱全體之流體加熱裝置之剖面示意圖。
300‧‧‧圓柱零件
301‧‧‧加熱器孔
400‧‧‧流體加熱機構部
402‧‧‧加熱器供電線
403‧‧‧加熱器
500‧‧‧流體加熱裝置
501‧‧‧隔熱材料
502‧‧‧隔熱材料箱
503‧‧‧外箱
504‧‧‧凸緣
505‧‧‧氣體導入管
506‧‧‧圓周溝
507‧‧‧氣體出口管

Claims (12)

  1. 一種流體之加熱裝置，其特徵為在柱之側面設置複數段圓周溝以圍繞柱，在相鄰的圓周溝之間設置連接該圓周溝彼此之複數個連接溝之組合於該側面，且於夾持該圓周溝的二個組合之連接溝的圓周溝圓周上之位置配置成不產生重疊，並使該柱密接，流體流通容置的圓筒內壁與該柱作出之流路，該柱與該流體進行熱交換。
  2. 一種流體之加熱裝置，其特徵為在柱之側面設置複數段圓周溝以圍繞柱，在相鄰的圓周溝之間設置連接該圓周溝彼此之複數個連接溝之組合於該側面，且於夾持該圓周溝的二個組合之連接溝的圓周溝圓周上之位置配置成不產生重疊，並使該柱密接，氣體或液體流通容置的圓筒內壁與該柱作出之流路，該柱與該氣體或該液體進行熱交換。
  3. 如申請專利範圍第2項之加熱裝置，其中該氣體為含有氮、氬、氦、烴或氟化碳的惰性氣體；或者為釋出氫或氫的還原氣體；或者為含有氧、硫、硒或碲等第VI族元素的氣體；或者為含氟等第VII族元素的氣體；或者為複數種上述氣體之組合氣體。
  4. 如申請專利範圍第2項之加熱裝置，其中該氣體為含有水或空氣的氣體。
  5. 如申請專利範圍第2項之加熱裝置，其中該液體為水或含有水的液體。
  6. 如申請專利範圍第1項之加熱裝置，其中該柱與該圓筒為金屬，或被覆不同種金屬的金屬。
  7. 如申請專利範圍第1項之加熱裝置，其中該柱與該圓筒係含有石英、氧化鋁或碳化矽等之陶瓷。
  8. 如申請專利範圍第1項之加熱裝置，其中該柱與該圓筒為金屬，或被覆不同種金屬之金屬，插入加熱器於該柱中，加熱該柱，或以加熱器加熱該圓筒。
  9. 如申請專利範圍第1項之加熱裝置，其中該柱與該圓筒係含有石英、氧化鋁或碳化矽等之陶瓷，將加熱器挿入於該柱，加熱該柱，或以加熱器加熱該圓筒。
  10. 如申請專利範圍第1項之加熱裝置，其中該柱係含有圓柱或四角柱的多角柱。
  11. 如申請專利範圍第1項之加熱裝置，其中該柱與該圓筒為金屬，或被覆不同種金屬之金屬，該柱係含有圓柱或四角柱之多角柱。
  12. 如申請專利範圍第1項之加熱裝置，其中該柱與該圓筒為含有石英、氧化鋁或碳化矽等之陶瓷，該柱為含有圓柱或四角柱之多角柱。
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