TWM454528U

TWM454528U - 石墨之製造設備

Info

Publication number: TWM454528U
Application number: TW102202433U
Authority: TW
Inventors: 楊漢堂
Original assignee: 綠晶能源股份有限公司
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2013-06-01
Also published as: US20140219875A1

Description

石墨之製造設備

本創作係一種石墨之製造設備，尤指一種具有吸附廢油功能之排氣系統的石墨製造設備，而得以延長抽氣幫浦壽命。

石墨化係將高分子化合物轉換為石墨之加工技術，其係將有機化合物的碳原料加熱，使其所含低分子化合物蒸發，超過一定溫度後，熱分解反應使碳鍵解離，分餾出低分子量化合物。而在高溫時，碳體就會開始朝向石墨結晶，完全排出碳以外的揮發性元素，促使積層構造成長而石墨化。

目前，工業化的石墨製造設備通常利用電阻式加熱，然而其所需升溫時間長，而且製造過程會排放二氧化碳氣體，不符合環保的要求。另外，台灣專利公告第514240號揭露一種感應加熱石墨化裝置爐體，其可用以小規模的生產石墨，其以石墨坩堝為容器而盛裝碳化材料，藉由銅製的感應線圈加熱，並利用非氣密式的氧化防護使碳材石墨化。然而，第514240號專利僅能小規模的生產，未能符合大量生產的工業需求，因為石墨本身具有導電性，使用石墨坩堝如何與感應線圈絕緣，且能提昇感應加熱的效能，是感應加熱設備設計時須要克服的難題。再者，第514240號專利使用氧化鎂絕熱層，且採非氣密式的爐體，由於氧化鎂材料在高溫中及大氣未事先抽除的情況下，容易產生燃燒反應，而有安全上的疑慮。

另外，申請人於台灣專利公告第M398536號揭示了一種石墨化材料的製造設備，其揭示的製造設備能夠一次大量生產石墨化材料，生產時間短，而且具有安全性並符合環保要求，而解決第514240號專利的問題。然而，考量到在實際應用時，石墨化材料在加熱的過程中會產生廢氣與廢油，譬如焦油，而廢油會含在廢氣中，而這些廢氣在透過排氣系統移除時，廢油會附著於排氣系統的抽氣幫浦之上，因此大幅縮短了抽氣幫浦的抽氣效率和使用壽命，造成成本增加。此外，習用製造設備之測溫裝置容易受到測溫孔的周圍熱輻射溫度與測溫區附近的煙層影響，而導致測溫準確性不佳，如此即無法準確控制爐體溫度，而降低製造石墨的品質。因此有進一步提出改善的必要。

本創作之主要目的，係提供一種石墨之製造設備，其於爐體之側面設置排氣系統，本創作藉由設置吸附廢油的排廢油罐，以吸附廢氣中的廢油，而減少廢氣中的含廢油量，得以延長抽氣幫浦的壽命。

本創作之另一目的，係提供一種石墨之製造設備，其惰性氣體進氣口設置於爐體上方，藉由惰性氣體相較於空氣具有較重之比重的下沉特性，而將空氣往上推，如此即有利於排氣系統，而將空氣排出爐體之外。

本創作之另一目的，係提供一種石墨之製造設備，其測溫裝置與惰性氣體進氣口皆設置於爐體上方，惰性氣體進氣口通入之惰性氣體會在測溫裝置之下方通入至爐體內，如此可降低測溫裝置進行測溫之測溫孔的周圍熱輻射溫度，以及惰性氣體會吹散測溫區附近的煙層，而避免影響測溫裝置的準確性。

本創作之另一目的，係提供一種石墨之製造設備，其藉由壓力感測裝置感測爐體內之壓力，以調整惰性氣體進入爐體內的進氣量或者調整排出爐體內之惰性氣體的排氣量，以避免爐體內之壓力過大，而確保安全性。

本創作揭示了一種石墨之製造設備，其基本硬體架構係包含一爐體；一排氣管，其係連接於該爐體並連通於該爐體，而排出該爐體內之一廢氣；一排廢油罐，其係與該排氣管相連通，並吸附該廢氣之一廢油，而過濾該廢氣；以及一抽氣幫浦，其係與該排廢油罐相連接，並連通於該排廢油罐、該排氣管與該爐體，而抽取該爐體之該廢氣至該排廢油罐，並排放出經該排廢油罐過濾後之一氣體。在如此架構之下，不但爐體的廢氣得以排放出，也可以過濾掉廢油，如此抽氣幫浦也具有長效的使用壽命。

1‧‧‧爐體
1A‧‧‧外殼上側面
1B‧‧‧外殼下側面
1C‧‧‧底面
10‧‧‧上蓋
101‧‧‧管件
103‧‧‧測溫孔
11‧‧‧外殼主體
12‧‧‧石墨坩堝
13‧‧‧容室
14‧‧‧防爆閥
15‧‧‧惰性氣體進氣口
150‧‧‧惰性氣體進氣管
151‧‧‧流量閥
16‧‧‧惰性氣體排氣口
160‧‧‧惰性氣體排氣管
161‧‧‧流量閥
17‧‧‧測溫裝置
171‧‧‧熱電偶測溫裝置
172‧‧‧紅外線測溫裝置
18‧‧‧壓力感測裝置
19‧‧‧監控窗
2‧‧‧排氣系統
20‧‧‧排氣管
21‧‧‧冷凝管
22‧‧‧排廢油罐
221‧‧‧多孔性陶瓷環
222‧‧‧廢油
23‧‧‧抽氣幫浦
24‧‧‧排氣口
30‧‧‧升降機構
31‧‧‧保溫隔熱層
32‧‧‧感應線圈
33‧‧‧絕緣陶瓷套筒
34‧‧‧保溫毯

第一圖：其係為本創作之結構示意圖；
第二圖：其係為本創作中之爐體及其內部的結構示意圖；
第三圖：其係為本創作中之排廢油罐的示意圖；及
第四圖：其係為本創作中之流量閥的位置示意圖。

為使　貴審查委員對本創作之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：

首先，請參考第一圖，其係為本創作之製造設備的結構示意圖。其係包含一爐體1與一排氣系統2，排氣系統2包含一排氣管20、一冷凝管21、一排廢油罐22以及一抽氣幫浦23。

爐體1與排氣系統2為相連接之兩個主體部分。於排氣系統2中，其排氣管20連接於爐體1，並相通於爐體1之內部，以用於排出爐體1內之廢氣；冷凝管21係與排氣管20相連接，使得廢氣進入冷凝管21，冷凝管21用於冷凝廢氣；排廢油罐22係與冷凝管21相連接，而用於吸附冷凝後之廢氣中所含的廢油，以過濾廢氣；而至於抽氣幫浦23，則係與排廢油罐22相連接，且經由排廢油罐22、冷凝管21與排氣管20，而抽取爐體1之廢氣至排廢油罐22，並排放出經排廢油罐22過濾後之氣體。

於本創作中，爐體1的形式為圓筒狀爐體，其具有一外殼主體11與上蓋10，外殼主體11之內部具有一容室13（如第二圖所示），上蓋10蓋設於外殼主體11之上方，而封住外殼主體11之頂部。外殼主體11可依部位不同而由上至下區分為一外殼上側面1A、一外殼下側面1B以及一底面1C；而爐體1的中空內部則請參考第二圖，其所架構的空間為容室13，並且在此容室13中具有一石墨坩堝12，以裝載原料而燒製進行石墨化，以產生石墨。

本創作中之爐體1的細部結構如第二圖所示，其於外殼主體11之側邊外部設置有一升降機構30，其用於開啟與關閉上蓋10，而在外殼主體11內部的內壁上貼附有保溫隔熱層31，此些保溫隔熱層31係由鋼玉製的磚塊組成，可避免外殼主體11產生感應電流而發熱，並且能隔絕石墨坩堝12的熱傳導到外殼主體11，如此一來，除了能防止外殼主體11之溫度過高，以保障可能接觸外殼主體11之操作者的安全，也能減少熱能漏失，以維持容室13內的高溫，提昇加熱效能。

在石墨化加工核心的部分，石墨坩堝12外包覆有一保溫毯34，保溫毯34之外則包覆有一絕緣陶瓷套筒33，絕緣陶瓷套筒33外則環繞設有一感應線圈32。保溫毯34係由石墨纖維及碳纖維混織而成，而包覆於石墨坩堝12外，可有效隔絕石墨坩堝12與外在環境產生熱交換，達到節約能源之目的。位於保溫毯34之外的絕緣陶瓷套筒33係用以防止保溫毯34中的石墨纖維飛散進入感應線圈32，導致帶電的感應線圈32與石墨坩堝12發生電弧作用，並加強對石墨坩堝12的保溫作用，有效節約能源。在本創作之實施例中，絕緣陶瓷套筒33含有氧化鋁及氧化鋯。在高溫下，即使有裂紋也不會完全碎裂而失去防止石墨纖維穿透的功能，以確保其絕緣的功能。

環繞於絕緣陶瓷套筒33外之感應線圈32係與一電源系統(圖未示)連接。在本實施例中，感應線圈32為內通冷卻水的銅管所製成，而電源系統提供感應線圈32所需的電能，電源系統可將三相交流電轉為500~5000Hz的中頻直流電，藉由感應線圈32使石墨坩堝12的內部產生涓流作用，利用涓流作用在石墨坩堝12的內部而循環發熱，而對石墨坩堝12加熱，可在約80~250分鐘使石墨坩堝12的工作溫度到達1500~3200℃。

本創作係以聚醯亞胺（Polyimide, PI）作為原料，而進行石墨化處理，其係於石墨坩堝12內放置PI等高分子膜，然後加熱至2800℃的高溫以上，使這些原料石墨化而轉化成石墨。然而在此過程中，特別是在1000℃左右的時候，其會產生大量的雜質與廢油，例如焦油，因此本創作透過排氣系統2而將此些雜質與廢油以廢氣的形態抽離。不過，當反應溫度提升到3000℃左右時，由於此階段會產生的雜質少，因此可不用進行抽氣。

此些廢氣在排氣系統2一端的抽氣幫浦23作用之下，而自容室13之排氣口24被吸引進入排氣系統2的排氣管20，進而依序進入冷凝管21與排廢油罐22，最後經由抽氣幫浦23排出。

在石墨化的加熱過程中，為了要清除容室13內因石墨化所產生之雜質與廢油，抽氣幫浦23會將容室13內的氣體抽出，而氣體混合雜質與廢油所形成的廢氣會於此冷凝管21中將水氣凝結出，以避免水分參與石墨化過程，產生不必要的反應；然而除了水氣之外，混合有廢油的廢氣若持續前進至抽氣幫浦23，將會導致抽氣幫浦23的損傷。

因此，本創作在冷凝管21和抽氣幫浦23之間設置了排廢油罐22，其可吸附廢氣中的廢油，而過濾廢氣與其他雜質，避免廢油與雜質持續於管路中前進而抵達抽氣幫浦23，如此即確保抵達抽氣幫浦23的氣體是較為乾淨之氣體。請參考第三圖，本創作於排廢油罐22中設置了複數個多孔性陶瓷環221，其所具有的緻密孔隙可以讓廢油222確實地停留於此排廢油罐22，並且只要透過更新多孔性陶瓷環221就可完成清理。

本創作除了在排氣系統2上的改進之外，於爐體1的氣體流通上也做了改良，本創作將排氣系統2的排氣管20連接於外殼主體11之外殼上側面1A，係為了讓廢氣能夠較理想的被抽出。同時，本創作之上蓋10具有空間，此空間連通於爐體11之容室13，且設有一惰性氣體進氣口15（如第二圖所示），惰性氣體進氣口15連接有一惰性氣體進氣管150，如此即相當於上蓋10連接有惰性氣體進氣管150，以通入惰性氣體進入容室13，以避免外界氧氣進入容室13內，而與原料產生反應。此外，如第一圖所示，本創作再於外殼主體11之底面1C處設置了一惰性氣體排氣口16，其連接有一惰性氣體排氣管160，如此架構出惰性氣體行進流通的路徑。

由於多種惰性氣體的比重大於空氣，因此在其經由惰性氣體進氣管150進入容室13後，惰性氣體將會下沉，而將位於爐體1內，也就是容室13底部的空氣向上推舉，因而靠近與排氣系統2相連接的排氣口24，如此係輔助排氣系統2得以將之抽出爐體1之外。若要將注入的惰性氣體排放出，則可利用位於外殼主體11之底面1C處的惰性氣體排氣口16即可。

另外，請參考第四圖，本創作更包括有一流量閥151，其可以設置在惰性氣體進氣口15或惰性氣體進氣管150（如第二圖所示），用以控制惰性氣體進氣管150中之惰性氣體進入容室13的進氣量，也就是當爐體1的內壓太大時，為了避免結構損壞產生危險，流量閥151可以關閉惰性氣體進氣管150注入惰性氣體的功能，待內壓回到一定標準後再通入惰性氣體進入爐體1的容室13。

除了在進氣點透過流量閥151控制惰性氣體的進入以外，本創作的結構也容許另於惰性氣體排氣口16或者惰性氣體排氣管160（如第一圖所示）設置一流量閥161，以控制該惰性氣體排氣口16或者該惰性氣體排氣管160排出惰性氣體的排氣量，使之在內壓過大時調整為較大之排氣量而快速排放惰性氣體，此係為另一種可行的實施方法。

此外，如第二圖所示，本創作於外殼主體11之外殼下側面1B處設有一防爆閥14，而作為因應緊急狀況之安全配備，其與容室13相連通，而當容室13內的壓力過大時，壓力會使防爆閥14爆開而洩壓，以避免爐體1整體爆炸的危險，確保使用的安全性。於本創作之一實施例中，防爆閥14可為一機械式防爆閥。

再複請參考第二圖，本創作於上蓋10更設有一測溫裝置17，測溫裝置17係延伸入容室13之石墨坩堝12中以測量石墨坩堝12內的溫度，其係包括一熱電偶測溫裝置171及一紅外線測溫裝置172。其中，在低於1000℃以下的溫度時，可利用熱電偶測溫裝置171伸入石墨坩堝12內測量，當溫度接近1000℃時，再將熱電偶測溫裝置171取出，並利用紅外線測溫裝置172測量高於1000℃以上的溫度，以確保測溫的準確性。紅外線測溫裝置172亦可用於測量低於1000℃以下的溫度。本創作之上蓋10設有一管件101，管件101連通於上蓋10之內部，而連通於容室13，該紅外線測溫裝置172插設於管件101，以測量石墨坩堝12內的溫度。熱電偶測溫裝置171亦可插設於管件101內，以測量石墨坩堝12內的溫度。當測溫裝置17插設於管件101時，測溫裝置17會密封管件101之上端口。

另外，惰性氣體進氣口15設置於管件101之側壁，而惰性氣體進氣管150則連接於惰性氣體進氣口15，如此相當於惰性氣體進氣管150連接於上蓋10。由於惰性氣體進氣口15位於管件101，所以當惰性氣體從惰性氣體進氣口15通入至管件101並經由上蓋10而注入容室13時，惰性氣體會經過測溫裝置17之下方，所以可降低測溫裝置17進行測溫之測溫孔103的周圍熱輻射溫度，並且可利用惰性氣體的進氣而將測溫區附近的煙層吹散，使其不會影響到測溫的準確性。於本創作之另一實施例中，惰性氣體進氣口15可直接設置於上蓋10，而且惰性氣體進氣口15通入之惰性氣體會在測溫裝置17之下方通入至容室13內。

此外，上蓋10設有一壓力感測裝置18，其係設於上蓋10，而延伸入容室13中，而感測容室13之壓力並產生一壓力訊號，其可傳輸至外部監控系統而顯示容室13內之壓力值，以供操作人員監控。另外，前述之流量閥151與161（如第四圖所示）可為電子式流量閥，其可接收壓力感測裝置18之訊號，而調整惰性氣體進入容室13的進氣量或調整惰性氣體排出容室13的排氣量。也就是說，流量閥151可依據壓力訊號而調整惰性氣體通入容室13的進氣量，以及流量閥161可依據壓力訊號而調整惰性氣體排出容室13的排氣量。另外，上蓋10還具有一穿設上蓋10的監控窗19，且石墨坩堝12及保溫毯34的上方設有對應監控窗19位置的穿孔（圖未示），如此藉由監控窗19可以觀察原料的反應狀態。

本創作所揭示的設備可廣泛應用於各類碳粉、碳纖維、石墨膜材或或石墨塊材的石墨化加工，而所獲得的碳粉、碳纖維、石墨膜材或石墨塊材得以進一步加工為各式新穎產品，例如石墨散熱片(Thermal Flexible Graphite, GTS)，其可藉由石墨材料獨特的晶粒取向而均勻導熱，且其片層狀結構可適應任何表面，因此能改進並提升各式電子產品的性能。

本創作之石墨之製造設備存在著多個優點，其考量到原料石墨化的過程中會釋放出大量的廢油，因此在抽氣排放時會導致抽氣幫浦損傷，因此設置了排廢油罐以克服此問題；並且利用惰性氣體的流通來提升排氣系統的抽氣效率，同時也搭配了自動控制爐體內之氣體壓力的閥件，確保使用上的安全性和操作上的便利性，無疑為提供一具經濟和實用價值之石墨之製造設備。

惟以上所述者，僅為本創作之較佳實施例而已，並非用來限定本創作實施之範圍，舉凡依本創作申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本創作之申請專利範圍內。

本創作係實為一具有新穎性、進步性及可供產業利用者，應符合我國專利法所規定之專利申請要件無疑，爰依法提出新型專利申請，祈　鈞局早日賜准專利，至感為禱。

1‧‧‧爐體

10‧‧‧上蓋

1A‧‧‧外殼上側面

1B‧‧‧外殼下側面

1C‧‧‧底面

11‧‧‧外殼主體

101‧‧‧管件

14‧‧‧防爆閥

15‧‧‧惰性氣體進氣口

150‧‧‧惰性氣體進氣管

16‧‧‧惰性氣體排氣口

160‧‧‧惰性氣體排氣管

2‧‧‧排氣系統

20‧‧‧排氣管

21‧‧‧冷凝管

22‧‧‧排廢油罐

23‧‧‧抽氣幫浦

Claims

一種石墨之製造設備，其係包含：
一爐體；
一排氣管，其係連接於該爐體並連通於該爐體，而排出該爐體內之一廢氣；
一排廢油罐，其係與該抽氣管相通，並吸附該廢氣之一廢油，而過濾該廢氣；以及
一抽氣幫浦，其係與該排廢油罐相連接，並連通於該排廢油罐、該排氣管與該爐體，而抽取該爐體之該廢氣至該排廢油罐，並排放出經該排廢油罐過濾後之一氣體。
如申請專利範圍第1項所述之製造設備，其中該排廢油罐內設有複數個多孔性陶瓷環。
如申請專利範圍第1項所述之製造設備，更包含：
一冷凝管，其係與該排氣管與該排廢油罐相連接，該冷凝管冷凝該廢氣，該廢油罐吸附經冷凝後之該廢氣的該廢油。
如申請專利範圍第1項所述之製造設備，其中該爐體係包含：
一外殼主體，其內部具有一容室；
一上蓋，蓋設於該外殼主體上方；以及
一石墨坩堝，設於該容室中，其燒製一原料生成該石墨時產生該廢氣。
如申請專利範圍4項所述之製造設備，其中該爐體更包含：
一保溫毯，包覆於該石墨坩堝外。
如申請專利範圍5項所述之製造設備，其中該爐體更包含：
一絕緣陶瓷套筒，包覆於該保溫毯外；以及
一感應線圈，環繞於該絕緣陶瓷套筒外。
如申請專利範圍4項所述之製造設備，其中該爐體更包含：
一保溫隔熱層，設置於該外殼主體的內壁。
如申請專利範圍第4項所述之製造設備，其中該上蓋連接有一惰性氣體進氣管，以通入一惰性氣體進入該容室。
如申請專利範圍第8項所述之製造設備，其中該上蓋之上方設置有一測溫裝置，且該測溫裝置係延伸入該石墨坩堝中，而量測該石墨坩堝的溫度，且該惰性氣體進氣管通入之該惰性氣體會在該測溫裝置之下方通入至該容室。
如申請專利範圍第8項所述之製造設備，其中該惰性氣體進氣管具有一流量閥，以控制該惰性氣體進入該容室的進氣量。
如申請專利範圍第10項所述之製造設備，其中該上蓋設有一壓力感測裝置，其延伸入該容室中而感測該容室之壓力並產生一壓力訊號，該流量閥依據該壓力訊號而調整該惰性氣體進入該容室的進氣量。
如申請專利範圍第8項所述之製造設備，其中該爐體之底面設有一惰性氣體排氣口，以排出該容室之該惰性氣體。
如申請專利範圍第12項所述之製造設備，其中該惰性氣體排氣口具有一流量閥，以控制該惰性氣體排氣口排出該惰性氣體的排氣量。
如申請專利範圍第13項所述之製造設備，其中該上蓋設有一壓力感測裝置，其延伸入該容室中而感測該容室之壓力並產生一壓力訊號，該流量閥依據該壓力訊號而調整該惰性氣體排出該容室的排氣量。
如申請專利範圍第1項所述之製造設備，其中該爐體之下側邊設置有一防爆閥。