KR100593628B1 - 단열 히터 재킷 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단열 히터 재킷에 관한 것으로, 특히 단열 히터 재킷을 구성하는 실리콘 러버(rubber)와 히터 콘트롤러에 관한 것이다.

본 발명은 다중 메틸비닐산화실리카 용액을 배합하여 성형한 실리콘 러버를 사용함으로써 내구성을 개선시킬 수 있으며, 더욱이 제1 열선과 제2 열선을 사용하여 이중화된 히팅 패드를 구비하고, 마이크로프로세서와 온도 센서가 이중화된 열선의 오동작 상태를 감시하여 오동작 발생 시에 대체 동작하도록 제어함으로써, 정밀한 온도 제어는 물론 24시간 항시 오동작 없이 신뢰성 있게 성능을 발휘할 수 있도록 하는 특징이 있다.

단열 히터 재킷, 열선, 실리콘 러버, 히터.

Description

단열 히터 재킷{HEATER JACKET FOR HEAT CONVECTION}

도1은 본 발명에 따른 단열 히터 재킷의 개략적 구성을 나타낸 도면.

도2a 및 도2b는 본 발명에 따른 단열 히터 재킷에 적용되는 열선의 구성을 도식적으로 나타낸 도면.

도3은 본 발명에 따라 이중화된 열선 구조를 제어하기 위한 히터 콘트롤러의 구성을 나타낸 도면.

도4는 본 발명의 양호한 실시예에 따라 이중화된 히터 열선의 동작 제어 방법을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 파이프

110 : 히팅 패드

120 : 실리콘 러버

300 : 마이크로 프로세서

310 : 히터 제어용 전자 접점식 릴레이

380 : 브릿지 다이오드

본 발명은 단열 히터 재킷에 관한 것으로, 특히 단열 히터 재킷을 구성하는 실리콘 러버(rubber)와 히터 콘트롤러에 관한 것이다.

반도체, 액정 제조 공정 또는 기타 화학 제품 제조 공정에서, 파이프 또는 튜브, 밸브 몸체 등을 통과하여 수송되는 액체 또는 기체가 특정 온도로 유지되지 못하는 경우 파우더(powder) 형태로 고체화되어 튜브를 막히도록 하는 문제가 발생한다.

예를 들어서, 저압 화학 증착 공정(LPCVD; Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 또는 알루미늄 식각을 위한 플라즈마 식각과 같은 반도체 공정의 경우, 반응 챔버로부터 배출되는 가스 중에 암모니아 클로라이드 가스(NH₄Cl) 또는 알루미늄 클로라이드(AlCl₃)와 같은 반은 부산물이 있는데, 반응 부산물을 수송하는 파이프를 상온으로 그대로 유지하는 경우에 상기 암모니아 클로라이드 가스는 고화 침전되어 파이프의 벽면에 들러붙게 된다.

그 결과, 파이프의 내벽은 고화 침전된 파우더로 침적되게 되고 파이프 또는 튜브의 내벽이 막히게 됨으로써 정상 유로를 막아 컨덕턴스를 감소시켜 공정에 필요한 압력을 유지 할 수가 없다. 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 당 업계에서는 수송 파이프의 둘레에 히터 매트 또는 히터 재킷을 에워싸 일정한 온도를 유지하도록 함으로써 수송 가스의 고화 침전 현상을 방지하고 있다.

이와 같은 수송 파이프의 단열 재킷 또는 단열 매트에 관한 기술은 대한민국 특허공개 제10-2002-0085024호에 개시되어 있다. 그런데, 종래 기술은 기계식 접점 온도 제어 회로가 손상되는 문제를 해결하고 있으나, 단열 재킷을 구성하는 실리콘 러버가 쉽게 파손되는 문제점과 열선 오동작 시에 단열 재킷 전체를 새로이 교환해야 하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 제1 목적은 특정 열선이 오동작하는 경우에도 이를 대체하는 열선으로 파이프에 열을 제공할 수 있는 신뢰성 있는 단열 재킷을 제공하는데 있다.

본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 주변 환경에 대해서도 내성을 지닌 양질의 실리콘 러버를 구비한 단열 재킷을 제공하는데 있다.

본 발명의 제3 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 열선 오동작 시에 이를 감지하여 항시 신뢰성 있는 단열 재킷 동작을 보장하는 제어 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기체 또는 액체가 유입되어 흐르는 파이프의 표면을 에워싸서 상기 파이프의 온도를 소정의 온도로 유지하는 단열 히터 재킷에 있어서, 상기 단열 히터 재킷은 상기 파이프에 열을 제공하는 열선을 구비하되, 열선을 복수의 병렬 구조로 구성해서 실리콘 파이퍼 글래스 외피에 제작된 히팅 패드와; 상기 히팅 패드의 열선 위에 장착되어 히팅 패드의 온도를 감지하는 단일 또는 복수의 온도 센서; 상기 히팅 패드를 에워싸는 형태로서 다중 메틸비닐 산화실리카 용액을 혼합하여 형성된 실리콘 러버; 상기 온도 센서가 감지하는 온도를 입력받아 복수의 병렬 연결된 열선 중 특정 열선의 오동작 유무를 판단하여 오동작 발생 시에 병렬화된 다른 열선을 턴온시켜 대체 동작하도록 제어하는 콘트롤러를 포함한 단열 히터 재킷을 제공한다.

이하에서는, 첨부도면 도1 내지 도4를 참조하여 본 발명에 따른 단열 히터 재킷을 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 단열 히터 재킷의 개략적 구성을 나타낸 도면이다. 도1을 참조하면, 가스 또는 액체가 수송되는 파이프(100) 주위를 방사상으로 에워싸는 히팅 패드(110)가 도시되어 있으며, 히팅 패드(110)에는 니크롬선과 같은 열선이 감겨져 있다.

파이프(100)를 감싸고 있는 히팅 패드(110) 위에는 단열재로서 실리콘 러버(120)가 둘러싸고 있으며, 그 위에 단추를 구비한 외(130)피가 마지막으로 둘러싼다. 본 발명에 따른 실리콘 러버(120)는 디메틸비닐산화실리카 또는 트리메틸비닐산화실리카 75 ∼ 85%와 에어로실(Aerosil) 10 ∼ 15%로 구성된 접착성 실리카 혼합물을 이용하여 제작함을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예로서 (주)동양실리콘의 제품 DSF 400A와 DSF 400B 용액을 아래와 같이 합성하여 제조할 수 있다.

우선, 금형을 오븐 안에서 약 40 ℃ ~ 100 ℃ 분위기에 15 ~ 30분 이상 방치한 후, 상기 DSF 400A 용액과 DSF 400B 용액을 무게/부피비로 1:1로 충분히 섞어준다. 이어서, 혼합 용액을 금형에 충전하고, 오븐에서 40 ℃ ~ 100 ℃ 분위기에 15 ~ 30분간 방치하면 성형이 완성된다.

이와 같이 본 발명에 따라 제작된 실리콘 러버는 질기고 내구 강도가 높고, 내열이 높기 때문에, 종래 사용되었던 실리콘 러버에 비해 주위 환경에 따른 손상이 최소화될 수 있다.

도2a 및 도2b는 본 발명에 따른 단열 히터 재킷에 적용되는 열선의 구성을 도식적으로 나타낸 도면이다. 본 발명에 따른 단열 히터 재킷의 제1 실시예로서, 도2a에 도시된 바와 같이 제1 열선과 제2 열선으로 이중화하여 병렬 구성함으로써 열선 노화 또는 불량으로 인한 오동작 시에 다른 열선이 작동하도록 할 수 있다.

도2a를 참조하면, 표면 온도 부하 밀도를 계산하여 (예를 들어 190 W의 열량이 필요한 경우 필요한 니크롬선의 저항값을 계산한다.), 이를 이중적으로 2개 배치하여 단자 1과 단자 3이 불량 오동작인 경우 단자 2와 단자 3이 작동하도록 해서 단열 히터 재킷의 수명을 연장시킬 수 있다. 이 때에, 본 발명의 바람직한 실시예로서 온도 센서, 즉 써미스터(thermister)는 제1 열선과 제2 열선 상 또는 표면 온도 부하 밀도가 동일한 곳에 위치하도록 할 수 있다.

도2b는 본 발명의 제2 실시예로서, 제1 열선과 제2 열선을 실리콘 파이버 글래스(190) 외피 사이에 병렬 삽입함으로써 열선을 이중화시키는 구조를 나타내고 있다. 즉, 본 발명의 제1 실시예는 한 층으로 되어 있는 히팅 패드에 열선을 병렬 연결하는 구조를 이루고 있는 반면에, 본 발명의 제2 실시예는 이중화된 열선을 두개층의 히팅 패드에 삽입하는 특징을 지니고 있다.

도3은 본 발명에 따라 이중화된 열선 구조를 제어하기 위한 히터 콘트롤러의 구성을 나타낸 도면이다. 도3을 참조하면, 히터 제어용 마이크로 프로세서(300)와 히터 제어용 전자 접점식 릴레이(SSR; 310)가 구비되어 있다. 교류 110V/220V를 트랜스에 입력하여 출력된 AC 6V 브릿지 다이오드(380) 접점에 연결한 후 DC 6V를 SSR(310)에 연결한다.

제어하고자 하는 온도 설정을 하고 나면, 온도 센서(360)를 통해 읽은 온도값을 A/D 변환(370)하여, 현재 온도를 감지해 온도가 설정 온도 이하일 경우 SSR(310)을 계속 턴온시켜서, 가열하고 설정 온도에 다다르면 SSR(310)을 턴오프시켜 히터의 온도를 제어한다. 이 때에, 릴레이(330)는, 바람직하게는 FORM-C 타입으로, 히터 1(335, '제1 열선'에 대응됨)을 가열하고 히터 1의 열선 오동작 시에 온도 센서(360)를 통해 히터 1의 불량을 감지하여 히터 2(336, '제2 열선'에 대응됨)를 가열한다.

본 발명에 따른 양호한 실시예로서, 히터의 오동작 판단 방법을 다음과 같이 적용될 수 있다. 한편, 히터 1이 가열되고 있는 동안에는 히터 인디케이터 1(371)의 LED가 온오프되어서 현재 히터의 온도 제어 상태를 알 수 있다. 또한, 히터 2가 가열되고 있는 동안에는 히터 인디케이터 2(372)의 LED가 온오프되어서 현재 히터의 온도 제어 상태를 알 수 있다.

한편, 히터 1이 설정 온도의 80% 이하로 온도가 내려가는 경우, 히터 1은 FAIL로 처리되어 히터 2를 동작하도록 할 수 있다.

도4는 본 발명의 양호한 실시예에 따라 이중화된 히터 열선의 동작 제어 방법을 나타낸 도면이다. 도4를 참조하면, 히터 열선을 제어하는 마이크로프로세서 의 변수를 초기화하고(단계 S600), 히터 열선을 선택한다(단계 S601). 이어서, 특정 히터 열선으로 지정된 도달 시간 내에 설정 온도가 도달되었는지 여부를 판단하여 그렇지 못한 경우에는 오동작(FAIL) 판정을 내리고(단계 S602), 대체 히터 열선을 동작시키는 과정(단계 S603)을 진행한다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허 청구 범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허 청구 범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

이상과 같이, 본 발명은 다중 메틸비닐산화실리카 용액을 배합하여 성형한 실리콘 러버와 이중화된 열선 구조를 사용한 단열 히터 재킷을 제공함으로써, 정밀한 온도 제어는 물론 오동작 없이 신뢰성 있게 성능을 발휘할 수 있다.

본 발명은 다중 메틸비닐산화실리카 용액을 배합하여 성형한 실리콘 러버를 사용함으로써 내구성을 개선시킬 수 있으며, 더욱이 제1 열선과 제2 열선을 사용하여 이중화된 히팅 패드를 구비하고, 마이크로프로세서와 온도 센서가 이중화된 열선의 오동작 상태를 감시하여 오동작 발생 시에 대체 동작하도록 제어함으로써, 정밀한 온도 제어는 물론 24시간 항시 오동작 없이 신뢰성 있게 성능을 발휘할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 기체 또는 액체가 유입되어 흐르는 파이프의 표면을 에워싸서 상기 파이프의 온도를 소정의 온도로 유지하는 단열 히터 재킷에 있어서, 상기 단열 히터 재킷은

   상기 파이프에 열을 제공하는 열선을 구비하되, 열선을 복수의 병렬 구조로 구성해서 실리콘 파이퍼 글래스 외피로 감싸 제작된 히팅 패드와;

   상기 히팅 패드의 열선 위에 장착되어 히팅 패드의 온도를 감지하는 단일 또는 복수의 온도 센서;

   상기 히팅 패드를 에워싸는 형태로서 다중 메틸비닐산회실리카 용액을 혼합하여 금형에 성형된 실리콘 러버; 및

   상기 온도 센서가 감지하는 온도를 입력받아 복수의 병렬 연결된 열선 중 특정 열선의 오동작 유무를 판단하여 오동작 발생 시에 병렬화된 다른 열선을 턴온시켜 대체 동작하도록 제어하는 콘트롤러

   를 포함한 단열 히터 재킷.

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