KR101193307B1 - 가열장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체가 유동되는 유로가 형성되는 가열챔버; 제1 및 제2면을 구비하고, 상기 유로를 유동하는 상기 유체와 제1면만 접촉되는 열전달부; 상기 열전달부의 제2면에 배치되는 X전극, Y전극, Z전극 및 공통전극; 상기 X전극, Y전극, 및 Z전극 중 어느 하나에 그 일단이 연결되고, 상기 공통전극에 나머지 일단이 연결되는 다수개의 탄소나노튜브발열체; 상기 X전극, Y전극, 및 Z전극에 각각 연결되는 X단자, Y단자 및 Z단자; 상기 열전달부의 제2면에 구비되고, 상기 X단자, Y단자 및 Z단자를 관통하는 3개의 고정부재; 및 상기 X전극, Y전극, 및 Z전극을 관통한 상기 고정부재에 각각 결합되는 3개의 결합부재; 를 포함한다. 따라서 본 발명에 의하면, 제품의 동작신뢰성 및 서비스성이 증진되는 효과를 기대할 수 있다.

Description

가열장치{Heating apparatus}
본 발명은 가열장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 유체를 가열하는 가열장치에 관한 것이다.
가열장치는, 각종 히터를 사용하여 유체를 가열한다. 일반적으로 소량의 유체를 가열하는 상기 가열장치에는, 시즈히터나 PTC히터(Positive Temperature Coefficient Heater)가 사용된다. 그리고 최근에는 상기 시즈히터나 PTC히터의 단점인 낮은 열효율 및 형상설계에 있어서의 제약 등을 극복할 수 있는 탄소나노튜브발열체(Carbon Nanotube Heating Element, 이하 'CNT발열체'라 칭함)를 사용하는 가열장치가 개시되고 있다.
한편 이와 같은 CNT발열히터의 경우에는 전원의 공급을 위하여 단자가 연결된다. 상기 단자는 상기 CNT발열체 또는 상기 CNT발열체와 접촉하는 전극에 용접되어 고정된다. 따라서 종래에는, 가열장치의 온도 상승에 의하여 상기 단자가 상기 CNT발열체 또는 전극으로부터 분리될 우려가 발생된다. 또한 상기 CNT발열체 또는 전극으로부터 분리된 단자의 재고정이 용이하지 않은 단점이 발생된다.
본 발명의 목적은, 보다 단자의 신뢰성을 확보할 수 있도록 구성되는 가열장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 서비스가 용이한 가열장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일양태에 의하면, 본 발명은 유체가 유동되는 유로가 형성되는 가열챔버; 제1 및 제2면을 구비하고, 상기 유로를 유동하는 상기 유체와 제1면만 접촉되는 열전달부; 상기 열전달부의 제2면에 배치되는 X전극, Y전극, Z전극 및 공통전극; 상기 X전극, Y전극, 및 Z전극 중 어느 하나에 그 일단이 연결되고, 상기 공통전극에 나머지 일단이 연결되는 다수개의 탄소나노튜브발열체; 상기 X전극, Y전극, 및 Z전극에 각각 연결되는 X단자, Y단자 및 Z단자; 상기 열전달부의 제2면에 구비되고, 상기 X단자, Y단자 및 Z단자를 관통하는 3개의 고정부재; 및 상기 X전극, Y전극, 및 Z전극을 관통한 상기 고정부재에 각각 결합되는 3개의 결합부재; 를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 본 발명은 유체가 유동되는 유로가 형성되는 가열챔버; 제1 및 제2면을 구비하고, 상기 유로를 유동하는 상기 유체와 제1면만 접촉되는 열전달부; 상기 열전달부의 제2면 일단부에 배치되고, 서로 이격되는 제1 내지 제3전극; 상기 제1 내지 제3전극의 반대편에 해당하는 상기 열전달부의 타면 타단부에 배치되는 공통전극; 상기 열전달부의 타면에 배치되고, 그 일단부는 상기 제1 내지 제3전극 중 어느 하나에 연결되고 타단부는 상기 공통전극에 연결되는 다수개의 탄소나노튜브발열체; 상기 제1 내지 제3전극에 3상전원을 공급하는 제1 내지 제3단자; 상기 제1 내지 제3단자를 절연하는 3개의 절연링; 및 상기 열전달부의 제2면에 구비되고, 상기 제1 내지 제3단자 중 어느 하나 및 상기 절연링 중 어느 하나를 각각 관통하는 3개의 고정핀; 상기 고정핀이 상기 제1 내지 제3전극, 및 상기 절연링을 각각 관통한 상태에서, 상기 제1 내지 제3전극, 및 상기 절연링이 상기 고정핀이 관통한 상태로 고정하기 위하여 상기 고정핀에 각각 결합되는 3개의 결합너트; 를 포함한다.
본 발명에 의한 가열장치의 실시예에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있게 된다.
먼저 본 발명에서는, 단자가 고정부재 및 결합부재에 의하여 전극에 고정됨으로써, 가열장치의 발열에 의한 단자의 분리가 방지된다. 따라서 제품의 동작신뢰성이 증진될 수 있다.
또한 본 발명에서는, 상기 전극으로부터 분리된 상기 단자를 상기 고정부재 및 결합부재의 결합에 의하여 상기 전극에 다시 고정할 수 있게 된다. 따라서 제품의 서비스성이 증진될 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 가열장치의 실시예를 보인 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예를 보인 분해사시도.
도 3은 본 발명의 실시예의 요부를 보인 종단면도.
이하에서는 본 발명에 의한 가열장치의 실시예의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 가열장치의 실시예를 보인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예를 보인 분해사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예의 요부를 보인 종단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 가열장치(100)는, 가열챔버(110), 다수개의 발열부 및 열전달부(120)를 포함한다. 상기 가열장치(100)는, 상기 가열챔버(110), 발열부 및 열전달부(120)가 1개의 유닛의 형태로 구성된다. 상기 가열챔버(110)의 내부에는 유체가 유동되는 유로(P)가 구비된다. 그리고 상기 발열부는 상기 유로(P)를 유동하는 상기 유체의 가열을 위하여 발열하고, 상기 열전달부(120)는 상기 발열부의 열을 상기 유체에 전달한다.
본 실시예에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 가열챔버(110)가 제1 내지 제3가열챔버(110)(110')(110")를 포함한다. 그리고 상기 제1가열챔버(110)는 인출튜브(Ti)에 의하여 유체를 전달받고, 상기 제1 및 제2가열챔버(110)(110')는 제1연결튜브(Tc1)에 의하여 연결된다. 또한 상기 제2 및 제3가열챔버(110')(110")는 제2연결튜브(Tc2)에 의하여 연결되고, 상기 제3가열챔버(110")는 인출튜브(To)에 의하여 유체를 전달한다. 이는 상기 가열챔버(110)(110')(110")의 갯수를 필요한 유체의 가열량에 따라서 조절하기 위함이다.
한편 도 2를 참조하면, 상기 가열챔버(110)는, 챔버본체(111), 챔버커버(116) 및 다수개의 실링부재(119)를 포함한다. 이때 상기 챔버본체(111) 및 챔버커버(116)는, 내열성 합성수지재질로 성형될 수 있다. 또한, 상기 챔버본체(111) 및 챔버커버(116)가 금속재질로 성형되는 경우에는, 상기 유로(P)를 유동하는 유체의 단열을 위한 단열재가 추가적으로 구비될 수 있다.
상기 챔버본체(111)는 대략 일면이 개구되는 다면체형상으로 형성된다. 그리고 상기 챔버본체(111)의 내부에는 상기 유로(P)의 형성을 위한 소정의 공간이 구비된다.
또한 상기 챔버본체(111)의 내부에는 다수개의 구획리브(112)가 구비된다. 상기 구획리브(112)는, 상기 챔버본체(111)의 내부공간을 구획하여 상기 유로(P)가 전체적으로 사형으로 형성되도록 한다. 보다 상세하게는, 상기 구획리브(112)는, 상기 챔버본체(111)의 내부에 상기 챔버본체(111)의 내부 단변방향으로 길게 형성된다. 이때 상기 구획리브(112)의 일단은 상기 챔버본체(111)의 장변방향 일단에 연결되고, 상기 구획리브(112)의 타단은, 상기 챔버본체(111)의 장변방향 타단에서 이격된다.
한편 상기 구획리브(112)에 의하여 사형으로 형성되는 상기 유로(P)는, 다수개의 직선구간(P1) 및 연결구간(P2)을 포함한다. 상기 직선구간(P1)은 상기 챔버본체(111)의 단변방향으로 길게 형성되고, 상기 연결구간(P2)은, 서로 인접하는 2개의 상기 직선구간(P1)의 일단부를 상기 챔버본체(111)의 장변방향으로 서로 연결한다.
상기 구획리브(112) 중 일부의 구획리브(112), 본 실시예에서는, 2개의 구획리브(112)는 나머지 상기 구획리브(112)에 비하여 상대적으로 넓은 폭을 가지도록 형성된다. 이하에서는 설명의 편의상 상기 구획리브(112) 중 상대적으로 넓은 폭을 가지는 구획리브(112)를 고정리브(113)라 칭한다.
상기 챔버본체(111)에는 상기 유로(P)의 양단부와 연통되는 2개의 연통홀(미도시)이 각각 구비된다. 상기 연통홀은 외부로부터 유체를 전달받는 상기 인출튜브(Ti) 또는 외부로 가열된 유체를 전달하는 상기 인출튜브(To)와 연결되거나, 상기 제1 또는 제2연결튜브(Tc1)(Tc2)와 연결된다.
한편 상기 챔버커버(116)는, 상기 챔버본체(111)의 개구된 일면을 차폐할 수 있는 크기 및 형상으로 형성된다. 그리고 상기 챔버커버(116)는, 그 일면 테두리가 상기 챔버본체(111)의 테두리면에 밀착된 상태에서 체결구(미도시)에 의하여 체결된다.
상기 실링부재(119)는, 상기 유로(P)를 유동하는 유체의 누설을 방지하는 역할을 한다. 상기 실링부재(119)는, 상기 챔버본체(111) 및 챔버커버(116) 사이, 보다 상세하게는, 서로 밀착되는 상기 챔버본체(111)의 테두리면 및 상기 챔버커버(116)의 일면 테두리 사이에 위치된다.
그리고 상기 열전달부(120)는, 상기 가열챔버(110)의 내부, 즉 상기 챔버본체(111) 및 챔버커버(116) 사이에 위치된다. 상기 열전달부(120)는, 상기 발열부의 열을 상기 유로(P)를 유동하는 유체로 전달하는 역할을 한다. 상기 열전달부(120)는 상기 챔버본체(111)와 결합하여 상기 유로(P)를 형성한다. 따라서 상기 유로(P)를 유동하는 유체가, 상기 열전달부(120)의 일면과 접촉하게 된다. 이를 위하여 상기 열전달부(120)는, 소정의 열전도성을 가지는 재질로 성형되고, 상기 열전달부(120)는, 적어도 상기 챔버본체(111)의 내부공간을 차폐할 수 있는 크기 및 형상으로 형성된다. 따라서 본 실시예에서는, 상기 열전달부(120)가 장방형의 금속플레이트형상로 형성된다. 이하에서는 설명의 편의상 상기 유로(P)와 접촉되는 상기 열전달부(120)의 일면을 제1면이라 칭한다.
상기 유로(P)를 유동하는 유체와 접촉되는 상기 열전달부(120)의 제1면의 반대측에 해당하는 상기 열전달부(120)의 제2면에는 발열부가 구비된다. 본 실시예에서는, 상기 발열부가, 3개의 전극(131)(132)(133), 다수개의 탄소나노튜브발열체(135) 및 절연부재(137)를 포함한다.
보다 상세하게는, 상기 전극(131)(132)(133)은, X전극(131), Y전극(132), Z전극(133) 및 공통전극(134)을 포함한다. 상기 X전극(131), Y전극(132) 및 Z전극(133)은 상기 열전달부(120)의 제2면의 길이방향의 일단에 배치된다. 그리고 상기 공통전극(134)은, 상기 X전극(131), Y전극(132) 및 Z전극(133)의 반대편에 해당하는 상기 열전달부(120)의 제2면의 길이방향의 타단에 배치된다. 이때 상기 X전극(131), Y전극(132) 및 Z전극(133)은, 동일한 가상의 직선상에 배치되고, 서로 이격된다. 그리고 상기 공통전극(134)은, 상기 X전극(131), Y전극(132) 및 Z전극(133)이 배치되는 가상의 직선과 평행하게 위치된다.
그리고 상기 X전극(131), Y전극(132) 및 Z전극(133)의 일단에는 각각 접촉부(131A)(132A)(133A)가 구비된다. 상기 접촉부(131A)(132A)(133A)는 소정의 내경 및 외경을 가지는 대략 링형상으로 형성된다. 상기 접촉부(131A)(132A)(133A)는 후술할 X단자(137A), Y단자(137B) 및 Z단자(137C)와 접촉되는 부분이다.
상기 탄소나노튜브발열체(135)(Carbon Nanotube Heating Element: 이하에서는 'CNT발열체'라 칭함)는, 6개의 탄소로 이루어진 육각형들이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있는 탄소나노튜브로 형성되는 소재를 의미한다. 상기 CNT발열체(135)는 상기 열전달부(120)의 제2면에 폭방향으로 길게 배치된다. 이때 상기 CNT발열체(135)는 상기 열전달부(120)의 길이방향으로 기설정된 간격만큼 서로 이격된다. 상기 CNT발열체(135)의 일단부는 상기 X전극(131), Y전극(132) 및 Z전극(133) 중 어느 하나와 연결된다. 상기 CNT발열체(135)의 타단부는 상기 공통전극(134)에 연결된다. 따라서 상기 X전극(131), Y전극(132) 및 Z전극(133)에 X단자(137A), Y단자(137B) 및 Z단자(137C)가 연결되면, 상기 CNT발열체(135)에 3상전원이 공급된다.
그리고 상기 절연부재(137)는, 상기 전극(131)(132)(133) 및 CNT발열체(135)를 절연시키는 역할을 한다. 예를 들면, 상기 절연부재(137)는, 상기 전극(131)(132)(133) 및 CNT발열체(135)가 배치되는 상기 열전달부(120)의 제2면에 전체적으로 도포 또는 코팅될 수 있다.
상기 X전극(131), Y전극(132) 및 Z전극(133)에는 각각 X단자(137A), Y단자(137B) 및 Z단자(137C)가 연결된다. 실질적으로 상기 X단자(137A), Y단자(137B) 및 Z단자(137C)는 상기 CNT발열체(135)에 3상전원을 공급하기 위한 것이다. 본 실시예에서는, 상기 X단자(137A), Y단자(137B) 및 Z단자(137C)가 각각 상기 접촉부(131A)(132A)(133A)에 대응하는 링형상으로 형성된다. 그러나 상기 X단자(137A), Y단자(137B) 및 Z단자(137C)의 형상은, 반드시 이에 한정되지 않고, 상기 X전극(131), Y전극(132) 및 Z전극(133)과 각각 연결될 수 있다면 그 어떠한 형상도 가능하다. 다만, 상기 X전극(131), Y전극(132) 및 Z전극(133)은 각각 상기 접촉부(131A)(132A)(133A)의 내경 및 외경에 대응하는 내경 및 외경을 가지는 링형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 X전극(131), Y전극(132) 및 Z전극(133)의 외측에는 각각 절연체(139)가 위치된다. 상기 절연체(139)는, 상기 X전극(131), Y전극(132) 및 Z전극(133)을 절연하기 위한 것이다. 상기 절연체(139)는, 상기 X전극(131), Y전극(132) 및 Z전극(133)의 형상에 대응하는 링형상으로 형성된다. 다만, 상기 절연체(139)의 내경은, 상기 접촉부(131A)(132A)(133A) 및 상기 X단자(137A), Y단자(137B) 및 Z단자(137C)의 내경에 비하여 작은 값을 가지는 것이 바람직하다.
한편 상기 접촉부(131A)(132A)(133A)의 내부에 해당하는 상기 열전달부(120)의 제2면에는 각각 고정핀(P)이 고정된다. 상기 고정핀(P)은 소정의 길이를 가지는 것으로, 상기 열전달부(120)의 제2면에, 예를 들면, 용접에 의하여 고정된다. 상기 고정핀(P)은 상기 X전극(131), Y전극(132) 및 Z전극(133) 중 어느 하나 및 상기 절연체(139) 중 어느 하나를 각각 관통한다. 그리고 상기 고정핀(P)의 직경은, 상기 절연체(139)의 내경에 대응하는 값으로 설정될 수 있다. 따라서 상기 고정핀(P)의 외주면은, 실질적으로, 상기 접촉부(131A)(132A)(133A) 및 상기 X단자(137A), Y단자(137B) 및 Z단자(137C)로부터 이격될 것이다. 또한 상기 고정핀(P)의 외주면에는 나사산이 구비된다.
상기 고정핀(P)에는 결합너트(N)가 각각 결합된다. 상기 결합너트(N)는, 상기 고정핀(P)이 상기 X단자(137A), Y단자(137B) 및 Z단자(137C) 중 어느 하나 및 상기 절연체(139) 중 어느 하나를 차례로 관통한 상태에서, 상기 고정핀(P)에 나사결합된다. 따라서 상기 결합너트(N)의 결합에 의하여, 상기 X단자(137A), Y단자(137B), Z단자(137C) 및 상기 절연체(139)가 상기 고정핀(P)이 관통한 상태로 견고하게 고정된다.
또한 상기 가열장치(100)는, 상기 CNT발열체(135)의 과열을 방지하기 위하여 3개의 바이메탈(140)을 포함한다. 상기 바이메탈(140)은 상기 CNT발열체(135)의 온도가 기설정된 안전온도 이상이 되면, 상기 CNT발열체(135)로 인가되는 전원을 차단한다. 본 실시예에서는, 상기 바이메탈(140)이 설치브라켓(150)에 고정되고, 상기 설치브라켓(150)이 상기 열전달부(120)와 함께 상기 챔버본체(111)에 고정된다. 본 실시예에서는, 상기 바이메탈(140)이 실질적으로 상기 가열챔버(110)의 내부의 온도를 감지한다. 그러나 상기 바이메탈(140)이, 상기 CNT발열체(135)의 온도를 직접 감지할 수도 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 가열장치의 실시예의 작용을 보다 상세하게 설명한다.
먼저, 열전달부(120)에 X전극(131), Y전극(132) 및 Z전극(133), 그리고 고정핀(P)이 각각 고정된 상태에서, X단자(137A), Y단자(137B) 및 Z단자(137C)를 상기 X전극(131), Y전극(132) 및 Z전극(133)에 각각 연결한다. 이때 상기 X단자(137A), Y단자(137B) 및 Z단자(137C)에는, 상기 고정핀(P)이 관통하고, 상기 X단자(137A), Y단자(137B) 및 Z단자(137C)는 실질적으로 접촉부(131A)(132A)(133A)에 연결될 것이다.
이와 같은 상태에서, 상기 X단자(137A), Y단자(137B) 및 Z단자(137C)의 외측에 각각 절연체(139)가 위치된다. 상기 절연체(139)에도, 상기 X단자(137A), Y단자(137B) 및 Z단자(137C)와 동일하게, 상기 고정핀(P)이 관통된다.
다음으로 상기 고정핀(P)에 결합너트(N)를 결합한다. 따라서 상기 X단자(137A), Y단자(137B) 및 Z단자(137C), 및 절연체(139)가 상기 고정핀(P)이 관통한 상태로 보다 견고하게 고정된다.
이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
상술한 실시예에서는, 3상전원의 위상에 따라서 전극 및 단자를 각각 X전극, Y전극 및 Z전극, 그리고 X단자, Y단자 및 Z단자로 명명하였으나, 이를 제1 내지 제3전극 및 제1 내지 제3단자라 명명하여도 무방하다.
131: X전극 132: Y전극
133: Z전극 131A, 132A, 133A: 접촉부
134: 공통단자 135:CNT발열체
136: 절연부재 137A: X단자
137B: Y단자 137C: Z단자
139: 절연체 P: 고정핀
N: 결합너트

Claims (12)

  1. 유체가 유동되는 유로가 형성되는 가열챔버;
    제1 및 제2면을 구비하고, 상기 유로를 유동하는 상기 유체와 제1면만 접촉되는 열전달부;
    상기 열전달부의 제2면의 길이방향 일단에 배치되며, 일단부에 접촉부를 구비하는 X전극, Y전극, Z전극;
    상기 X전극, Y전극, Z전극의 반대측으로서, 상기 제 2 면의 길이방향 타단에 배치되는 공통전극;
    상기 X전극, Y전극, 및 Z전극 중 어느 하나에 그 일단이 연결되고, 상기 공통전극에 나머지 일단이 연결되며, 상기 제 2 면의 길이 방향으로 설정거리만큼 이격되는 다수개의 탄소나노튜브발열체;
    상기 접촉부에 접촉하여, 상기 X전극, Y전극, 및 Z전극에 각각 연결되는 X단자, Y단자 및 Z단자;
    상기 열전달부의 제2면에 구비되고, 상기 X단자, Y단자 및 Z단자와, 상기 접촉부를 관통하는 3개의 고정부재;
    상기 X전극, Y전극, 및 Z전극을 관통한 상기 고정부재에 각각 결합되는 3개의 결합부재; 및
    상기 가열챔버에 고정되고 상기 탄소나노튜브발열체의 온도가 기설정된 온도 이상이 되면, 상기 탄소나노튜브발열체로 인가되는 전원을 차단하는 바이메탈을 포함하는 가열장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정부재는, 상기 열전달부의 제2면에 용접되어 고정되는 가열장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정부재 및 결합부재는, 볼트 및 너트인 가열장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 X단자, Y단자, 및 Z단자 및 결합부재 사이에 각각 위치되는 절연체를 더 포함하는 가열장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 절연체는, 상기 고정부재가 관통한 상태에서 상기 결합부재가 상기 고정부재에 결합됨으로써, 상기 X단자, Y단자, 및 Z단자의 외면에 고정되는 가열장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 절연체는 세라믹재질로 성형되는 가열장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
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