KR101709956B1 - 나선 코일 지지체와 코일 튜브의 열배출 구조를 구비한 히터 - Google Patents

나선 코일 지지체와 코일 튜브의 열배출 구조를 구비한 히터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나선 코일 지지체와 코일 튜브의 열배출 구조를 구비한 히터를 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로, 본 발명의 구성은 내부에 발열 코일(50)을 수용하기 위한 공간부가 구비된 튜브(10); 상기 튜브(10)에 내장된 코일 튜브(20); 상기 코일 튜브(20)의 외주면에 결합되어 상기 코일 튜브(20)의 외주면에 나선형 코일 안착홈을 형성하는 나선 코일 지지체(30); 상기 나선 코일 지지체(30)의 나선형 경로에 일정 간격으로 구비된 복수개의 열배출홀(36); 상기 코일 튜브(20)의 외주면에 구비되어 상기 나선 코일 지지체(30)에 의해 형성된 상기 코일 안착홈에 결합되며 전원선(4)에 연결되는 발열 코일(50)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

나선 코일 지지체와 코일 튜브의 열배출 구조를 구비한 히터{Heater with heat release structure for coil supporter between coil tube}
본 발명은 나선 코일 지지체와 코일 튜브의 열배출 구조를 구비한 히터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발열 코일을 지지하는 나선 코일 지지체와 코일 튜브를 형성하는 과정에서 코일 튜브의 파손이나 크랙 등이 생기는 것을 방지할 수 있어서 제품 신뢰성 등을 높일 수 있고, 열배출 구조를 구비하여 과열로 인한 파손 등에 강한 특성을 지닌 새로운 구조의 나선 코일 지지체와 코일 튜브의 열배출 구조를 구비한 히터에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자 제조공정은 웨이퍼 상에 산화막, 금속막 등 다양한 재질의 박막을 순차적으로 적층하는 박막증착 공정을 필수적으로 포함한다. 이와 같은 박막증착 공정은 통상 그 박막증착 방법에 따라 물리기상증착방법과 화학기상증착방법으로 크게 나누어지며, 최근에는 열이나 플라즈마(Plasma) 등을 이용하여 반응가스를 분해함으로써 분해된 반응가스가 웨이퍼 상에 증착되어 산화막, 텅스텐 실리사이드(Tungsten silicide)막 및 티타늄 실리사이드(titanium silicide)막 등 다양한 박막을 형성하도록 하는 화학기상증착방법이 주로 이용되고 있다.
한편, 화학기상증착방법으로 박막증착공정을 원활하게 진행하기 위해서는 박막이 증착되어지는 웨이퍼가 공정진행에 적합한 온도로 가열되어야만 한다. 따라서, 화학기상증착방법으로 박막증착공정을 진행하는 반도체 제조장치에는 대부분 박막이 증착되어지는 웨이퍼를 가열하기 위하여 반도체 제조장치용 히터가 구비되고 있다.
한편, 소다라임 실리카 계열의 박판유리를 이용하여, 휴대폰, 네비게이션, MP3등의 휴대용 전자기기 및 가정용 전자기기의 외부 표시창용 강화유리를 제조는 이송유닛에 의해 예열로와 염욕로, 서냉로, 온수로, 열수로 및 건조로를 순차적으로 거친 후 이동유닛에 의해 운반되는 전체적인 구성이 자동으로 이루어져 일정한 강도와 두께 및 투과율을 가지는 강화유리를 제작하고 있다.
통상적으로 유리의 강화는 크게 물리적 강화와 화학적 강화로 나뉘는데, 일반적으로 물리적 강화는 유리의 두께 5mm이상의 유리를 사용하여 온도를 550℃에서 700℃ 사이에서 유리를 가열하여 급냉하는 방식으로 유리의 내부 강도를 강화하는 방식으로 이는 강화 유리문, 자동차용 유리 등에 주로 사용된다.
한편, 화학적 강화는 일반 소다라임 실리카 계열의 박판유리를 이용하여 450℃의 KNO3용액에서 3시간 이상 담가두면, 소다라임 실리카 유리에 있는 NA+이온과 KNO3용액의 K+이온을 서로 치환시켜 유리를 강화하는 것으로, 이러한 방법은 주로 2.0mm 이하의 박판유리를 강화하는 것에 이용된다.
기존의 강화유리 제작기술은 대체로 소규모로 이루어지고 있으며, 제작장치 또한, 수작업을 통해 이루어지는 형태로, 주로 시계유리에 사용되는 강화유리를 생산 및 제조하였다. 이렇게 강화유리의 제조가 소규모의 수작업으로 진행되므로 인해 제조된 강화유리의 품질의 균일성을 얻을 수 없고, 제조시 불량품의 발생이 과도하게 많이 발생되며, 제조하는 작업자가 위험에 노출된 상태로 작업에 임함으로써 크고 작은 사고가 빈번하게 발생되는 문제점을 내포하고 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 랙에 다수의 길다란, 예를 들어 3 ~5m의 석영관으로 된 발열관들을 배치한 오븐으로 한번에 많은 량의 예를 들어 핸드폰 액정 강화유리를 제조하기 위한 것이 제안되었다. 이러한 발열관은 예를들어 탄소사로 된 발열 코일를 내측 석영관에 권회시키고 그 동심원적 외측에 외측 석영관을 배치한 이중관 구조로 된 것이 공지되어 있다.
한편, 오븐 챔버의 내부에 온도 보상용 히터(봉형상 히터)를 적절한 갯수로 설치하여 피가공물에 대한 적정 온도 조절이 정밀하게 이루어지도록 하는 경우가 많다. 즉, 봉형상의 히터를 별도로 오븐 챔버 내부에 설치하여 피가공물 처리 등을 위한 온도를 미세하게 컨트롤하게 된다. 이때, 상기와 같이 보조 열원으로 사용되는 온도 보상용 히터로는 할로겐 램프를 사용하는 경우, 매우 빠른 시간(대략 1분 이내)에 온도가 올라가서 주위의 온도(대략 400℃~500℃)에 비하여 지나치게 높은 온도로 할로겐 히터가 과열되므로, 할로겐 히터의 발열 코일이 쉽게 끊어지고, 이로 인해 수명이 단축되는 문제가 있다.
따라서, 할로겐 히터의 온도가 너무 빨리 올라가는 특성을 고려하여 할로겐 히터 대신에 아이알 히터(IR heater)를 사용하는데, 이러한 아이알 히터는 할로겐 히터에 비하여 온도 액세스 타임(히터가 필요한 온도까지 올라가는 시간)이 대략 8분 정도로 상대적으로 느려서 아이알 히터가 주위 온도 조건에 비하여 과열되는 일이 없으므로, 발열 코일이 쉽게 끊어지는 일이 없게 된다.
한편, 기존의 산업용 히터 중에는 외부 튜브의 내부에 코일 튜브이 구비되고, 코일 튜브에는 나선 코일 지지체가 구비되어, 나선 코일 지지체의 나선부에 발열 코일 삽입된 상태로 지지되어 코일 튜브 외부에 발열 코일이 장착된 발열 코일 처짐 방지형 히터가 있다.
그런데, 기존의 발열 코일 처짐 방지형 히터는 나선 코일 지지체를 코일 튜브에 압입식으로 결합하는 구조라서, 나선 코일 지지체를 압입하는 과정에서 코일 튜브이 깨지는 경우가 생길 수 있다. 코일 튜브이 보통 석영관이나 내열성 유리관을 구성되는데, 상기 나선 코일 지지체를 코일 튜브에 압입하는 과정에서 코일 튜브이 깨지거나 미세한 크랙이 가는 경우가 생길 수 있으며, 이처럼 코일 튜브이 깨지는 경우에는 히터의 불량이 생기고 코일 튜브에 미세한 크랙이 가는 경우에는 히터가 사용중에 열로 인하여 깨져버리는 문제가 생길 수 있다.
국내등록특허 제10-1412460호(2014.06.20 등록) 국내공개실용신안 제20-2011-0006157호(2011.06.22 공개)
본 발명의 목적은 발열 코일을 지지하는 나선 코일 지지체와 코일 튜브의 압입 결합 과정 등이 필요없이 코일 튜브에 나선 코일 지지체를 일체형으로 접합할 수 있으므로, 코일 튜브와 나선 코일 지지체의 일체형 구조를 구현하는 과정에서 코일 튜브의 파손이나 크랙 등이 생기는 것을 방지할 수 있으며, 상기 코일 튜브의 파손이나 크랙 등을 방지함으로써 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 나선 코일 지지체와 코일 튜브 사이에 열배출 구조를 구비함으로써 과열로 인한 파손 등에 강한 특성을 가질 수 있는 새로운 구조의 나선 코일 지지체와 코일 튜브의 열배출 구조를 구비한 히터를 제공하고자 하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 내부에 발열 코일을 수용하기 위한 공간부가 구비된 튜브; 상기 튜브에 내장된 코일 튜브; 상기 코일 튜브의 외주면에 결합되어 상기 코일 튜브의 외주면에 나선형 코일 안착홈을 형성하는 나선 코일 지지체; 상기 나선 코일 지지체의 나선형 경로에 일정 간격으로 구비된 복수개의 열배출홀; 상기 코일 튜브의 외주면에 구비되어 상기 나선 코일 지지체에 의해 형성된 상기 코일 안착홈에 결합되며 전원선에 연결되는 발열 코일;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 나선 코일 지지체와 코일 튜브의 열배출 구조를 구비한 히터가 제공된다.
상기 나선 코일 지지체의 나선형 경로와 교차되는 방향으로 나선 코일 지지체를 끊어서 상기 열배출홀을 형성한 것을 특징으로 한다.
상기 나선 코일 지지체는 상기 코일 튜브의 외주면에 일체형으로 구비되며, 상기 나선 코일 지지체가 상기 코일 튜브 외주면에 접합된 상태에서 상기 나선 코일 지지체를 끊어서 상기 열배출홀을 형성한다.
상기 열배출홀은 상기 코일 튜브의 길이 방향을 따라 일자형으로 배치(동일 선상에 배치)된 것을 특징으로 한다.
상기 코일 튜브의 길이 방향 경로를 따라갈 때에 앞쪽의 열배출홀과 뒤쪽의 열배출홀이 서로 다른 경로에 배치(서로 어긋난 경로에 배치)되어, 상기 코일 튜브와 상기 나선 코일 지지체 사이에 복수개의 나선 방향 배열의 열배출홀이 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 나선 코일 지지체는 상기 열배출홀을 형성하도록 절단된 단부가 열처리되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 나선 코일 지지체에 복수개의 열배출홀이 형성되어 있어서, 나선 코일 지지체에 의해 형성된 코일 안착홈에 나선형 발열 코일을 안착시켜 지지되도록 하면, 상기 발열 코일과 나선 코일 지지체 사이의 접촉 면적이 최대한 줄어들 수 있게 되어서 발열 코일로부터 전도에 의한 열전달 량이 최소화되므로 히터가 과열에 의해 터지는 현상이 미연에 방지되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에서는 나선 코일 지지체에 복수개의 열배출홀을 형성하여, 이러한 열배출홀을 통해 히터 내부(즉, 코일 튜브측)에 모여 있는 열을 외부로 원활하게 배출하면서 과열로 인하여 히터가 깨지는 경우를 미연에 방지하는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 나선 코일 지지체와 코일 튜브의 열배출 구조를 구비한 히터를 구성하는 코일 튜브와 나선 코일 지지체의 결합된 사시도
도 2는 도 1에 도시된 나선 코일 지지체에 열배출홀이 형성된 상태를 보여주는 사시도
도 3은 도 2의 전개도
도 4는 본 발명에 의한 나선 코일 지지체와 코일 튜브의 열배출 구조를 구비한 히터의 구조를 보여주는 외관 사시도
도 5는 본 발명의 다른 실시예의 주요부인 나선 코일 지지체에 열배출홀이 형성된 상태를 보여주는 사시도
도 6은 도 5의 전개도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 상기 본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 의한 나선 코일 지지체와 코일 튜브의 열배출 구조를 구비한 히터는 내부에 발열 코일(50)을 수용하기 위한 공간부가 구비된 튜브(10)와, 이 튜브(10)에 내장된 코일 튜브(20)와, 이 코일 튜브(20)의 외주면에 결합되어 코일 튜브(20)의 외주면에 나선형 코일 안착홈을 형성하는 나선 코일 지지체(30)와, 상기 코일 튜브(20)의 외주면에 끼워져 결합되어 나선 코일 지지체(30)에 의해 형성된 코일 안착홈에 결합되며 전원선(4)에 연결되는 발열 코일(50)을 포함하는데, 상기 나선 코일 지지체(30)의 나선형 경로에 일정 간격으로 구비된 복수개의 열배출홀(36)이 주요 구성의 특징이 된다. 즉, 나선 코일 지지체(30)에 코일 튜브(20) 발열시 열을 외부로 배출할 수 있도록 일정 폭의 열배출홀(36)이 형성된 것이 구성상 특징이 된다.
상기 튜브(10)는 일단부(즉, 상단부)가 개구된 원형관 형태로 구성된다. 튜브(10)의 내부에는 후술하는 코일 튜브(20)와 나선 코일 지지체(30) 및 나선형 코일 튜브(20)가 내장된다. 튜브(10)는 투명한 석영 재질로 구성되어, 발열 코일(50)의 열이 원활하게 튜브(10)의 외부로 방사되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 코일 튜브(20)의 외주면에서 모재봉(30A)을 녹이면서 나선형 경로를 따라 이동시키면, 상기 코일 튜브(20)의 외주면에 나선형의 예비 나선 코일 지지체가 공급된 상태가 된다. 예비 나선 코일 지지체라 함은 코일 튜브(20)의 외주면에 나선형으로 붙어 있기는 하되 아직 경화되지 않은 것을 의미한다.
상기 예비 나선 코일 지지체가 일정 시간이 지나서 경화되면 비로소 코일 튜브(20)의 외주면에 나선 코일 지지체(30)가 일체형으로 구비될 수 있다. 나선 코일지지체(30)가 일정 폭을 가진 접합부(40)에 의해 코일 튜브(20) 외주면에 일체형으로 접합된다. 이처럼, 나선 코일 지지체(30)가 코일 튜브(20)의 외주면에 일체형으로 구비되면, 상기 나선 코일 지지체(30)에 의해 코일 튜브(20) 외주면에 나선형의 코일 안착홈이 형성될 수 있다. 이때, 코일 튜브(20)와 나선 코일 지지체(30)는 석영(수정)으로 이루어진다. 상기 코일 튜브(20)의 재질이 석영이고 모재봉(30A)의 재질이 석영이므로, 코일 튜부(30)와 이에 일체형으로 접합된 나선 코일 지지체(30)가 동종 재질인 석영으로 이루어진다. 코일 튜브(20)와 나선 코일 지지체(30)가 석영과 같이 동일 재질로 구성되므로, 나선 코일 지지체(30)와 코일 튜브(20)가 동일한 열팽착 특성과 열수축 특성을 가지게 된다는 것도 중요하다. 물론, 상기 코일 튜브(20)와 나선 코일 지지체(30)는 석영 이외에 고열에 견딜 수 있는 내화성 재질이면 모두 채용이 가능할 것이다.
상기와 같이, 상기 코일 튜브(20)의 외주면에 나선형 경로를 따라 모재봉(30A)을 녹여 붙여서 나선 코일 지지체(30)를 형성하면, 코일 튜브(20)와 나선 코일 지지체(30)가 열에 의한 특성 변화가 최소화될 수 있고 기존과 달리 코일 튜브(20)가 깨지거나 미세 크랙이 생기는 경우를 방지할 수 있어서 바람직하다.
한편, 상기 나선 코일 지지체(30)가 상기와 같은 방식으로 코일 튜브(20)의 외주면에 일체형으로 구비된 다음에 별도로 나선 코일 지지체(30)의 나선 경로를 따라 용접부를 형성할 수도 있는데, 이러한 경우에는 용접부에 의해 코일 튜브(20)의 외주면에 나선 코일 지지체(30)가 보다 견고하게 일체화될 수 있어서 보다 바람직하다. 물론, 상기 용접부는 필요에 따라 채택할 수도 있고 채택하지 않을 수도 있는 옵션 사항(선택 사항)이라는 것을 이해해야 할 것이다.
한편, 상기 코일 튜브(20)의 일단부에는 원형 블록 형상의 절연체(2)가 구비된다. 절연체(2)는 비통전성인 애자 등으로 구성될 수 있다. 이때, 절연체(2)에는 구멍이 형성되어, 이 구멍을 통해 전원선(4)이 인입되어 튜브(10)의 내부에 설치되는 발열 코일(50)에 통전 가능하게 연결된다.
상기와 같은 방식으로 접합부(40)에 의해 나선 코일 지지체(30)가 코일 튜브(20)의 외주면에 일체형으로 접합된 코일 튜브 조립체가 상기 튜브(10)의 내부에 들어가서 결합된다. 또한, 코일 튜브(20) 일단부의 절연체(2)도 튜브(10)에 내장된 구조를 취한다.
상기 코일 튜브(20) 외주면의 나선형 코일 안착홈에 발열 코일(50)이 안착 결합된다. 따라서, 나선 코일 지지체(30)에 의해 발열 코일(50)의 처짐이 방지된다. 발열 코일(50)은 필라멘트선과 같이 전원 공급에 의해 발열이 될 수 있는 재료는 모두 채용이 가능하다.
따라서, 상기한 구성의 본 발명은 산업용 오븐 랜지의 내부에 수직으로 세워서 투입되어 열이 가해질 필요가 있는 피고정물의 열원으로 사용될 수 있는데, 상기 튜브(10)에 내장된 코일 튜브(20)의 외주면에 코일 안착홈(24)을 형성하고, 이 코일 튜브(20) 외주면의 코일 안착홈(24)에 전원선(4)과 연결되는 발열 코일(50)을 결합하여, 발열 코일(50)이 수직으로 세워진 상태에서 발열함으로써 열이 필요한 피가공물에 열을 공급하도록 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에서는 상기 코일 튜브(20)를 클램프에 의해 작업 다이에 거치시킨 상태에서 모재봉(30A)과 토치(TC)를 코일 튜브(20)의 외주면을 따라 나선형 경로로 이동시키면서 모재봉(30A)을 녹여서 코일 튜브(20)의 외주면에 붙어 있는 예비 나선 코일 지지체가 형성되고, 상기 예비 나선 코일 지지체(코일 튜브(20)의 외주면에 나선형으로 공급되어 아직 경화되지 않은 재료)가 경화되면, 나선 코일 지지체(30)가 코일 튜브(20)의 외주면에 일체형으로 접합되도록 할 수 있다. 일정 폭의 밴드 형태의 접합부를 매개로 나선 코일 지지체(30)가 코일 튜브(20)의 외주면에 일체형으로 구비될 수 있다. 따라서, 나선 코일 지지체(30)와 코일 튜브(20)가 일체형으로 구비된 본 발명의 히터를 제작하는 작업이 수월하고 신속하게 이루어진다. 물론, 코일 튜브(20)의 외주면에 나선 코일 지지체(30)를 일체형으로 구비하는 구조는 많은 실시예 중의 하나이며, 상기와 같은 코일 튜브(20)와 나선 코일 지지체(30)의 일체형 구조를 구현하는 방식 이외에 다른 방식에 의해서도 코일 튜브(20)와 나선 코일 지지체(30)의 일체형 구조를 구현할 수 있음을 이해해야 할 것이다.
한편, 상기 튜브(10)에는 발열 코일(50)을 지지하기 위한 코일 튜브(20)가 내장된다. 이 코일 튜브(20)의 외주면에는 코일 안착홈이 구비된다. 즉, 코일 튜브(20)의 외주면에 나선 코일 지지체(30)가 일체형으로 구비되고, 이러한 나선 코일 지지체(30)에 의해 코일 안착홈이 코일 튜브(20)의 외주면에 나선형으로 연장 형성된 것이다. 이러한 코일 튜브(20) 외주면의 나선형 코일 안착홈에 발열 코일(50)이 안착 결합된다. 따라서, 나선 코일 지지체(30)에 의해 발열 코일(50)의 처짐이 방지된다. 발열 코일(50)은 필라멘트선과 같이 전원 공급에 의해 발열이 될 수 있는 재료는 모두 채용이 가능하다.
상기 열배출홀(36)은 나선 코일 지지체(30)의 나선형 경로에 일정 간격으로 구비된다. 나선 코일 지지체(30)의 나선형 경로와 교차되는 방향으로 나선 코일 지지체(30)를 끊어서 복수개의 열배출홀(36)을 형성한다. 도 1은 열배출홀(36)이 형성되지 이전의 상태를 보여주는데, 도 2에서와 같이 열배출홀(36)이 형성된다. 한편, 상기 코일 튜브(20)를 세워놓고 코일 튜브(20)의 일측에서 볼 때에 위쪽의 열배출홀(36)과 아래쪽의 열배출홀(36)이 동일 선상에 배치된다. 즉, 복수개의 열배출홀(36)이 코일 튜브(20)의 길이 방향을 따라 일자형으로 배치된다. 코일 튜브(20)와 나선 코일 지지체(30)를 펼쳐놓는 전개도로 볼 때에 위쪽의 열배출홀(36)과 아래쪽의 열배출홀(36)이 동일 선상에 배치된 구조이다.
한편, 바람직하게 코일 튜브(20)의 길이 방향 경로를 따라갈 때에 앞쪽의 열배출홀(36)과 뒤쪽의 열배출홀(36)이 서로 다른 경로에 배치(서로 어긋난 경로에 배치)되어, 상기 코일 튜브(20)와 나선 코일 지지체(30) 사이에 복수개의 나선 방향 배열의 열배출홀(36)이 구비된다. 상기 코일 튜브(20)를 세워놓고 코일 튜브(20)의 일측에서 볼 때에 위쪽의 열배출홀(36)과 아래쪽의 열배출홀(36)이 동일 선상에 배치되지 않고 위쪽의 열배출홀(36)에 대하여 아래쪽의 열배출홀(36)이 옆으로 어긋난 위치에 배치된다. 즉, 복수개의 열배출홀(36)이 코일 튜브(20)의 길이 방향을 따라 일자형으로 배치된다. 코일 튜브(20)와 나선 코일 지지체(30)를 펼쳐놓는 전개도로 볼 때에 위쪽의 열배출홀(36)과 아래쪽의 열배출홀(36)이 사선 방향으로 경사지게 배치된 구조(나선형 경로를 따라 배치된 구조)를 이루게 된다.
상기 열배출홀(36)은 코일 튜브(20)의 위쪽에서 볼 때에 코일 튜브(20)의 중심부를 기준으로 방사 방향으로 배치되어 있다. 발열 코일(50)에서 발열할 때에 생기는 열이 상기 방사 방향 배치의 열배출홀(36)을 통해 코일 튜브(20)의 중심부를 기준으로 방사 방향으로 배출될 수 있다.
따라서, 상기한 구성의 본 발명은 산업용 오븐 랜지의 내부에 수직으로 세워서 투입되어 열이 가해질 필요가 있는 피고정물의 열원으로 사용되는데, 상기 튜브(10)에 내장된 코일 튜브(20)의 외주면에 코일 안착홈을 형성하고, 이 코일 튜브(20) 외주면의 코일 안착홈에 전원선(4)과 연결되는 발열 코일(50)을 결합하여, 발열 코일(50)이 수직으로 세워진 상태에서 발열함으로써 열이 필요한 피가공물에 열을 공급할 수 있다.
상기한 구성의 본 발명에 의한 히터는 나선 코일 지지체(30)에 복수개의 열배출홀(36)을 구비한 구조로 인하여 기존과 차별화되는 효과가 있다.
본 발명에서는 나선 코일 지지체(30)를 부분 부분 절단하여 복수개의 열배출홀(36)이 형성되어 있다. 코일 튜브(20)와 나선 코일 지지체(30)가 석영(크리스탈)로 구성될 수 있는데, 단결정 나선 코일 지지체(30)를 고속 회전하는 다이아몬드 컷터로 절단하여 나선 코일 지지체(30)에 열배출홀(36)을 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 경우, 나선 코일 지지체(30)에 의해 형성된 코일 안착홈에 나선형 발열 코일(50)을 안착시켜 지지되도록 하면, 나선 코일 지지체(30)에 형성된 복수개의 열배출홀(36)로 인하여 발열 코일(50)과 나선 코일 지지체(30) 사이의 접촉 면적이 최대한 줄어들 수 있게 되어서 발열 코일(50)로부터 전도에 의한 열전달 량이 최소화되므로 히터가 과열에 의해 터지는 현상(구체적으로, 코일 튜브(20)가 과열에 의해 터지는 현상)이 미연에 방지되는 효과가 있다. 본 발명의 히터가 과열에 의해 터지는 현상을 방지한다는 것은 히터 제품으로의 신뢰성이 기존에 비하여 높다는 것을 의미한다.
또한, 상기 코일 튜브(20)의 외주면에 발열 코일(50)이 끼워져 있는 상태에서는 발열 코일(50)이 코일 튜브(20) 외주면과 나선 코일 지지체(30)와 많이 접촉되어 있는 상태가 되어서 발열 코일(50)에 의해 열이 날 때에 열이 많이 모여 있게 되며, 이로 인하여 과열(대략 1000℃ 이상의 열)로 인하여 코일 튜브(20)가 깨질 여지가 있다. 기존의 히터가 이러한 문제를 가지고 있던 것이다.
이에 반해, 본 발명에서는 상기 나선 코일 지지체(30)에 복수개의 열배출홀(36)을 형성하여, 이러한 열배출홀(36)을 통해 히터 내부(즉, 코일 튜브(20)측)에 모여 있는 열을 외부로 원활하게 배출하면서 과열로 인하여 히터가 깨지는 경우를 미연에 방지하는 효과를 기대할 수 있는 것이다. 즉, 본 발명은 열배출홀(36)에 의해서 코일 튜브(20)의 둘레부에 쿨링을 해주기 때문에 과열로 히터가 터지는 현상(주로, 코일 튜브(20)가 터지는 현상)이 방지될 수 있다. 상기 열배출홀(36)은 발열 코일(50)에 의해 열이 발생할 때에 열이 원활하게 외부로 빠지도록 할 수 있도록 하기 위한 것이다. 발열 코일(50)에 접촉되는 부분이 될 수 있는 데로 적으면 적을수록 열이 전도될 수 있는 량이 줄어들게 되고, 열이 전도되는 량이 줄어드는 만큼 과열로 인하여 히터가 터질 가능성이 현격하게 줄어들게 되는데, 본 발명은 상기 열배출홀(36)에 의해 이러한 기능을 충분히 만족스럽게 구현할 수 있게 된다.
정리하면, 본 발명에서는 나선 코일 지지체(30)에 복수개의 열배출홀(36)을 형성함으로써, 열배출홀(36)에 의해 히터가 과열되는 현상을 방지하는 것이 효과 중의 하나이고 히터가 가열된 경우에는 열배출홀(36)에 의해 열이 잘 빠지도록 하여서 히터의 과열을 방지하는 것이 또 다른 효과라 할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 나선 코일 지지체(30)의 나선형 경로와 교차되는 방향으로 나선 코일 지지체(30)를 끊어서 열배출홀(36)을 형성하는데, 상기 나선 코일 지지체(30)는 열배출홀(36)을 형성하도록 절단된 부분(즉, 절단된 단부)가 열처리되도록 구성된다.
상기 나선 코일 지지체(30)를 따내거나 끊어서 열배출홀(36)을 형성하면, 이러한 열배출홀(36) 형성 과정에서 나선 코일 지지체(30)의 열배출홀(36) 부분, 다시 말해 나선 코일 지지체(30)의 끊어진 단부와 코일 튜브(20) 부분에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있는데, 본 발명에서는 이러한 나선 코일 지지체(30)의 열배출홀(36) 부분을 열처리를 따로 실시함으로써 나선 코일 지지체(30)의 열배출홀(36) 단부 근방과 코일 튜브(20)의 미세한 크랙이 나선 코일 지지체(30)와 코일 튜브(20)의 용융과 경화 과정에 의해 사라지게 되므로, 열배출홀(36)을 형성하기 위해 나선 코일 지지체(30)의 끊어진 부분과 코일 튜브(20)가 발열 코일(50)의 열에 의해 깨지는 현상을 방지하는 효과가 있다. 즉, 상기 열배출홀(36)을 형성하기 위해 나선 코일 지지체(30)를 끊어주는 과정에서 생기는 미세 크랙은 열처리를 통해서 제거하게 됨으로써 발열 코일(50)에 의해 열이 생길 때에 미세 크랙으로 인하여 히터가 터지는 현상(즉, 코일 튜브(20)가 터지는 현상)이 방지되는 효과가 있다.
한편, 본 발명에서 코일 튜브(20)의 길이 방향 경로를 따라갈 때에 앞쪽의 열배출홀(36)과 뒤쪽의 열배출홀(36)이 서로 다른 경로에 배치(서로 어긋난 경로에 배치)되어, 상기 코일 튜브(20)와 나선 코일 지지체(30) 사이에 복수개의 나선 방향 배열의 열배출홀(36)이 구비되도록 한다. 즉, 본 발명에서는 열배출홀(36)을 코일 튜브(20)의 길이 방향과 나란한 직선 배열로만 형성하는 것보다는 열배출홀(36)을 곡선 배열로 형성한다.
이처럼 복수개의 열배출홀(36)을 직선 배열보다 곡선 배열로 형성해주면 열배출홀(36)의 면적(즉, 나선 코일 지지체(30)의 따진 면적)이 더 늘어나게 되는데, 나선 코일 지지체(30)의 따진 면적이 더 늘어난다는 것은 발열 코일(50)과의 접촉 면적이 더 줄어든다는 것을 의미하며, 이처럼 발열 코일(50)과 나선 코일 지지체(30)의 접촉 면적이 더 줄어들게 되면 히터에서 외부로의 열배출 효율이 더욱 높아질 수 있게 된다. 히터에서의 열배출 효율이 더 높아진다는 것은 히터가 과열로 인하여 터지는 현상을 더욱 확실하게 방지할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 발명의 경우 나선 코일 지지체(30)를 코일 튜브(20)의 외주면에 일체형으로 구비되도록 함으로써 기존과 차별화되는 효과가 있다.
기존에는 나선 코일 지지체(30)가 코일 튜브(20)에 강제로 압입되는 구조라서 나선 코일 지지체(30)의 압입 과정에서 코일 튜브(20)가 깨지거나 금이 가거나 또는 눈에 보이지는 않는 얇은 크랙이 생기는 경우를 피할 수 없으며, 이처럼 코일 튜브(20)가 깨지거나 금이 가는 경우에는 코일 튜브(20) 자체를 사용할 수 없어서 다른 코일 튜브(20)를 사용해야 하는 문제가 있고, 코일 튜브(20)에 얇은 미세 크랙이 있는 경우에는 히터의 사용중에 고열이 가해지면 미세 크랙으로 인하여 코일 튜브(20)가 깨져버리는 문제가 생기며, 이는 곧 히터의 불량으로 이어진다.
그런데, 본 발명에서는 나선 코일 지지체(30)가 코일 튜브(20) 외주면에 강제 압입식이 아니라 코일 튜브(20) 외주면에 토치(TC)에 의해 일정 온도(예를 들어, 대략 1000℃ 정도의 온도)로 모재봉(30A)을 나선형으로 녹여 붙여서 나선 코일 지지체(30)와 코일 튜브(20)가 일체형으로 형성되므로, 코일 튜브(20)가 깨지거나 금이 가거나 또는 눈에 보이지는 않는 얇은 크랙이 생기는 경우를 피할 수 있는 것이며, 이처럼 코일 튜브(20)가 깨지거나 금이 가는 경우를 방지함으로써 코일 튜브(20) 자체를 사용하지 못하고 다른 코일 튜브(20)를 사용해야 하는 문제를 해결할 수 있으며, 히터의 사용중에 고열이 가해질 경우 미세 크랙으로 인하여 코일 튜브(20)가 깨져버리는 문제 역시 미연에 방지하는 효과가 있으며, 이로 인하여 히터의 불량으로 이어지는 경우는 전혀 발생하지 않는 효과를 가진다.
한편, 본 발명에서는 모재봉(30A)을 코일 튜브(20)의 외주면에서 나선형 경로를 따라 녹여서 공급하되, 상기 모재봉(30A)을 녹여서 코일 튜브(20)의 외주면에 간헐적으로 일정 시간 동안 공급되는 과정과 공급이 중단되는 방식을 반복하여, 상기 열배출홀(36)이 나선 코일 지지체(30)의 나선형 경로와 교차되는 방향으로 복수개로 형성되도록 할 수도 있다. 즉, 모재봉(30A)을 토치(TC)에 의해 코일 튜브(20)의 외주면에 녹여 붙이되, 상기 모재봉(30A)이 코일 튜브(20)의 외주면에서 나선형 경로를 따라 이동하는 도중에 일정 시간 동안 모재봉(30A)을 녹여 붙이는 과정을 중단하고, 이러한 모재봉(30A)의 용융 공급 과정과 모재봉(30A)의 용융 공급 중단 과정을 반복하면, 상기 나선 코일 지지체(30)에 일정 간격으로 복수개의 열배출홀(36)이 구비될 수 있다.
상기와 같이 모재봉(30A)의 간헐적인 용용과 모재봉(30A)의 용융 중단 과정을 반복하여 나선 코일 지지체(30)를 코일 튜브(20)의 외주면에 일체형으로 형성할 경우, 나선 코일 지지체(30)를 중간에 끊어서 열배출홀(36)을 형성하지 않아도 되므로 본 발명의 히터 제작시에 보다 유리한 효과를 기대할 수 있다. 물론, 이러한 실시예는 필요에 따라 채택하거나 채택하지 않을 수 있는 옵션 사항임을 이해해야 할 것이다.
또한, 코일 지지체 포밍 재료가 일정 온도의 용융된 액상의 상태에서 상기 코일 튜브(20)의 외주면에서 나선형 경로를 따라 공급되되, 상기 코일 지지체 포밍 재료가 상기 코일 튜브(20)의 외주면에 간헐적으로 일정 시간 동안 공급되는 과정과 공급이 중단되는 방식을 반복하여, 상기 열배출홀(36)이 나선 코일 지지체(30)의 나선형 경로와 교차되는 방향으로 복수개로 형성되도록 할 수도 있다. 즉, 액상으로 된 일정 온도의 코일 지지체 포밍 재료를 노즐에 의해 코일 튜브(20)의 외주면에 공급하면서 동시에 나선형 경로를 따라 이동시키되, 상기 노즐이 코일 튜브(20)의 외주면에서 나선형 경로를 따라 이동하는 도중에 일정 시간 동안 노즐에서 액상의 나선 코일 지지체 포밍 재료의 공급을 중단하는 과정을 반복하면, 상기 나선 코일 지지체(30)에 일정 간격으로 복수개의 열배출홀(36)이 구비될 수 있다.
상기와 같이 나선 코일 지지체 포밍 재료의 간헐적인 공급과 공급 중단을 반복하여 나선 코일 지지체(30)를 코일 튜브(20)의 외주면에 일체형으로 형성할 경우, 나선 코일 지지체(30)를 중간에 끊어서 열배출홀(36)을 형성하지 않아도 되므로 역시 본 발명의 히터 제작시에 보다 유리한 효과를 기대할 수 있다. 물론, 이러한 실시예 역시 필요에 따라 채택하거나 채택하지 않을 수 있는 옵션 사항임을 이해해야 할 것이다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
10. 튜브 20. 코일 튜브
30. 나선 코일 지지체 36. 열배출홀
50. 발열 코일

Claims (5)

  1. 내부에 발열 코일(50)을 수용하기 위한 공간부가 구비된 튜브(10);
    상기 튜브(10)에 내장된 코일 튜브(20);
    상기 코일 튜브(20)의 외주면에 구비되어 상기 코일 튜브(20)의 외주면에 나선형의 코일 안착홈을 형성하는 나선 코일 지지체(30);
    상기 나선 코일 지지체(30)의 나선형 경로에 일정 간격으로 구비된 복수개의 열배출홀(36);
    상기 코일 튜브(20)의 외주면에 구비되어 상기 나선 코일 지지체(30)에 의해 형성된 상기 코일 안착홈에 결합되며 전원선(4)에 연결되는 발열 코일(50);을 포함하여 구성되고,
    상기 나선 코일 지지체(30)의 나선형 경로와 교차되는 방향으로 나선 코일 지지체(30)를 끊어서 상기 열배출홀(36)을 형성하며,
    상기 나선 코일 지지체(30)는 상기 열배출홀(36)을 형성하도록 절단된 단부가 열처리되도록 구성된 것을 특징으로 하는 나선 코일 지지체와 코일 튜브의 열배출 구조를 구비한 히터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열배출홀(36)은 상기 코일 튜브(20)의 길이 방향을 따라 일자형으로 배치된 것을 특징으로 하는 나선 코일 지지체와 코일 튜브의 열배출 구조를 구비한 히터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코일 튜브(20)의 길이 방향 경로를 따라갈 때에 앞쪽의 열배출홀(36)과 뒤쪽의 열배출홀(36)이 서로 다른 경로에 배치되어, 상기 코일 튜브(20)와 상기 나선 코일 지지체(30) 사이에 복수개의 나선 방향 배열의 열배출홀(36)이 구비된 것을 특징으로 하는 나선 코일 지지체와 코일 튜브의 열배출 구조를 구비한 히터.
  5. 삭제
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