KR102031336B1 - 가스 가열용 히터 시스템 - Google Patents

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KR102031336B1
KR102031336B1 KR1020190020343A KR20190020343A KR102031336B1 KR 102031336 B1 KR102031336 B1 KR 102031336B1 KR 1020190020343 A KR1020190020343 A KR 1020190020343A KR 20190020343 A KR20190020343 A KR 20190020343A KR 102031336 B1 KR102031336 B1 KR 102031336B1
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heating
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gas
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front plate
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KR1020190020343A
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최종호
조상호
남형수
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수퍼코일 (주)
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 가스 가열용 히터 시스템은 액화 가스를 담고 탈,장착되는 탱크; 상기 탱크의 하부 일측에 이격거리를 갖고 대응하며, 지지판에 지지된 가열부; 상기 가열부의 후면 상부에 장착된 모터부; 상기 가열부의 후면 중간에 장착된 온도센서부; 및 상기 가열부, 모터부 및 온도센서부에 각각 연결되고, 상기 지지판의 상부 타면에 장착된 제어부;를 포함한다.

Description

가스 가열용 히터 시스템{SYSTEM FOR HEATING GAS AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 가스 가열용 히터 시스템에 관한 것으로, 특히 액화가스를 기화하여 다음 공정으로 공급하는 시스템에서 액화가스의 온도를 특정온도로 유지하여 원활하게 공급하기 위한 가스 가열용 히터 시스템에 관한 것이다.
종래에 반도체 업계는 IC 칩 제조에 필수적인 여러 공정에서 다양한 가스공급을 필요로 하고, 이를 위해 다양한 가스를 공급하는 가스주입장치를 요구한다. 이러한 가스주입장치는 상온에서 가스를 액화시키고, 원활한 공급을 위해 액화가스를 가압하여 끓는점을 상온보다 낮게 유지하여 가스를 원활히 공급하는 방식의 구조를 갖는다.
가스의 압력은 온도가 상승함에 따라 증가하고 그 역도 성립한다. 다시 말해서, 실린더 및 탱크 등과 같은 액화가스용기를 가열하면, 내부의 액화가스는 온도가 상승하고 이에 따라 원활한 가스공급이 가능하게 된다.
종래에 액화 가스의 원활한 공급을 위한 사용된 액화가스 용기의 가열 기술은 가열 벨트 또는 자켓에 적용된 저항형 코일에 의한 열전도 방식, 고온 공기를 이용한 대류열 전달방식 및 유도코일을 이용한 유도가열방식 등이 있다.
열전도 및 대류열 전달 방식은 가열 벨트 또는 자켓과 같은 가열 기구를 이용한 직접가열에 의한 열전달 방식으로 실질적인 에너지 입력에도 불구하고 액화가스에 전달되는 에너지가 적시에 가스에 공급되는데 어려움이 있다. 즉, 이러한 직접가열에 의한 열전달 방식은 낮은 에너지효율을 갖는 문제점이 있다.
유도코일에 의한 유도가열방식은 가열하고자 하는 가스용기 만을 가열하여 에너지 전달효율이 극대화된다. 즉, 높은 에너지 효율을 얻을 수 있다.
그러나, 유도코일 양단의 절연파괴 또는 고주파 입력전류(50Hz ~ 수백 kHz)에 의해 스파크가 발생할 수 있어서, 이는 자칫 가연성 가스의 누출 시 큰 폭발로 이어질 수 있는 단점이 있다. 실제로, 이러한 가스공급장치의 내부 온도는 40도 이상 상승시키지 않으며, 가스 실린더의 온도도 상온 또는 40도 이하로 유지해야한다. 특히, 가연성 가스의 누출시, 스파크 또는 고온에 의해 폭발이 일어날 수 있고, 이는 작업자 및 작업환경 소손 등 2차 사고를 일으킬 수 있어 반드시 해결되어져야 한다.
특허문헌 : 공개특허공보 제10-2005-0054458호
본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 액화가스의 온도를 특정온도로 유지하여 원활하게 가스를 공급하기 위한 가스 가열용 히터 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 영구자석을 이용한 유도 가열방식으로 액화가스의 온도를 특정온도로 유지하여 원활하게 가스를 공급하기 위한 가스 가열용 히터 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 가열용 히터 시스템은 액화 가스를 담고 탈,장착되는 탱크; 상기 탱크의 하부 일측에 이격거리를 갖고 대응하며, 지지판에 지지된 가열부; 상기 가열부의 후면 상부에 장착된 모터부; 상기 가열부의 후면 중간에 장착된 온도센서부; 및 상기 가열부, 모터부 및 온도센서부에 각각 연결되고, 상기 지지판의 상부 타면에 장착된 제어부;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 가열용 히터 시스템에서 상기 가열부는 상기 탱크의 하부 일측에 구비된 가열영역에 이격거리를 갖고 대응하는 전면판; 상기 전면판의 후면에 장착된 진동흡수판; 상기 전면판에 대응하고 상기 모터부의 모터축이 관통하는 관통공을 갖는 후면판; 상기 전면판과 후면판 사이에 위치하고 다수의 영구자석을 구비한 영구자석 하우징; 및 상기 영구자석 하우징의 후면에 장착된 자성체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 가열용 히터 시스템에서 상기 전면판은 상기 가열영역의 외형에 대응하는 굴곡진 형태 또는 경사면을 갖는 외부 전면판; 및 상기 외부 전면판의 후면에 접합된 진동흡수판;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 가열용 히터 시스템에서 상기 외부 전면판은 열부도체(thermal insulator) 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 가열용 히터 시스템에서 상기 진동흡수판은 무기계 고분자 재질 또는 유기계 고분자 재질을 다공성 형태로 형성한 판형 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 가열용 히터 시스템에서 상기 영구자석 하우징은 다수의 영구자석을 관통 장착하기 위한 다수의 관통공을 구비하고, 상기 모터부의 모터축에 연결된 회전체 형태인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 가열용 히터 시스템에서 상기 온도센서부는 접촉 방식 또는 비접촉 방식의 온도센서를 포함하고, 상기 온도센서가 상기 전면판의 하부에 구비된 제 1 관통구를 통해 상기 가열영역의 온도를 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 가열용 히터 시스템에서 상기 제어부는 상기 지지판의 위치를 제어하여, 상기 가열영역과 상기 전면판 사이의 이격거리를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 가열용 히터 시스템에서 상기 가열영역의 재질이 비철 금속인 경우에 상기 영구자석 하우징에 구비된 다수의 영구자석은 모두 상기 가열영역 방향으로 N극이 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 가열용 히터 시스템에서 상기 가열영역의 재질이 철 금속인 경우에 상기 영구자석 하우징에 구비된 다수의 영구자석은 상기 가열영역 방향으로 N극과 S극이 교대로 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고, 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 가열용 히터 시스템은 액화 가스를 일정온도로 유지하여 원할한 가스공급을 실현하고, 가스 누출 또는 이상 발생시 가열장치에 의한 2차사고를 사전에 차단할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 가열용 히터 시스템은 가스공급장치의 자동화를 구현하여 가스용기 교체를 자동화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 가열용 히터 시스템의 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 가열용 히터 시스템의 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 가열용 히터 시스템의 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 가열부의 정면 사시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 가열용 히터 시스템을 구성하는 가열부의 동작 원리를 설명하기 위한 예시도.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 가열용 히터 시스템의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 가열용 히터 시스템의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 가열용 히터 시스템의 단면도이며, 도 4는 도 3에 도시된 가열부의 정면 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 가열용 히터 시스템을 구성하는 가열부의 동작 원리를 설명하기 위한 예시도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 가스 가열용 히터 시스템은 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 액화 가스를 담고 탈,장착되는 탱크(110), 탱크(110)의 하부 일측에 이격거리를 갖고 대응하며 지지판(160)에 지지된 가열부(120), 가열부(120)의 후면 상부에 장착된 모터부(130), 가열부(120)의 후면 중간에 장착된 온도센서부(140) 및 가열부(120), 모터부(130), 온도센서부(140) 등에 각각 연결되고 지지판(160)의 상부에 장착된 제어부(150)를 포함한다.
구체적으로, 탱크(110)는 가스를 액화 형태로 저장된 압력용기로서 가열부(120)에 의한 전자기 유도의 유도가열방식으로 가열되고 가열후에 탈착되며, 유도가열에 의해 내부의 액화가스는 온도가 상승하여 기화되어 내압이 높아져 원활한 가스 공급이 이루어질 수 있다.
액화 가스의 특성상 탱크(110) 내부의 온도가 올라가면 유동이 활발해져, 탱크(110)의 한쪽 면만 가열하더라도 탱크(110) 내부의 액화 가스 전체의 온도가 동일하게 상승할 수 있다.
가열부(120)는 지지판(160)에 지지되고 탱크(110)의 하부 일측에 구비된 가열영역(115)에 이격거리를 갖고 대응하여 구비되되, 상부판(121), 가열영역(115)에 이격거리를 갖고 대응한 전면판(122), 전면판(122)에 대응하고 모터부(130)의 모터축이 관통하는 관통공을 갖는 후면판(128), 전면판(122)과 후면판(128) 사이에 구비된 영구자석 하우징(125), 영구자석 하우징(125)의 후면에 장착된 자성체(127)를 포함한다.
전면판(122)은 도 1과 도 4에 도시된 바와 같이 가열영역(115)의 외형에 따라 대응하도록 굴곡진 형태 또는 경사면을 갖는 외부 전면판(122-1) 및 외부 전면판(122-1)의 후면에 접합된 진동흡수판(122-2)으로 구성되고, 하부에 제 1 관통구(124)를 구비한다. 이때, 제 1 관통구(124)를 통해 온도센서부(140)의 온도센서가 접촉 방식 또는 비접촉 방식으로 가열영역(115)의 온도를 검출할 수 있다.
이러한 외부 전면판(122-1)은 가열영역(115)의 가열에 따른 열반사를 방지하기 위해 열부도체(thermal insulator), 예를 들어 세라믹, 유리섬유 등의 열부도체 재질로 형성될 수 있다.
진동흡수판(122-2)은 모터부(130)에서 전달되는 진동을 상쇄시키는 기능을 수행하기 위해 점성과 탄성이 있는 고분자 물질, 예컨대 고무, 실리콘, 아크릴, 그라스 울(Glass wool), 미네랄 울(Mineral wool) 등을 포함한 무기계 고분자 재질 또는 유기합성수지를 포함한 유기계 고분자 재질을 다공성 형태로 형성될 수 있다.
또한, 진동흡수판(122-2)은 선택적으로 그라스 울, 미네랄 울 등의 무기계 고분자 재질 또는 천연섬유를 유기합성수지에 함침(impregnation)한 다공성 형태로 형성할 수도 있다.
이때, 진동흡수판(122-2)의 다공성은 200Pa 압력에서 100~1000L/m2s의 통기도를 가지는 것이 바람직하고, 다공성이 200Pa 압력에서 통기도가 상기 범위를 벗어날 경우 공극률(Porosity)이 너무 낮거나 높아서 진동 상쇄 성능이 저하될 우려가 있다.
영구자석 하우징(125)은 다수의 영구자석(126)을 장착하기 위한 다수의 관통공(125-1)을 구비하고 모터부(130)의 모터축에 연결된 회전체 형태로서, 도 1에서 원반 형태로 도시되지만 이에 한정되지 않고, 예컨대 타원 형태, 부채꼴 형태, 나비 형태 등의 대칭성을 갖는 다양한 다각형 형태로 구비될 수 있다.
이러한 영구자석 하우징(125)은 자화가 되지 않는 부도체 재질, 예를 들어 세라믹, 합성수지 등의 재질로 형성되어 다수의 영구자석(126)에서 발생하는 자기력선의 누출을 방지한다.
이때, 영구자석 하우징(125)의 후면에는 모터부(130)의 모터축이 관통하고 다수의 영구자석(126)에 자기적 결합하는 자성체(127)를 구비하여, 다수의 영구자석(126)에 대한 자속 폐로을 형성할 수 있다. 이러한 자성체(127)는 철, 코발트, 니켈 및 이들의 합금과 같은 강자성체로 이루어져, 도 5에 도시된 바와 같이 영구자석(126)의 자속이 누설없이 가열영역(115)으로 전달되어 자기장의 세기를 향상시킬 수 있다.
모터부(130)는 예컨대, 직류 모터, BLDC(Brushless Direct Current) 모터, 에어 모터 및 유압 모터 중 어느 하나의 모터를 내부에 포함하고, 자성체(127)를 거쳐 영구자석 하우징(125)에 연결되어 영구자석 하우징(125)을 회전시킨다.
온도센서부(140)는 후면판(128)의 후면 중간에 장착되고 접촉 방식 또는 비접촉 방식의 온도센서를 포함하며, 제 1 관통구(124)를 통해 접촉 방식 또는 비접촉 방식의 온도센서가 가열영역(115)의 온도를 검출할 수 있다. 이에 따라, 후면판(128)의 하부에는 제 1 관통구(124)에 대응하는 관통공을 구비한다.
제어부(150)는 지지판(160)의 상부 타측에 장착되고, 가열부(120), 모터부(130) 및 온도센서부(140)에 각각 연결되어 개별적으로 제어한다. 즉, 제어부(150)는 모터부(130)를 제어하여 영구자석 하우징(125)을 회전시키며 탱크(110) 내부를 유도 가열시키고, 온도센서부(140)를 통해 가열영역(115)의 온도를 검출하며, 가열영역(115)의 온도가 소정의 온도 이상으로 검출되면 모터부(130)를 제어하여 영구자석 하우징(125)의 회전을 중지시킨다. 이후, 제어부(150)는 일정 온도로 가열된 탱크(110)를 분리하여 이송할 것을 스피커 또는 디스플레이 화면을 통해 사용자에게 알릴 수도 있다.
이때, 영구자석 하우징(125)의 회전에 따른 유도 가열은 영구 자석(126)에 의한 자기력선의 변화에 따라 변화하는 자기장 내의 가열영역(115)에 전자기 유도가 발생하여, 가열영역(115)의 면에 소용돌이형으로 흐르는 맴돌이 전류(渦電流)에 의해 줄열이 발생하므로 전자기 에너지가 열에너지로 변환되어 가열되는 원리이다.
이러한 유도 가열은 탱크(110)의 재질에 따라 영구 자석(126)의 배치가 선택될 수 있어서, 탱크(110)의 재질이 예컨대 비철 금속인 경우에 영구 자석(126)이 모두 가열영역(115) 방향으로 N극이 배치되거나, 또는 탱크(110)의 재질이 철 금속인 경우에는 가열영역(115) 방향으로 영구 자석(126)의 N극과 S극이 교대로 배치될 수도 있다.
또한, 제어부(150)는 탱크(110)의 용량에 따라 지지판(160)의 위치를 제어하여 가열영역(115)과 전면판(122) 사이의 이격거리를 조절, 예를 들어 지지판(160)의 하부에 이송 레일을 추가 구비하여 이송 레일을 따라 지지판(160)의 위치를 제어하여 가열영역(115)과 전면판(122) 사이의 이격거리를 조절할 수 있어서, 탱크(110)의 용량이 큰 경우에 유도 가열의 효율을 증대시키기 위해 가열영역(115)과 전면판(122) 사이의 이격거리를 줄일 수 있다. 물론, 큰 용량의 탱크(110)에 대한 유도 가열의 효율을 증대시키기 위해, 가열영역(115)과 전면판(122) 사이의 이격거리 이외에 영구자석 하우징(125)의 테두리를 따라 영구 자석(126)의 개수를 증가시키거나 또는 탱크(110)의 타면에 대해 가열부(120)와 모터부(130)를 추가 장착할 수도 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 가스 가열용 히터 시스템은 영구 자석(126)을 이용한 유도 가열방식으로 탱크(110) 내부를 가열하므로 액화가스의 온도를 일정 온도로 유지하면서 원활하게 가스를 공급하고, 폭발의 가능성을 차단하여 작업자 및 작업환경의 소손 등의 2차 사고를 방지할 수 있다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.
또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
110: 탱크 120: 가열부
121: 상부판 122: 전면판
122-1: 외부 전면판 122-2: 진동흡수판
124: 제 1 관통구 125: 영구자석 하우징
126: 영구자석 127: 자성체
128: 후면판 130: 모터부
140: 온도센서부 150: 제어부

Claims (10)

  1. 액화 가스를 담고 탈,장착되는 탱크;
    상기 탱크의 하부 일측에 이격되어 위치하며, 하단에 이송레일이 형성되는 지지판에 지지된 가열부;
    상기 가열부의 후면 상부에 장착된 모터부;
    상기 가열부의 후면 중간에 장착된 온도센서부;
    상기 가열부, 모터부 및 온도센서부에 각각 연결되고, 상기 지지판의 상부 타면에 장착된 제어부; 및
    상기 제어부에 의해 일정 온도로 가열된 상기 탱크를 분리 이송하도록 정보를 안내하는 스피커 또는 디스플레이 화면을 포함하고,
    상기 가열부는, 상기 탱크의 하부 일측에 구비된 가열영역에 이격되어 위치하며, 상기 가열영역의 외형에 대응하는 굴곡진 형태 또는 경사면을 갖는 외부 전면판과 상기 외부 전면판의 후면에 접합하여 상기 모터부에서 전달되는 진동을 상쇄시키는 진동흡수판을 구비하는 전면판; 상기 전면판에 대면하도록 위치하고 상기 모터부의 모터축이 관통하는 관통공을 갖는 후면판; 상기 전면판과 후면판 사이에 위치하고 다수의 영구자석을 구비한 영구자석 하우징; 및 상기 영구자석 하우징의 후면에 장착되어 상기 영구자석들에 대한 자기 폐로를 구성하는 자성체를 포함하면서, 상기 가열영역만을 가열하도록 자기장 방향을 형성하고,
    상기 제어부는 상기 이송레일을 따라 상기 지지판의 위치를 제어하여, 상기 탱크 용량에 대응하여 상기 가열영역과 상기 전면판 사이의 이격거리를 조절하는 가스 가열용 히터 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동흡수판은 다공성이 200Pa 압력에서 100~1000L/m2s의 통기도를 가지는 것을 특징으로 하는 가스 가열용 히터 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 전면판은 열부도체(thermal insulator) 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 가열용 히터 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동흡수판은 무기계 고분자 재질 또는 유기계 고분자 재질을 다공성 형태로 형성한 판형 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 가열용 히터 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 영구자석 하우징은 다수의 영구자석을 관통 장착하기 위한 다수의 관통공을 구비하고, 상기 모터부의 모터축에 연결된 회전체 형태인 것을 특징으로 하는 가스 가열용 히터 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도센서부는 접촉 방식 또는 비접촉 방식의 온도센서를 포함하고, 상기 온도센서가 상기 전면판의 하부에 구비된 제 1 관통구를 통해 상기 가열영역의 온도를 검출하는 것을 특징으로 하는 가스 가열용 히터 시스템.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열영역의 재질이 비철 금속인 경우에 상기 영구자석 하우징에 구비된 다수의 영구자석은 모두 상기 가열영역 방향으로 N극이 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 가열용 히터 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열영역의 재질이 철 금속인 경우에 상기 영구자석 하우징에 구비된 다수의 영구자석은 상기 가열영역 방향으로 N극과 S극이 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 가열용 히터 시스템.
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