KR102047441B1 - 나선 동적 유동 관통 히터 - Google Patents

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블랙만 게엠베하 코. 카게
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Abstract

유체 관통 히터 디바이스는 가열될 유체를 이송하는 유체 튜브(10); 유체 튜브(10)와 적어도 일부가 평행하도록 연장하고 그리고 유체 튜브(10)와 열 접촉하는 관형 가열 부재(20)를 포함하고, 상기 관형 가열 부재(20)는 프로파일 케이싱 튜브(22) 및 상기 프로파일 케이싱 튜브(22)의 관형 부분(24)에 설치되는 적어도 하나의 가열 코일(32)을 포함한다. 추가로 상기 프로파일 케이싱 파일(22)은 추가로 관형 부분(24)으로부터 측면으로 연장되고, 유체 튜브(10) 주위로 감싸지는 적어도 하나의 탭 부분(26)을 포함하고, 상기 유체 튜브(10)와 관형 가열 부재(20)의 어셈블리는 상기 케이싱 튜브의 관형 부분(24)이 유체 튜브(10)의 내부에서 반지름 방향으로 나선(helix)에 대하여 위치되도록 근사적으로 나선 형상을 가진다.

Description

나선 동적 유동 관통 히터{Helical Dynamic Flow Through Heater}
본 발명은 예를 들어 커피 머신에서 사용되는 것과 같은 유동 관통 히터 디바이스 또는 뜨거운 음료 또는 그와 같은 것을 준비하기 위한 다른 디바이스에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 유동 나선 형상을 가지는 동적 유동 관통 히터 및 그와 같은 나선 유동 관통 히터의 제조 방법에 관한 것이다.
커피 머신과 같은 뜨거운 음료 제조 장치의 경우 예를 들어 수백 와트에서 1 또는 2 kW 이상에 이르는 전력을 가지는 전기 가열 디바이스가 음료를 준비하기 위한 뜨거운 물 또는 증기를 만들기 위하여 사용된다. 미리 결정된 품질 요구를 충족시키기 위하여 요구되는 특정 온도를 가지는 물 또는 증기의 다소 간의 양 또는 어떤 흐름을 만들기 위하여 그와 같이 높은 가열 전력을 제어하는 것은 어려운 문제가 된다. 높은 전력에도 불구하고 가열 디바이스의 느린 열 반응으로 인하여 유체의 온도를 제어하는 것이 상대적으로 용이하도록 한, 한 가지 형태의 일반적인 가열 디바이스는 예를 들어 유체가 유도되어 통과하는 알루미늄으로 만들어진 상대적으로 무거운 몸체를 가지는 일종의 전기 가열 거대(massive) 열 블록을 포함한다. 느린 스위칭 제어 장치가 전기 가열 전력을 제어하기 위하여 사용되는 경우, 이러한 디바이스는 균일한 열 유동 분포 및 상대적으로 일정한 유체 온도를 제공한다. 그러나 음료 제조 장치를 작동시키는 경우, 높은 열 관성은 장시간 가열-상승 주기라는 결과를 가져와 장치의 유용성이 영향을 받는다. 다른 한편으로, 만약 미리 결정된 더 높은 온도를 유지하고, 가열-상승 주기를 단축시키기 위하여 가열 디바이스가 대기-상태 모드에서 작동된다면, 에너지가 낭비된다. 추가로 가열-상승 주기 동안 많은 열 에너지가 제공되고, 다시 장치가 전환되어 냉각이 되는 경우, 열 에너지가 무용하게 낭비된다. 또한, 가열 전력, 표면의 비열 부하(specific thermal load) 등과 관련된 요구 사항에 따라 각각의 제품을 위하여 전체적으로 새로운 특별한 열 블록 가열 디바이스를 설계하는 것이 필요하다.
DE 3542507에 상대적으로 작은 열 관성을 가지고, 2개의 인접하는 채널을 가지는 돌출 알루미늄 프로파일을 포함하는 전기 유동 관통 히터가 공지되어 있다. 하나의 채널은 일반적인 관형 히터 부재를 수용하는 한편, 다른 채널은 가열되어야 하는 물을 운반하기 위하여 스테인리스 스틸 튜브를 수용한다. 가열 튜브 및 물 튜브가 동일한 실린더 형상의 표면 위에 위치되도록 돌출 프로파일의 어셈블리, 관형 가열 부재 및 물 튜브는 돌출 프로파일의 단면적의 보다 작은 크기 방향으로 휘어지고, 나선 형상으로 감겨진다. 이로 인하여 에너지 및 가열-상승 주기의 낭비를 감소시키기 위하여, 낮은 열 관성을 가지는 상대적으로 밀집된 가열 디바이스가 제공된다. 짧은 가열-상승 주기 및 동적 열 제어가 가능하도록 하는 빠른 열 반응으로 인하여 이러한 종류의 가열 디바이스는 동적 유동 관통 히터라고 불린다.
그러나 일단 완전한 관형 가열 부재가 제조되고, 이후 가열 부재 및 물 튜브가 어셈블리를 나선 형상으로 구부리기 전에 돌출 프로파일의 채널 내부로 미끄러져 들어가야 하므로, DE 3542507에 개시된 가열 디바이스를 제조하는 것은 어렵고 그리고 비용이 많이 든다. 더욱이 관형 가열 부재 내부의 열-전도 단열소재(일반적으로 산화마그네슘)로부터 많은 수의 벽 및 경계 면, 즉 가열 부재, 돌출 프로파일의 몸체 및 물 튜브의 벽 관형 가열 부재의 가열 코일로부터 물 튜브로 경로에 배열된 경계 면을 열이 관통하여야 하므로 관형 가열 부재의 가열 코일로부터 물 튜브로 열전달이 방해가 된다. 추가로 관형 가열 부재와 돌출 프로파일 사이 그리고 돌출 프로파일과 물 튜브 사이의 표면 접촉은 나선 형상이 되도록 구부리는 동안 프로파일 및 튜브의 변형에 의하여 영향을 받는다. 이로 인하여, 이러한 구성 요소 사이의 표면 접촉 및 열 전달이 감소될 수 있다. 더욱이 가열 상승 또는 냉각 하강 동안, 관형 가열 부재 및 물 튜브의 서로 다른 열팽창은 작동 과정에서 돌출 프로파일 또는 관형 가열 부재에서 생성되는 균열을 발생시킬 수 있는 비틀림 구조 부하 및 변형에 이를 수 있다. 또한 그와 같은 구조적 부하에 의하여 발생된 작동 수명의 감소를 피하기 위하여, 결과적으로 열 관성 및 비용이 증가될 수 있으므로 원하지 않는 벽 두께가 증가되는 것을 필요로 한다.
본 발명의 목적은 선행 기술의 단점을 극복하여 매우 낮은 열 관성(thermal inertia) 및 작은 크기를 가지는 한편, 높은 가열 능력 및 가열되는 유체에 대한 최적 열 전달을 제공하는 동적 유동 관통 히터 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 저렴하면서 제조하기 용이한 동적 유동 관통 히터 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다양한 제품 요구 사항에 적용되도록 설계 과정에서 치수 조절이 용이한 동적 유동 관통 히터 디바이스를 제공하는 것이다.
추가로 본 발명의 또 다른 목적은 신뢰할 수 있고 비용 효율적인 방법으로 최적 동적 유동 관통 히터를 생산하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 그러한 목적은 청구항 1에 따른 유동 관통 히터 디바이스 및 본 발명의 청구항 10에 따른 그러한 유동 관통 히터 디바이스를 생산하는 방법에 의하여 해결된다. 인용항은 본 발명의 유리한 추가적인 형태에 대하여 언급한다.
첫 번째 특징으로, 본 발명은 가열될 유체를 이송하는 유체 튜브, 적어도 부분적으로 평행하게 연장하여 상기 유체 튜브와 열 접촉하는 관형 히터 부재를 포함하고, 상기 관형 히터 부재는 프로파일 케이싱 튜브 및 상기 프로파일 케이싱 튜브의 관형 부분에 설치되는 적어도 하나의 가열 코일을 포함하는 유동 관통 히터 디바이스를 제공한다. 상기 프로파일 케이싱 튜브는 추가로 상기 관형 부분으로부터 측면으로 돌출되고, 상기 유체 튜브 주위로 둘러싸인 적어도 하나의 탭 부분을 포함하고, 상기 유체 튜브와 관형 가열 부재의 어셈블리는 상기 케이싱 튜브의 관형 부분이 상기 유체 튜브의 내부에서 반지름 방향으로(radially) 나선 형상으로 배치되도록 근사적으로 나선 형상(helical shape)을 가진다.
본 발명에 따른 유동 관통 히터 디바이스는 일반 히터 디바이스에 대한 실질적인 이점을 가지는 동적 유동 관통 히터가 되고, 가열 디바이스의 몸체에 저장되는 작은 양의 에너지로 인하여 짧은 가열-상승 주기, 짧은 제어 반응 시간 및 낮은 에너지 손실을 가진다. 그러므로 증가된 온도를 가진 대기 모드(stand-by mode)에서 가열 디바이스를 작동시키는 것이 요구되지 않고, 짧은 대기 시간을 가진 매우 쉬운 사용이 이루어지는 한편, 대기 상태의 에너지 손실이 감소된다. 추가로 상기 디바이스는 매우 밀집되고 그리고 나선의 직경 및/또는 길이를 변화시키는 것에 의하여 또는 예를 들어 타원 형상과 같은 비-원형 형상을 가진 나선(helix)을 제공하는 것에 의하여 치수 요구 사항에 쉽게 적용될 수 있다. 추가로 본 발명의 유동 관통 히터 디바이스는 나선 감김 튜브의 길이 및 가열 코일의 해당하는(corresponding) 가열 전력의 크기를 조절하는 것에 의하여 가열 전력, 유체 튜브의 가열 표면 영역 및 비열 영역 부하(specific thermal area loading)과 관련된 서로 다른 요구 사항에 쉽게 적용될 수 있다. 이에 대하여, 동일한 기본 구성 요소가 서로 다른 길이로 동일한 도구(예를 들어 프로파일 케이싱 튜브를 위한 돌출 도구와 같은)를 이용하여 제조될 수 있고, 이로 인해 도구 또는 생산된 구성요소의 재설계가 회피된다. 본 발명의 동적 유동 관통 히터 디바이스를 이용하여, 가열-상승 시간을 최적화하고, 예를 들어 구체적인 제품의 요구 사항에 적용되도록 거품 발생을 피하는 튜브 길이 및 가열 전력의 최적 비율이 쉽게 규정될 수 있다.
프로파일 케이싱 튜브, 바람직하게 적어도 하나의 가열 코일을 포함하는 가열 유닛을 직접적으로 수용하는 하나의 채널을 가지는 양호한 열 전도성을 가지는 돌출 알루미늄 프로파일을 사용하는 것은 구성요소의 수를 감소시키고 그리고 물 튜브에 대한 열 전달을 향상시킨다. 관형 가열 부재의 추가 케이싱 튜브가 생략되고 그리고 열 전달이 열이 통과하는 경계면의 감소된 수에 의하여 그리고 관형 가열 부재의 추가 벽 및 프로파일 케이싱 튜브 사이의 표면 접촉의 감소로부터 발생되는 감소된 열 전달을 방지하는 것에 의하여 향상되도록, 적어도 하나의 가열 코일이 열-전도 단열소재(바람직하게 실리콘 산화마그네슘과 같은)로 채워진 프로파일 케이싱 튜브에 직접 설치된다. 추가로 비용이 보다 용이하게 제조되는 단계의 감소된 수를 이용하여 조립되는 구성 요소의 감소된 수를 사용하는 것에 의하여 감소된다.
케이싱 튜브의 관형 부분이 유체 튜브의 내부에서 반지름 방향으로 나선에 대하여 배치되도록 프로파일 케이싱 튜브 및 물 튜브의 어셈블리를 구부리는 것은 작동 상태에서 가열 상승 및 냉각 하강 동안 어셈블리의 임의의 비틀림 변형을 방지한다. 이로 인하여 작동 내구성이 연장되면서 매누 낮은 열 관성을 가지는 매우 밀집된 동적 유동 관통 히터가 이루어지도록 균열을 발생시키는 위험이 없이 물 튜브 및 프로파일 케이싱 튜브의 벽 두께가 감소될 수 있다. 특별히 빠른 가열-상승 동안 탭 부분 및 물 튜브의 내부에 나선 반지름 방향으로 배치된 프로파일 케이싱 튜브의 관형 부분은 높은 온도 기울기를 가진 가열 관형 케이싱의 빠른 열팽창으로 인하여 빠른 가압에 의하여 구조적으로 부하가 걸리게 된다. 다른 한편으로, 가열 코일의 전력이 스위치 오프가 되는 느린 냉각-하강 동안 프로파일 케이싱 튜브는 상대적으로 느린 인장 부하에 의하여 구조적으로 부하가 걸리게 된다. 작동 내구성이 연장되고 그리고 프로파일 케이싱 튜브의 벽 두께가 감소될 수 있고 그에 의하여 낮은 열 관성(inertia)을 이루고 비용을 감소시키기 위하여 나선 형상의 유동 관통 히터 디바이스 내부에서 구성 요소의 이러한 배열은 관형 가열 부재의 프로파일 케이싱 튜브에서 균열 발생의 감소된 위험에 이르도록 한다.
본 발명의 동적 유동 관통 히터 디바이스는 물을 가열하기 위하여 또는 증기를 발생시키기 위하여 사용될 수 있다.
본 발명의 추가적인 형태에 따르면, 유체 튜브는 비-원형 단면, 특별히 타원 단면을 가질 수 있다. 이로 인하여 유동 단면에 대한 가열 유체 표면의 비율이 증가될 수 있다.
본 발명의 또 다른 독립적인 특징에 따르면, 열-전도 수단은 유체 튜브 및 케이싱 튜브 사이에 배열될 수 있다. 상기 히터-전도 수단은 작동 과정에서 온도에 저항하기에 적합하고 그리고 케이싱 튜브와 유체 튜브 사이에 위치된 공기를 제거하는 것에 의하여 열전달을 향상시키는 임의의 종류의 소재를 포함할 수 있다. 그와 같은 열-전도 수단은 높은-온도 열-전도 접착제 또는 바람직하게 유체 튜브와 케이싱 튜브 사이에 납땜 연결을 제공하는 납땜을 포함할 수 있다. 납땜 연결은 케이싱 튜브로부터 유체 튜브로 신뢰할 수 있고 매양 양호한 열 전달을 제공한다.
본 발명의 또 다른 독립적인 특징에 따르면, 관형 부분은 케이싱 튜브의 세로 방향(longitudinal direction)으로 탭 부분을 돌출시키는 끝 부분을 포함할 수 있다. 이로 인하여 가열 부재의 관형 부분의 내부에 히터 코일 및 열-전도 단열소재를 유지하기 위한 단열 세라믹 비드(beads)가 끝 부분을 형성하기 위하여 가압하는 것에 의하여 끝 부분에 신뢰성을 가지도록 설치되는 한편, 케이싱 튜브와 단열비드 사이의 연결은 히터 디바이스의 작동 과정에서 특히 케이싱의 탭 부분에서 제조의 최종 단계에서 발생하거나 또는 열-기계 부하에 의하여 발생된 케이싱 튜브의 임의의 변형에 의하여 영향을 받지 않는다.
추가로 유체 튜브의 둘레가 케이싱 튜브, 즉 관형 부분 및 유체 튜브 주위로 감겨진 적어도 하나의 탭 부분에 의하여 근사적으로 완전하게 둘러싸이는 것은 또 다른 독립적인 유리한 선택이다. 만약 하나의 탭 부분이 사용된다면, 탭 부분의 가장자리(edge)가 케이싱 튜브의 관형 부분에 또는 근처에 배치되도록 하나의 탭 부분은 유체 튜브의 주위로 감겨진다. 이러한 방법으로 열 전달 표면이 최대가 되고, 관형 가열 부재의 케이싱 튜브와 유체 튜브 사이의 신뢰할 수 있는 연결이 얻어진다. 만약 2개의 탭 부분이 사용된다면, 그들의 가장자리가 서로 인접하고 그리고 케이싱 튜브의 관형을 마주보면서 배치되도록 2개의 탭 부분은 대칭이 되고 그리고 유체 튜브 주위로 감겨질 수 있다. 이것은 추가로 프로파일 케이싱 튜브의 관형 부분으로부터 멀어지면서 마주보는 유체 튜브의 표면에 이르는 2개의 탭 부분을 경유하는 열 유동의 2개의 경로로 인하여 유체 튜브에 이르는 열전달을 향상시킨다. 이로 인하여 유체 튜브의 둘레에 걸쳐 보다 균일한 열 유동 분포가 이루어질 수 있다. 탭 부분의 가장자리와 케이싱 튜브의 관형 부분 사이 또는 2개의 탭 부분의 가장자리 사이에 적절하게 유지될 수 있는 상대적으로 작은 슬릿은 유체 튜브와 케이싱 튜브를 납땜 연결되도록 하는 유체 튜브와 케이싱 튜브 사이의 납땜을 공급하고 그리고 신뢰할 수 있으면서 매우 양호한 열전달을 허용하고, 이후 어셈블리는 나선 형상으로 휘어질 수 있다. 추가로 그와 같은 슬릿은 유리하게 어셈블리의 구부림 과정에서 관형 부분에 대하여 또는 다른 탭 부분의 가장자리에 대하여 보충 이동을 허용하고, 이로 인하여 또는 구부림 과정에서 임의의 변형에 의하여 발생되는 케이싱 튜브와 유체 튜브 사이의 표면 접촉의 감소를 방지한다.
본 발명의 추가 독립적인 특징에 따르면, 프로파일 케이싱 튜브는 돌출 알루미늄 프로파일을 포함할 수 있고 그리고 유체 튜브는 스테인리스 스틸 튜브를 포함할 수 있다. 알루미늄 프로파일은 비용-효율적이고 그리고 요구되는 단면적 형상, 즉 예를 들어 측면으로 돌출하는 탭 부분을 가지는 관형 부분의 형상으로 생산될 수 있다. 추가로 알루미늄으로 만들어진 케이싱 튜브는 가공성 및 양호한 열-전도성으로 인하여 관형 가열 부재를 제조하기 위한 바람직한 구성요소가 된다.
본 발명의 완전한 독립적인 특징에 따르면, 유체 튜브 및 나선 유동 관통 히터 디바이스의 관형 히터 부재의 나선 어셈블리의 내부에 배열될 수 있고, 장치에, 특히 커피 머신과 같은 음료 제조 장치에서 장치를 설치하도록 나선 어셈블리의 적어도 하나의 감김(winding)을 유지하는 훅-유사 끝 부분을 가지는 U-형상 설치 브래킷이 제공된다. 설치 브래킷은 추가로 설치 브래킷이 유체 튜브 및 관형 히터 가열 부재의 나선 어셈블리의 반경 방향의 내부 면에 인접하도록 열 안전 디바이스를 유지하는 적어도 하나의 홀더를 포함한다. 열 안전 디바이스는 미리 결정된 온도 문턱 값을 초과하는 경우 가열 코일에 대한 전력의 공급을 차단하기 위한 열 퓨즈를 포함할 수 있다. 열 안전 디바이스는 이러한 브래킷 수단에 의하여 음료 준비 장치에서 나선 유동 관통 히터 디바이스의 설치가 자동으로 정확한 배치 및 필요한 안전 디바이스의 신뢰할 수 있는 설치에 이르도록 하기 위하여 브래킷에 대하여 예비-설치가 될 수 있다.
또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 위에서 개시된 유동 관통 히터 디바이스를 포함하는 특히 커피 머신과 같은 음료 제조 장치를 제공한다.
다른 특징에서, 본 발명은 관형 부분 및 관형 부분으로부터 측면으로 돌출하는 적어도 하나의 탭 부분을 가지는 특히 돌출 알루미늄 프로파일과 같은 프로파일 케이싱 튜브를 준비하는 단계; 적어도 하나의 가열 코일 및 적어도 하나의 가열 코일의 각각의 끝 부분을 유지하는 2개의 단열 비드(beads)를 포함하는 가열 유닛을 케이싱 튜브의 관형 부분 내부에 배치시키는 단계; 상기 단열 비드 사이에 관형 부분의 내부 공간 내부로 특히 실리콘 산화마그네슘(siliconized magnesium oxide)과 같은 열-전도 단열 소재를 채우는 단계; 내부 부피의 단면 영역을 감소시키고 그리고 열-전도 단열 소재가 치밀해지도록 관형 부분을 형성하고, 추가로 가열되어야 하는 유체를 운반하도록 유체 튜브의 외부 개형(contour)에 부분적으로 근사적으로 보충성을 가지는 외부 개형을 이용하여 적어도 하나의 탭 부분에 인접하는 관형 부분을 제공하는 단계; 상기 케이싱 튜브의 적어도 하나의 탭 부분에 인접하도록 형성된 관형 부분의 근사적 보충 개형에 유체 튜브를 연결시키는 단계; 유체 튜브의 둘레를 인접하여 보충적으로 완전하게 둘러싸도록 유체 튜브 주위로 적어도 하나의 탭 부분을 감는 단계; 및 형성된 케이싱 튜브 및 유체 튜브의 어셈블리를 케이싱 튜브의 관형 부분이 유체 튜브의 내부 나선 반경 방향에 대하여 위치하도록 근사적으로 나선 형상으로 구부리는 단계를 포함하는 유동 관통 히터 디바이스를 생산하는 방법을 제공한다.
이러한 방법은 향상된 나선 동적 유동 관통 히터의 비용-효율적이고 용이한 생산이 단순한 단계의 감소된 수로 그리고 구성요소의 감소된 수를 이용하는 것이 가능하도록 한다.
독립적인 추가 형태에 따르면, 본 발명의 방법은 프로파일 케이싱 튜브의 양쪽 끝에서 탭 부분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 그와 같은 부분은 가열 유닛의 단열 비드의 설치와 관련하여 유리하다.
또 다른 독립적인 특징에 따르면, 본 발명의 방법은 추가로 프로파일 케이싱 튜브의 축이 남은 케이싱 튜브의 축으로부터 벗어나도록 프로파일 케이싱 튜브의 끝 부분을 구부리는 단계를 포함할 수 있다. 축의 이러한 벗어남은 유체 튜브 및 가열 유닛에 대한 연결 부품의 설치를 이용하도록 주위에 감겨진 탭 부분을 벗어나는 유체 튜브로부터 끝 부분의 보다 큰 간격을 제공한다.
또 다른 독립적인 특징에 따르면, 본 발명의 방법은 추가로 유체 튜브의 외부 표면 또는 케이싱 튜브의 해당하는 표면 위에 열-전도 수단을 적용시키는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 단계는 양호한 열 접촉이 구성요소 사이에 이와 다르게 남을 수 있고 그리고 열 전달에 영향을 미칠 수 있는 임의의 공기를 제거하는 것에 의하여 제공되도록 케이싱 튜브에 형성된 관형 부분에 유체 튜브를 연결시키기 전에 실행될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 열-전도 수단은 납땜 플럭스와 함께 적용된 납땜을 포함할 수 있고, 상기 방법은 추가로 열을 케이싱 튜브와 유체 튜브의 어셈블리에 적용시키는 것에 의하여 구부리는 단계 후 유체 튜브와 케이싱 튜브를 납땜하는 것을 포함할 수 있다. 이것은 유체 튜브와 케이싱 튜브 사이에 납땜 연결을 형성하는 매우 간단하고 신뢰할 수 있는 방법을 나타내고, 이와 동시에 가열 코일로부터 유체 튜브로 매우 양호한 전체 열 전달에 이르도록 한다.
본 발명의 유리하고 독립적인 실시 형태에서, 본 발명의 방법은 유체 튜브의 외부 표면에 또는 케이싱 튜브의 해당하는 표면에 납땜 플럭스를 적용시키는 단계, 그리고 케이싱 튜브와 유체 튜브의 어셈블리에 열을 적용시키고 그리고 케이싱 튜브의 탭 부분 및 관형 부분 사이에 남아 있는 슬릿에 납땜을 공급하는 것에 의하여 구부리는 단계 후 유체 튜브 및 케이싱 튜브를 납땜하는 단계를 포함할 수 있다. 유체 튜브와 케이싱 튜브 사이에 납땜 연결을 형성하는 대안적인 방법을 이용하여, 유체 튜브와 케이싱 튜브 사이에 남는 공기의 버블 또는 납땜 플럭스가 방지될 수 있는 한편, 결과물인 납땜 층이 구성요소 위에 제거된 실행 납땜 층으로 인하여 더욱 얇아진다. 이로 인하여 현저한 열 전달이 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 디바이스는 가열 상승 또는 냉각 하강 과정에서 발생할 수 있는 비틀림 구조 부하 및 변형으로 인한 균열의 발생이 방지되도록 하다. 또한 본 발명에 따른 디바이스는 가열 유체에 대한 열전달이 효율적으로 이루어지도록 한다.
아래에서 새로운 방법 및 장치의 추가적인 이점 및 실시 형태가 첨부된 도면과 함께 기술된다. 그에 따르면, 좌측, 우측, 아래, 위와 같은 표현은 참조 번호의 정상적인 판독을 허용하는 도면의 방향으로 도면에 대하여 언급되지만, 명백하게 언급되지 않는 한 제조 또는 작동과 관련하여 특징 또는 구성요소의 위치 또는 방향을 필수적으로 규정하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 유체 튜브 및 관형 가열 부재의 나선 어셈블리의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 유체 튜브 및 관형 가열 부재의 어셈블리의 단면도을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 유체 튜브 및 관형 가열 부재의 나선 어셈블리의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 유체 튜브 및 관형 가열 부재의 어셈블리의 단면도을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 유체 튜브 및 관형 가열 부재의 나선 어셈블리의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 관형 튜브 및 관형 가열 부재의 단면도을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 관형 가열 부재의 프로파일 케이싱의 단면도을 나타낸 것이다.
도 8은 도 7의 프로파일 케이싱의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 프로파일 케이싱 튜브의 내부에 설치된 가열 유닛의 사시도이다.
도 10은 부분적으로 개방되도록 절단된 케이싱 튜브가 나타난 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 예비-설치된 관형 가열 부재의 사시도이다.
도 11은 나선 형상으로 구부리기 전 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 유체 튜브 및 관형 가열 부재의 어셈블리의 사시도이다.
도 12는 나선 형상으로 구부리기 전 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 유체 튜브 및 관형 가열 부재의 어셈블리의 사시도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 관형 가열 부재의 프로파일 케이싱 튜브의 단면도을 나타낸 것이다.
도 14는 도 13의 프로파일 케이싱 튜브의 사시도이다.
도 15는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 프로파일 케이싱 튜브 내부에 설치된 가열 유닛의 사시도이다.
도 16는 부분적으로 절단되어 개방된 케이싱 튜브와 함께 나타낸 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 예비-설치된 관형 가열 부재의 사시도이다.
도 17은 나선 형상으로 구부리기 전 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 유체 튜브 및 관형 가열 부재의 어셈블리의 사시도이다.
도 18은 나선 유동 관통 히터 디바이스를 지지하도록 형성된 본 발명에 따른 설치 브래킷의 사시도이다.
도 19는 설치 연결 부품을 가진 본 발명의 제1 실시 형태의 유동 관통 히터의 사시도이다.
도 19의 사시도에서 나타낸 것과 같은 본 발명에 따른 나선 동적 유동 관통히터는 예를 들어 커피 머신과 같은 음료 제조 장치에서 사용되도록 설계된다. 본 발명에 유동 관통 히터 디바이스의 길이(나선 길이 및/또는 나선 감김의 수)는 의도된 제품에 따라 다양할 수 있다. 예시를 이용하기 위하여 도면 그림이 항상 구성요소의 적절한 길이 비율을 나타내는 것은 아니고, 예시적인 방법으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시 형태에 따른 유동 관통 히터의 유체 튜브(10) 및 관형 가열 부재(20)의 나선 어셈블리의 사시도이다. 관형 가열 부재(20)를 유체 튜브(10)에 결합시키기 전 상태에서 보다 자세하게 도 10에 나타낸 관형 가열 부재(20)는 대략적으로 나선 형상으로 유체 튜브(10)에 인접하여 열적으로 접촉하도록 배열된다.
본 발명의 대안적인 실시 형태에서, 히터 디바이스의 나선 형상은 원 형상의 나선 또는 타원 형상의 나선 또는 심지어 이와 다른 변형된 단면을 가지는 나선이 될 수 있고, 이와 같은 형상은 예를 들어 음료 제조 장치에서 히터 디바이스가 설치되도록 허용되는 공간에 의하여 요구될 수 있다.
유체 튜브는 물 또는 증기와 같은 가열될 유체를 운반하기에 적합한 임의의 소재로 만들어질 수 있고, 바람직하게 부식성 유체에 대한 저항성 또는 음료에 대한 무해함(neutrality)과 같은 유리한 성질로 인하여 음식 기술의 분야에서 적절한 소재가 되는 스테인리스 스틸로 만들어진다. 유체 튜브(10)는 원형 단면적을 가지고 예를 들어 바람직하게 4 내지 8 mm의 직경을 가지는 스테인리스 스틸 튜브가 될 수 있다. 유체 튜브(10)의 벽 두께는 0.3 내지 0.6 mm, 예를 들어 바람직하게 약 0.4 mm가 될 수 있다. 얇은 벽은 유체 튜브(10)의 내부에 흐르는 유체로 전달되는 열과 관련하여 유체 튜브(10)의 낮은 열 저항을 제공하는 한편, 스테인리스 스틸은 유체 관통 히터의 제조(구부림) 및 작동(열팽창 부하) 과정에서 유체 튜브(10)의 충분한 강도 및 안정성을 제공한다.
도 7 내지 10에 상세하게 도시된 것처럼, 제1 실시 형태에 따른 관형 가열 부재는 프로파일 케이싱 튜브(profiled casing tube)(22) 및 케이싱 튜브(22)의 관형 부분(24)에 설치된 가열 유닛(30)을 포함한다. 관형 부분(24)은 바람직하게 5 내지 8 mm의 범위의 내부 직경을 가진다. 프로파일 케이싱 튜브(22)의 관형 부분(24) 및 탭(tab) 부분(26)의 벽 두께는 예를 들어 바람직하게 0.8 내지 1.5 mm가 될 수 있다. 얇은 벽은 요구되는 더 작은 열 관성(thermal inertia)에 이르는 한편, 두꺼운 벽은 더 양호한 열 분포를 제공하므로, 적절한 타협이 찾아져야 한다. 선택적으로 관형 부분(24)의 벽 두께는 탭 부분의 열 두께와 다를 수 있다. 대안으로 관형 부분(24)의 벽 두께는 둘레를 따라 다양하게 되거나 또는 탭 부분의 벽 두께가 관형 부분의 시작으로부터 가장자리에 이르기까지 다양하도록 하는 것이 또한 가능하다. 예를 들어 관형 부분(24)의 벽 두께는 유체 튜브 접촉 영역에서 더 얇을 수 있고, 그리고 탭 부분(26)의 벽 두께는 그것의 시작으로부터 가장자리에 이르기까지 감소될 수 있다. 이러한 방법으로 유동 관통 히터의 열 관성을 추가로 최소화하는 한편 이와 동시에 주위로 열 분포를 최대로 하여 열이 유체 튜브(10)로 전달되도록 하는 것이 가능하다.
가열 유닛(30)은 2개의 단열 비드(beads)(34, 35)에 의하여 유지되는(지지되는) 가열 코일(32)을 포함하고, 2개의 단열비드(34, 35)는 가열 코일을 전력 공급원에 전기적으로 연결하기 위한 접촉 단자(36, 37)를 가진다. 단열 비드는 바람직하게 세라믹 소재로 만들어지고, 가열 코일(32)이 조밀한 열-전도 단열 소재(38)로 채워지는 단열 비드(34, 35) 사이에 관형 부분(24)의 내부에 밀폐되도록 폐쇄된 공간에서 단열되어 배열되도록 케이싱 튜브(22)의 관형 부분(24)의 끝 부분(25) 내부에 설치된다. 열-전도 단열 소재(38)는 바람직하게 가열 코일(32)로부터 케이싱 튜브(22)로 양호한 열 전달을 제공하는 관형 가열 부재의 제조에서 일반적으로 사용되는 실리콘 산화마그네슘(MgO)을 포함할 수 있다.
프로파일 케이싱 튜브(22)는 높은 열 전도성을 가지면서 저비용으로 원하는 형상으로 쉽게 제조될 수 있는 돌출 알루미늄 프로파일로 만들어질 수 있다. 그러나 다른 소재가 또한 프로파일 케이싱 튜브를 형성하기에 적합하고, 예를 들어 구리 또는 청동 또는 다른 합금이 사용될 수 있다.
미리 성형된 케이싱 튜브(22)의 단면적을 나타내는 도 7에 도시된 것처럼, 관형 가열 부재(20)의 프로파일 케이싱 튜브(22)는 가열 유닛(30)을 수용하기 위한 관형 부분(24) 및 관형 부분(24)으로부터 측면으로 돌출되는 탭 부분(26)을 포함한다. 탭 부분(26)은 의도되는 유체 튜브의 외부 반경에 해당되는 약간 곡선 형상의 가장자리 부분(도 7에 도시된 것과 같은)을 가질 수 있고, 이로 인하여 유체 튜브 주위의 탭 부분(26)을 감싸는 것이 이용될 수 있도록 한다. 추가로 탭 부분(26)은 케이싱 튜브(22)의 관형 부분(24)의 전체 길이에 걸쳐 연장될 수 있지만, 프로파일 케이싱 튜브(22)의 사시도를 나타내는 도 8에 도시된 것처럼, 관형 부분(24)의 끝 부분(25)에서 제거되는 것이 바람직하다. 끝 부분(25)으로부터 탭 부분(26)을 제거하는 것은 탭 부분(26)이 단열 비드(34, 35) 주위의 끝 부분(25)을 형성하는 압력을 방해할 수 있으므로 가열 유닛(30)의 단열 비드(34, 35)의 설치와 관련하여 유리하다.
도 1, 2 및 11에 도시된 것처럼, 케이싱 튜브(22)의 탭 부분(26)이 유체 튜브(10) 주위로 감싸지고 그리고 유체 튜브(10)를 관형 가열 부재(20)에 고정시킨다. 가열 부재(20)로부터 유체 튜브(10)의 둘레까지 양호한 열 전달을 제공하기 위하여, 탭 부분(26)의 길이는 탭 부분(26)이 관형 부분(24)에 도달하거나 또는 관형 부분의 근처에 도달할 때까지 유체 튜브(10)의 둘레 주위로 연장하도록 크기가 만들어진다. 이로 인하여 유체 튜브의 둘레는 관형 가열 부재(20)의 케이싱 튜브(22)의 탭 부분(26) 및 관형 부분(24)에 의하여 근사적으로 완전하게 둘러싸인다. 이러한 방법으로 가열 부재(20)에 의하여 생성된 열이 열의 상대적으로 균일한 부하 및 높은 가열 성능을 제공하도록 유체 튜브의 둘레에 걸쳐 균일하게 분포된다.
도 1에 도시된 것처럼, 유체 튜브(10)와 관형 가열 부재(20)의 어셈블리의 나선 형상은 가열 부재(20)의 케이싱 튜브(22)의 관형 부분(24)이 유체 튜브(10) 내부에서 반지름 방향으로 나선에 관련하여 배치되도록 배열된다. 달리 말하면, 유체 튜브(10)의 중심 라인 및 관형 부분(24)의 중심 라인 각각은 관형 부분(24)의 나선이 유체 튜브(10)의 나선 내부에 평행하게 배치되도록 서로 다른 나선 직경을 가지지만 동일한 피치를 가지는 나선 라인을 나타낸다. 나선을 관통하는 세로 단면을 고려하면, 관형 부분(24)의 중심은 나선의 축으로부터 유체 튜브(10)의 중심에 이르도록 연장하는 나선의 반지름 라인(radial line)에 배치된다. 이것은 가열-상승 또는 냉각-하강 동안 열 팽창 또는 열 수축이 케이싱 튜브(22)에 작용하여 임의의 비틀림 부하 또는 변형에 이르도록 하지 않는다는 점에서 유리하다. 작동 과정에서 발생하는 반복된 변형은 유동 관통 히터의 감소된 작동 내구성에 이르는 케이싱 튜브(22)에서 균열의 생성을 발생시킨다. 유체 튜브의 내부에서 근사적으로 반지름 방향으로 가열 부재의 관형 부분(24)을 배열하는 것은 빠른 가열-상승 과정 동안 관형 부분(24)의 열 팽창이 관형 부분(24)과 탭 부분(26)에 작용하는 압축 부하를 발생시키는 것을 제공한다. 빠르고 강한 압축 부하는, 만약 관형 부분(24)이 유체 튜브(10)의 외부에 반지름 방향으로 위치된다면 가열 상승 동안 발생할 수 있는 강하고 빠른 인장 부하와는 다르게, 관형 부분(24) 및 탭 부분(26)에서 균열의 생성을 발생시키지 않는다. 다른 한편으로 가열 유닛(30)이 스위치 오프가 되고 그리고 유체 히터가 비교적 느린 비율로 냉각이 되는 경우, 있다고 할지라도, 단지 느리고 낮은 인장 부하가 관형 부분(24) 및 탭 부분(26)에 작동할 수 있다.
선택적으로 열-전도 수단이 열 저항을 감소시키고 그리고 관형 가열 부재(20)로부터 유체 튜브(10)에 이르는 열 전달을 향상시키기 위하여 유체 튜브 및 케이싱 튜브 사이에 배열될 수 있다. 이러한 열-전도 수단은 열-전도 접착제와 같은 작동 과정에서 발생하는 높은 온도에 저항하기에 적합하고, 유체 튜브(10)의 둘레와 유체 튜브(10)를 마주보는 케이싱 튜브(22)의 표면 부분 사이에 끼워진 임의의 종류의 소재가 될 수 있다. 유체 튜브와 케이싱 튜브 사이의 납땜 연결은 뛰어난 내구성을 가지고, 매우 양호한 열 전달을 제공하고, 그리고 추가로 유체 튜브(10) 및 가열 부재(20)의 어셈블리를 강하게 하므로, 바람직하게 납땜이 열-전도 수단으로 사용된다.
본 발명의 나선 동적 유동 관통 히터의 추가적인 선택적 향상으로, 관형 부분(24)은 도 8 및 도 11에 구체적으로 나타낸 것처럼, 케이싱 튜브의 세로 길이 방향으로 탭 부분(26)을 돌출시키는 끝 부분(25)을 포함한다. 그러나 다른 실시 형태는 탭 부분이 케이싱 튜브(22)의 관형 부분(24)의 양쪽 끝 부분에 도달하도록 실행 가능하다.
반드시 필요한 것은 아니지만, 바람직하게 탭 부분(26)의 길이를 따라 유체 튜브(10)의 둘레가 유체 튜브(10)의 가열된 표면을 최대로 만들기 위하여 유체 튜브(10)에 자리하도록 하는 케이싱 튜브(22)의 탭 부분(26)과 관형 부분(24)에 의하여 근사적으로 완전하게 둘러싸인다. 대안으로 탭 부분(26)은 증가된 갭이 관형 부분(24) 주위로 감싸진 탭 부분(26)의 길이 방향 가장자리 및 관형 부분(24) 사이에 유지되도록 관형 튜브(10)의 원주 방향으로 더 짧아질 수 있다. 다른 대안적인 실시 형태에서, 탭 부분(26)의 길이 방향 가장자리는 케이싱 튜브(22)에 의하여 완전하게 둘러싸이도록 관형 부분(24)에 접촉할 수 있다.
유체 튜브는 바람직하게 매우 높은 내구성 및 높은 강도를 가지는 스테인리스 스틸로 만들어진다. 알루미늄은 우수한 열 전도성 및 이와 동시에 양호한 작업성을 가지므로, 프로파일 케이싱 튜브(22)는 바람직하게 돌출 알루미늄 프로파일이다. 추가로 케이싱 튜브(22)도 마찬가지이다. 그러나 만약 어떤 제품을 위하여 유리하다면, 예를 들어 구리 또는 다양한 범위의 금속 합금 또는 고온 플라스틱과 같은 비금속 소재와 같은 다른 소재가 유체 튜브(10) 또는 케이싱 튜브(22)를 위하여 사용될 수 있다. 추가로 유체 튜브는 양호한 열 전도성을 가진 소재로 만들어진 외부 벽 및 가열될 유체의 관점에서 바람직한 특별한 소재로 만들어진 얇은 내부 코팅을 가지도록 구성될 수 있다.
도 1, 2에 도시된 실시 형태에서, 유체 튜브(10)는 원형 단면을 가진다. 대안으로 유체 튜브(10)의 다른 단면이 가능하고 그리고 추가적인 이점을 가질 수 있다. 예를 들어 도 3, 4 및 12에 도시된 것처럼 유체 튜브(10)의 타원 단면이 본 발명의 제2 실시 형태에 따라 유동 관통 히터에 사용될 수 있다. 타원 단면은 어떤 제품을 위하여 적절할 수 있는, 유동 단면보다 가열된 표면의 더 높은 비율을 만든다.
타원 유체 튜브를 가지는 본 발명의 나선 유동 관통 히터의 제2 실시 형태의 어셈블리가 도 3, 4 및 12에 제시된다. 이러한 실시 형태를 위하여, 도 7에 도시된 것과 유사한 프로파일 케이싱 튜브(22)가 사용될 수 있다.
본 발명의 추가의 독립적이고 유리한 형태는 도 5, 6 및 13 내지 17에 도시된 제3 실시 형태가 된다. 제3 실시 형태의 프로파일 케이싱 튜브(122)가 도 13에 도시되어 있고 그리고 케이싱 튜브(122)의 관형 부분(124)으로부터 측면으로 돌출하는 2개의 탭 부분(126a, 126b)을 포함한다. 2개의 탭 부분(126a, 126b)은 도 6에 도시된 것처럼, 2개의 탭 부분의 가장자리가 관형 부분(124)과 마주보는 유체 튜브의 부분에서 서로에 대하여 마주보도록 대칭이 될 수 있고, 이로 인하여 유체 튜브(110)의 둘레가 관형 부분(124) 및 2개의 탭 부분(126a, 126b)에 의하여 근사적으로 완전하게 둘러싸인다. 그러나 탭 부분의 다른 설계, 관형 부분(124)에서, 탭 부분(126a, 126b)에서의 끝(root)부터 가장자리(edge)까지 서로 다른 길이를 가지는 탭 부분(126a, 126b)과 같은 설계,가 실행 가능하다. 또한, 도 6에 도시된 탭 부분(126a, 126b)의 가장자리가 선택적으로 서로 접촉할 수 있거나 또는 만약 요구된다면 유체 튜브의 더 큰 둘레 부분을 노출시키는 더 큰 슬릿을 남길 수 있다.
제3 실시 형태의 프로파일 케이싱 튜브(122)는 도 6에 도시된 것처럼, 2개의 평행한 가열 코일(132a,132b)를 가지는 가열 유닛을 수용하는 다소간 연장된 단면을 가지는 관형 부분(124)을 포함한다. 관형 가열 부재의 케이싱 튜브의 내부에 2개의 가열 코일을 배열하는 것은 비록 양쪽 특징이 도 5, 6 및 13 내지 17에 도시된 제1 실시 형태에서 제시되어 있을지라도 2개의 탭 부분을 제공하는 위에서 언급된 특징으로부터 완전하게 독립적인 특징이다. 다른 대안적인 선택(도시되지 않음)에서, 2개의 가열 코일(132a, 132b)은 하나의 가열 코일이 다른 코일의 내부에 배열되도록 서로에 대하여 공통 축으로 배열될 수 있다. 본 발명의 다른 대안적인 실시 형태(도시되지 않음)는 분리된 가열 코일 및 유체 튜브 주위로 감싸진 2개의 탭 부분을 각각 수용하는 2개의 인접하는 관형 부분을 가지는 프로파일 케이싱 튜브를 포함할 수 있다. 동일하거나 또는 서로 다른 전력을 가질 수 있는 2개의 가열 코일을 제공하는 것은 가열 전력이 단지 가열 코일의 하나의 스위칭 온 또는 오프를 반복하는 것에 의하여 제어될 수 있는 한편 다른 가열 코일이 연속적으로 작동하거나 작동하지 않도록 한다는 이점을 발생시킨다. 이것은 반복된 스위칭 전력을 감소시키고, 이로 인하여 전력 네트워크 내부로 되돌아가는 노이즈를 감소시키고 높은 스위치 전력 및 전력 네트워크 임피던스로부터 발생되는 깜빡임(flicker) 문제를 감소시킨다.
도 18은 예를 들어 커피 머신과 같은 음료 제조 장치에서 나선 동적 유동 관통 히터를 설치하기 위한 설치 브래킷(50)을 보여주는 사시도이다. 비록 아래에서 본 발명의 유동 관통 히터의 실시 형태와 관련하여 기술되지만, 설치 브래킷(50)은 완전하게 독립적인 디바이스이고 그리고 본 발명의 유동 관통과 결합되는 것에 제한되지 않고, 근사적으로 나선 형상을 가지는 임의의 유동 관통 디바이스를 설치하기 위하여 사용될 수 있다.
설치 브래킷(50)은 바람직하게 예를 들어 냉각 롤 연질 스틸(cold rolled mild steel)과 같은 금속으로 만들어지고 그리고 U-형상 스트립(56)의 양쪽 다리가 나선의 내부 측면에 인접하도록 나선 유동 관통 히터 디바이스의 권선(windings) 내부에 배열되는 적어도 하나의 U-형상 스트립을 포함한다. 도 18에 도시된 것처럼, 설치 브래킷(50)의 적절한 실시 형태는 2개의 평행한 U-형상 스트립을 가진다. 다리는 나선 히터 디바이스의 권선을 둘러싸고 붙잡는(clamp) 훅-유사 끝 부분(52, 53)을 가진다. 끝 부분(52, 53)은 지탱되는 나선 권선의 경사에 적합하도록 서로 다를 수 있다. 베이스(58)는 2개의 다리를 U-형상 스트립에 연결시키고 그리고 예를 들어 볼트(도시되지 않음)에 의하여 음료 제조 장치의 케이싱 또는 베이스 플레이트에 브래킷(50)을 설치하기 위한 홀(59)과 같은 수단을 제공할 수 있다.
바람직한 실시 형태에서, 설치 브래킷(50)은 추가로 U-형상 스트립(56)의 다리에 배열되는 적어도 하나의 홀더(54)를 포함한다. 홀더(54)는 도 18에 도시된 것처럼 2개의 인접하는 U-형상 스트립(56)을 연결할 수 있다. 추가로 홀더(54)는 열 퓨즈와 같은, 열 안전 디바이스(60)가 유동 관통 히터 디바이스의 나선 어셈블리의 내부 측면에 적어도 열-전도 연결되거나 또는 인접하도록 열 안전 디바이스(60)를 지지한다. 설치 브래킷은 바람직하게 열 안전 디바이스(60)가 히터 디바이스에 대하여 탄성적으로(resiliently) 가압되도록 형성된다. 관형 가열 부재(20)의 관형 부분(24)에 열 접촉하는 열 안전 디바이스(60)는 과도 가열의 경우에 전기 가열 회로를 차단하는 기능을 가진다.
본 발명의 설치 브래킷(50)은 나선 히터 디바이스의 간단하고 빠른 설치가 가능하도록 하고, 이와 동시에 신뢰할 수 있는 열 접촉을 가지는 나선 히터 디바이스에 관련된 열 안전 디바이스(60)의 간단하고 정확한 배치가 가능하도록 한다. 이러한 목적에 대하여, 열 안전 디바이스(60)는 바람직하게 설치 브래킷(50)과 나선 히터 디바이스를 설치하고 그리고 예를 들어 케이싱에 전체 어셈블리를 조립하기 전에 설치 브래킷(50)에 예비 설치된다.
아래에서, 본 발명에 따른 나선 동적 유동 관통 히터 디바이스를 생산하는 방법이 도 1, 2 및 도 7 내지 11에 도시된 유동 관통 히터의 제1 실시 형태와 관련하여 기술될 것이다.
제1 단계로, 프로파일 케이싱 튜브(22)가 도 7과 관련하여 도시되고 위에서 기술된 것처럼 관형 부분(24) 및 탭 부분(26)을 구성하여 원하는 단면을 가지는 알루미늄 프로파일을 돌출시키는 것에 의하여 바람직하게 준비된다.
이후 제2 단계에서, 미리-조립된 히터 유닛(30)(도 9에 도시됨)이 프로파일 케이싱 튜브(22)의 관형 부분(24) 내부에 위치되어 설치된다. 가열 유닛(30)은 적어도 하나의 가열 코일(32) 및 관형 부분(24)의 끝 부분(25)에 배치된 2개의 단열 비드(34, 35)를 포함한다. 단열 비드(34, 35)는 적어도 하나의 가열 코일(32)의 각각의 끝 부분을 지지하는 연결 단자(36, 37)를 포함한다. 하나의 단열 비드(34)는 관형 부분(24)의 내부 개형(바람직하게 원형)에 대응하는 원주 형상을 가진다. 다른 단열 비드(35)는 관형 부분(24)에 삽입되는 경우 여유 공간(공극)을 남기는 원주 형상을 가진다. 비드(34, 35)가, 가열 코일(32)이 관형 부분(34)의 내부에서 자유로이 매달리도록, 비드(34, 35) 주위로 끝 부분(25)을 압력 형성하여(press forming) 끝 부분(25)에 고정된다.
선택적으로 제2 단계에서 실행되는 압력 형성을 가능하게 하기 위하여 제2 단계 전 탭 부분(26)이 관형 부분(24)의 끝 부분(25)으로부터 제거될 수 있다.
제3 단계에서, 실리콘 산화마그네슘 분말과 같은 열-전도 단열 소재(38)가 위에서 언급된 것처럼 비드(35)에 의하여 남겨진 여유 공간을 통하여 2개의 단열 비드(34, 35) 사이로 관형 부분(24)의 내부에 형성된 부피(volume)에 채워진다. 이후 예를 들어 수지(resin)에 의하여 여유 공간이 밀폐되고, 이로 인하여 열-전도 소재(38)가 관형 부분(34) 내부를 밀폐시키고 그리고 가열 코일(32)을 둘러싸고 스며든다.
제4 제조 단계 후 준비된 관형 가열 부재(20)가 부분적으로 절단되어 개방된 케이싱 튜브와 함께 사시도로 도 10에 제시된다.
제4 단계에서, 특히 관형 부분(24)의 끝 부분(25) 사이에 위치하는 중앙 부분에 해당하는 관형 부분(24)이 관형 부분(24)의 내부 부피의 단면적을 감소시키도록 압력 형성에 의하여 형성된다. 그에 의하여 관형 부분(24)에 존재하는 열-전도 단열 소재(38)가 가열 코일(32)로부터 케이싱 튜브(22)에 이르기까지 열 전도성을 향상시키도록 조밀하게 채워진다. 추가로 이러한 형성 단계에서 관형 부분(24)이 차후 단계에서 케이싱 튜브를 굽히는 것을 가능하게 하고, 다른 한편으로 유체 튜브(10)의 외부 개형(outer contour)에 근사적으로 보충적인 원주 개형 부분(28)을 탭 부분(26)에 인접하도록 제공하는 원하는 외부 개형이 제공된다.
선택적으로 위에서 언급된 제4 단계의 형성 전 또는 형성 과정에서, 제거된 탭 부분(26)을 가진 관형 부분(24)의 끝 부분이, 끝 부분(25)의 축 라인이 관형 부분(24)의 남아 있는 중앙 영역의 축 라인으로부터 벗어나도록 구부려진다. 이것은 유체 튜브(10)와 관형 가열 부재(20)를 조립하는 것을 가능하게 하고, 추가로 도 19에 도시된 것처럼 연결 부품을 설치하기 위하여 유체 튜브(10)의 끝 부분과 관형 부분(24)의 접근성을 향상시킨다.
제5 단계에서, 유체 튜브(10)가 형성된 케이싱 튜브(22)의 관형 부분(26)에 인접하는 관형 부분(24)의 보충 개형 부분(28)에 자리를 잡도록 하는 것에 의하여 준비된 관형 가열 부재(20)에 결합된다.
이후 제6 단계에서, 관형 부분(26)이 형성된 케이싱 튜브(22)에 의하여 유체 튜브(10)의 원주를 근사적으로 완전하게 둘러싸도록 형성하는 작업을 하는 것에 의하여 유체 튜브(10) 주위로 감겨진다. 제6 단계로부터 만들어진 유체 튜브(10) 및 형성된 케이싱 튜브(또는 형성된 관형 가열 부재(20) 각각)의 어셈블리가 도 11에 도시되어 있다.
제7 단계는 근사적으로 나선 형상으로 도 11의 어셈블리를 구부리는 단계를 포함한다. 그에 의하여 어셈블리가, 케이싱 튜브(22)의 관형 부분이 나선의 반지름 방향으로 내부 측면에 위치되는 한편, 유체 튜브가 나선의 반지름 방향으로 외부 측면에 위치되도록, 유체 튜브(10)와 관형 부분(24)의 평행한 중심 라인에 의하여 이어지는(spanned) 평면 내부에서 하나의 방향으로 구부려진다.
제7 단계로부터 만들어지는 나선 유동 관통 히터가 도 1에 도시되어 있다. 이러한 디바이스는 이후 예를 들어 설치 브래킷(50)에 의하여 음료 제조 장치의 케이싱에 설치되기 전에 도 19에 도시된 것처럼 연결 부품, 열 안전 디바이스 및 그와 같은 것과 함께 설치될 수 있다.
관형 가열 부재(20)로부터 유체 튜브(10)로 열 전달을 향상시키기 위하여 결합을 시키는 제5 단계 전에, 열-전도 수단이 열 튜브의 열 접촉을 위하여 의도되는 유체 튜브(10)의 외부 표면 및/또는 케이싱 튜브(22)의 해당하는 표면 부분 위에 선택적으로 적용될 수 있다.
열-전도 수단은 열-전도 접착제 또는 바람직하게는 납땜 플럭스(soldering flux)와 함께 적용되는 납땜을 포함할 수 있다. 이러한 바람직한 실시 예에서, 본 발명의 방법은 추가로 유체 튜브(10)와 케이싱 튜브(22) 사이에 납땜 연결을 만들기 위하여 유체 튜브(10)와 케이싱 튜브(22)의 어셈블리에 열을 적용시키는 제8 단계를 포함할 수 있고, 이것은 우수한 열전달 및 구성요소의 신뢰할 수 있는 연결을 제공하므로 바람직하다.
본 발명의 추가적인 실시 형태에 따르면, 유체 튜브(10)와 케이싱 튜브(22) 사이에 납땜 연결이, 그들을 결합시키기 전 서로 서로에 대하여 납땜이 될 유체 튜브(10)와 케이싱 튜브(22)의 외부 표면 부분에 납땜 플럭스를 적용시키고, 그리고 구부리는 제7 단계 이후, 나선 어셈블리에 열을 가하고 그리고 탭 부분(26)의 가장자리 및 케이싱 튜브(22)의 관형 부분(24) 사이에 남아 있는 슬릿을 경유하여 납땜을 공급하는 것에 의해 유체 튜브(10)와 케이싱 튜브(22)를 납땜하는 것에 의해 제공되고, 슬릿은 유체 튜브(10)에 대한 접근이 가능하도록 한다.
도 7 내지 8에 대응되는 도 13 내지 도 17은 위에서 기술된 방법 과정에 따른 본 발명의 제3 실시 형태에의 나선 동적 유동 관통 히터 디바이스의 제조를 예시한다.
10: 유체 튜브(fluid tube)
20: 관형 가열 부재(tubular heating element)
22: 프로파일 케이싱 튜브 24:관형 부분
26: 탭 부분 28: 개형 부분(contour porton)
30: 가열 유닛 32: 가열 코일
34, 35: 단열 비드 38: 단열 소재
50: 설치 브래킷 (mounting bracket)
60: 열 안전 디바이스(thermal safety device)

Claims (15)

  1. 가열될 유체를 이송하는 유체 튜브(10);
    유체 튜브(10)와 적어도 일부가 평행하도록 연장하고 그리고 유체 튜브(10)와 열 접촉하는 관형 가열 부재(20)를 포함하고, 상기 관형 가열 부재(20)는 프로파일 케이싱 튜브(22) 및 상기 프로파일 케이싱 튜브(22)의 관형 부분(24)에 설치되는 적어도 하나의 가열 코일(32)을 포함하는 유동 관통 히터 디바이스에 있어서,
    상기 프로파일 케이싱 튜브(22)는 추가로 관형 부분(24)으로부터 측면으로 연장되고, 유체 튜브(10) 주위로 감싸지는 적어도 하나의 탭 부분(26)을 포함하고,
    상기 유체 튜브(10)와 관형 가열 부재(20)의 어셈블리는 상기 케이싱 튜브의 관형 부분(24)이 유체 튜브(10)의 내부에서 반지름 방향으로 나선(helix)에 대하여 위치되도록 근사적으로 나선 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 유동 관통 히터 디바이스.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 유체 튜브(10)는 비-원형 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 유동 관통 히터 디바이스.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 열-전도 수단이 상기 유체 튜브(10) 및 케이싱 튜브(22) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 유동 관통 히터 디바이스.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 열-전도 수단은 유체 튜브(10)와 케이싱 튜브(22) 사이에 납땜 연결을 제공하는 납땜을 포함하는 유동 관통 히터 디바이스.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 관형 부분(24)은 케이싱 튜브(22)의 길이 방향으로 탭 부분(26)을 돌출시키는 끝 부분(25)을 포함하는 유동 관통 히터 디바이스.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 유체 튜브(10)의 원주는 케이싱 튜브(22)에 의하여 근사적으로 완전하게 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 유동 관통 히터 디바이스.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 프로파일 케이싱 튜브(22)는 돌출된 알루미늄 프로파일을 포함하고, 상기 유체 튜브(10)는 스테인리스 스틸 튜브를 포함하는 유동 관통 히터 디바이스.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 유체 튜브(10) 및 관형 가열 부재(20)의 나선 어셈블리 내부에 배열되고, 장치에 있는 디바이스에 설치되기 위한 나선 어셈블리의 적어도 하나의 권선을 지지하는 훅-유사 끝 부분(52)을 가지는 U-형상 설치 브래킷(50)을 더 포함하고,
    상기 설치 브래킷(50)은 추가로 유체 튜브(10) 및 관형 가열 부재(20)의 나선 어셈블리의 반지름 방향 내부 측면에 인접하도록 열 안전 디바이스(60)를 지지하는 적어도 하나의 홀더(54)를 포함하는 유동 관통 히터 디바이스.
  9. 청구항 1의 유동 관통 히터 디바이스를 포함하는 음료 제조 장치.
  10. 관형 부분(24) 및 관형 부분(24)으로부터 측면으로 연장하는 적어도 하나의 탭 부분(26)을 가지는 돌출 알루미늄 프로파일을 포함하는 프로파일 케이싱 튜브(22)를 준비하는 단계;
    적어도 하나의 가열 코일 및 적어도 하나의 가열 코일(32)의 각각의 끝 부분을 지지하는 2개의 단열 비드(34, 35)를 포함하는 가열 유닛(30)을 케이싱 튜브(22)의 관형 부분(24)의 내부에 위치시키는 단계;
    단열 비드(34, 35) 사이의 관형 부분(24)의 내부 공간에 열-전도 단열 소재(38)를 채우는 단계;
    내부 공간의 단면적을 감소시키면서 열-전도 단열 소재(38)를 조밀하게 채우고, 추가로 가열되어야 할 유체를 운반하도록 제공된 유체 튜브(10)의 외부 개형(outer contour)에 대하여 부분적으로 근사적으로 보충적이 되는 외부 개형을 가지는 적어도 하나의 탭 부분(26)에 인접하는 관형 부분(24)을 제공하기 위하여 관형 부분(24)을 형성하는 단계;
    유체 튜브(10)를 케이싱 튜브(22)의 적어도 하나의 탭 부분(26)에 인접하여 형성된 관형 부분(24)의 근사적으로 보충적인 개형에 연결시키는 단계;
    유체 튜브(10)의 원주를 근사적으로 완전하게 둘러싸기 위하여 유체 튜브(10) 주위로 적어도 하나의 탭 부분(26)을 감싸는 단계; 및
    케이싱 튜브(22)의 관형 부분(24)이 유체 튜브(10)의 내부에 반지름 방향으로 나선에 대하여 배치되도록 형성된 케이싱 튜브(22)와 유체 튜브(10)의 어셈블리를 근사적으로 나선 형상으로 구부리는 단계를 포함하는 유동 관통 히터 디바이스를 제조하는 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 프로파일 케이싱 튜브(22)의 양쪽 끝 부분(25)에서 탭 부분(26)을 제거하는 단계를 더 포함하는 유동 관통 히터 디바이스를 제조하는 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 축이 남아 있는 케이싱 튜브의 축으로부터 벗어나도록 프로파일 케이싱 튜브(22)의 끝 부분(25)을 구부리는 단계를 더 포함하는 유동 관통 히터 디바이스를 제조하는 방법.
  13. 청구항 10 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 유체 튜브(10)의 외부 표면 또는 케이싱 튜브(22)의 해당하는 표면 위에 열-전도 수단을 인가하는 단계를 더 포함하는 유동 관통 히터 디바이스를 제조하는 방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 열-전도 수단은 납땜 플럭스와 함께 인가되는 납땜을 포함하고, 그리고
    상기 방법은 케이싱 튜브(22)와 유체 튜브(10)의 어셈블리에 열을 인가하는 것에 의하여 구부리는 단계 후, 유체 튜브(10) 및 케이싱 튜브(22)를 납땜시키는 단계를 포함하는 유동 관통 히터 디바이스를 제조하는 방법.
  15. 청구항 10 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 유체 튜브(10)의 외부 표면 또는 케이싱 튜브(22)의 해당하는 표면 위에 납땜 플럭스를 인가하는 단계, 및
    구부리는 단계 후, 케이싱 튜브(22)와 유체 튜브(10)의 어셈블리에 열을 가하고 그리고 탭 부분(26)과 케이싱 튜브(22)의 관형 부분(24) 사이에 남아 있는 슬릿에 납땜을 공급하는 것에 의하여 유체 튜브(10)와 케이싱 튜브(22)를 납땜시키는 단계를 더 포함하는 유동 관통 히터 디바이스를 제조하는 방법.






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