KR102139886B1 - 열효율이 우수한 전기가열벽체 및 그를 포함하는 가열로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열효율이 우수한 전기가열벽체 및 그를 포함하는 가열로를 개시한다.
본 발명의 열효율이 우수한 전기가열벽체 및 그를 포함하는 가열로는 일정한 피치로 반복된 일곡선부와 타곡선부를 형성하여 연장된 열선부 및 상기 열선부를 슬라이딩시켜 내입할 수 있는 열선장착부를 포함하고, 상기 열선부는 가상평면상 곡선부들이 배치되고, 상기 열선장착부는 내화성과 단열성을 구비하며, 상기 열선부를 내입하여 이탈을 방지하도록 가이드돌기부를 구비하는데, 이에 의하면, 더욱 상세하게는 단위 면적당 에너지에 해당하는 표면부하밀도를 향상시켜 발열효율이 상승하며, 급속 가열 및 급속 냉각과 같은 전기 가열로의 열처리 능력이 더불어 향상되고, 열효율 대비 열선의 수명이 길어지고, 가열로 구성이 간단해져서 제작기간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

Description

열효율이 우수한 전기가열벽체 및 그를 포함하는 가열로{Electric heat wall with good thermal efficiency and electric heat furnace thereof}

본 발명은 열효율이 우수한 전기가열벽체 및 그를 포함하는 가열로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단위 면적당 에너지에 해당하는 표면부하밀도를 향상시켜 발열효율이 상승하며, 급속 가열 및 급속 냉각과 같은 전기 가열로의 열처리 능력이 더불어 향상되고, 열효율 대비 열선의 수명이 길어지고, 가열로 구성이 간단해져서 제작기간을 단축할 수 있는 전기가열벽체 및 그를 포함하는 가열로에 관한 것이다.

일반적으로 제조산업에서 사용하는 많은 전자부품들의 기판, 웨이퍼 등의 표면에 박막 또는 산화막을 증착하거나 불순물을 확산시키는 공정을 도입시키기 위하여, CVD장치, 산화막 형성장치, 확산장치 등과 같이 반응챔버(혹은 공정튜브)의 온도를 공정조건에 맞게 조성해주기 위한 열처리 장치를 필요로 하는데, 이러한 장치에 사용되는 열기구는 정밀한 온도제어가 필요하고, 따라서 전기 가열로가 통상적으로 사용되고 있다.

종래기술에 따른 전기 가열로는 도 9, 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이, 반응쳄버(H)의 내부에 단열체가 매립되어 내부 공간을 확보하고, 내부공간을 향하여 코일 형태로 감겨진 열선(C)이 나선 형태로 감겨진 원통 형상의 발열 구조체가 구비된다.

그러나, 종래 전기 가열로에 사용되는 열선은 원형 단면을 갖기 때문에 단위 면적당 에너지에 해당하는 표면부하밀도(surface loading)가 상대적으로 낮고, 이로 인해 챔버 내측 방향으로의 발열면적이 작게 되어 발열효율이 크게 떨어지는 문제점이 있었다.

아울러, 급속 가열 및 급속 냉각과 같은 전기 가열로의 열처리 능력이 저하되고, 열효율 대비 열선의 수명이 단축되는 결과를 가져온다.

또한, 종래기술에 따른 전기 가열로용 발열 구조체는 열선의 열적 변형에 취약하고, 이로 인해 열선이 뒤틀리거나 심한 경우 단선을 유발하는 문제점을 안고 있다.

이와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 대한민국등록특허 제0808766호에서는 직사각 형태의 단면을 갖는 평각선(平角線) 형태(strip type)의 저항 발열체를 이용하며, 저항 발열체는 표면부하밀도 및 발열면적이 커서 발열 구조체의 발열효율 및 열처리 능력이 크게 향상되는 장점이 있으나, 사각통과 같은 다각을 갖는 통의 노(爐)체를 구성할 수 없는 문제점이 있었고, 저항 발열체를 단열부재 및 지지체에 나선 형태로 연속 설치하기 때문에 전기 가열로의 구성이 다소 복잡해지고 제작기간이 길어지는 구조적인 문제점을 갖는다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫번째 기술적 과제는 단위 면적당 에너지에 해당하는 표면부하밀도를 향상시켜 발열효율이 상승하며, 급속 가열 및 급속 냉각과 같은 전기 가열로의 열처리 능력이 더불어 향상되고, 열효율 대비 열선의 수명이 길어지고, 가열로 구성이 간단해져서 제작기간을 단축할 수 있는 전기가열벽체를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 두번째 기술적 과제는 단위 면적당 에너지에 해당하는 표면부하밀도를 향상시켜 발열효율이 상승하며, 급속 가열 및 급속 냉각과 같은 전기 가열로의 열처리 능력이 더불어 향상되고, 열효율 대비 열선의 수명이 길어지고, 가열로 구성이 간단해져서 제작기간을 단축할 수 있는 전기가열로를 제공하는 것이다.

본 발명은 상술한 첫번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 일정한 피치로 반복된 일곡선부와 타곡선부를 형성하여 연장된 열선부 및 상기 열선부를 슬라이딩시켜 내입할 수 있는 열선장착부를 포함하고, 상기 열선부는 가상평면상 곡선부들이 배치되고, 상기 열선장착부는 내화성과 단열성을 구비하며, 상기 열선부를 내입하여 이탈을 방지하도록 가이드돌기부를 구비하는 것을 특징으로 하는 열효율이 우수한 전기가열벽체를 제공한다.

본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 열선부는 일정한 피치로 반복된 일곡선부와 타곡선부를 형성하여 연장된 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 일곡선부와 타곡선부을 제2일곡선부와 제2타곡선부를 연결하는 연결부를 더 구비한 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 연결부는 반복된 일곡선부와 타곡선부 중 마지막 곡선부에서 연장되어 제2일곡선부 또는 제2타곡선부가 시작되도록 직선으로 구비되는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 전기가열벽체는 내입한 열선부가 방사열을 내도록 개구부를 마련한 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 전기가열벽체는 열선부를 개재시키도록 가이드돌기부를 마련한 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 가이드돌기부가 열선부의 상부로 연장되는 폭은 열선부의 두께(t')의 1/2 이상 너비인 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 전기가열벽체는 열선고정대를 더 구비한 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 열선고정대는 열선부를 고정하는 열선고정홈을 복수개 마련한 것일 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 두번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 상기한 전기가열벽체를 포함하는 전기가열로를 제공한다.

본 발명에 의하면, 더욱 상세하게는 단위 면적당 에너지에 해당하는 표면부하밀도를 향상시켜 발열효율이 상승하며, 급속 가열 및 급속 냉각과 같은 전기 가열로의 열처리 능력이 더불어 향상되고, 열효율 대비 열선의 수명이 길어지고, 가열로 구성이 간단해져서 제작기간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 전기가열벽체를 분리한 사시도이고,
도 2는 도 1의 벽체를 가열로체임버에 내입한 형상을 나타낸 그림이며,
도 3은 도 1의 전기가열벽체의 단면을 보여주는 그림이고,
도 4는 도 1의 전기가열벽체의 평면을 보여주는 그림이며,
도 5는 본 발명의 전기가열벽체와 종래 벽체를 비교하기 위하여 그 단면을 나타낸 그림으로 (a)는 종래의 것을 (b)는 본 발명의 것이고,
도 6은 본 발명의 열선부를 평면적으로 나타낸 그림이며,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 전기가열벽체를 분리하여 나타낸 사시도이며,
도 8은 본 발명의 전기가열벽체로 4면을 형성하여 가열로체임버에 내입하기 전의 단면을 나타낸 그림이고,
도 9는 종래의 전기가열로 체임버(H, 하우징)를 사시적으로 나타낸 그림이며,
도 10은 종래 가열로 체임버(H)의 도어(D)를 열어 내부의 코일 열선부(C)를 나타낸 그림이다.

이하에서는 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 하며 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 하고, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하며, 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 전기가열벽체를 분리한 사시도이고, 도 2는 도 1의 벽체를 가열로체임버에 내입한 형상을 나타낸 그림이며, 도 3은 도 1의 전기가열벽체의 단면을 보여주는 그림이고, 도 4는 도 1의 전기가열벽체의 평면을 보여주는 그림이며, 도 5는 본 발명의 전기가열벽체와 종래 벽체를 비교하기 위하여 그 단면을 나타낸 그림으로 (a)는 종래의 것을 (b)는 본 발명의 것이고, 도 6은 본 발명의 열선부를 평면적으로 나타낸 그림이며, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 전기가열벽체를 분리하여 나타낸 사시도이며, 도 8은 본 발명의 전기가열벽체로 4면을 형성하여 가열로체임버에 내입하기 전의 단면을 나타낸 그림인데, 이를 참고한다.

본 발명에 따르는 열효율이 우수한 전기가열벽체(100)는 일정한 피치로 반복된 일곡선부와 타곡선부를 형성하여 연장된 열선부(200) 및 상기 열선부를 슬라이딩시켜 내입할 수 있는 열선장착부(300)를 포함하고, 상기 열선부는 가상평면상 곡선부들이 배치되고, 상기 열선장착부는 내화성과 단열성을 구비하며, 상기 열선부를 내입하여 이탈을 방지하도록 가이드돌기부(310)를 구비하는 특징이 있다.

상기 열선부(200)는 일정한 피치로 반복된 일곡선부(210)와 타곡선부(220)를 형성하여 연장된 형태이며, 상기 곡선부들(210, 220)들은 180°로 굽어진 형태를 가지므로 반복되어 일곡선부, 타곡선부를 일정한 피치(P)로 연속된 형태를 가질 수 있어 피치를 조절함으로써 표면부하밀도 및 발열면적를 조정할 수 있다.

예를 들어, 종래 코일형 열선부(C)를 장착한 전기가열로의 경우에 2.2KW의 소비전력량이 투입되는 경우에 동일한 규격의 본 발명에 따르는 열선부(200)를 구비한 전기가열로는 1.3 ~ 1.5KW의 고효율 전력량으로 설계할 수 있다.

이 경우에 종래 열선(C)은 표면부하밀도가 1.7w/㎠ 정도를 나타내나, 본원의 경우에는 2.7w/㎠ 정도를 보임으로써 고효율임을 확인할 수 있다.

이러한 곡선부들은 가상평면과 동일한 면에 위치하도록 함으로써 평탄도를 균일하게 유지할 수 있고, 상기 열선장착부(300)의 가이드돌기부의 내측으로 용이하게 슬라이딩(sliding)하여 매립될 수 있을 뿐만 아니라 열방사(heat radiation)의 균일성을 확보할 수 있다.

또한, 상기 열선부(200)는 인가된 전류량에 따라 발열하는 열선으로서 발열작용을 하며, 철크롬화합물(FeCrAl), 니켈크롬화합물(NiCr) 등과 같이 발열성과 내구성이 우수한 금속으로 구비될 수 있으며, 이에 따른 가열온도는 500 ~ 1250℃까지 승온될 수 있다.

한편, 상기 열선부(200)는 외부에서 공급되는 전원장치(미도시)의 전류를 공급해주는 단자들(미도시)과 연결되기 위하여 연선부의 단부들(200', 200")을 전원공급장치의 단자들에 있는 방향으로 구비되는 것이 바람직하여, 반복된 일곡선부(210)와 타곡선부(220)이 일정 길이에 이르면 가상평면과 동일한 면으로 반복되는 제2일곡선부(210')와 제2타곡선부(220")를 형성하도록 연결부(230)를 구비할 수 있다.

상기 연결부(230)는 반복된 일곡선부(210)와 타곡선부(220) 중 마지막 곡선부에서 연장되어 반복되는 제2일곡선부(210') 또는 제2타곡선부(220")가 시작되도록 직선으로 구비되는 것이 바람직하다.

상기 제2일곡선부(210') 및 제2타곡선부(220")도 역시 일정한 피치(P')로 반복도록 연장된 형태이며, 180°로 굽어진 형태를 가지므로 반복되어 일정한 피치(P')로 연속된 형태를 가질 수 있어 피치를 조절함으로써 표면부하밀도 및 발열면적를 조정할 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 전기가열벽체(100)는 열선장착부(300)는 가열에 의하여 손상이나 열손실을 방지하기 위하여 내화성, 단열성을 구비한 것인 한 특별하게 한정할 필요를 없으며 예를 들어, 알루미나, 실리카, 석고재, 세라믹, 유리섬유와 같은 섬유류, 각종 탄소질, 유리질 또는 금속질 등과 같은 소재가 소정의 강도, 내화성, 단열성을 가질 수 있다.

또한, 상기 전기가열벽체(100)는 열선부(200)를 슬라이딩시켜 내입할 수 있는 열선장착부(300)를 포함하여 열선부에 의한 균일한 열방사를 수행한다.

상기 열선장착부(300)는 내입한 열선부(200)가 직접 방사열을 내도록 개구부(320)를 마련하는 것이 유익하며, 이러한 개구부는 매립된 열선부(200)들이 가능한 많이 노출되도록 열린 공간을 제공하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 열선부(200)가 내입되며 그 상태를 유지하여 이탈을 방지하고 또한 방사열이 균일하게 최대한 많이 방사되도록 가이드돌기부(310)를 전기가열벽체와 사이에 열선부(200)를 개재시키도록 구비한다.

그러므로, 상기 가이드돌기부(310)가 열선부(200)의 상부로 연장되는 폭(W)은 열선부의 두께의 1/2 이상이 너비로 확보될 수 있고, 상기 가이드돌기부와 대향되어 구비되며, 열선부의 이탈을 방지하고 개구부를 되도록 많이 열리도록 타가이드돌기부(310')를 구비할 수 있다.

또한, 상기 열선부(200)는 동일 평면상 곡선부들을 구비하므로, 그 두께(t')를 얇게 유지할 수 있는 반면, 종래의 열선(C)의 두께(t)는 그 보다 두꺼울 수밖에 없어 전체 내화 단열 벽체의 두께(T)가 얇아지므로(T-t), 전기나 열효율이 본원이 종래에 비하여 우수함을 알 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 가이드돌기부가 열선부의 상부로 연장되는 폭은 열선부의 두께(t')의 1/2 이상 너비인 것일 수 있다.

상기 가이드돌기부(310)와 타가이드돌기부(310')에 의하여 개구부를 형성하고, 열선부를 이탈이 방지할 수 있다.

이러한 타가이드돌기부(310')도 마찬가지로 열선부(200)의 상부로 연장되는 폭(W')은 열선부의 두께의 1/2 이상으로 구비함으로써, 열선부 매립시 발생할 수 있는 작업공차를 고려하여 열선부의 이탈을 방지하는 동시에 최대한의 열을 균일하게 방사할 수 있다.

한편, 상기 열선부(200)는 다수의 일곡선부(210)와 타곡선부(220) 또는 제2일곡선부(210')와 제2타곡선부(220")를 가지므로 열선부 자체가 동일 평면상에 위치되도록 가공한다고 하여도 제조후 운반이나 조립시에 출렁거리거나 뒤틀릴 수 있어서, 열선장착부(300)에 매립시 슬라이딩이 어려운 문제가 있을 수 있으므로, 별도의 열선고정대(400)를 더 구비할 수 있다.

상기 열선고정대(400)는 열선부(200)를 고정하는 것이므로 열선부의 일곡선부(210)와 타곡선부(220)의 피치(P)에 대응되는 피치의 위치에 열선고정홈(410, 420)을 두어 열선이 끼워맞춰지도록 긴 홈이나 그루브(groove)의 음각형태로 구비될 수 있다.

또한, 상기 열선부가 제2일곡선부(210')와 제2타곡선부(220")를 구비하는 경우에도 마찬가지로 제2일곡선부(210') 및 제2타곡선부(220")의 피치에 대응되는 위치에 열선을 고정하도록 제2열선고정홈(410', 420')를 긴 홈이나 그루브(groove)의 음각형태로 구비한 제2열선고정대(400')를 마련할 수 있다.

상기 열선고정대(400)는 열선부를 고정한 상태로 열선장착부(300)로 슬라이딩하며 매립되어 전기가열벽체(100)를 형성할 수 있으며, 열선부가 제2일곡선부(210')와 제2타곡선부(220")를 구비하는 경우에는 제2열선고정대도 제2열선장착부(300')로 슬라이딩하여 매립될 수 있어서, 전기가열벽체에 열선고정대, 제2열선고정대가 끼워맞춤된 경우에는 균일한 방사열을 넓은 범위로 조사하는 것이 가능하다.

또한, 전기가열벽체는 가열이나 냉각을 반복하게 되므로 그 자체나 열선고정대도 역시 열을 받아 다소 팽창이나 수축되는 환경에 놓이게 되므로, 열선고정대, 제2열선고정대가 끼워맞춤 조립된다고 하여도 열선장착부로부터 열선고정대나 제2열선고정대가 이탈할 우려가 있으므로, 상술한 가이드돌기부(310)를 구비할 수 있다.

여기서 가이드돌기부(310)은 열선부(200)나 열선고정대의 상부로 연장되며, 필요에 따라서는 그 폭이 열선부의 두께의 1/2 이상이 너비로 확보될 수 있고, 상기 가이드돌기부와 대향되어 구비되며, 열선부의 이탈을 방지하고 개구부를 되도록 많이 열리도록 타가이드돌기부(310')를 구비할 수 있다.

상기 가이드돌기부(310)와 타가이드돌기부(310')에 의하여 개구부를 형성하고, 열선부나 열선고정대의 이탈을 방지할 수 있으며, 타가이드돌기부(310')도 마찬가지로 열선부(200)나 열선고정대의 상부로 연장될 수 있고, 그 폭은 열선부의 두께의 1/2 이상으로 구비함으로써, 열선고정대 매립시 발생할 수 있는 작업공차를 고려하여 열선부나 열선고정대의 이탈을 방지하는 동시에 최대한의 열을 균일하게 방사할 수 있다.

전기가열벽체 100, 열선부 200,
일곡선부 210, 타곡선부 220,
열선장착부 300, 가이드돌기부 310,
개구부 320, 열선고정대 400,
피치 P

Claims (10)

1. 일정한 피치로 반복된 일곡선부와 타곡선부를 형성하여 연장된 열선부; 및
   상기 열선부를 슬라이딩시켜 내입할 수 있는 열선장착부;를 포함하고,
   상기 열선부는 가상평면상 곡선부들이 배치되고,
   상기 열선장착부는 내화성과 단열성을 구비하며, 상기 열선부를 내입하여 이탈을 방지하도록 가이드돌기부를 구비하는 것이고,
   전기가열벽체는 열선고정대를 더 구비한 것이며,
   상기 열선고정대는 열선부의 일곡선부와 타곡선부의 피치에 대응되는 피치의 위치에 열선고정홈을 복수개 마련하여 열선부를 고정하고, 열선장착부로 슬라이딩하며 매립된 것을 특징으로 하는 열효율이 우수한 전기가열벽체.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 열선부는 일정한 피치로 반복된 일곡선부와 타곡선부를 형성하여 연장된 것을 특징으로 하는 열효율이 우수한 전기가열벽체.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 일곡선부와 타곡선부을 제2일곡선부와 제2타곡선부를 연결하는 연결부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 열효율이 우수한 전기가열벽체.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 연결부는 반복된 일곡선부와 타곡선부 중 마지막 곡선부에서 연장되어 제2일곡선부 또는 제2타곡선부가 시작되도록 직선으로 구비되는 것을 특징으로 하는 열효율이 우수한 전기가열벽체.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 전기가열벽체는 내입한 열선부가 방사열을 내도록 개구부를 마련한 것을 특징으로 하는 열효율이 우수한 전기가열벽체.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 전기가열벽체는 열선부를 개재시키도록 가이드돌기부를 마련한 것을 특징으로 하는 열효율이 우수한 전기가열벽체.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 가이드돌기부가 열선부의 상부로 연장되는 폭은 열선부의 두께(t')의 1/2 이상 너비인 것을 특징으로 하는 열효율이 우수한 전기가열벽체.
   
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 1 내지 7 항 중 어느 한 항의 전기가열벽체를 포함하는 전기가열로.

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