KR102216998B1 - 유체 히팅 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체 히팅 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 히터와 인접한 유체관의 길이를 증가시킴으로써, 유체관 내 유체의 히팅 효율을 증가시키기 위한 유체 히팅 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 히터, 상기 히터를 수용하는 중공을 포함하는 열전도체, 상기 열전도체를 감싸도록 구성되고 상기 열전도체의 외면에 코일형상으로 감기는 코일부, 상기 코일부의 일단에 구비된 유입부 및 상기 코일부의 타단에 구비된 유출부를 포함하는 유체관 및 유체관을 수용하는 수용부를 포함한다.

Description

유체 히팅 장치 및 그 제조 방법{FLUID HEATER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 유체 히팅 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 히터와 인접한 유체관의 길이를 증가시킴으로써, 유체관 내 유체의 히팅 효율을 증가시키기 위한 유체 히팅 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

배관은 내부의 유동 물질을 유동시켜 일 공간에서 타 공간으로 또는 일부분에서 타 부분으로(장치의 경우) 수송하도록 하는 관체로, 다양한 분야에서 사용되고 있다.

특히 반도체 공정의 배관과 같이, 유체 저장용기, 가스관, 온수관, 냉각관 등은 특수한 경우에 내부에 유동하는 액체나 기체를 일정온도로 유지하는 것이 중요한데, 유동 물질의 일정한 온도를 보장하기 위해 히터 등이 배관의 인접하여 배치되는 기술들이 많이 사용되었다.

종래의 기술(등록특허 제10-1924777호)은 해양플렌트에 관한 것으로, 자세히 설명하면 유정유체가 이송되는 파이프라인의 하이드레이트의 생성을 방지하기 위한 것으로, 원유가 이송되는 유로를 구성하는 파이프라인 외각을 감싸도록 구비되며, 파이프라인과의 사이 공간에 히팅 가스가 충진되는 히팅 파이프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그러나 종래의 기술은 히팅 파이프와 접촉 또는 인접 배치되는 파이프라인이 비교적 일직선으로 구비되어, 히팅 파이프에 의한 파이프라인의 히팅 효율이 좋지 않다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 히터와 인접한 유체관의 길이를 증가시킴으로써, 유체관 내 유체의 히팅 효율을 증가시킬 수 있는 유체 히팅 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 유체관의 변형을 억제하는 유체 히팅 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제의 해결을 목적으로 하는 본 발명은 다음의 구성 및 특징을 갖는다.

본 발명은 히터, 상기 히터를 수용하는 중공을 포함하는 열전도체, 상기 열전도체를 감싸도록 구성되고 상기 열전도체의 외면에 코일형상으로 감기는 코일부, 상기 코일부의 일단에 구비된 유입부 및 상기 코일부의 타단에 구비된 유출부를 포함하는 유체관 및 상기 유체관을 수용하는 수용부를 포함하는 케이스를 포함한다.

또한 상기 열전도체는, 일단에 구비되고 절개 나사산 및 절개 나사골로 구성되는 와인딩 시작부, 상기 열전도체의 길이 방향을 따라 구비되고, 나사산 및 상기 코일부를 수용하는 나사골을 포함하는 와인딩부 및 타단에 구비되고 절개 나사산 및 절개 나사골로 구성되는 와인딩 종료부를 포함할 수 있다.

상기 구성 및 특징을 갖는 본 발명은 유체관의 코일부가 코일형상으로 형성되어, 히터와 인접한 유체관의 길이를 증가시킴으로써, 유체관 내 유체의 히팅 효율이 증가된다는 효과를 갖는다.

또한 본 발명은, 열전도체가 코일부를 수용하는 나사골을 형성하여 유체관의 변형을 억제한다는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 히팅 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 히팅 장치의 분해사시도이다.
도 3은 열전도체를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 나사산 결합된 열전도체와 유체관을 설명하기 위한 도면이다.
본 6은 제2열전도체를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 히팅 장치 제조 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 8은 케이스의 보호막을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 또는 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 히팅 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 히팅 장치의 분해사시도이며, 도 3은 열전도체를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 나사산 결합된 열전도체와 유체관을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 유체 히팅 장치(1)는 히터(100), 열전도체(200), 유체관(300) 및 케이스(400)를 포함한다.

히터(100)는 후술하는 유체관(300)에 열량을 제공하는 장치로, 후술하는 열전도체(200)의 중공(210)에 적어도 일부가 수용되도록, 히터(100)의 길이 방향(도 2를 기준으로 10시-4시 방향)에 수직인 폭 방향(도 2를 기준으로 2시-8시 방향) 길이가 중공(210)의 폭 방향(도 2를 기준으로 2시8시 방향) 길이보다 작도록 구비되는 것이 바람직하다.

히터(100)는 다양한 방법으로 후술하는 유체관(300)에 열을 제공할 수 있는데, 고온의 액상 또는 가스가 순환하는 관일 수 있고, 또는 전기저항체로서 공급되는 전기에 의해 발열되는 것일 수 있다. 이는 해당 분야의 통상의 기술자에게 자명하므로 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 2를 참조하면, 히터(100)는 코일형상으로 형성되어 중공(210) 내측에서 열량을 발생시키는 히터(100)의 밀도를 높임으로써, 중공(210) 내측에서 효율적으로 열량을 발생시킬 수 있다는 이점이 있다.

또한 도 4를 참조하면, 히터(100)는 코일형상(도 2 참조) 뿐만 아니라, 중공(210) 내측을 대부분 충진하도록 삽입되는 바(bar) 형상(또는 기둥 형상)의 히터(100a)일 수 있으며, 이 경우 더욱 고밀도 이므로 중공(210) 내측에서 히터(100a)를 통해 더욱 많은 열량을 발생시킬 수 있다.

이와 같이, 필요에 따라 중공(210) 내측에 다양한 종류(형상)의 히터(100)를 삽입할 수 있음은 물론이다.

도 2, 도 4 및 도 5를 참조하면, 유체관(300)은 후술하는 열전도체(200)를 감싸도록 구성되고 후술하는 열전도체(200)의 외면에 코일형상으로 감기는 코일부(310), 코일부(310)의 일단에 구비된 유입부(320) 및 코일부(310)의 타단에 구비된 유출부(330)를 포함한다. 즉, 유입부(320)를 통해 일 측 방향 외부에서 유입된 유체가 코일부(310)를 경유하여 유출부(330)로 유동하고, 유출부(330)를 통과하여 타 측 방향 외부로 유출된다.

상술하였듯이, 후술하는 열전도체(200)의 중공(210)에 히터(100)가 구비된다고 하였는데, 유체관(300)은 코일형상의 코일부(310)를 포함하여, 히터(100)에 인접하는 유체관(300)(코일부(310)) 밀도가 향상됨으로써, 히터(100)에 의한 유체관(300)의 히팅(heating) 효율이 증가된다는 이점이 있다.

후술하는 케이스(400)에서 자세히 설명하겠지만, 코일부(310)가 케이스(400)의 내측에 수용되고, 유입부(320) 및 유출부(330) 각각의 일부가 케이스(400)의 외측으로 노출된다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 열전도체(200)는 히터(100)를 수용하는 중공(210)을 포함한다.

열전도체(200)는 히터(100)의 열을 유체관(300)으로 전달하는 매개체로써, 알루미늄 등과 같이 다양한 재질로 형성될 수 있다.

또한 열전도체(200)는 길이 방향(도 3을 기준으로 3시-9시 방향)을 따라 구비되고, 나사산(M) 및 코일부(310)를 수용하는 나사골(V)을 포함하는 와인딩부(220)를 포함할 수 있다.

또한 열전도체(200)는 일단에 구비되고 절개 나사산(CM) 및 절개 나사골(CV)로 구성되는 와인딩 시작부(210)와, 타단에 구비되고 마찬가지로 절개 나사산(CM) 및 절개 나사골(CV)로 구성되는 와인딩 종료부(230)를 포함할 수 있다. 와인딩 시작부(210)는 절개 나사골(CV) 및 절개 나사산(CM)을 포함하여, 코일부(310)가 절개 나사산(CM) 및 절개 나사골(CV)에 접촉한 상태에서, 도 3을 기준으로 3시-9시 방향을 축으로 하여 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전함에 따라 도 3을 기준으로 3시 방향에서 9시 방향으로 진행함과 동시에 와인딩부(220)의 나사골(V)에 코일부(310)가 수용된다(도 5 참조). 만약 후술하는 코일부(310)가 열전도체(200)의 와인딩 종료부(230)에서 3시 방향으로 진행되는 경우 와인딩 종료부(230)가 와인딩 시작부(210)가 될 수 있음은 물론이다.

이와 같이, 와인딩 시작부(210)가 절개 나사산(CM)과 절개 나사골(CV)을 포함함으로써, 코일부(310)와 와인딩부(220)가 용이하게 나사산 결합할 수 있다는 이점이 있다.

또한 도 4를 참조하면 후술하는 코일부(310)가 와인딩부(220)의 나사골(V)에 수용됨에 따라, 유체관(300)이 열전도체(200)에 지지되어 형상이 변형되는 것이 억제된다는 이점이 있다. 보다 자세히 설명하면, 유체관(300)이 열전도체(200)와 나사산 결합된 상태에서 후술하는 코일부(310)가 내측 방향(중공(210) 방향)으로의 변형 내지는 코일부(310)의 길이 방향(도 4를 기준으로 3시-9시 방향)의 길이가 변형되는 것이 억제된다는 이점이 있다.

또한 도 5를 참조하면, 열전도체(200)의 외경(d1)(나사산(M)을 양단으로 하는 최대 외경)은 코일부(310)의 폭 방향 외경(d2)보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 또한 코일부(310)의 관이 나사골(V)에 완전히 수용되는 것이 바람직하다. 즉, 코일부(310)가 나사골(V)에 수용된 상태에서 그 외경(d2)이 열전도체(200)의 외경(d1)보다 작게되는 것이다. 이를 통해, 코일부(310)가 더욱 효과적으로 열전도체(200)에 지지됨으로써, 코일부(310)(유체관(300))의 변형이 효과적으로 억제된다는 이점이 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 케이스(400)는 유체관(300)을 수용하는 수용부(미도시)를 포함한다. 보다 자세히 설명하면, 케이스(400)는 유체관(300)과 나사산 결합되는 열전도체(200)가 관통하는 관통공(미도시)이 형성되는 기둥 형상의 몸체(420)와, 수용부(미도시)를 형성하도록 상기 관통공을 밀폐하는 덮개(410)를 포함할 수 있다. 즉 상기 수용부(미도시)는 케이스(400)의 내측 공간으로 열전도체(200)와 나사산 결합되는 유체관(300)을 수용하는 공간이며, 상술하였듯이 열전도체(200)의 중공(210)이 히터(100)를 수용한다고 하였기 때문에, 히터(100) 또한 수용부(미도시)에 수용된다.

이때 덮개(410)(또는 몸체(420))는 통공(411)을 포함하고, 통공(411)은 유입부(320) 및 유출부(330)가 각각 관통하는 외측통공(411b) 및 히터(100)의 일부가 관통되는 내측통공(411a)을 포함할 수 있다. 즉 유입부(320) 및 유출부(330) 각각은 일부를 제외한 부분이 상기 수용부(미도시)에 수용된 상태로, 유입부(320) 및 유출부(330) 각각은 그 일부가 외측통공(411b)을 통해 케이스(400)의 외측으로 노출되어 케이스(400)의 외측에 구비되는 배관과 연결된다. 히터(100) 또한 그 일부를 제외한 부분이 상기 수용부(미도시)에 수용된 상태로, 히터(100)의 일부가 내측통공(411a)을 통해 케이스(400) 외측에 노출되어 리드선 또는 별도의 히터 가동 장치(미도시)에 연결될 수 있음은 물론이다(히터(100)는 그 전부가 수용부(미도시)에 수용된 상태에서 가동될 수 있다).

여기에서 유입부(320)가 코일부(310)의 일단에 형성되고, 유출부(330)가 코일부(310)의 타단에 형성된다고 하였기 때문에, 외측통공(411b) 또한 상기 유입부(320) 및 유출부(330) 각각에 대응하여 케이스(400)의 일단(덮개(410) 또는 몸체(420))과 타단(덮개(410) 또는 몸체(420))에 각각 형성되는 것이 바람직하다.

또한 내측통공(411a)은 덮개(410)에서 덮개(410)의 중심 또는 편심에 형성될 수 있다. 즉, 케이스(400)의 수용부(미도시)에 히터가 수용된 상태에서 히터(100)의 일부가 내측통공(411a)을 통해 케이스(400)의 외측으로 노출되는 것이다.

상술하였듯이, 히터(100)가 코일형상(도 2 참조)로 형성되는 경우, 내측통공(411a)은 덮개(410)에서 편심에 형성될 수 있다. 다른 예시로 바(bar) 형상(또는 기둥 형상)의 히터(100a)일 경우(도 4 참조, 카트리지 타입), 내측통공(411a)은 덮개(410)의 중심에 형성될 수 있다.

외경(d1)을 갖는 열전도체(200)가 케이스(400)의 수용부(미도시)에 수용되기 때문에, 열전도체(200)의 나사산 결합된 유체관(300)의 코일부(310)가 나사산 결합된 상태에서 중공(210)을 기준으로 외측 방향(수용부를 형성하는 케이스(400)의 내측벽으로 접촉하는 방향)으로 변형되는 것이 억제될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 열전도체(200)는 케이스(400)의 수용부(미도시)에 수용된 상태에서 덮개(410)와 인접한 부분(중공(210)의 입구 및 출구가 형성되는 면)에서 열전도체(200)의 길이 방향과 평행한 방향으로 함몰된 미세홈(FF)을 포함할 수 있다. 또한 케이스(400)는 열전도체(200)의 미세홈(FF)에 대응하여 미세통공(FH)이 형성될 수 있다. 보다 자세히 설명하면, 미세통공(FH)은 덮개(410)에서 내측통공(411a)과 외측통공(411b) 사이에 형성될 수 있다.

미세통공(FH)은 센서(미도시) 등이 관통되는 것이고, 미세통공(FH)을 관통하는 상기 센서(미도시) 등은 미세홈(FF)에 장착될 수 있다.

도 6은 제2열전도체를 설명하기 위한 도면이다.

먼저 상술한 열전도체(200)는 도 6을 참조하여 후술하는 제2열전도체(500)에 대응하여 제1열전도체(열전도체(200))로 명명될 수 있다.

도 1 및 도 2, 도 6을 참조하면, 유체 히팅 장치(1)는 케이스(400)의 내측에 수용되는 제2열전도체(500)를 포함하고, 히터(100)는 그 형상이 제2열전도체(500)를 코일형상으로 감싸도록 형성될 수 있다.

따라서 열전도체(200, 제1열전도체)를 코일형상으로 감싸는 유체관(300)의 코일부(310)가 열전도체(200, 제1열전도체)에 지지되어 그 형상이 유지되는 것과 마찬가지고, 히터(100)가 제2열전도체(500)에 지지되어 그 형상이 유지되는데, 보다 자세히 설명하면 히터(100)가 제2열전도체(500) 방향(히터(100)의 폭 방향 변형)으로 변형되는 것이 억제된다는 이점이 있다. 또한 제2열전도체(500)가 열전도체(200, 제1열전도체)와 같이 히터(100)에 대응되어 나사산(M) 및 나사골(V)이 형성될 수 있고, 따라서 히터(100)가 길이 방향(도 2를 기준으로 10시-4시 방향)으로 변형되는 것이 억제될 수 있다.

제2열전도체(500)는 열전도체(200, 제1열전도체)와 마찬가지로 알루미늄 등과 같은 재질로 형성될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면 유체 히팅 장치(1)는 유체관(300)의 온도를 측정하는 감지부(600)를 포함할 수 있다(감지부(600)는 케이스(400), 열전도체(200) 등의 온도를 측정하여 유체관(300)의 온도를 파악하는 것일 수 있다). 예시적으로 감지부(600)는 케이스(400)의 외측에 구비될 수 있다. 감지부(600)의 하우징은 케이스(400)의 외측면에 대응하며 형성될 수 있는데, 예를 들면, 케이스(400)의 외측면에 곡면일 경우 그에 대응하여 감지부(600)의 하우징이 곡면으로 형성되어 열 측정이 효율적으로 이루어질 수 있다.

예시적으로 감지부(600)는 바이메탈(bimetal)로 형성될 수 있다(이에만 한정하는 것은 아니다). 즉, 금속판의 팽창, 수축하는 정도를 파악하여 유체관(300)의 온도를 측정하는 것일 수 있다. 이는 해당 분야의 통상의 기술자에게 자명하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

한편, 이하에서는 본원의 일 실시예에 따른 유체 히팅 장치 제조 방법에 대해 설명한다. 다만, 유체 히팅 장치 제조 방법은 상술한 유체 히팅 장치(1)의 제조 방법으로서, 유체 히팅 장치(1) 동일하거나 상승하는 기술적 특징을 포함하므로, 앞서 살핀 구성과 동일하거나 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하고, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 히팅 장치 제조 방법의 개략적인 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 유체 히팅 장치 제조 방법은 결합시키는 단계(S1), 삽입하는 단계(S2), 내장하는 단계(S3) 및 연결하는 단계(S4)를 포함한다.

결합시키는 단계(S1)는 열전도체(200)의 외면에 유체관(300)을 결합시킨다.

도 4 및 도 7을 참조하면, 상술하였듯이 열전도체(200)는 단에 구비되고 절개 나사산(CM) 및 절개 나사골(CV)로 구성되는 와인딩 시작부(210), 열전도체(200)의 길이 방향을 따라 구비되고, 나사산(M) 및 코일부(310)를 수용하는 나사골(V)을 포함하는 와인딩부(220) 및 타단에 구비되고 절개 나사산(CM) 및 절개 나사골(CV)로 구성되는 와인딩 종료부(230)를 포함할 수 있는데, 유체관(300)이 와인딩 시작부(210)의 절개 나사산(CM) 및 절개 나사골(CV)에서 도입되어, 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전함에 따라 와인딩부(220)와 코일부(310)가 나사산 결합된다(도 4 참조). 이때 유체관(300)은 열전도체(200)를 감싸도록 구성되고 열전도체(200)의 외면에 코일형상으로 감기는 코일부(310), 코일부(310)의 일단에 구비된 유입부(320) 및 코일부(310)의 타단에 구비된 유출부(330)를 포함한다. 또한 나사산(M)을 양단으로 하는 열전도체(200)의 외경(d1)이 코일부(310)의 폭 방향 외경(d2)보다 크게 형성될 수 있다.

도 2 및 도 7을 참조하면, 삽입하는 단계(S2)는 열전도체(200)의 중공(210)에 히터(100)를 삽입한다. 상술하였듯이 히터(100)의 내측에는 제2열전도체(500)가 삽입될 수 있다.

도 1, 도 2 및 도 7을 참조하면, 내장하는 단계(S3)는 유입부(320) 및 유출부(330)가 케이스(400)의 통공(411)(복수개) 외측으로 노출되도록 열전도체(200)를 케이스(400)에 내장한다. 케이스(400)는 유체관(300)을 수용하는 수용부(미도시)를 포함한다.

보다 자세히 설명하면, 상술하였듯이 케이스(400)는 몸체(420) 및 덮개(410)를 포함한다. 덮개(410)는 케이스(400)의 양단에 구비되고, 양단 중 어느 하나가 개방되어 몸체(420)의 양단 중 어느 하나가 개구부를 형성된 상태에서, 열전도체(200)와 나사산 결합된 유체관(300)을 삽입하고, 이후에 덮개(410)를 통해 수용부(미도시)를 밀폐함으로써, 케이스(400)의 내측에 유체관(300) 및 열전도체(200)를 수용한다. 여기에서 몸체(420) 및 덮개(410)는 용접 등의 다양한 방식으로 연결될 수 있다. 상술하였듯이 열전도체(200)의 중공(210)에 히터(100)가 수용되므로, 히터(100) 또한 케이스(400)의 내측에 수용됨은 물론이다. 상술하였듯이 복수의 통공(411)을 통해 히터(100)의 일부, 유입부(320) 및 유출부(330) 각각이 관통되어 케이스(400)의 외측으로 노출된다.

도 1 및 도 7을 참조하면, 연결하는 단계(S4)는 유입부(320) 및 유출부(330)의 단부 각각에 통공(411)의 직경보다 큰 조인트부재(J)를 연결한다. 여기에서 조인트부재(J)는 케이스(400)의 외측의 구비되는 배관(미도시)과 유입부(320) 및 유출부(330)를 각각 연결하기 위한 것으로서, 조인트부재(J)는 유입부(320) 및 유출부(330) 각각과 용접 등의 방식으로 연결될 수 있다.

도 8은 케이스의 보호막을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 및 도 8을 참조하면, 케이스(400)는 적정 수준의 강성을 구비하기 위해 금속 재질로 형성될 수 있다. 이러한 케이스(400)는 그 특성상 상시 외부 환경에 노출되기 때문에, 충격, 자상, 침습 등에 의해 파손, 휨, 부식 등이 발생할 우려가 있기 때문에 적절히 보호될 필요가 있다.

본 발명은 케이스(400)에 대한 보호수단으로, 케이스(400)의 외면에 구비되는 보호막을 도입하였다. 구체적으로, 도 8을 참조하면, 본 발명은 케이스(400)의 외면에 소정 간격으로 구비되는 다공층(G1), 이 다공층(G1) 상부에 구비되는 발열층(G2) 및 다공층(G1), 발열층(G2)을 포함하여 커버(54)의 외면을 덮는 보호층(G3)을 포함하는 보호막(G)을 더 포함할 수 있음을 특징으로 한다.

구체적으로, 다공층(G1)은 보호막(G)에 완충성을 부가하는 구성으로, 발포폴리스티렌 100 중량부 대비, 안티모니 트리옥사이드(Sb2O3) 5 중량부, 멜라민 폴리포스페이트 7 중량부 및 팽창 흑연 10 중량부를 포함한다.

각 조성물 별로, 발포폴리스티렌(Expanded Polystyrene)은 난연성에 취약하다는 단점이 있지만 단열성능이 뛰어나고 제조단가가 저렴하다는 장점 때문에 사용되었다. 다공층(G1)의 각 조성물은 발포스트렌의 100중량부를 기준으로 결정된다.

그리고 안티모니 트리옥사이드(Sb2O3)는 휘안석으로부터 취득되는 금속산화물로, 기타 난연재에 비해 우수한 난연성을 갖는다는 장점에 사용되었다. 이러한 안티모니 트리옥사이드는 발포스티렌 100 중량부 대비, 5 중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 이를 초과하여 사용되는 경우 연소 시에 발생하는 라디칼 화합물이 인체에 유해할 수 있고, 상대적으로 고가인 이유로 경제성이 저하된다.

그리고 멜라민 폴리포스페이트(Melamine Polyphosphate)는 폴리인산화??물의 일종으로, 유리도막을 형성하여 산소접근을 차단하는 기능을 위해 첨가된다. 반복 실험 결과, 유리도막의 적정 두께 형성을 위한 최적의 사용량은 발포스티렌 100 중량부 대비, 7 중량부가 포함되는 것이다.

그리고 팽창 흑연(Expanded Graphite)은 연소 시 탄화물을 생성함으로써 난연 기능을 부가하는 흑연화합물로서 첨가되며, 바람직한 사용량은 10 중량부가 포함되는 것인데, 반복 실험 결과 상기한 멜라민 폴리포스페이트와의 중량 비율이 0.7 : 1로 사용될 때 난연 효과가 최대로 발현되었으며, 이 결과 10 중량부가 포함되는 것이 바람직하다는 결론을 내렸다.

상기 다공층(G1)은 상기 구성들을 물을 용매로 하여 분산시킨 후 소정의 경화 작업을 거쳐 제조된다. 여기에서, 다공층(G1)의 경화에 관한 사항은 본 발명의 범위를 벗어나는 것으로 기 공지된 기술 및 통상의 기술자의 일반 상식을 따르는 것으로 한다.

다음으로, 발열층(G2)은 다공층(G1)의 상부에 구비되어, 태양광을 받아 자체 발열하여 상기한 다공층(G1)과 보호층(G3) 간의 융화와 혼련이 자체적으로 이루질 수 있도록 하기 위해 부가되며, 상온에서는 이 혼련 시간이 24시간 이상으로 길기 때문에, 약 40 ~ 60℃의 온도 조건을 제공하여 혼련 시간을 30분 이내로 단축시키기 위해 구비되는 구성이다. 이러한 발열층(G2)은 테트라클로로금(Ⅲ)산 100 중량부 대비, 이산화망간 5 중량부 및 실리카겔 3 중량부를 포함한다.

각 조성물 별로, 테트라클로로금(Ⅲ)산(HAuCl4)은 금을 왕수(王水)에 녹이거나 염화금(Ⅲ)을 염산에 용해시켜 취득하는 담황색의 결정으로, 입경에 따라 발열 효율이 다르기 때문에 평균 입경이 15 ~ 30nm인 것이 사용되는 것이 바람직하다. 발열층(G2)을 구성하는 이하의 조성물은 테트라클로로금(Ⅲ)산 100 중량부를 기준으로 결정된다.

그리고 이산화망간(MnO2)은 망간과 상소가 결합한 화합물로, 발열층(G2)의 분산을 용이하게 하고 태양광 파장의 활용 영역을 최적화하기 위해 첨가되며, 티타늄, 크롬, 니켈, 구리 등 4주기의 전이금속 중 원적외선 영역에서의 복사율 및 복사에너지 효율이 좋아 채택되었다. 이러한 이산화망간은 산소 존재 하에서 약 1000℃로 소결시켜 제조되며, 입경이 작을수록 유도 가열 효과가 증대되므로 평균 입경이 10 ~ 100nm인 것이 사용되는 것이 바람직하고, 그 사용량은 반복 실험 결과 최적의 열전도 효율을 보였던 5 중량부인 것이 바람직하다.

그리고 실리카겔(Silica Gel)은 발열층(G2)의 발열 효과를 지속시키고 발열 포화 시간을 단축시키기 위해 첨가되며, 반복 실험 결과 3 중량부가 포함될 때 최적의 발열 효율을 보이는 것으로 확인되었다.

상기 발열층(G2)은 테트라클로로금(Ⅲ)산 수용액을 약 100℃에서 10분간 가열한 후에 소량의 구연산을 첨가하여 수용액 상태로 만든 다음, 이에 상기 배합 비율로 이산화망간 및 실리카겔을 혼합 및 분산시킨 후, 소정의 건조 과정을 거쳐 제조된다. 여기에서, 건조 과정에 대한 구체적인 내용은 기 공지된 기술 및 통상의 기술자의 일반 상식을 따르는 것으로 한다.

다음으로, 보호층(G3)은 보호막(G)의 기본 구성으로, 상기한 다공층(G1)과 발열층(G2)을 포함한 보호 부위 전체를 덮어서 보호한다. 이러한 보호층(G3)은 테트라에톡시실란 5 중량%와 메틸트리에톡시실란 5 중량%와 잔량의 물을 포함하는 실리카 결합수 100 중량부 대비, 포졸란 10 중량부, 계면활성제 3 중량부, 벤토나이트 1 중량부, 하이드록시에틸아크릴레이트 40 중량부 및 에틸렌디아민테트라아세테이트 3 중량부를 포함한다.

각 구성 별로, 실리카 결합수는 포졸란의 지오 폴리머 반응을 위해 첨가되며, 다량의 실리카(SiO)가 함유된 것이 좋다. 이러한 실리카 결합수는 결합수 전체 중량 대비, 테트라에톡시실란(TEOS) 5 중량%와 메틸트리에톡시실란(MTES) 5 중량%와 잔량의 물을 포함하는데, 테트라에톡시실란은 실리카 분자의 안정된 네트워크 구조를 형성하며, 메틸트리에톡시실란은 네트워크의 유연성을 증가시킨다. 테트라에톡시실란이 상기 조성비 미만으로 첨가되는 경우 보호층(G3)의 경도 저하가 발생하고, 상기 조성비를 초과하여 첨가되는 경우 실리카 전구체 함량이 높아져 건조 시의 크랙 발생 우려가 있다. 또한 메틸트리에톡시실란이 상기 조성비 미만으로 사용되는 경우 유연성이 저하되며, 상기 조성비를 초과하여 사용되는 경우 보호층(G3)의 경도가 저하된다. 보호층(G3)을 구성하는 이하의 조성물은 실리카 결합수 100 중량부를 기준으로 한다.

그리고 포졸란은 지오 폴리머 반응의 주요한 결합재로서, 화산재 등과 같은 천연 포졸란, 슬래그 미분말, 플라이 애쉬, 실리카 흄 등과 같은 인공 포졸란 중 어느 것이 선택되어도 무방하다. 이러한 포졸란은 10 중량부가 사용되는 것이 바람직하며, 너무 과도하지 않는다는 것을 전제할 때 상기 조성비를 초과하여도 무방하나, 상기 조성비 미만인 경우에는 강도 발현이 어렵다는 문제가 발생한다.

그리고 계면활성제는 작업성 개선을 위해 첨가되고, 벤토나이트는 탈락 방지를 위한 점탄성 조절제로서 첨가되어 요변제의 기능을 수행한다. 이러한 계면활성제와 벤토나이트는 공지된 기술 및 일반 상식을 참고하여 시판되는 제품을 상기 조성비로 첨가되면 족하다. 상기 조성비를 벗어나는 경우, 흐름성이 기준치에 과도하거나 또는 미달되게 된다.

그리고 하이드록시에틸아크릴레이트(Hydroxyethylacrylate)는 부착증진제로서 첨가되며, 특히 경화성이 뛰어나다는 장점이 있어 채용되었다. 반복 실험 결과, 바람직한 사용량은 40 중량부이며, 상기 조성비 미만으로 사용되는 경우 부착 증진 효과 발현이 미미하며, 상기 조성비를 초과하여 사용되는 경우 휘발도가 높아지고 독성이 강해진다.

그리고 에틸렌디아민테트라아세테이트(Ehtylenediaminetetracetate)는 흡착강화제로서 첨가되며, 보호막(G)의 초기 시공 시의 흡착력을 강화하여 결과적으로 부착력을 향상시킨다. 반복 실험 결과, 최적의 흡착 강화 효과를 발현하는 사용량은 3중량부로 확인되었다.

상기 보호층(G3)은 상기 구성들을 교반기에 투입하여 혼합 및 교반한 다음, 소정의 건조 및 경화 과정을 거쳐 제조된다.

상기 보호막(G)의 시공에 관한 실시예로, 시험용 블록에 다공층(G1), 발열층(G2) 및 보호층(G3) 순으로 구비한 다음, 태양광이 조사되는 환경 하에 1시간동안 방치하여 혼련 과정을 거치고, 경화시켜 보호막(G)을 형성하였다. 이 보호막(G)에 크로스-컷(cross-cut) 시험, 스크래칭 시험, 화염 분사를 통한 연소 시험, 물 분사를 통한 내부 침습도 시험을 수행한 결과, 박리율은 1% 미만이었으며, 파손율은 5% 미만이었고, 다공층(G1)의 연소가 발생하지 않았으며, 내부 침습이 검출되지 않았다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명한 본 발명은 통상의 기술자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

유체 히팅 장치: 1
히터: 100
열전도체: 200
와인딩 시작부: 210
와인딩부: 220
와인딩 종료부: 230
나사산: M
나사골: V
열전도체의 외경: d1
절개 나사산: CM
절개 나사골: CV
중공: 210
유체관: 300
코일부: 310
코일부의 폭 방향 외경: d2
유입부: 320
유출부: 330
미세홈: FF
케이스: 400
덮개: 410
통공: 411
내측통공: 411a
외측통공: 411b
몸체: 420
제2열전도체: 500
미세통콩: FH

Claims (4)

1. 히터;
   상기 히터를 수용하는 중공을 포함하는 제1열전도체;
   상기 제1열전도체를 감싸도록 구성되고 상기 제1열전도체의 외면에 코일형상으로 감기는 코일부, 상기 코일부의 일단에 구비된 유입부 및 상기 코일부의 타단에 구비된 유출부를 포함하는 유체관; 및
   상기 유체관을 수용하는 수용부를 포함하는 케이스;
   를 포함하고,
   상기 제1열전도체는,
   일단에 구비되고 절개 나사산 및 절개 나사골로 구성되는 와인딩 시작부,
   상기 제1열전도체의 길이 방향을 따라 구비되고, 나사산 및 상기 코일부를 수용하는 나사골을 포함하는 와인딩부 및
   타단에 구비되고 절개 나사산 및 절개 나사골로 구성되는 와인딩 종료부를 포함하고,
   상기 나사산을 양단으로 하는 상기 제1열전도체의 외경이 상기 코일부의 폭 방향 외경보다 크게 형성되고,
   상기 히터는 코일형상으로 형성되고,
   상기 케이스 내측에 수용되는 제2열전도체를 포함하되, 상기 히터는 상기 제2열전도체를 감싸고,
   상기 제1열전도체 및 상기 제2열전도체는 알루미늄으로 형성되고,
   상기 케이스는 상기 제1열전도체가 관통하는 관통공이 형성되는 기둥 형상의 몸체, 상기 수용부를 형성하도록 상기 관통공을 밀폐하는 덮개를 포함하고,
   상기 덮개는 통공을 포함하고, 상기 통공은 상기 유입부 및 상기 유출부가 각각 관통하는 외측통공 및 히터의 일부가 관통하는 내측통공을 포함하고,
   상기 내측통공은 상기 덮개에서 편심되게 형성되고,
   상기 제1열전도체는 상기 케이스의 수용부에 수용된 상태에서 상기 덮개와 인접한 부분에서 상기 제1열전도체의 길이 방향과 평행한 방향으로 함몰된 미세홈을 포함하고, 상기 케이스는 상기 미세홈에 상응하는 위치에 미세통공이 형성되고,
   상기 케이스의 외측에 구비되어 유체관의 온도를 측정하는 감지부를 포함하고, 상기 감지부는 바이메탈을 포함하고 외형이 상기 케이스의 외측면에 대응하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 히팅 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 기재된 유체 히팅 장치의 제조방법에 있어서,
   상기 제1열전도체의 외면에 상기 유체관을 결합시키는 단계;
   상기 제1열전도체의 중공에 상기 히터를 삽입하는 단계;
   상기 유입부 및 유출부가 상기 케이스의 통공 외측으로 노출되도록 상기 제1열전도체를 상기 케이스에 내장하는 단계; 및
   상기 유입부 및 유출부의 단부 각각에 상기 통공의 직경보다 큰 조인트부재를 연결하는 단계;
   를 포함하는 유체 히팅 장치 제조 방법.

Images