KR102276520B1 - 발열체용 지지 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지지 부재와 베이스 부재를 포함하는 발열체의 지지를 위한 지지 시스템에 관한 것이다. 지지 부재는 실질적으로 높이 방향으로 연장되어 있는 주 연장 방향을 갖고 근위 및 원위 단부를 가지며, 근위 단부는 발열체를 지지하도록 구성된다. 베이스 부재는 적어도 하나의 힌지를 통해 지지 부재의 원위 부분에 연결되며, 원위 부분은 근위 단부로부터 멀리 배치된다. 지지 부재는 실질적으로 고정된 방향에 평행하게 배향되는 회전 축을 중심으로 베이스 부재에 대하여 피벗가능하다.

Description

발열체용 지지 시스템{SUPPORTING SYSTEM FOR A HEATING ELEMENT}

본 발명은 발열체의 지지를 위한 지지 시스템 및 적어도 하나의 발열체를 포함하는 가열 시스템에 관한 것이다.

저항 발열체를 포함하는 노(furnace) 또는 전열기(electric heater)는 통상적으로 알려져 있고 서로 다른 산업에서 다양한 용도로 사용되고 있다. 이와 관련하여 발열 필라멘트(heating filament)라고도 알려져 있는 전기전도성 발열체를 통해 전류가 인가될 때 열이 발생하고, 전기 저항으로 인해 전기 에너지는 열로 방출된다. 전형적으로 발열체는 가열할 물품이나 재료에 매우 가까이 위치된다. 예를 들어 반도체 재료의 가공에 있어서, 예를 들어 화합물 반도체의 에피택셜 성장(epitaxial growth)을 위해, 사용되는 MOCVD(metal organic chemical vapor deposition (금속 유기 화학 기상 증착)) 기술용 반응기와 같은 다양한 용도의 히터 시스템은, 예를 들면 약 800℃가 넘는, 상당히 높은 온도에서 작동되어야 할 필요가 있는데, 이는 발열체 조립체의 구성과 재료에 있어 도전을 제기한다. 특히 고온이 필요한 용도의 경우 발열체는 빈번하게 (고가이고 원하는 기하학적 형상으로 제조하기 어려운) 세라믹 재료로 제조되거나, 텅스텐(tungsten), 몰리브덴(molybdenum), 레늄(rhenium), 탄탈(tantalum), 니오븀(niobium) 등 또는 이들의 합금과 같은 내화금속을 포함한다.

고온 가열 시스템의 설계시 대처해야 하는 주요 이슈 중 하나는 발열체의 열적으로 유도되는 주기적인 팽창 및 수축이다. 소정의 용도, 특히 MOCVD 반응기 용도에서는 발열체의 정밀한 위치조정이 중요한데, 이는 또한 가열 시스템의 작동 사이클 중에 제어된 방법으로 유지되어야 한다. 발열체를 올바르게 위치시키고 소정 위치에서 유지되도록 하기 위해서 단자(terminal)와 같은 통상적으로 서로 다른 종류의 기계적 지지 구조를 사용하고 있다. 예를 들면 반응기 내부에서 MOCVD 공정 중에 발열체가 1000 내지 2200℃까지 가열될 때에 발열체는 크게 팽창되고 단자에 의해 고정 위치에 있게 될 때에 발열체의 재료 내에서는 큰 기계적 응력이 발생한다. 이러한 기계적 응력으로 인해 소성 변형이 제어되지 않게 되거나 발열체가 열화 또는 심지어는 파괴되어 발열체의 수명이 감소할 수 있다. 변형이 제어되지 않으면 발열체와 가열 시스템의 다른 부품 또는 다른 발열체와의 사이에서 또는 발열체 자체 내에서 접촉이 일어날 심각한 우려가 있고 그 결과 단락(short circuit)이 일어날 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 발열체의 변형은 국소 전기 저항률에 영향을 주므로, 소성 변형은, 균일하거나 아니면 정밀하게 제어된 온도 변화형태(temperature profile)가 중요한, 화합물 반도체의 에픽택셜 성장 공정과 같이 고온 적용이 요구될 때 특히 유리하지 않을 수 있다. 내화금속을 포함하는 발열체에서 이러한 상황은 가장 큰 문제가 되는데, 왜냐하면 이들 금속의 내크리프성의 강도가 온도에 따라 감소하고 1200 내지 1400℃보다 높은 온도에서 실질적으로 떨어지기 때문이다. 이들 온도보다 높은 온도에서는 작은 응력도, 발열체가 냉각될 때 유지되는, 원치 않는 소성 변형을 일으킬 수 있다.

고정 단자를 이용하여 문제점을 극복하기 위해서, 몇몇 바람직한 방향으로 발열체의 팽창을 허용하도록 구성된, 연성 부재(flexible element)를 구비한 다양한 시스템이 고안되었다. 일부 이러한 공지 단자들은, 예를 들면 발열체와 단자 간 연결 위치의 이동을 가능하게 하는 U자형 형상을 가진, 서로 다른 종류의 스프링을 포함하고 있다. U자형 형상을 가진 이러한 스프링은 발열체 내부에서 열적으로 유도된 응력을 어느 정도 감소시키는 성과가 있지만, 이들의 특성은 실제로는 완전한 확신을 주지 못하고 있는데, 왜냐하면 발열체 자체가 2 이상의 방향으로 연장될 수 있고, 발열체들이 서로 또는 가열 시스템의 다른 부품들과의 전기접촉으로 인해, 여전히 단락 위험이 있기 때문이다.

US7645342에는 복수 개의 연장된 핀 개구부를 포함하는 발열체로서 상기 핀 개구부를 통해 핀이 관통 삽입되어 면내 고정되는 발열체를 제시하고 있다. 상기 핀 개구부의 크기와 기하학적 형상은 일정한 온도 범위에서 발열체가 수평 방향으로 팽창할 수 있도록 구성되어 있다. 그러나 실제 적용시, 특히 1500℃가 넘는 고온에서, 여러 문제가 일어난다. 이러한 높은 온도에서는 발열체와 접촉하고 보통 내화금속으로 제조되는 핀이 확산을 통해 발열체에 결합하는 경향이 있어 이들이 수평방향으로 자유로이 이동하는 것을 방해하는 것으로 밝혀졌다. 그 결과, 가열시 기계적 응력이 생겨, 발열체의 형상을 소성 변형시킨다.

상술한 바에 따르면, 산업계에서 발열체용, 특히 1600℃가 넘는 온도에서 작동하는 고온 히터에서 사용할 수 있는 발열체용, 지지 시스템이 요구되고 있다. 이에 본 발명의 목적은, 발열체 내부에서 열적으로 유도된 응력이 작동 중에 감소하고 발열체 및 가열 시스템이 고온용으로 특히 적합한, 히터 내 발열체용 지지 시스템 및 이러한 지지 시스템을 포함하는 가열 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 발열체 지지용 지지 시스템은 발열체를 지지하도록 구성되어 있는 지지 부재를 포함한다. 그러한 지지 부재는 바람직하게는 고정되어 있고 길게 연장된 형상을 가지며 주 연장 방향을 갖고 실질적으로 높이 방향으로 연장되어 있다. 바람직하게는 주 연장 방향은 높이 방향에 대하여 정확히 평행하거나 ≤ 10°의 각을 이루고 있으나, 지지 부재는 엄밀하게 직선형 구성을 가질 필요는 없다.

높이 방향은 발열체가 배향 위치에서 지지 부재에 장착되는 국소 영역에서 발열체의 연장면에 수직인 것으로 정의될 수 있다. 바람직하게는 발열체는 만곡형의 주 연장 방향을 갖고, 연장면을 한정하는 평면 구성으로 배치된다. 지지 부재에 이르는 발열체의 부품이 실질적으로 직선인 구성을 갖는 경우, 높이 방향은 발열체의 전체 기하구조에 의해 규정될 수 있다.

본 발명에 따르면, 지지 부재는 2개의 단부인 근위 단부(proximal end)와 원위 단부(distal end)를 갖고 있다. 근위 단부는 발열체 쪽으로 향하고 있으며, 발열체의 지지를 위한 지지부를 구비하고 있다. 원위 단부는 근위 단부로부터 멀리 배치되어 있고, 적어도 하나의 힌지(hinge)를 통해 베이스 부재(base member)가 연결되는 원위 부분(distal portion)을 갖고 있다. 바람직하게는, 지지 부재와 베이스 부재는 정확히 하나의 힌지를 통해 피벗(pivot)식으로 연결된다. 베이스 부재는 발열체를 포함하는 히터 하우징(heater housing) 또는 가열 시스템 내에서 베이스(base)에, 예를 들어 베이스 플레이트(base plate)에, 고정될 수 있다. 본 발명에 따르면 지지 부재와 베이스 부재는 2개의 암(arm)을 형성하며, 그것들은 함께 힌지로 연결되어서, 실질적으로 고정된 방향에 평행하게 배향된 축을 중심으로, 지지 부재가 베이스 부재에 대하여 피벗가능하다. 이에 따라, 지지 부재는 이동가능한 방향으로 이동가능하며, 이러한 이동가능한 방향은 높이 방향에 실질적으로 수직인 방향에 의해 규정된다 (그 각도는 75-105° 범위 내인 것이 바람직하다). 지지 부재의 이동은 실질적으로 고정된 방향으로 제한되며, 그것은 이동가능한 방향에 수직이고 높이 방향에 수직이다. 따라서, 힌지는 발열체에 열적 연장(thermal extension) 중에 이동가능한 방향을 따라 이동할 가능성을 제공하면서, 발열체가 실질적으로 고정된 방향으로 변위하는 것을 실질적으로 방해한다.

발열체의 가열 공정 중에 발열체는 그 치수를 팽창하려 하고, 지지 시스템이 가열 시스템의 베이스에 고정되는 곳에서 기초 부재(basis member)와 발열체 사이에 상대적인 이동이 불가능해진 경우에는 불규칙적인 변형을 야기하는 열적 유도된 응력이 생성될 것이다. 이러한 본 발명 구성에 의해, 발열체의 열적으로 유도된 변위가 제어된 방법으로 안내되고, 단 하나의 단일 방향으로, 특히 이동가능한 방향 또는 높이 방향, 각각으로, 실질적으로 감소되는 것이 달성될 수 있다. 이는 발열체의 재료 내부에서 열적으로 유도된 기계적 응력과 이에 따른 소성 변형의 위험이 감소하는 가능성으로 이어진다.

지지 부재의 회전 축이 지지 부재의 질량의 중심과 일치하지 않고 회전 축이, 중력으로 인해 지지 부재상에 회전 모멘트가 형성되어서 바람직한 팽창 방향으로 발열체상에 힘을 유발하도록, 배치되는 경우가 유리하다. 바람직하게는, 회전 축은 높이 방향 및/또는 이동가능한 방향을 따라 지지 부재의 질량의 중심으로부터 이격되어 배치된다. 또한, 이동가능한 방향으로 지지 시스템에 의해 가해지는 힘이 작동 온도에서 발열체 재료의 한계 크리프 응력(limiting creep stress)을 초과하지 않는 경우가 유리하다.

본 발명의 유리한 실시형태에 따르면, 베이스 부재는 적어도 부분적으로 원위 부분으로부터 높이 방향으로 근위 단부 쪽으로 연장되어 있다. 또 다른 유리한 실시형태에서 베이스 부재는 수평으로 배치될 수 있다. 바람직하게는, 베이스 부재와 지지 부재는 발열체가 가열되지 않은 상태에 있을 때 상온에서 정렬된다. 또한, 바람직한 실시형태에서 베이스 부재 및/또는 지지 부재의 주 연장 방향은 높이 방향에 실질적으로 평행하다. 따라서, 그것은 발열체 구성에 의해 이격되는 평면에 실질적으로 수직이다. 이렇게 함으로써, 한편으로는 높이가 비교적 작은 매우 콤팩트한 구조를 갖고 다른 한편으로는 고온에서, 특히 1600℃를 넘는 온도에서, 여전히 작동될 수 있는, 가열 시스템이 실현될 수 있다. 지지 부재의 연장되는 길쭉한 형상으로 인해, 특히 지지 부재가, 물과 같은 액체에 의해 전형적으로 냉각되는, 가열 시스템의 바닥 표면에 인접하여 배치되는 경우, 지지 부재의 근위 및 원위 단부 사이에서 결과적으로 상당한 온도 차이가 달성될 수 있다.

또한, 바람직한 실시형태에서 베이스 부재와 힌지는 발열체와 베이스 부재 사이에 배치될 수 있는 열차폐 시스템(heat shield system)을 통해 열로부터 보호된다. 따라서, 베이스 부재와 힌지는 상당히 더 낮은 온도에 있으며, 그 온도에서 재료는 응력을 더 적게 받는다.

지지 부재는 완전한 재료(full material)로 제조될 필요는 없고, 바람직한 실시형태에서 지지 부재는 2개 이상의 바(bar) 또는 시트(sheet)를 포함하며, 그것들은 실질적으로 평행한 방향으로 배치되고 원위 부분에서 베이스 부재에 피벗식으로 연결된다. 바 또는 시트들은, 예를 들어, 바 또는 시트들 사이에 배치되고 나사 등으로 고정되는 분리기 요소(슬리브(sleeve))들을 통해, 서로 기계적으로 연결된다. 이렇게 함으로써, 한편으로는 더 적은 재료를 필요로 하고 다른 한편으로는 바람직하지 않은 비틀림(twisting) 또는 굽힘(bending)에 대하여 충분히 강화된, 지지 부재를 위한 구성이 실현될 수 있다.

본 발명 지지 시스템은 발열체의 기계적 지지만을 제공할 수 있거나, 또는 전력을 발열체에 공급하는 전기 공급과 기계적 지지 둘 모두를 위해 구성될 수 있다.

또한, 재료 구성과 관련하여, 특히 지지 부재 및/또는 베이스 부재 및/또는 힌지의 구성요소와 같은, 본 발명 지지 시스템의 부품들은 적어도 90 중량％의 내화 금속을 포함할 수 있다. 특히, 그러한 내화 금속은 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀, 탄탈, 레늄 및 이들의 합금 중에서 선택된다. 재료에 대한 하나의 예는 텅스텐 또는 텅스텐의 합금(적어도 90 중량％의 텅스텐)이며, 예를 들어 텅스텐 외에 소량의 규산 칼륨(potassium silicate)을 포함하는 진공 금속화된 텅스텐 합금이다. 재료에 대한 추가적인 예는 몰리브덴 또는 몰리브덴의 합금(적어도 95 중량％의 몰리브덴)이다.

기계적 지지만을 제공하는 지지 시스템은, 가열 시스템의 하우징에 대하여 각각 고정되는, 베이스에 대하여 전기적으로 절연될 필요가 있다. 특히, 전기적 절연은 알루미나(Al₂O₃) 또는 질화붕소(BN) 또는 질화 알루미늄(AlN) 또는 질화규소 알루미나(SiAlON)와 같은 세라믹 재료 등에 의해 제공될 수 있다. 세라믹 재료의 분해 또는 증발을 방지하기 위해서, 지지 시스템은 전기 절연 부품들 쪽으로 계면에서의 온도가 약 1500-1600℃의 온도를 초과하지 않도록 구성되어야 한다.

당업자들은 지지 부재에 발열체를 연결하는 수많은 방법이 있다는 것을 인식할 것이다. 이들 방법은 연선(twisted wire), 클램핑(clamping), 용접(welding), 나사결합(screwing), 볼트결합(bolting) 등을 포함한다. 추가로 전기접촉을 제공하는 지지 시스템의 경우에, 선택되는 방법은, 지지 부재와 발열체 사이에 적절한 전기접속을 이루기 위해서, 지지 부재와 발열체 사이에서 충분한 표면접촉을 확보해야 한다.

본 발명은 적어도 하나의 발열체와 적어도 하나의 본 발명에 따른 지지 시스템을 포함하는 가열 시스템을 또한 포함한다. 특히 그러한 가열 시스템은 MOCVD 반응기에서 히터로서 사용될 수 있도록 구성될 수 있다.

본 발명의 가열 시스템은 각각의 발열체가, 발열체에 전원 공급을 위해 구성되고 발열체의 양단부에 위치되는, 2개의 지지 시스템을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 전원 공급 지지 시스템은 특히 발열체의 기계적 지지용으로 구성되기도 한다. 또한, 발열체의 2개의 단부에 대해 전원 공급을 위한 2개의 지지 시스템 사이에 위치되어 특히 발열체의 기계적 지지 만을 위한, 본 발명에 따른 추가 지지 시스템이 가능하다.

본 발명에 따르면, 하나의 발열체의 서로 다른 지지 시스템 각각의 이동가능한 방향은 공통의 중심점으로부터 시작되되 상기 중심점은 특히 발열체의 연장면에 있도록 선택될 수 있다. 다시 말해서, 하나의 발열체의 서로 다른 지지 시스템을 조정하기 위해서, 공통의 중심점은 발열체의 연장면 내로 한정되는 것이 바람직하다. 이 중심점으로부터 상기 지지 시스템 각각은, 그 각각의 이동가능한 방향이 중심점으로부터 반경 방향 바깥쪽으로 배향되도록, 정렬된다.

대부분의 알려진 통상적인 가열 시스템에서와 같이, 발열체 또는 복수의 발열체의 배치구조가 평면 구성으로 배치되는 것이 유리하다. 특히 MOCVD 반응기의 경우에, 그 다양한 예들이 US7645342에 기재되어 있으며, 이 문헌은 참고로서 포함된다. 유리한 실시형태에 있어서, 발열체는 실질적으로 원형 구성을 가지며, 그것은 어느 지점에서 단절되어서 발열체의 제1 및 제2 단부가 사이에 작은 단절부를 한정한다. 제1 및 제2 단부에서 발열체는 전원에 전기적으로 연결된다. 바람직한 일 실시형태에 있어서, 전기접촉을 제공하는 지지 시스템은 경성의 고정된 연결로서 실현된다. 바람직하게는, 발열체의 2개의 단부 사이의 거리는 가능한 한 가까운데, 물론 작동 중에 전기적 단락이 일어나지 못하도록 충분히 이격되어야 한다. 이러한 실시형태의 경우, 중심점이 발열체의 (단절된) 원형 구성의 2개의 단부 사이에서 기하학적 중점과 일치하거나 그것에 가까운 것이 유리하다. 이에 따라, 지지 시스템의 이동가능한 방향은 (실질적으로) 원형인 발열체의 2개의 단부에 가까운 지점에서부터 반경 방향 바깥쪽으로 배향된다.

또한, 본 발명의 가열 시스템은, 지지 부재의 회전 축이 지지 부재의 질량의 중심에 맞게 정렬되지 않고 지지 부재상으로의 결과적인 회전 모멘트가 발열체의 바람직한 팽창 방향으로, 즉 지지 부재의 이동가능한 방향으로 아크(arc)를 따라, 발열체상에 힘을 유발하는 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명이 실질적으로 원형인 연장부를 가진 가열 시스템용으로 사용되는 경우, 지지 시스템이 바깥쪽으로, 즉 - 중심점으로부터 - 반경 방향으로, 작은 힘을 제공하는 것이 유리하다. 발열체의 소성 변형을 막기 위해, 지지 시스템에 의해 가해지는 힘은, 발열체의 재료 특성이 저하되는 작동 온도에서도, 발열체 재료의 한계 크리프 응력을 초과하지 않는 것이 바람직하다.

유리한 실시형태에 있어서, 가열 시스템은 발열체 아래에 배치되는 하나 또는 복수의 열 차폐부를 포함하는 열 차폐 시스템을 포함한다. 바람직한 실시형태에 있어서 지지 부재는 열 차폐 시스템 내의 개구부를 통해 연장되어 있다. 반면에 베이스 부재와 힌지는 열 차폐 배치구조 아래에 배치되고 그에 따라 방사열로부터 보호될 것이다.

위에 제시되어 있는 본 발명의 실시형태들은 서로 자유롭게 조합될 수 있다. 새로운 실시형태를 형성하기 위해 다수의 실시형태들이 조합될 수 있다.

본 발명에 의하면, 발열체 내부에서 열적으로 유도된 응력이 작동 중에 감소하고 발열체 및 가열 시스템이 고온용으로 특히 적합한, 히터 내 발열체용 지지 시스템 및 이러한 지지 시스템을 포함하는 가열 시스템이 제공된다.

본 발명은 첨부도면을 참고하여 더욱 논의된다.
도 1은 본 발명에 따른 지지 시스템의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 가열 시스템의 제1 실시형태의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 가열 시스템의 제2 실시형태의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 4는 도 3의 가열 시스템의 평면도를 개략적으로 도시한다.

도 1에서의 실시형태에 따른 지지 시스템(100)은 원위 단부(112) 및 근위 단부(113)를 갖는 길게 연장된 고정 지지 부재(111)를 포함한다. 고정 지지 부재(111)의 상부에는 발열체가 장착되며(미도시) 그 연장부가 연장면을 규정한다. 지지 부재(111)의 주 연장부는 발열체의 연장면에 수직인 높이 방향(z)으로 연장되어 있다. 지지 시스템은, 예를 들어 나사 또는 그 외 다른 종류의 기계적 고정부에 의해 지지판(미도시)에 고정되는, 베이스 부재(121)를 더 포함한다. 지지 부재(111)와 베이스 부재(121)는, 이 특정 실시형태에서 볼트, 돌출 핀 등으로 실현되는, 힌지(131)를 통해 피벗식으로 연결되며, 그 회전 축(132)은 높이 방향(z) 및 이동가능한 방향(x)에 직각인 실질적인 고정 방향(y)으로 배향된다. 저마찰(low friction)을 제공하기 위해 힌지는 알루미나(Al₂O₃) 또는 사파이어 같은 경질 세라믹 재료로 제조될 수 있으며, 동시에 그것은 전기 절연을 제공한다.

회전 축(132)은 지지 부재의 질량의 중심과 이격되어 배치되며 (이 특정 실시형태에서 회전 축은 지지 부재의 원위 단부에 가까운 원위 부분에 배치되어 있다) 지지 부재(111)의 주 연장 방향에 대하여 비대칭으로 위치되어서 지지 부재의 중량으로 인해 지지 부재 상으로 회전 모멘트가 형성될 것이다. 이는 발열체의 바람직한 바깥쪽으로 향하는 팽창의 방향으로 발열체상에 힘을 유발한다.

이러한 실시형태에서 지지 부재는, 실질적으로 평행한 방향으로 배치되며 원위 부분에서 베이스 부재에 힌지로 연결되는, 2개의 바(111a, 111b)로 실현된다. 이들 바는, 이들 바 사이에 배치되고 나사 등으로 고정되는, 슬리브(114)를 통해 서로 기계적으로 부착된다. 바람직하게는, 슬리브가 회전 축(132)에 반대 방향으로 지지 부재(111)의 주 연장 방향에 대해 비대칭으로 배치되어서, 슬리브의 추가적인 중량이 바람직한 팽창 방향으로의 회전 모멘트로 이어진다. 이러한 구조는 발열체가 고정 방향(y)으로 변위되는 것을 실질적으로 방해한다. 가열 공정 동안 발열체의 치수는 증가하며, 원형 구성으로 배치되는 경우 - 이러한 상황의 평면도가 도 4에 도시된다 - 발열체는 반경 방향 바깥쪽으로 이동하려는 경향이 있다. 발열체 내부에서 열적으로 유도되는 응력을 감소시키기 위해, 본 발명에 따른 지지 시스템(100)은 발열체에 열 팽창 동안 베이스 부재(121)에 대하여 이동할 가능성을 제공한다. 지지 부재(111)의 근위 단부는 이동가능한 방향(x)으로 아크를 따라 이동에 의해 베이스 부재(121)에 대하여 변위된다.

이러한 특정 실시형태에서 지지 부재(111)는 연장된 선형 물체로서 실현되지만, 일반적으로 지지 부재(111)는 직선 구성일 필요가 없으며 높이 방향(z)에 평행하게 배치될 필요도 없다. 그러나, 발열체가 이동가능한 방향(x)으로 자유롭게 이동할 수 있는 것은 보장되어야 한다.

이러한 특정 실시형태에서 지지 부재의 근위 단부 쪽으로 높이 방향으로 적어도 부분적으로 연장되어 있는 베이스 부재의 배치는 지지 시스템의 극히 콤팩트한 구조를 가능하게 해서, 알려진 종래 구성에 비해 가열 시스템의 바닥 표면과 발열체 사이에 필요한 높이가 상당히 작아진다.

도 2는, 가열 시스템의 온도 변화형태의 더 나은 제어가 달성되도록 개별적으로 제어가능한 2개의 발열체(150, 151)를 포함하는, 본 발명에 따른 예시적인 가열 시스템을 도시한다. 발열체(150, 151) 각각은 2개의 고정된 경성의 지지 시스템(200, 201) 위에서 각각 그 단부에 장착된다. 발열체 단부에서의 이들 고정된 지지 시스템(200, 201)은 발열체에 전력을 공급하기 위해 구성된다. 단절된 원형 구성을 갖는 바깥쪽 발열체(150)는 힌지(131)를 통해 연결된 베이스 부재(121)와 지지 부재(111)를 포함하는 도 1에 따른 연성 지지 시스템(100)에 의해 추가로 기계적으로 지지된다. 예를 들어 힌지가 전기 절연 재료로 제조되는 경우, 지지 시스템(100)은 기계적 지지만을 위해 구성되며 그것이 장착되는 베이스에 대해 전기적으로 절연될 필요가 있다. 하나 또는 적층된 층의 열 차폐부를 포함하는 열 차폐 시스템(160)이 설치되는 경우가 유리하다. 열 차폐부는 서로 가까이 위치되며, 1-5 ㎜ 분리가 통상적이다. 그것들은 스페이서 부재에 의해 원하는 위치에 유지된다. 전원 공급을 위한 고정된 경성의 지지 시스템(200, 201) 및 기계적 지지 시스템(100)의 지지 부재는 열 차폐부 내의 개구부를 통해 연장되어 있다.

도 3은, 2개의 고정된 경성의 지지 시스템(200) 위에서 각각 그 단부에 장착되는 단절된 원형 구성을 갖는 발열체(150)을 포함하는, 예시적인 가열 시스템의 또 다른 실시형태를 도시한다. 발열체 단부에서의 이들 고정된 지지 시스템(200)은 발열체에 전력을 제공한다. 필라멘트의 단부들 사이의 거리는 가열 시스템의 작동 중 전기 단락을 유발하지 않으면서 가능한 한 짧게 유지된다. 발열체의 기계적 지지를 위해, 힌지를 포함하는 수 개의 연성 지지 시스템(100)이 제공되며, 그것들은 그것들이 장착되는 베이스에 대하여 전기적으로 절연된다. 명확성의 이유로 열 차폐 시스템은 도 3에 도시되지 않는다.

도 4는 도 3의 가열 시스템의 평면도를 도시하며 지지 시스템(100)의 이동가능한 방향(x)의 배향을 도시한다. 이러한 실시형태에서 상이한 지지 시스템(100)들의 각각의 이동가능한 방향은 발열체의 (단절된) 원형 구성의 2개의 단부들 사이에서의 기하학적 중점에서부터 시작되며 발열체의 연장 평면 내에서 반경 방향 바깥쪽으로 배향된다.

본 발명이 이러한 특정 실시형태에 제한되지는 않으며, 가열 시스템에 대해 지지 시스템의 소정의 상이한 실시형태들이 채용될 수 있으며, 지지 시스템의 다른 조합들이 가능하다는 것은 쉽게 이해될 것이다. 특히 전기 공급 지지 시스템(200)은 힌지를 포함하는 연성 지지 시스템에 의해 실현될 수 있다.

Claims (12)

1. 발열체(150, 151)의 지지를 위한 지지 시스템(100)으로서,
   실질적으로 높이 방향으로 연장되어 있는 주 연장 방향을 갖고 근위 단부(113) 및 원위 단부(112)를 가지며, 상기 근위 단부(113)는 발열체(150, 151)를 지지하도록 구성되는, 지지 부재(111), 및
   지지 부재(111)의 원위 부분에 적어도 하나의 힌지(131)를 통해 연결되며, 상기 원위 부분은 근위 단부(113)로부터 멀리 배치되는, 베이스 부재(121),
   를 포함하되, 상기 지지 부재(111)는 실질적으로 고정된 방향에 평행하게 배향된 회전 축(132)을 중심으로 베이스 부재(121)에 대하여 피벗가능한 지지 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전 축(132)은 지지 부재의 질량의 중심으로부터 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 지지 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 회전 축(132)은 높이 방향 및 이동가능한 방향을 따라 지지 부재의 질량의 중심으로부터 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 지지 시스템.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 베이스 부재는 적어도 부분적으로 원위 부분으로부터 높이 방향으로 근위 단부(113) 쪽으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 지지 시스템.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 지지 부재(111)는 실질적으로 평행한 방향으로 배치되는 2 이상의 바(111a, 111b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 시스템.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   지지 부재 및 베이스 부재의 재료는 적어도 90 중량％의 내화 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 내화 금속은 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈, 레늄, 니오븀 및 이들의 합금 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 지지 시스템.
8. 제1항 또는 제2항에 따른 적어도 하나의 지지 시스템(100)과 적어도 하나의 발열체(150, 151)를 포함하는, 가열 시스템.
9. 제8항에 있어서,
   지지 시스템(100)은 상이한 지지 시스템(100)의 각각의 이동가능한 방향이 공통의 중심점으로부터 시작되도록 배향되는 것을 특징으로 하는 가열 시스템.
10. 제8항에 있어서,
    가열 시스템은, 발열체(150, 151) 아래에 그리고 힌지(131)와 베이스 부재(121) 위에 배치되고 지지 시스템(100)의 지지 부재가 통과하여 연장될 수 있는 개구부를 구비하는, 열 차폐 시스템(160)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 시스템.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 회전 축(132)은 높이 방향 또는 이동가능한 방향을 따라 지지 부재의 질량의 중심으로부터 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 지지 시스템.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    지지 부재 또는 베이스 부재의 재료는 적어도 90 중량％의 내화 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 시스템.

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