KR102360121B1 - 질소가스 가열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질소가스 가열장치에 관한 것으로, 차폐구조를 갖고 일단과 타단에 제각기 주입구와 배출구가 형성된 케이스와, 상기 주입구와 배출구를 연결한 상태로 상기 케이스의 내부에 마련되고 질소가스를 안내하는 배관과, 상기 배관과 접촉하여 열 에너지를 배관에 전달하는 PTC 발열체 및 상기 케이스의 내부로 인입되어 상기 PTC 발열체에 전류를 공급하는 전원선을 포함하는 것을 특징으로 하는 질소가스 가열장치가 개시된다.

Description

질소가스 가열장치{Nitrogen gas heating device}

본 발명은 질소가스 가열장치에 관한 것으로, 질소가스를 안내하는 배관의 둘레에 PTC 발열체를 마련하여 온도조절기 및 온도센서 등과 같은 배관을 가열하기 위한 열원의 온도 제어를 위한 요소를 제거하여 제조비용을 절감하고 장치를 소형화 시키는 질소가스 가열장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자는 반도체 기판 상부에 반도체막, 도전막 또는 절연막을 형성하고, 이러한 다양한 종류의 막들을 반도체 소자의 설계 구조에 따라 식각 및 증착 공정이 반복되어 제조된다.

이러한 반도체 소자를 제조하는 공정에서는 공정상의 반응을 일으키거나 퍼지를 위해서 질소가스가 사용되며, 일단 사용된 질소가스는 진공펌프에 의해 외부로 배출된다.

이때, 진공펌프를 통하여 외부로 배출되는 질소가스는 반도체 소자의 제조공정에서 발생된 다량의 화학생성물을 포함하고 있다. 이러한 화학생성물은 가스상의 물질 뿐만 아니라 파우더(powder)나 액체상의 물질로도 이루어진다.

이러한 파우더나 액체상의 물질로 이루어진 화학생성물의 경우 배출되는 도중 배관의 벽면에 점착되어 배관이 막히게 되고, 배관이 막히게 되면 반도체 소자 제조설비들이 과열되어 고장의 원인이 될 수 있다.

따라서, 이러한 문제점을 극복하기 위하여 배관의 전체를 열선으로 감싸는 고정저항방식의 질소가스 가열장치가 보편적으로 사용되고 있다. 하지만 고정저항방식의 질소가스 가열장치는 전체 배관을 열선으로 감싸야하기 때문에 설치비용이 과다하게 발생하고, 불필요한 전력낭비를 가져오며 열선의 과열로 인해 화재의 발생 위험이 있을 뿐만 아니라 온도조절기를 설치하기 위한 별도의 공간이 필요하다.

즉, 종래와 같은 고정저항방식의 질소가스 가열장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 질소가스가 공급되는 배관(10)의 둘레를 따라 열선(20)이 권선되고 이러한 열선이 권선된 다수의 배관(10)은 케이스(30)의 내부에 설치된다.

또한, 열선(20)은 케이스(30)의 외부에 설치된 온도조절기(40)와 전기적으로 연결되며 케이스(30)의 특정 영역에 온도센서(50)가 설치되어 케이스 내부의 온도를 추정하여 온도조절기(40)를 통해 열선(20)에 공급되는 전류를 제어하여 질소가스의 배출 온도를 제어하게 된다.

이렇게 배관(10)을 따라 외부로 배출되는 질소가스를 가열하는 고정저항방식의 가열장치는 열선(20)에 공급되는 전류를 제어하기 위한 온도조절기(40) 및 온도센서(50)를 설치하기 위한 별도의 공간이 마련되어야 하기 때문에 질소가스 가열장치의 소형화에 어려움이 있고 온도조절(40)기 및 온도센서(50)의 설치에 따른 비용이 발생하는 문제가 있다.

KR 20-0273939 B (2002.04.27)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반도체 소자를 제조하는 공정에서 사용되는 질소가스를 가열할 때 열선을 사용하지 않고 PTC 발열체를 이용하여 가열함으로써 별도의 온도조절기 및 온도센서가 불필요한 질소가스 가열장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상으로는, 차폐구조를 갖고 일단과 타단에 제각기 주입구와 배출구가 형성된 케이스와, 상기 주입구와 배출구를 연결한 상태로 상기 케이스의 내부에 마련되고 질소가스를 안내하는 배관과, 상기 배관과 접촉하여 열 에너지를 배관에 전달하는 PTC 발열체 및 상기 케이스의 내부로 인입되어 상기 PTC 발열체에 전류를 공급하는 전원선을 포함하는 것을 특징으로 하는 질소가스 가열장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 배관은 상기 케이스의 내부에 지그재그 형태로 마련되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 PTC 발열체는 상기 지그재그 형태로 마련된 배관의 사이마다 설치되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 PTC 발열체는 블록의 형상을 갖고 상기 배관이 PTC 발열체를 관통하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 PTC 발열체는 좌우반체로 이루어져 상기 배관의 외면과 접촉하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 좌우반체로 이루어진 PTC 발열체는 서로 마주하는 면에 상기 배관이 안치되는 홈이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 배관은 외면에 상기 PTC 발열체를 향해 돌출된 방열핀이 형성되고, 상기 PTC 발열체는 상기 방열핀이 삽입되는 삽입홈이 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 PTC 발열체는 유연성 피복재의 일면에 도포되고, 상기 유연성 피복재의 일면이 상기 배관을 따라 나선형으로 권선되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 케이스의 내부에 지그재그 형태로 마련된 배관 중 상기 PTC 발열체를 벗어난 굴곡진 부분의 배관이 열선에 권선되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 질소가스 가열장치에 의하면, 배관을 따라 흐르는 질소가스를 일정 온도로 가열하기 위한 열원으로 PTC 발열체가 사용되어 온도조절기 및 온도센서가 불필요하여 제조비용을 절감하고 장치를 소형화 시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 배관과 PTC 발열체의 접촉 면적을 극대화시켜 질소가스를 신속하게 온도로 가열시킬 수 있다.

도 1은 종래의 질소가스 가열장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 질소가스 가열장치를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 질소가스 가열장치를 나타낸 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 질소가스 가열장치 중 PTC 발열체의 다른 실시예를 나타낸 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 질소가스 가열장치 중 PTC 발열체의 또 다른 실시예를 나타낸 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 질소가스 가열장치 중 배관의 다른 실시예를 나타낸 측단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 질소가스 가열장치 중 PTC 발열체의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 질소가스 가열장치를 나타낸 단면도이고, 도 3은 도 2의 질소가스 가열장치를 나타낸 측면도이다.

도면을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 질소가스 가열장치는 내부에 공간이 형성된 케이스(100), 상기 케이스(100)의 내부에 마련되고 질소가스를 안내하는 배관(200), 상기 배관(200)을 가열하는 PTC 발열체(300), 상기 PTC 발열체(300)에 전류를 공급하는 전원선(400)으로 구성된다.

특히, 본 발명에 따른 질소가스 가열장치는 배관(200)을 따라 흐르는 질소가스를 일정 온도로 가열하기 위한 열원으로 PTC 발열체(300)가 사용되어 온도조절기 및 온도센서가 불필요하여 질소가스 가열장치의 제조비용을 낮출 수 있고 소형화 시킬 수 있다.

부연하자면, 케이스(100)는 질소가스가 흐르는 배관(200)을 외부와 격리시켜 보호할 수 있도록 박스의 형태를 갖는 차폐구조로 이루어지는데, 일단과 타단에 제각기 주입구(110)와 배출구(120)가 형성되어 케이스(100) 외부에서 공급된 질소가스가 케이스(100)의 내부에 마련된 배관(200)을 거쳐 케이스(100)의 외부로 배출된다.

이때, 케이스(100)의 일단과 타단에 제각기 형성된 주입구(110)와 배출구(120)에는 파이프 커넥터(140)가 구비되어 케이스(100) 외부의 배관과 케이스(100) 내부에 마련된 배관(200)의 연결을 쉽게 할 수 있다.

이렇게 질소가스를 안내하게 되는 배관(200)이 마련된 케이스(100)는 단열을 위해 케이스(100) 내측면에 단열재가 형성될 수 있으며, 케이스(100) 일측면에는 PTC 발열체(300)에 전류를 공급하기 위한 전원선(400)이 인입되는 전선구멍(130)이 형성되며, 상기 전선구멍(400)을 통해 케이스(100)의 내부로 인입된 전원선(400)은 PTC 발열체(300)와 전기적으로 연결되어 회로를 형성하게 된다.

그리고, 케이스(100) 내부에는 질소가스를 안내하기 위한 배관(200)이 마련되는데, 배관(200)의 선단과 기단은 제각기 케이스(100)의 일단과 타단에 형성된 주입구(110)와 배출구(120)를 연결하여 케이스(100) 외부로부터 공급된 질소가스가 케이스(100) 내부에 마련된 배관(200)을 관류한 후 케이스(100) 외부로 배출된다.

이때, 케이스(100) 내부에 마련된 배관(200)은 도 2에 도시된 바와 같이 지그재그의 형태를 갖도록 하여 케이스(100) 내부의 배관(200)을 따라 흐르는 질소가스의 관류 길이를 증가시켜 PTC 발열체(300)에서 전달되는 열 에너지에 최대한 많이 노출시키게 된다.

또한, 케이스(100) 내부에 마련되는 배관(200)은 바람직하게 알루미늄 등과 같은 열 전달이 우수한 재질로 이루어져 PTC 발열체(300)에서 방출되는 열 에너지가 배관(200)에 신속하게 전달되어 배관(200)을 따라 흐르는 질소가스를 신속하게 가열시키게 된다.

한편, 케이스(100)의 내부에 지그재그 형태로 마련된 배관(200)은 앞서 설명한 바와 같이 PTC 발열체(300)에서 방출되는 열 에너지를 전달받아 질소가스를 가열시키게 되는데, PTC 발열체(300)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 지그재그 형태로 마련된 배관(200)의 사이마다 설치된다. 즉, PTC 발열체(300)는 배관(200)의 상부와 하부에 위치하는 적층구조를 갖게 되어 열 에너지를 배관(200)으로 방출하게 된다.

이러한 PTC 발열체(300)는 폴리 스위치(Poly Switch)라고도 불리우며, 정온도 계수저항 특성을 가진 저항 소자를 말하는 것으로, 본 발명에 따른 PTC 발열체(300)는 특정 온도에 도달하면 그 저항치가 급격하게 증가하는 특성을 갖는다.

즉, PTC 발열체(300)에 전류가 흐르는 회로가 형성되면 회로에 흐르는 전류의 증가에 따라서 PTC 발열체(300)의 온도가 증가하게 되고, 전류가 한계치 이상으로 증가하면 PTC 발열체(300)의 온도가 특정 온도에 도달하게 되면서 저항이 급격하게 증가하여 전류의 흐름을 차단하여 과전류가 흐르는 것을 차단해 PTC 발열체(300)는 요구하는 온도 이상으로 발열하지 않도록 제어된다.

이와 같이 열원으로 PTC 발열체(300)를 사용하게 되면 온도조절기 및 온도센서가 불필요하여 질소가스 가열장치의 제조비용을 낮출 수 있고 소형화 시킬 수 있다.

한편, 상기와 같이 케이스(100) 내부에 마련된 배관(200)을 가열하기 위한 열원으로 사용되는 PTC 발열체(300)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 지그재그 형태로 마련된 배관(200)의 사이마다 설치된 적층 구조로 이루어질 수 있지만 PTC 발열체(300)가 블록의 형상을 갖고 배관(200)이 PTC 발열체(300)를 관통하는 구조로 이루어질 수 있다. 이를 도 4 내지 도 6에 의거하여 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 질소가스 가열장치 중 PTC 발열체의 다른 실시예를 나타낸 분해 사시도이다. 도면을 참조하여 설명하면, PTC 발열체(300)는 블록의 형상을 갖고 배관(200)이 PTC 발열체(300)를 관통하는 구조로 이루어져 배관(200)이 PTC 발열체(300)에 완전히 감쌓여 열 에너지를 보다 신속하게 배관(200)에 전달할 수 있다.

이러한 블록 형태를 갖는 PTC 발열체(300)는 배관(200)이 몰드에 인서트 된 후에 PTC 발열체의 원료가 소결되어 제조될 수 있으며, 이러한 구조에 의해 배관(200)이 PTC 발열체(300)에 완전히 감쌓여 열 에너지를 신속하게 배관에 전달할 수 있고 PTC 발열체(300)와 배관(200)이 일체화되어 취급이 편리하다.

한편, PTC 발열체(300)는 도 5에 도시된 바와 같이 좌우반체로 이루어져 배관(200)을 중심으로 양측에서 좌우반체로 이루어진 PTC 발열체(300)가 배관(200)을 감싸는 구조로 마련될 수 있다.

이와 같이 PTC 발열체(300)가 좌우반체로 이루어지는 것에 의해 배관(200)을 중심으로 양측에서 PTC 발열체(300)를 조립하는 것에 의해 배관(200) 및 PTC 발열체(300)의 조립이 용이하다.

이와 같이, PTC 발열체(300)가 좌우반체로 이루어질 때 배관(200)의 외면과 PTC 발열체(300)의 접촉 면적을 증가시킬 수 있게 좌우반체로 이루어진 PTC 발열체(300)는 서로 마주하는 면에 배관(200)이 안치되는 홈(310)이 형성된다.

또한, 경우에 따라서는 도 6에 도시된 바와 같이 배관(200)은 외면에 PTC 발열체(300)를 향해 돌출된 방열핀(210)이 형성되고, PTC 발열체(300)는 방열핀(210)이 삽입되는 삽입홈(320)이 형성되는 구조를 갖게 되어 배관(200)과 PTC 발열체(300)의 고정을 견고하게 할 수 있고, 배관(200)과 PTC 발열체(300)의 접촉 면적을 더욱 증가시켜 열 에너지의 전달을 보다 신속하게 할 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 질소가스 가열장치에 의하면 질소가스가 흐르는 배관(200)의 둘레에 PTC 발열체(300)가 마련되어 PTC 발열체(300)는 질소가스를 가열하기 위한 적정 온도 이상으로 발열하지 않아 온도조절기 및 온도센서가 필요하지 않아 질소가스 가열장치의 제조비용을 낮출 수 있고 소형화 시킬 수 있다.

한편, 본 발명은 앞서 설명한 실시예로 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 것도 본 발명의 기술적 사상에 속하는 것으로 보아야 한다.

예를 들어, 본 발명은 PTC 발열체(300)가 테이프의 형태로 배관(200)을 감싸거나 또는 PTC 발열체(300)와 열선이 동시에 사용되는 하이브리드 형태로 이루어질 수 있다. 이를 도 7 및 도 8에 의거하여 설명한다.

도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 질소가스 가열장치 중 PTC 발열체의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도이다. 도면을 참조하여 설명하면, PTC 발열체(300)는 유연성 피복재(330)의 일면에 도포되고, 상기 유연성 피복재(330)의 일면이 배관(200)을 따라 나선형으로 권선되는 구조로 이루어 질 수 있다.

이와 같이, PTC 발열체(300)가 테이프의 형태로 이루어져 배관(200)을 나선형으로 권선하는 것에 의해 PTC 발열체(300)를 배관(200)에 촘촘하게 감거나 느슨하게 감는 것에 의해 PTC 발열체(300)와 배관(200)의 접촉 면적을 조절할 수 있어 배관(200)의 가열 면적을 용이하게 조절할 수 있다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이 케이스(100)의 내부에 지그재그 형태로 마련된 배관(200) 중 PTC 발열체(300)를 벗어난 굴곡진 부분의 배관(200)이 열선(500)에 권선되는 하이브리드 구조로 이루어질 수 있다.

이처럼 PTC 발열체(300)를 벗어난 굴곡진 부분의 배관(200)에 열선(500)이 설치되는 것에 따라 케이스(100) 내부에 마련된 배관(200)의 전면적에 걸쳐 열 에너지를 배관에 전달할 수 있어 질소가스의 가열을 신속하게 할 수 있을 뿐만 아니라 PTC 발열체(300) 또는 열선(500) 중 어느 하나가 작동 불능이 되더라도 정상 작동하는 열원으로 배관(200)을 가열시킬 수 있어 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 배관(200)은 도 2의 원안에 도시된 바와 같이 질소가스가 안내되는 다수의 채널을 형성하여 주입구(110)를 통해 공급된 질소가스가 다수의 채널을 통해 배출구(120)로 안내되면서 PTC 발열체(300)에 의해 가열될 수 있다.

이렇게 배관(200)이 다수의 채널을 형성하게 되면 배관(200)과 질소가스의 접촉 면적이 증가하여 PTC 발열체(300)와 열교환이 더욱 원활하게 이루어져 질소가스를 신속하게 가열할 수 있다.

이러한 다수의 채널을 형성한 배관(200)은 도 2의 원안에 도시된 바와 같이 알루미늄의 재질로 이루어진 다수의 각관이 제각기 압출되어 일체로 형성되거나 또는 압출을 통해 다수의 채널을 갖도록 배관을 제조할 수 있다.

100 : 케이스 110 : 주입구
120 : 배출구 130 : 전선구멍
140 : 파이프 커넥터 200 : 배관
210 : 방열핀 300 : PTC 발열체
310 : 홈 320 : 삽입홈
330 : 유연성 피복재 400 : 전원선
500 : 열선

Claims (5)

1. 차폐구조를 갖고 일단과 타단에 제각기 주입구와 배출구가 형성된 케이스;
   상기 주입구와 배출구를 연결한 상태로 상기 케이스의 내부에 마련되고 질소가스를 안내하는 배관;
   상기 배관과 접촉하여 열 에너지를 배관에 전달하는 PTC 발열체; 및
   상기 케이스의 내부로 인입되어 상기 PTC 발열체에 전류를 공급하는 전원선;을 포함하며,
   상기 배관은 외면에 상기 PTC 발열체를 향해 돌출된 방열핀이 형성되고, 상기 PTC 발열체는 상기 방열핀이 삽입되는 삽입홈이 형성되며,
   상기 배관은 상기 케이스의 내부에 지그재그 형태로 마련되며, 상기 케이스의 내부에 지그재그 형태로 마련된 배관 중 상기 PTC 발열체를 벗어난 굴곡진 부분의 배관이 열선에 권선되는 것을 특징으로 하는 질소가스 가열장치.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 PTC 발열체는
   상기 지그재그 형태로 마련된 배관의 사이마다 설치되는 것을 특징으로 하는 질소가스 가열장치.
   
4. 청구항 1항 있어서,
   상기 PTC 발열체는 블록의 형상을 갖고 상기 배관이 PTC 발열체를 관통하는 것을 특징으로 하는 질소가스 가열장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 PTC 발열체는 좌우반체로 이루어져 상기 배관의 외면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 질소가스 가열장치.
   

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