KR102363738B1 - 이탈방지기능과 방수기능을 갖는 선택발열형 카트리지히터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 간단한 구조에 의해 발열용량을 선택적으로 조절하여 사용할 수 있을 뿐만 아니라 히터 자체의 구조적인 견고함에 의해 이탈방지기능과 방수기능을 갖는 선택발열형 카트리지히터에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 일단에 인입구(12)가 형성되고, 타단이 막힌 일정 길이의 관형태로 된 금속재질의 발열봉(11)과; 상기 발열봉(11) 내에 내장되는 절연재질의 보빈(20,21,22)과; 상기 보빈(20,21,22) 상에 각각 일정 영역으로 권선되어 상호 독립적으로 발열 가능하도록 된 복수개의 발열선(30,31,32) 및 상기 각 발열선(30,31,32)에 일체로 연장 형성되거나 통전 가능하게 연결되어 상기 인입구(12)를 통해 외부로 연장되는 리드선(34,35,36)과; 상기 발열봉(11)의 인입구(12) 측에 내장되어 수분이 침투되는 것을 막도록 된 방수부재(40)를 포함하는 이탈방지기능과 방수기능을 갖는 선택발열형 카트리지히터가 제공된다.

Description

이탈방지기능과 방수기능을 갖는 선택발열형 카트리지히터{Selectable heating type cartridge heater with separating prevention and waterproof function}

본 발명은 이탈방지기능과 방수기능을 갖는 선택발열형 카트리지히터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단한 구조에 의해 발열용량을 선택적으로 조절하여 사용할 수 있을 뿐만 아니라 히터 자체의 구조적인 견고함에 의해 이탈방지기능과 방수기능을 갖는 선택발열형 카트리지히터에 관한 것이다.

일반적으로 카트리지히터는 피가열체인 금속이나 열판 등에 구멍을 뚫어 삽입하여 사용하는 봉형태로 된 소형히터로, 각종 금형이나 진공챔버에 장착되어 액체가열이나 용기가열 또는 비닐 등을 접착하는 데에 사용되거나 또는 절단기나 의료기구 등과 같은 용도로 다양하게 사용되는 것이다.

이러한 카트리지히터는 대개 금속재질의 발열봉 내에 세라믹 등으로 된 보빈 상에 니크롬선과 같은 발열선을 권선하여 내장하고, 발열봉의 인입구를 통해 발열선을 인출하여 외부에서 전원을 인가함에 따라 발열선의 전기저항에 의해 발열이 가능하도록 된 것으로, 장치 자체가 소형임에도 불구하고 100~900도 정도로 발열이 가능할 뿐만 아니라 장치 자체의 열화나 그에 따른 저항변화가 적어 수명이 길다는 점 등에서 장점이 있는 것이다.

그런데 이러한 종래의 카트리지히터는 정해진 발열용량으로 제작됨으로 인해, 다양한 범위의 발열량을 선택적으로 발열할 수 있는 구조가 아니라는 점에서 사용상의 불편함이 따를 수 있는 것으로, 이는 소정의 발열량을 내기 위해 복수개의 히터를 설치해야 함에 따른 설치상의 번거로움이 따를 수 있을 뿐만 아니라 필요에 따라 발열량을 조절해야 하는 경우에도 히터의 전원을 부분적으로 오프하는 등의 컨트롤상의 번거로움이나 그에 따른 발열의 불균일 등을 초래할 수 있는 것이다.

또한 종래의 카트리지히터는 설치환경에 따라 발생되는 수증기가 발열봉의 인입구를 통해 내부로 침투될 우려가 있을 뿐만 아니라 이로 인해 장치의 손상될 수 있는 것으로, 일부에서는 발열봉의 인입구 측을 실리콘 등과 같은 방수부재를 도포하여 장치를 제작한 것이 있는데, 이러한 경우에도 시간의 경과에 따라 방수부재의 열화에 의한 누수 등이 발생될 수 있을 뿐만 아니라 방수물질 자체나 발열봉의 구조적인 결함으로 인해 발열봉으로부터 방수부재가 이탈될 우려가 있는 것이다.

한국 등록특허공보 제10-0229219호(1999. 08. 14)

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 간단한 구조에 의해 발열용량을 선택적으로 조절하여 사용상의 편리함을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 히터 자체의 구조적인 견고함에 의해 방수재료와 같은 각 구성을 원위치시킨 상태로 유지하여 장치의 기능저하나 손상 등을 방지할 수 있도록 된 이탈방지기능과 방수기능을 갖는 선택발열형 카트리지히터를 제공하는 것이다.

본 발명의 특징에 따르면, 일단에 인입구(12)가 형성되고, 타단이 막힌 일정 길이로 연장되는 일자형의 관형태로 된 금속재질의 발열봉(11)과;

상기 발열봉(11) 내에 일렬로 내장되는 절연재질의 보빈(20,21,22)과;

상기 보빈(20,21,22) 상에 각각 일정 영역으로 권선되어 상호 독립적으로 발열 가능하도록 된 복수개의 발열선(30,31,32) 및 상기 각 발열선(30,31,32)에 일체로 연장 형성되거나 통전 가능하게 연결되어 상기 인입구(12)를 통해 외부로 연장되는 리드선(34,35,36)과;

상기 발열봉(11)의 인입구(12) 측에 내장되어 수분이 침투되는 것을 막도록 된 방수부재(40)를 포함하며;

상기 각 발열선(30,31,32)은 개별적으로 또는 동시에 발열 가능하여 발열량을 선택적으로 조절하여 사용하도록 된 것을 특징으로 하는 이탈방지기능과 방수기능을 갖는 선택발열형 카트리지히터가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 방수부재(40)는 상기 인입구(12) 측에 가압 밀착되어 상기 발열봉(11)의 내부로 수분이 유입되는 것을 방지하도록 된 테프론패킹(41)과;

상기 테프론패킹(41)의 내측에 위치되어 상기 발열봉(11)의 내벽면에 이격 가능한 직경으로 구비되되, 상기 리드선(34,35,36)이 관통되도록 설치되어 상기 리드선(34,35,36) 측으로 수증기가 침투를 방지하도록 표면이 방수처리된 코팅보빈(42)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이탈방지기능과 방수기능을 갖는 선택발열형 카트리지히터가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 발열봉(11)은 상기 방수부재(40)가 외부로 이탈되는 것을 방지하도록 상기 인입구(12) 단부의 직경이 축소되는 밴딩부(13)가 형성된 것을 특징으로 하는 이탈방지기능과 방수기능을 갖는 선택발열형 카트리지히터가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 각 발열선(30,31,32)은 복수개가 일직선상으로 연결된 상태에서 동시에 발열 가능하도록 전원을 인가할 때에, 양단에 위치되는 발열선(30,32)에 비해 중간부분에 위치된 다른 발열선(31)에 공급되는 전기공급량을 상대적으로 적게 하여 발열봉(11)을 전체적으로 균일하게 가열하도록 된 것을 특징으로 하는 이탈방지기능과 방수기능을 갖는 선택발열형 카트리지히터가 제공된다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 복수개의 발열선(30,31,32)이 상호 독립적으로 발열 가능하도록 구비됨에 따라, 각 발열선(30,31,32)을 개별적으로 또는 동시에 발열시켜 발열량을 선택적으로 조절하여 사용상의 편리함을 제공함과 동시에 하나의 장치에 의해 다양한 발열용량으로 구비되어 장치의 설치개수를 줄이거나 설치작업 자체의 편리함을 제공할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 발열봉(11)의 인입구(12) 측에 방수부재(40)가 구비됨에 따라, 인입구(12)를 통해 발열봉(11) 내부로 수분이 유입되는 것을 차단할 뿐만 아니라 발열봉(11) 내부에 이격된 코팅보빈(42)을 관통하여 리드선(34,35,36)이 설치되어 온도차에 의해 발열봉(11) 내부에서 응축된 수증기 등에 의해 리드선(34,35,36) 상에 수분이 흡수되는 것을 차단하여 안전상의 위험이나 장치의 손상 등을 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 발열봉의 인입구(12) 측에 밴딩부(13)가 형성됨에 따라, 발열봉(11) 내부에 구비된 방수부재(40)가 외부로 이탈되는 것을 방지하여 장치의 구성이 견고하게 정위치됨에 따른 방수기능의 저하나 장치의 손상 등을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 복수개의 발열선(30,31,32)을 동시에 발열시키는 경우에, 양단에 위치되는 발열선(30,32)에 비해 중간부분에 있는 발열선(31)에 상대적으로 적게 전력을 공급하여 전기저항에 의한 온도나 열의 중심쏠림현상에 따른 온도의 불균형을 해소하여 발열봉(11)이 전체적으로 균일하게 가열되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예를 도시한 사시도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 단면도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 작동상태도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다른 작동상태도
도 5는 도 4의 비교시험에 따른 열화상 예시도
도 6은 도 4의 비교시험에 따른 비교표와 그래프

상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 카트리지히터(10)는 일정 길이로 된 발열봉(11) 상에 복수개의 리드선(34,35,36)이 연장 형성된 것으로, 이러한 리드선(34,35,36)을 통해 외부에서 전원을 인가함에 따라 전기저항에 의한 열이 스테인리스 스틸과 같은 금속재질로 된 발열봉(11)에 전도되어 열이 발생되는 구조인데, 이러한 본 발명에 대한 세부적인 구성을 도 2에 의해 설명하면 다음과 같다.

도 2의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 발열봉(11)은 일단에 인입구(12)가 형성되고, 타단이 막힌 일정 길이와 직경으로 된 일자형의 관형태로 구비된 것으로, 이 발열봉(11) 내에는 세라믹과 같은 절연재질로 된 보빈(20,21,22)이 일정 간격을 두고 일직선상으로 배치되도록 내장되고, 이 보빈(20,21,22) 상에 전기저항에 의해 발열 가능하도록 된 발열선(30,31,32)이 권선되는데, 상기 발열선(30,31,32)은 보빈(20,21,22) 상에 일정 영역으로 권선되어 각각 독립적으로 발열 가능한 제1 내지 제3 발열선(30,31,32)으로 구비된 것이다.

여기에서, 상기 보빈(20,21,22)은 하나로 구비되어 상기 제1 내지 제3 발열선(30,31,32)을 일정 영역으로 구분하여 전체적으로 권선하거나 상기 제1 내지 제3 발열선(30.31,32)을 개별적으로 권선하도록 제1 발열선(30)이 권선되는 제1 보빈(20)과 이 제1 보빈(20)에 나란하게 위치되어 제2 발열선(31)이 권선되는 제2 보빈(21) 및 상기 제3 발열선(32)이 권선되는 제3 보빈(22)으로 구비될 수 있는 것이다.

또한 상기 각 발열선(30,31,32)은 리드선(34,35,36)에 연결되어 발열봉(11)의 외부로 연장되는데, 상기 리드선(34,35,36)은 상기 각 보빈(20,21,22)을 관통하여 설치되고, 상기 발열봉(11)의 인입구(12) 측에는 방수부재(40)가 구비되어 외부에서 습기가 침투되거나 내부에서 응축된 수증기 등으로부터 장치를 보호하도록 구비되는데, 이 방수부재(40)는 발열봉(11)의 인입구(12) 측을 막아 외부에서 물이 침투되는 것을 방지하도록 된 테프론패킹(41)과 이 테프론패킹(41)의 내측에 리드선(34,35,36)이 통과되도록 된 코팅보빈(42)을 포함하여 구성된 것이다.

여기에서, 상기 테프론패킹(41)은 일정 두께로 형성되어 상기 인입구(12) 상에 내장된 상태에서 발열봉(11) 자체를 가압하여 상호 밀착되도록 제작될 수 있는 것으로, 제작과정에서는 상기 발열봉(11)의 끝부분을 절곡하여 밴딩부(13)를 형성함에 따라 상기 인입구(12) 단부의 직경이 축소되어 테프론패킹(41)이 외부로 빠지는 것을 방지하여 견고한 결합상태를 유지할 수 있게 된다.

또한 상기 코팅보빈(42)은 마그네시아 등으로 제작하여 그 표면을 방수코팅한 것으로, 이 코팅보빈(42)은 상기 발열봉(11)의 내경에 비해 상대적으로 작은 직경으로 된 단관체 형태로 제작되어 발열봉(11)의 내벽면으로부터 이격된 상태로 위치되는데, 이에 의해서는 발열봉(11)의 가열전후나 외부환경 등에 따른 온도차에 의해 발열봉(11) 내부에서 공기가 응축되어 발생되는 수증기가 리드선(34,35,36) 측으로 수분이 흡수되는 것을 방지하게 된다.

또한 상기 코팅보빈(42)의 내측에는 상기 보빈(20,21,22)과의 사이에 백운모 등으로 된 단열블록(50)이 장착되어 발열과정에 인입구(12) 측으로 열이 배출되는 것을 차단하여 상기 테프론패킹(41)의 열변형 등을 방지하고, 상기 리드선(34,35,36)에는 상기 인입구(12)로부터 외부에 이르도록 테프론 재질 등으로 된 방수피복(51)이 커버될 수 있는 것이다.

한편, 본 발명의 카트리지히터(10)는 전술된 바와 같은 제1 내지 제3 발열선(30,31,32)이 상호 독립적으로 발열되거나 동시에 발열 가능하여 다양한 발열용량으로 선택하여 사용할 수 있을 뿐만 아니라 발열량의 조절이 용이하여 사용상의 편리함을 제공할 수 있는데, 이를 도 3에 의해 설명하면 다음과 같다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 각 발열선(30,31,32)은 각 보빈(20,21,22) 상에 개별적으로 권선되고, 상기 리드선(34,35,36)은 각 발열선(30,31,32)에 개별적으로 연결되는 제1 내지 제3 리드선(34,35,36)으로 구성되며, 추가적으로 상기 각 발열선(30,31,32)에 공통적으로 연결되는 공용선(33)이 리드선(34,35,36)에 유사하게 연장 형성되게 된다.

예를 들면, 상기 각 발열선(30,31,32)의 발열용량(또는 전력용량)이 100W라면, 상기 공용선(33)과 제1 리드선 내지 제3 리드선(34,35,36) 중의 어느 하나를 연결하면 각각 100W의 발열용량을 나타내고, 상기 공용선(33)과 제1 내지 제3 리드선(34,35,36) 중의 어느 두개를 연결하면, 200W의 발열용량을 나타내며, 공용선(33)과 제1 내지 제3 리드선(34,35,36)을 모두 연결하면 300W의 발열용량을 나타낼 수 있는데, 이를 수식화하여 간단하게 나타내면 다음과 같다.

COM+A,COM+B,COM+C=100W

COM+A+B,COM+B+C,COM+A+C=200W

COM+A+B+C=300W

이에 따르면, 본 발명은 전술된 바와 같은 제1 내지 제3 발열선(30,31,32)이 상호 독립적으로 발열되거나 동시에 발열 가능함에 따라, 어느 하나의 발열선(30,31,32)에 결선이 발생되거나 고장이 발생되더라도 용이하게 대체 가능할 뿐만 아니라 하나의 발열봉(11)에 의해 다양한 발열용량이 가능하여 설치개수를 줄이거나 설치작업 상의 편리함을 제공할 수 있게 된다.

여기에서, 상기 각 발열선(30,31,32)은 발열봉(11) 내에 간격을 두고 일렬 배치되는 보빈(20,21,22)에 감긴 상태로 복수개가 일직선상으로 연결되어 리드선(34,35,36)에 동시에 전원을 인가하여 전체적으로 발열되는 경우에 전기적인 저항특성에 따른 간섭에 의해 중간에 위치된 발열선(31) 측으로 열쏠림현상이 발생되어 발열봉(11)의 길이중간 부분의 온도가 양단에 비해 상대적으로 높아질 수 있는데, 이를 해결하기 위한 구성을 도 4 내지 도 6에 의해 설명하면 다음과 같다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 각 발열선(30,31,32)을 동시에 가열하는 경우에 전술된 바와 같은 열쏠림현상을 방지하기 위한 양단에 위치된 발열선(30,32) 상에 인가되는 전기 인가량을 100W로 한다면 중간에 위치된 다른 발열선(31) 상에 대략 70W 정도로 감소된 전기량을 인가하게 되고, 필요에 따라서 상기 각 발열선(30,31,32)의 발열상태나 가열온도 등을 온도센서에 의해 감지하도록 구비하여 전원을 온오프 제어함에 따라 발열봉(11)을 전체적으로 균일하게 가열시킬 수 있게 된다.

이는 본 발명의 경우에 단일의 발열선으로 구비되는 것이 아니라 복수개의 발열선(30,31,32)이 일직선상으로 배치되어 개별적인 전원공급과 가열이 가능하도로 구비됨에 따라, 양단에 위치된 발열선(30,32)에 비해 중간부분에 위치된 다른 발열선(31)만을 별도로 저전력으로 전원을 공급할 수 있을 뿐만 아니라 이로 인해 발열봉(11)을 전체적으로 균일하게 가열하여 장치의 작동신뢰성을 높일 수 있도록 제작이 가능한 것이다.

이러한 열쏠림현상에 따른 발열봉(11)의 가열상태 등을 도 5와 도 6에 의해 설명하면, 도 5와 같이 본 발명과 기존의 히터를 열화상 카메라로 직접 촬영한 열분포도를 확인한 결과 통상의 기존히터는 발열봉의 전장에 걸쳐 발열상태가 불균일할 뿐만 아니라 중간부분에서 온도가 상대적으로 높음을 확인할 수 있는 반면에, 본 발명의 경우에는 전술된 바와 같이 중간에 위치되는 발열선(31)을 상대적으로 적게 발열시킴에 따라 발열봉(11)의 전장에 걸쳐 균일한 발열상태와 온도를 유지하는 것을 확인할 수 있고, 이는 도 6의(a)와 (b)에 나타낸 비교표와 그래프에서도 기존히터는 양단의 온도가 180도 전후임에 비해 중간부분의 온도가 거의 200도에 가깝게 도달해 온도편차가 상대적으로 큰 것임을 알 수 있고, 이에 비해 본 발명은 양단과 중간에 걸쳐 거의 1~3도 정도의 차이를 보일 정도로 균일한 온도분포를 나타냄을 확인할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

10: 카트리지히터 11: 발열봉
12: 인입구 13: 밴딩부
20,21,22: 보빈 30,31,32: 발열선
33: 공용선 34,35,36: 리드선
40: 방수부재 41: 테프론패킹
42: 코팅보빈

Claims (4)

1. 일단에 인입구(12)가 형성되고, 타단이 막힌 일정 길이로 연장되는 일자형의 관형태로 된 금속재질의 발열봉(11)과;
   상기 발열봉(11) 내에 일렬로 내장되는 절연재질의 보빈(20,21,22)과;
   상기 보빈(20,21,22) 상에 각각 일정 영역으로 권선되어 개별적으로 또는 동시에 발열 가능하도록 구비되어 발열량을 선택적으로 조절할 수 있도록 된 복수개의 발열선(30,31,32)과;
   상기 각 발열선(30,31,32)에 일체로 연장 형성되거나 통전 가능하게 연결되어 상기 인입구(12)를 통해 외부로 연장되는 리드선(34,35,36)과;
   상기 발열봉(11)의 인입구(12) 측에 내장되어 수분이 침투되는 것을 막도록 된 방수부재(40)를 포함하며;
   상기 방수부재(40)는 상기 인입구(12) 측에 가압 밀착되어 상기 발열봉(11)의 내부로 수분이 유입되는 것을 방지하도록 된 테프론패킹(41)과;
   상기 테프론패킹(41)의 내측에 위치되어 상기 발열봉(11)의 내벽면에 이격 가능한 직경으로 구비되되, 상기 리드선(34,35,36)이 관통되도록 설치되어 상기 리드선(34,35,36) 측으로 수증기가 침투를 방지하도록 표면이 방수처리된 코팅보빈(42)과;
   상기 보빈(22)과 코팅보빈(42) 사이에 개재되어 발열과정에서 상기 인입구(12) 측으로 열이 배출되는 것을 차단하여 상기 테프론패킹(41)의 열변형을 방지하도록 된 단열블록(50)을 포함하여 구성되고;
   상기 발열봉(11)은 상기 방수부재(40)가 외부로 이탈되는 것을 방지하도록 상기 발열봉(11)의 일단부를 직접적으로 절곡시켜 상기 인입구(12) 단부의 직경이 축소된 밴딩부(13)가 형성된 것을 특징으로 하는 이탈방지기능과 방수기능을 갖는 선택발열형 카트리지히터.
   
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4. 제1항에 있어서, 상기 각 발열선(30,31,32)은 복수개가 일직선상으로 연결된 상태에서 동시에 발열 가능하도록 전원을 인가할 때에, 양단에 위치되는 발열선(30,32)에 비해 중간부분에 위치된 다른 발열선(31)에 공급되는 전기공급량을 상대적으로 적게 하여 발열봉(11)을 전체적으로 균일하게 가열하도록 된 것을 특징으로 하는 이탈방지기능과 방수기능을 갖는 선택발열형 카트리지히터.

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