KR102521165B1 - 자기 유도 볼 모듈 및 이에 의한 가열 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자기 유도 볼 모듈 및 이에 의한 가열 장치에 관한 것이다. 자기 볼 모듈은 수용 공간 또는 유동 공간이 형성되고, 적어도 둘레 면의 일부가 자성체 소재로 이루어진 유도 몸체(11); 및 유도 몸체(11)의 둘레 면 또는 내부에 배치되고, 열을 내부로 유동되는 기체에 전달하는 다수 개의 유도 볼(14_1 내지 14_N, 15_1 내지 15_M) 또는 가열 판을 포함한다.

Description

자기 유도 볼 모듈 및 이에 의한 가열 장치{A Magnetic Induction Ball Module and an Apparatus for Heating with the Same}
본 발명은 자기 유도 볼 모듈 및 이에 의한 가열 장치에 관한 것이고, 구체적으로 유도 볼이 와전류 유도가 가능한 유도 몸체의 내부에 배치되어 가열 효율이 향상되도록 하는 자기 유도 볼 모듈 및 이에 의한 가열 장치에 관한 것이다.
반도체 공정 후 배출되는 각종 부산물의 처리를 위한 스크러버(scrubber) 또는 트랩(trap)과 같은 처리 장치와 연결되는 도관은 처리 과정에서 가열될 필요가 있다. 이를 위하여 적절한 가열 장치가 사용될 필요가 있고, 예를 들어 히터 재킷과 같은 가열 수단이 사용될 수 있다. 그러나 이와 같은 가열 수단은 가열 효율이 낮으면서 예를 들어 가열을 위한 시간이 많이 소요된다는 단점을 가진다. 그러므로 이와 같은 단점을 보완할 수 있는 적절한 가열 수단이 만들어질 필요가 있다. 특허등록번호 10-1338970은 상하수도 관로와 같은 대형 관로 내부 녹 또는 코팅 층 제거 시스템에 대하여 개시한다. 또한 특허공개번호 10-2014-0118922는 파이프의 외부 표면을 가열 또는 코팅하거나, 파이프의 외부 표면의 가열과 코팅을 조합하여 행하는 장치와 방법에 대하여 개시한다. 다양한 산업 현장에서 가열 공정이 요구되고, 예를 들어 전자기 유도에 의하여 금속과 같은 전도체에 와전류(eddy current)를 유도하여 열을 발생시키는 유도 가열 공정이 다양한 산업 현장에서 이용되고 있다. 유도 가열 방식은 반응이 빠르면서 효율이 높고, 구조적으로 간단하지만 가열 대상이 자성체가 되어야 한다는 단점을 가진다. 또한 가열 대상에 따라 열이 효율적으로 발생되도록 설계가 되어야 한다. 이로 인하여 유도 가열은 산업 현장에 제한적으로 적용되고 있다. 그러므로 예를 들어 도관 가열 또는 스크러버(scrubber)의 가열과 같이 다양한 가열 공정에 적용될 수 있거나, 처리 공정의 효율을 향상시킬 수 있는 유도 가열 수단이 개발될 필요가 있다. 그러나 선행기술은 이와 같은 유도 가열 수단에 대하여 개시하지 않는다.
본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
특허문헌 1: 특허등록번호 10-1338970(수자원기술 주식회사, 2013.12.10. 공고) 대차 및 인덕션 원리를 이용한 관로 내부 녹, 코팅 제거 시스템 특허문헌 2: 특허공개번호 10-2014-0118922(인덕토썸 히팅 앤드 웰딩 리미티드, 2014.10.08. 공개) 파이프의 외부 표면에 대한 전기 유도 가열 및 코팅
본 발명의 목적은 내부에 자기 유도의 효과를 상승시키는 유도 볼을 포함하여 자기 유도에 의한 가열 효율이 향상되도록 하는 자기 유도 볼 모듈 및 이에 의한 가열 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 자기 유도 볼 모듈은 수용 공간 또는 유동 공간이 형성되고, 적어도 둘레 면의 일부가 자성체 소재로 이루어진 유도 몸체; 및 유도 몸체의 둘레 면 또는 내부에 배치되고, 열을 내부로 유동되는 기체에 전달하는 다수 개의 유도 볼 또는 가열 판을 포함한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 다수 개의 자기 유도 볼은 서로 다른 형상 또는 부피를 가지는 적어도 두 개의 볼 그룹으로 이루어진다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 다수 개의 유도 볼은 흑연 소재 또는 금속 소재가 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 가열 장치는 기체 유동 공간이 형성된 유도 몸체; 유도 몸체의 표면에 자기장을 유도하는 유도 코일; 기체 유도 공간 또는 기체 유동 공간과 열적으로 접촉되는 부분에 배치되는 유도 볼 모듈; 및 유도 볼 모듈에 배치되어 유도 코일에 의하여 발생된 열을 내부 기체에 전달하는 다수 개의 유도 볼 또는 가열 판을 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 유도 몸체는 기체 유동을 위한 도관의 둘레 면에 설치되거나 또는 기체 유동을 위한 경로의 일부를 형성한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 유도 몸체는 반도체 공정을 위한 진공 펌프에 연결된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 유도 몸체는 스크러버(scrubber)의 반응기(reactor)에 배치된다.
본 발명에 따른 자기 유도 볼 모듈은 내부에 자기 유도 볼이 배치되어 가열 대상에 직접 접촉되어 열을 전달하여 가열 효율이 향상되도록 한다. 이와 같은 자기 유도 볼 모듈을 포함하는 자기 유도 방식의 가열 장치는 예를 들어 진공 펌프(dry pump)로부터 스크러버를 연결시키는 도관, 진공 펌프의 전후에 연결되어 고체 잔여물을 제거하는 트랩(trap) 장치와 진공 펌프를 연결하는 도관 또는 진공 펌프와 연결되는 도관의 내부에 집적되는 잔여물을 제거하는 내부 히터(inner heater) 수단에 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 자기 유도 볼 모듈은 다양한 자기 유도 수단과 결합되어 가열 장치를 형성할 수 있고, 가열 대상에 의하여 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 자기 유도 볼 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 자기 유도 볼 모듈을 포함하는 가열 장치가 도관에 적용된 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 가열 장치가 적용된 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 가열 장치가 적용된 또 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 가열 장치가 적용된 또 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 6은 가열 장치의 적용되는 자기 유도 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 가열 장치의 제어되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 자기 유도 볼 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 자기 유도 볼 모듈(10)은 수용 공간 또는 유동 공간이 형성되고, 적어도 둘레 면의 일부가 자성체 소재로 이루어진 유도 몸체(11); 및 유도 몸체(11)의 둘레 면 또는 내부에 배치되고, 열을 내부로 유동되는 기체에 전달하는 다수 개의 유도 볼(14_1 내지 14_N, 15_1 내지 15_M) 또는 가열 판을 포함한다.
유도 몸체(11)는 전체적으로 원통 형상, 다면체 형상 또는 이와 유사한 형상이 될 수 있고, 입구와 출구가 형성되어 화살표로 표시된 것처럼 기체가 유입되어 유도 몸체(11)의 내부를 경유하여 외부로 배출될 수 있다. 유도 몸체(11)의 둘레 면의 적어도 일부는 자기장의 유도 및 변화로 유도 전류(eddy current)에 의하여 열을 발생시키는 소재를 포함할 수 있고, 예를 들어 스테인리스 스틸 층을 포함할 수 있다. 유도 몸체(11)는 기체를 유동시키거나, 내부에 가열 대상이 수용될 수 있는 다양한 구조를 가질 수 있다. 유도 몸체(11)의 둘레 면 또는 내부에 다수 개의 유도 볼(14_1 내지 14_N, 15_1 내지 15_M)이 배치될 수 있다. 유도 볼(14_1 내지 15_M)은 높은 열전도율을 가질 수 있고, 선택적으로 자기 유도에 의하여 열을 발생시킬 수 있다. 유도 볼(14_1 내지 15_M)은 예를 들어 구형, 다면체 형상 또는 이와 유사한 형상이 될 수 있고, 서로 다른 유도 볼(14_1 내지 15_M)은 동일하거나, 서로 다른 부피를 가질 수 있다. 예를 들어 다수 개의 유도 볼(14_1 내지 15_M)은 구형을 가지면서 동일 또는 유사한 부피를 가지는 제1 볼 그룹(14_1 내지 14_N) 및 동일 또는 유사한 형상이 되거나, 서로 다른 형상을 가지면서 제1 볼 그룹(14_1 내지 14_N)에 비하여 상대적으로 작은 부피를 가지는 제2 볼 그룹(15_1 내지 15_M)으로 이루어질 수 있다. 구조적으로 또는 전기 특성이 서로 다른 다수 개의 볼 그룹이 유도 몸체(11)의 내부에 수용될 수 있고, 이에 의하여 본 발명은 제한되지 않는다. 각각의 유도 볼(14_1 내지 15_M)은 강자성체 소재가 되거나, 강자성체 소재의 코팅 층을 포함할 수 있고, 이에 의하여 자기장의 변화에 따라 와전류가 발생될 수 있다. 적어도 일부가 서로 다른 부피를 가질 수 있는 다수 개의 유도 볼(14_1 내지 15_M)은 유도 몸체(11)의 내부 전체에 채워지거나, 일부에 채워질 수 있다. 또는 유도 몸체(11)의 내부 둘레 면을 따라 채워지거나 코어를 형성하여 중심 부분에 채워질 수 있다. 다수 개의 유도 볼(14_1 내지 15_M)은 유도 몸체(11)의 내부에 다양한 방법으로 채워질 수 있다. 이와 같은 유도 볼 모듈(10)은 가열 장치로 적용될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시 예에 따르면, 가열 장치는 기체 유동 공간이 형성된 유도 몸체(11); 가열 몸체(11)의 표면에 자기장을 유도하는 유도 코일(12); 기체 유도 공간 또는 기체 유동 공간과 열적으로 접촉되는 부분에 배치되는 유도 볼 모듈(10); 및 유도 볼 모듈(10)에 배치되어 유도 코일(12)에 의하여 발생된 열을 유동되는 기체에 전달하는 다수 개의 유도 볼(14_1 내지 14_N, 15_1 내지 15_M)을 포함할 수 있다.
유도 볼 모듈(10)의 내부로 기체가 유도될 수 있고, 유도 몸체(11)의 내부로 유도된 기체는 유도 볼(14_1 내지 15_M)과 접촉된 이후 유도 몸체(11)의 외부로 유동될 수 있다. 또는 도 1의 오른쪽에 도시된 것처럼, 유도 볼(14_1 내지 15_M)은 유도 몸체(11)의 둘레 면의 내부에 형성된 배치 공간에 배치되어 기체는 유도 볼(14_1 내지 15_M)에 접촉되지 않을 수 있다. 또는 유도 볼(14_1 내지 15_M)의 일부는 둘레 면의 내부에 배치되고, 다른 일부는 유도 몸체(11)의 내부에 배치될 수 있다. 유도 몸체(11)에 적어도 일부를 둘러싸고 유도 몸체(11)에 둘레 면 또는 유도 볼(14_1 내지 15_M)에 와전류의 발생을 유도하는 유도 코일(12)이 배치될 수 있다. 유도 코일(12)은 교류 전류를 인가하는 전원(13)에 연결될 수 있다. 이와 같은 구조를 가지는 가열 장치는 기체의 유동 경로 또는 가열이 요구되는 다양한 설비에 배치될 수 있다. 아래에서 이와 같은 가열 장치가 적용되는 실시 예에 대하여 설명된다.
도 2는 본 발명에 따른 자기 유도 볼 모듈을 포함하는 가열 장치가 도관(21)에 적용된 실시 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 가열 장치는 도관(21)의 내부를 따라 유동되는 기체의 가열을 위한 수단으로 적용될 수 있다. 이와 같은 도관 가열 장치는 유체 유동을 발생시키는 유동 발생 모듈(22a, 22b)에 연결되어 유체를 유동시키는 도관(21); 및 도관(21)의 둘레 면의 적어도 일부에 결합되어 자기 유도 방식으로 도관(21)을 가열시키는 유도 볼 모듈(10a, 10b, 10c)을 포함하고, 유도 몸체(11a, 11b, 11c) 또는 유도 볼(14_1 내지 14_N)은 유도 몸체(11)의 내부에서 유동되는 기체에 열을 전달하는 열전도체가 되거나, 선택적으로 스테인리스 스틸 층과 같은 강자성체 층을 포함할 수 있다. 자기 유도 방식은 전류의 변화에 따른 자기장의 변화에 의하여 전도체에 유도 전류(eddy current)의 발생으로 인한 히스테리시스 손실을 유도하는 임의의 방식이 될 수 있다. 도관(21)은 내부에 유체의 유동이 가능한 다양한 구조를 가질 수 있고, 예를 들어 반도체 공정에 사용되는 진공 펌프(dry pump)에 연결된 도관(21)이 될 수 있다. 반도체 공정 과정에서 사용된 플라즈마를 비롯한 다양한 형태의 공정 부산물이 진공 펌프의 작동에 따라 도관(21)을 따라 배출될 수 있다. 도관(21)은 다양한 형태의 유해 화합물을 포함하는 기체의 이송에 적합한 구조를 가질 수 있다. 도관(21)은 예를 들어 진공 펌프, 스크러버 또는 트랩(trap)와 같은 유동 발생 모듈(22a, 22b)과 연결될 수 있다. 유동 발생 모듈(22a, 22b)은 도관(21)으로 기체가 유동되도록 하거나, 도관(21)으로부터 기체가 유입 또는 배출되는 다양한 공정 장치를 포함할 수 있고, 예를 들어 반도체 공정에 사용되는 진공 펌프, 터보 펌프, 스크러버, 트랩 장치 또는 기화 장치와 같은 장치를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 도관(21)은 다양한 소재로 만들어질 수 있고 예를 들어 스테인리스 스틸과 같은 자성체 소재로 이루어지거나, 자성체 층을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 유도 몸체(11a, 11b, 11c)의 둘레 면에 전원(13a, 13b, 13c)에 연결된 유도 코일(23a, 23b, 23c)이 감길 수 있고, 유도 코일(23a, 23b, 23c)에 의하여 자성체 소재 또는 자성체 층에 자기장이 투과되면서 유도 전류가 유도될 수 있다. 유도 몸체(11a, 11b, 11c) 또는 유도 볼(14_1 내지 14_N)에 유도되는 와전류에 의하여 도관(21) 및 도관(21) 내부가 가열될 수 있고, 이에 의하여 도관(21)을 유동하는 기체가 가열될 수 있다. 유도 몸체(11a, 11b, 11c)가 도관(21)의 일부를 형성하거나, 도관(21)의 일부가 유도 몸체(11a, 11b, 11c)를 형성하거나, 유도 몸체(11a, 11b, 11c)가 도관(21)을 둘러싸는 구조로 유도 볼 모듈(10a, 10b, 10c)이 만들어질 수 있다. 유도 볼 모듈(10a, 10b, 10c)은 도관(21)에 결합되어 다양한 형태로 도관(21) 또는 도관 내부를 가열시킬 수 있는 구조가 될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다. 또한 유도 볼 모듈(10a, 10b, 10c)은 독립적으로 작동 가능한 제어 유닛, 자기장 발생 유닛, 독립적인 전원 또는 외부 전원에 연결되어 전력이 공급되도록 하는 수단 및 도관(21)에 고정될 수 있는 수단을 포함할 수 있다. 유도 볼 모듈(10a, 10b, 10c)은 도관(21)에 결합되어 열을 발생시킬 수 있는 다양한 구조를 가질 수 있다.
유도 볼 모듈(10a, 10b, 10c)에 다수 개의 유도 볼(14_1 내지 14_N)이 배치되는 경우 도관(21)의 유동 속도가 감소될 수 있다. 유도 볼 모듈(10a, 10b, 10c)의 내부에 유동 속도를 향상시키기 위하여 유도 볼 모듈(10a, 10b, 10c)의 내부 직경이 도관(21)의 내부 직경에 비하여 커지도록 조절될 수 있다. 또는 유도 몸체(11)의 내부에 유도 볼(14_1 내지 14_N)을 대신하여 또는 유도 볼(14_1 내지 14_N)과 함께 적어도 하나의 가열 판(25_1 내지 25_N)이 배치될 수 있다. 다수 개의 가열 판(25_1 내지 25_N)이 연속적으로 유도 몸체(11)의 내부에 배치될 수 있고, 각각의 가열 판(25_1 내지 25_N)은 열전도율이 높은 소재로 만들어질 수 있다. 선택적으로 각각의 가열 판(25_1 내지 25_N)은 강자성체 소재가 될 수 있다. 각각의 가열 판(25_1 내지 25_N)에 다수 개기 유동 홀(FH1 내지 FHN)이 형성될 수 있고, 유동 홀(FH1 내지 FHN)은 유도 몸체(11)의 내부에서 기체 유동을 향상시킬 수 있는 다양한 구조로 만들어질 수 있다. 유도 몸체(11)의 내부에 가열 효율의 향상을 위한 다양한 수단이 배치될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 3은 본 발명에 따른 가열 장치가 적용된 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 3의 (가)를 참조하면, 공정 챔버로부터 제1 도관(31a)을 통하여 진공 펌프(32a)에 의하여 공정 부산물이 배출되어 제2 도관(31b)을 통하여 스크러버(32b)로 유도될 수 있다. 이후 스크러버(32b)에서 유해 화합물이 처리된 기체는 제3 도관(31c)을 통하여 외부로 배출될 수 있다. 제2 도관(32a)을 따라 유동되는 기체로부터 유해 화합물의 처리를 위하여 기체는 가열이 된 스크러버(32b)로 투입될 필요가 있다. 유도 볼 모듈이 제2 도관(31b)에 설치될 수 있고, 유도 볼 모듈은 제2 도관(31b)을 둘러싸는 자기 발생 유닛(331) 및 자기 발생 유닛(331)에 교류 전류를 유도하는 전원(333)을 포함할 수 있다. 유도 볼 모듈의 유도 몸체 또는 제2 도관(32b)은 예를 들어 SUS316과 같은 스테인리스 스틸로 이루어질 수 있지만 이에 제한되지 않고, 다양한 강자성체 소재로 만들어질 수 있다. 또는 유도 몸체 또는 제2 도관(31b)의 둘레 면에 강자성체 층(332)이 형성될 수 있다. 예를 들어 원통 형상이 강자성체 층(332)을 가진 유도 층이 결합될 수 있다. 강자성체 층(332)의 둘레 면을 코일 형태의 자기 발생 유닛(331)이 둘러싸고, 자기 발생 유닛(331)에 전원(333)이 연결될 수 있다. 전원(333)에 의하여 교류 전류가 자기 발생 유닛(331)에 흐를 수 있고, 이에 의하여 자기 발생 유닛(331)에 자기장이 발생되면서 이에 의하여 강자성체 층(332)에 유도 전류가 흐르면서 열이 발생될 수 있다. 전원(333)에 의하여 자기 발생 유닛(331)에 인가되는 전류 형태가 제어될 수 있고, 이에 의하여 제2 도관(31b)의 가열 수준이 조절될 수 있다. 예를 들어 제2 도관(31b)을 통하여 유동되는 기체는 스크러버(32b)에서 400~600 ℃의 온도에서 처리될 수 있고, 제2 도관(31b)의 내부를 따라 유동되는 기체는 유도 볼 모듈에 의하여 스크러버(32b)로 투입되기 전 미리 가열될 수 있다. 선택적으로 스크러버(32b)의 내부에 유도 볼 모듈이 설치될 수 있다. 도 3의 (나)를 참조하면, 공정 챔버로부터 진공 펌프(32a)에 의하여 제1 도관(21)을 통하여 배출될 수 있고, 진공 펌프(22a)로 유입되기 전 덩어리 형태의 부산물이 미리 분해되는 것이 유리하다. 이를 위하여 제1 도관(31a)에 자기 유도 모듈이 설치될 수 있고, 자기 유도 모듈에 의하여 예를 들어 제1 도관(31a)의 내부가 300 ℃ 또는 그 이상의 온도로 가열될 수 있다. 그리고 이에 의하여 제1 도관(31a)을 따라 유동되는 고체 덩어리가 분해되어 진공 펌프(32a)가 보호될 수 있다. 코일 형태의 자기 발생 코일(331)이 실린더 형상의 강자성체 층(332)에 감길 수 있고, 강자성체 층(332)이 제1 도관(31a)이 결합될 수 있다. 강자성체 층(332)은 제1 도관(31a)으로 열전도가 가능하도록 서로 접촉되는 방식으로 결합될 수 있다. 전원(333)이 자기 발생 코일(331)에 연결되어 자기 발생 코일(331)에 변화되는 자기장을 발생시킬 수 있고 이에 의하여 자성체 층(332)이 가열되면서 제1 도관(31a)을 따라 유동되는 고체 덩어리가 열분해가 될 수 있다.
도 3의 (다)를 참조하면, 유도 볼 모듈은 제1 및 3 도관(31a, 31c)의 둘레 면에 설치되어 내부 히터(Inner Heater)의 기능을 가질 수 있다. 내부 히터는 반도체 공정 과정에서 발생되는 부산물이 유동되는 과정에서 화합물과 같은 부산물이 도관(31a, 31c)의 내부 둘레 면에 집적되는 것을 방지하는 기능을 가질 수 있다. 예를 들어 진공 펌프(32a)와 연결되는 제1 및 3 도관(31a, 31c)에 유도 볼 모듈이 결합될 수 있다. 도 3의 (가) 또는 (나)에 도시된 것처럼, 각각의 유도 볼 모듈은 자기장 발생 유닛(331a, 331b), 자성체 층(332a, 332b) 및 전원(333a, 333b)을 포함할 수 있다. 각각의 유도 볼 모듈은 서로 독립적으로 작동될 수 있고, 각각의 유도 볼 모듈의 작동에 의하여 각각의 도관(31a, 31c)의 온도가 서로 연동되어 조절되거나 또는 서로 독립적으로 조절될 수 있다. 도관(31a, 31b, 31c)이 강자성체 층으로 이루어지거나, 도관(31a, 31b, 31c)의 둘레 면에 강자성체 층이 형성되는 경우 도관(31a, 31b, 31c)이 유도 몸체의 기능을 가질 수 있다. 유도 볼 모듈은 반도체 공정을 위한 다양한 도관에 적용될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 4는 본 발명에 따른 가열 장치가 적용된 또 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 4을 참조하면, 유도 볼 모듈(10)은 전류의 흐름에 따라 자기장을 유도하는 유도 코일(12); 유도 코일(12)이 수용되는 코일 고정 수단(41); 유도 코일(12)을 도관(21)의 정해진 위치에 고정시키는 고정 유닛(42a, 42b); 고정 유닛(42a, 42b)에 형성된 한 쌍의 전극 탭(43a, 42b); 및 도관(21)의 내부 또는 둘레 면에 배치된 다수 개의 유도 볼(14_1 내지 15_M)로 이루어질 수 있고, 도관(21)이 유도 몸체의 기능을 가질 수 있다.
도관(21)은 내부를 따라 기체의 이동이 가능한 속이 빈 실린더 형상 또는 속이 빈 단면이 다각형이 되는 구조를 가질 수 있고, 예를 들어 SUS316을 비롯한 다양한 스테인리스 스틸 소재로 만들어질 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 도관(21)은 다양한 소재로 만들어질 수 있고, 예를 들어 도관(21)은 스테인리스 스틸 또는 이와 유사한 부식 저항성을 가진 금속 소재로 만들어질 수 있고, 예를 들어 스테인리스 스틸은 오스테나이트계, 마르텐사이트계 및 페라이트계가 될 수 있다. 오스테나이트계는 자성을 가지지 않거나 가공 과정에서 변화로 인하여 약한 자성을 가질 수 있다. 그리고 예를 들어 SUS 316 또는 SUS 316L과 같은 오스테나이트계 강한 부식 저항성을 가진다. 도관(21)이 이와 같은 오스테나이트계 스테인리스 스틸 소재로 만들어지는 경우 도관(21)의 둘레 면에 강자성체 층이 형성될 수 있다. 강자성체 층은 도관(21)의 외부 둘레 면에 접촉되도록 형성될 수 있고, 예를 들어 도관(21)의 외부에 결합되어 외부 둘레 면과 접촉되는 실린더 형상, 반 실린더 형상 또는 이와 유사한 형상으로 만들어질 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 선택적으로 강자성체 층은 코일(12)이 고정되는 코일 고정 수단(41)에 형성될 수 있다. 코일 고정 수단(41)은 예를 들어 세라믹 소재 또는 이와 유사한 절연체 소재로 만들어질 수 있고, 단열 기능을 가질 수 있다. 선택적으로 세라믹 층의 내부에 강자성체 층이 형성될 수 있고, 강자성체 층이 도관(21)의 외부 둘레 면에 접촉될 수 있다. 코일 고정 수단(41)은 코일(12)을 고정시킬 수 있는 다양한 구조를 가질 수 있고, 세라믹 층의 외부 둘레 면에 코일(12)이 고정되면 코일(21)의 외부 면에 보호 층이 형성되어 코일(12)이 안정적으로 고정될 수 있다. 코일(12)이 도관(21)에 결합된 상태에서 도관(21)의 정해진 위치에 고정될 필요가 있고, 이를 위하여 코일(21)의 양쪽 끝 부분 또는 코일 고정 수단(41)의 양쪽 끝 부분에 고정 유닛(42a, 42b)가 결합될 수 있다. 고정 유닛(42a, 42b)은 고무, 엘라스토머 또는 이와 유사한 탄성 소재로 만들어질 수 있고, 각각 도관(21)의 정해진 위치에 고정되도록 하는 잠금 체결 수단을 포함할 수 있다. 각각의 고정 유닛 (42a, 42b)에 코일(12)로 전류를 유도하기 위한 한 쌍의 전극 탭(43a, 43b)이 형성될 수 있다. 전극 탭(43a, 43b)에 전원(13)이 연결되어 코일(12)에 교류 전류를 인가할 수 있다. 전원(13)에 의하여 코일(12)에 인가되는 전류의 크기 또는 주기가 제어 유닛(44)에 의하여 제어될 수 있고, 전류 제어 유닛(45)에 의하여 전류가 인가되는 시각이 제어될 수 있다. 또한 전류 제어 유닛(45)은 코일(12)에 인가되는 전류의 크기 또는 주기를 확인할 수 있다. 다양한 방법으로 코일(12)에 자기장의 유도를 위한 교류 전류가 인가될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 5는 본 발명에 따른 가열 장치가 적용된 또 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 도관(21)은 스테인리스 스틸 소재가 되고, 코일 고정 수단(41a, 41b)은 도관(21)의 외부 둘레 면으로부터 갭을 형성할 수 있다. 유도 볼은 도관(21)의 내부에 배치되거나, 선택적으로 갭에 배치될 수 있다. 도관(21)에 다수 개의 유도 볼 모듈 구조가 서로 다른 위치에 형성될 수 있고, 유도 볼 모듈 구조는 서로 연동되어 작동될 수 있다. 각각의 자기 유도 모듈은 반 실린더 형상으로 도관(21)의 둘레 면에서 서로 결합되어 도관(21)을 둘러싸는 한 쌍의 서브 유도 볼 모듈로 이루어질 수 있다. 각각의 서브 유도 볼 모듈은 서브 코일(12a, 12b); 서브 코일 고정 수단(41a, 41b); 서브 고정 유닛(421a, 421b, 422a, 422b); 및 유도 볼로 이루어질 수 있고, 하나의 유도 볼 모듈을 형성하는 한 쌍의 서브 유도 볼 모듈은 결합 부재(47)에 의하여 서로 연결될 수 있다. 결합 부재(47)는 서로 다른 고일 고정 수단(41a, 41b)에 고정된 서로 다른 서브 코일(12a, 12b)은 전기적으로 연결시키면서 서브 고정 유닛(421a, 422a, 422a, 422b)을 구조적으로 서로 연결시킬 수 있다. 서브 고정 유닛(421a, 421b)에 전극 탭(51a, 51b)이 형성될 수 있고, 유도 볼 모듈에 탐지 위치(52)가 설정되고, 탐지 센서(53)에 의하여 도관(21)의 온도 또는 도관(21)의 전류 누설이 탐지될 수 있다. 또한 서브 코일(12a, 12b)의 온도 또는 자기장이 탐지되어 탐지 센서(53)로 전송될 수 있다. 인가 설정 유닛(44)에 의하여 전원(13)에 연결되어 서로 다른 유도 볼 모듈에 인가되는 전류가 제어될 수 있고, 예를 들어 서로 인접하는 유도 볼 모듈에 시간 간격을 두고 순차적으로 전류가 인가될 수 있다. 서브 코일(12a, 12b)은 도관(21)의 외부 둘레 면과 갭을 형성할 수 있고, 갭은 진공 갭이 되거나, 공기가 채워진 갭 또는 유도 볼이 채워진 갭이 될 수 있다. 진공 갭, 공기 갭은 단열 층 기능을 하면서 서브 코일(12a, 12b)과 도관(21) 사이에 전류가 누설되는 것을 방지하는 기능을 가질 수 있다. 서브 코일(12a, 12b)은 다양한 구조를 가질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 6은 가열 장치의 적용되는 자기 유도 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 유도 볼 모듈은 유도 코일(62) 또는 판 형상의 적어도 하나의 자기 유도 판(62a, 62b)을 포함할 수 있다. 도 6의 (가)에 도시된 것처럼, 자기장 발생 유닛은 나선형 코일(62); 나선형 코일(62)이 결합되는 세라믹 소재 또는 이와 유사한 소재로 만들어지면서 나선형 코일(62)이 결합되는 유도 몸체(61); 및 강자성체 층(SL)으로 이루어질 수 있다, 도 6의 (나)를 참조하면, 적어도 하나의 자기 유도 판(62a, 62b)이 체결 고정 판(63)에 고정될 수 있다. 각각의 자기 유도 판(62a, 62b)은 평면 코일 형상이 될 수 있고, 서로 다른 자기 유도 판(62a, 62b)이 서로 분리되어 체결 고정 판(63)에 고정될 수 있다. 체결 고정 판(63)은 절연체 소재로 만들어지면서 휘어질 수 있는 구조로 만들어지거나, 도관의 외부 면에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 체결 고정 판(63)은 자기 유도 판(62a, 62b)을 도관의 외부 둘레 면에 고정하면서 이와 동시에 자기 유도 판(62a, 62b)을 보호하는 기능을 가질 수 있다. 도 6의 (다)를 참조하면, 반 실린더 형상의 유도 코일(64)이 절연체 소재의 절연 배치 유닛(61a)에 결합될 수 있다. 예를 들어 유도 코일(64)이 몰딩과 같은 방법에 의하여 절연체 소재로 채워지면서 일체로 만들어질 수 있다. 절연 배치 유닛(64)의 길이 방향의 가장자리에 유도 코일(64)과 전기적으로 연결되면서 구조적으로 연결되는 전기 연결 부재(62)가 결합될 수 있다. 전기 연결 부재(62)에 의하여 서로 다른 절연 배치 유닛(61a)과 유도 코일(64)이 서로 전기적으로 그리고 구조적으로 연결될 수 있다. 이를 위하여 전기 연결 부재(62)에 다수 개의 체결 부위(62_1 내지 62_N)가 형성될 수 있다. 도관의 구조 또는 도관의 용도에 따라 다양한 형태의 자기장 유도를 위한 코일이 도관의 외부 둘레 벽에 결합될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다. 도 6의 (라)를 참조하면, 유도 볼(14, 15)은 구형이 될 수 있고, 강자성체 소재로 만들어지거나 또는 강자성체 소재를 포함할 수 있다. 예를 들어 유도 볼(14)은 절연체 소재의 코어(141) 및 코어를 둘러싸는 강자성체 소재의 유도 층(141)으로 이루어질 수 있다. 또는 유도 볼(15)은 강자성체 소재로 만들어지거나, 강자성체 소재가 분말 형태로 혼합된 혼합물 구조로 만들어질 수 있다. 유도 볼(14, 15)은 금속, 흑연 또는 이와 유사한 다양한 소재로 만들어질 수 있다. 선택적으로 유도 볼(14, 15)은 강자성체 소재가 아니면서 단지 유동되는 기체와 접촉되면서 열전도율이 높은 소재로 만들어질 수 있다. 이와 같은 구조의 경우 유도 볼(14, 15)은 자기 유도에 의하여 발생된 열을 유지하면서 기체에 전달하는 기능을 할 수 있다. 또한 유도 가열 구간에 기체가 체류하는 시간을 조절하는 기능을 가질 수 있다. 유도 볼(14, 15)은 금속, 흑연 또는 이와 유사한 다양한 소재로 만들어질 수 있다. 유도 볼(14, 15)은 다양한 기능을 할 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 7은 본 발명에 따른 가열 장치의 제어되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 제어 유닛(44)에 의하여 자기 유도 볼 모듈(72)의 작동이 제어될 수 있고, 자기 유도 볼 모듈(72)은 유도 몸체; 자기장을 발생시키는 코일; 및 유도 볼을 포함할 수 있다. 도관 상태 탐지(71)에 의하여 도관의 상태가 탐지될 수 있고, 예를 들어 도관의 온도 또는 도관에서 발생되는 누설 전류의 상태가 탐지되어 제어 유닛(44)으로 전송될 수 있다. 또한 자기 유도 탐지 유닛(73)에 의하여 자기 유도 모듈(72)의 작동 상태가 탐지될 수 있고, 예를 들어 자기장의 발생 상태, 역기전력의 형태, 온도 또는 전류의 흐름이 탐지될 수 있다. 그리고 도관 상태 탐지 유닛(71)과 자기 유도 탐지 유닛(73)에 의하여 탐지된 정보가 제어 유닛(44)으로 전송되고, 이에 기초하여 자기 유도 볼 모듈(62)의 작동이 제어될 수 있다. 선택적으로 유도 볼 탐지 모듈(74)에 의하여 유도 볼의 상태가 탐지될 수 있다. 유도 볼 탐지 모듈(74)은 유도 볼의 온도, 기체 유동 상태, 온도 변화, 유도 볼 배치 공간의 압력을 탐지하는 기능을 할 수 있다. 유도 볼 탐지 모듈(74)에 의하여 탐지된 정보가 제어 유닛(44)으로 전송되어 유도 볼 모듈(72)의 작동이 조절될 수 있다. 도관의 용도에 따라 유도 볼 모듈(72)의 작동은 다양한 방법으로 제어될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
10: 유도 볼 모듈 11: 유도 몸체
12: 유도 코일 13: 전원
14_1 내지 15_ M: 유도 볼 21: 도관
22a, 22b: 유동 발생 모듈 23a, 23b, 23c: 유도 코일
25_1 내지 25_N: 가열 판 32b: 스크러버
42a, 42b: 고정 유닛 43a, 43b: 전극 탭
331: 자기 발생 유닛 333: 전원

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 기체 유동 공간이 형성된 유도 몸체(11);
    유도 몸체(11)의 표면에 자기장을 유도하는 유도 코일(12);
    기체 유도 공간 또는 기체 유동 공간과 열적으로 접촉되는 부분에 배치되는 유도 볼 모듈(10); 및
    유도 볼 모듈(10)에 배치되어 유도 코일(12)에 의하여 발생된 열을 내부 기체에 전달하는 다수 개의 유도 볼(14_1 내지 14_N, 15_1 내지 15_M) 또는 가열 판을 포함하고,
    유도 몸체(11)는 내부를 따라 기체의 이동이 가능한 속이 빈 실린더 형상의 스테인리스 스틸 소재로 이루어진 도관(21)이 되고,
    유도 코일(12)은 도관(21)의 둘레 면에서 서로 결합되어 도관(21)을 둘러싸는 한 쌍의 서브 코일(12a, 12b)로 이루어지고,
    유도 볼 모듈(10)은 반 실린더 형상으로 도관(21)의 둘레 면에서 결합 부재(47)에 의해 서로 연결되는 한 쌍의 서브 유도 볼 모듈로 이루어지고, 각각의 서브 유도 볼 모듈은 서브 코일(12a, 12b)이 도관(21)의 외부 둘레 면으로부터 갭을 형성하도록 서브 코일(12a, 12b)을 전기적으로 연결시키는 서브 코일 고정 수단(41a, 41b) 및 결합 부재(47)에 의하여 서브 코일 고정 수단(41a, 41b)을 구조적으로 서로 연결시키는 서브 고정 유닛(421a, 421b, 422a, 422b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 4에 있어서, 유도 몸체(11)는 반도체 공정을 위한 진공 펌프에 연결되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  7. 청구항 4에 있어서, 유도 몸체(11)는 스크러버(scrubber)의 반응기(reactor)에 배치되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
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