KR20040107146A

KR20040107146A - 지그를 이용한 전기히터 제작방법 및 그 전기히터

Info

Publication number: KR20040107146A
Application number: KR1020030038035A
Authority: KR
Inventors: 황재원; 김석; 최승주; 정완일; 양도연; 김원태; 강봉균
Original assignee: 일진전기 주식회사
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2004-12-20
Also published as: KR100534081B1; DE112004001022T5; WO2004112433A1; CN1806469A; CN100531476C

Abstract

본 발명은 지그를 이용한 전기히터 제작방법 및 상기 제작방법에 의해 제작된 전기히터에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 얇은 박판의 금속 스트립을 코루게이션 또는 평스트립으로 하여 적층 후 여러 층의 적층된 열선을 용제 혹은 시트(sheet)형식의 접합제(filler)로 도포 후 진공로 등에서 브레이징하여 제작하는 전기히터의 제작공정 중 적층된 열선을 소정의 형상을 유지하기 위해 지그를 사용하는 단계를 포함하는 전기히터 제작방법과, 맨틀의 비저항의 변화가 자유롭고 맨틀과 열선의 접합부분의 기계적 강도가 우수하며, 복사열 방지막과 절연성이 우수한 전기히터에 관한 것이다.

이에 본 발명은 차량용 배기가스 정화를 위해 스트립을 적층하여 제작하는 전기히터 제작방법에 있어, 내부에 소정의 형상의 열선삽입홈을 가지는 지그에 스트립을 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기히터 제작방법과,

차량용 배기가스 정화를 위해 스트립을 적층하여 제작되고, 상기 스트립은 내부와 외부가 분할되어 형성되며, 전극에 의해 전원을 공급받은 내부와 외부의 맨틀이 상기 스트립과 연결되고, 상기 맨틀과 스트립 위로 복사열 방지막이 일체로 설치되는 전기히터로써, 맨틀은 적어도 둘 이상으로 분할되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전기히터이다.

Description

지그를 이용한 전기히터 제작방법 및 그 전기히터{Electric heating module manufacturing process using a jig and the electric heating module}

일반적으로 차량의 동력을 발생시키는 내연기관에서는 연료의 연소시 많은 양의 유해배기가스가 배출되어 이를 저감하는 목적으로 촉매 등이 사용되고 있다.

촉매는 주로 세라믹 계통의 담체 위에 코팅되어 유해 배기가스를 무해한 이산화탄소 등으로 전환하는 역할을 하고 있다. 그러나, 세라믹 계열은 차량의 진동이나 화학반응 중에 촉매활성화 및 산화반응 과정 중에 동반되는 발열반응 등에 의해 열충격을 받을 수 있으며, 연료중의 황성분 등에 의해 피독 되는 등 물리적 화학적 파손되는 경우가 빈번하였다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 세라믹(주로 코디어라이트)담체에 귀금속을 코팅하여 사용하는 촉매 대신 금속담체에 코팅하여 사용하는 촉매가 등장하게되었다. 금속담체는 얇은 금속판을 코루게이션 된 것과 평스트립을 번갈아 적층하여 제작한 것으로 권선 후 서로의 접합력을 높이기 위해 땝납제(filler)를 도포한 상태에서 진공로 등에서 브레이징(brazing)하여 사용한다.

또한, 접합은 평/코루게이션 스트립을 동시에 권취한 후 캔에 삽입하여 브레이징하는 방법을 사용하고 있다. 브레이징된 금속담체는 기존의 세라믹과 같이 매우 작은 구멍으로 구성되어 있으며, 세라믹과 마찬가지로 촉매코팅하여 사용한다.

금속담체는 기본적으로 세라믹 담체와 구조적으로 유사하나 기존의 단점이었던 열적 기계적 충격에 매우 강한 면을 지니고 있다. 특히, 이러한 장점으로 배기가스의 온도와 유량이 매우 높은 이륜차 등에 상용화되어 사용되고 있다.

특히, 최근 들어 차량의 배기가스 저감규제가 심화됨에 따라, 가솔린의 경우 냉시동 혹은 아이들링시에도 미연탄화수소 등의 저감을 위해 촉매의 위치를 엔진에 가깝게 설치하거나, 금속담체의 원리를 활용한 전기히터로 사용하여 냉시동시 전기히터를 가열하여 촉매를 빠른 시간 내에 활성화시키기 위한 방법이 사용되고 있다.

한편, 디젤엔진에서도 매연을 저감시키기 위한 매연저감장치(Diesel Particulate Filter)가 사용되고 있는데 매연저감장치의 기술로는 세라믹 필터에 의한 포집기술과 포집된 매연을 주기적으로 산화시키거나 태워주는 재생기술로 구분하는데 최근 들어 이러한 재생기술에 금속담체를 이용한 전기히터가 사용되고 있다.

이때, 사용되는 전기히터는 주로 상기한 바와 같이 금속담체를 제작할 때 사용되는 얇은 박판을 여러 장 겹쳐 사용하는데, 이 금속담체를 이용한 전기히터의제작은 서로 다른 셀크기를 가진 코루게이션된 스트립을 번갈아 적층하여 접합하는 방식을 사용하는데 접합면이 일정하지 않아 브레이징한 후 접합력이 저하하는 원인이 되고 있다. 또한, 열선을 권취하는데 불편함은 물론 제작시 각 열선의 비저항이나, 구조적, 전기적으로 일정하게 제작되지 않아 실제 사용에 어려운 점이 발생하였다.

이렇게 하여 비저항이 틀린 경우에는 한 쪽으로 전류가 많이 통전되는 결과를 초래하여 열선자체의 온도가 불균일하게 되거나, 국부적으로 열선의 온도를 상승시키는 등 특정 열선에서 열적 내구력이 감소하는 원인이 되고 있다.

또한, 기존 전극부와 히터 맨틀부 역할을 볼 때, 전극은 내부의 열선과 전원부를 이어주는 것으로 접촉저항이 적어야 하고 주위와 절연이 잘 되어야 하며 기계적/열적 내구성이 좋아야 한다. 맨틀부는 주위 전원의 접지와 열선을 통전하는 역할을 하는 것으로 역시 열적/기계적으로 강도가 충분히 보장되어야 한다.

기존의 방식의 전극은 절연물로 세라믹을 사용하는데 비해 충격이나 진동에 약한 구조로 되어 있으며, 내부 맨틀과 접합되어 있으므로 오손 및 파손이 된 경우에는 히터 전체를 교체하는 불편함이 있었고, 맨틀부위는 열선과 외부와 전류를 흘려주는 역할을 하고 있으면서 열선과 브레이징하여 사용하고 있다.

이때, 평평한 맨틀에 코루게이션된 열선을 접합하는 방식을 사용하기 때문에 기계적/열적으로 매우 취약한 구조로 되어있고, 열선에 흐르는 전류의 양에 따른 맨틀의 비저항의 변화가 자유롭지 못한 구조를 가지고 있었다.

또한, 최종적인 조립을 위해 상기된 히터부가 구비되고 복사열 방지기 혹은금속담체가 구비된 후 두 유닛을 전기적으로 절연하면서, 기계적인 강도를 유지하는 장치로 사용되는 절연핀의 경우는 구조적 또는 제작공정상 복잡하여 상용화되는 경우에도 가격이 비싼 단점이 있었다.

상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 브레이징 시 변형되는 열선의 길이 및 형상의 변화에 따라 제작수율이 저하되는 문제점을 해결하기 위해 지그를 사용하여 열선을 성형 유지하는 제작공정을 포함하는 전기히터 제작방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 맨틀의 비저항의 변화가 자유롭고 맨틀과 열선의 접합부분의 기계적 강도가 우수하며, 복사열 방지막과 절연성이 우수한 전기히터를 제공함에 있다.

도 1a는 전기히터 열선 및 삽입용 지그(분할히터)

도 1b는 지그에 삽입된 전기히터 열선(분할히터)

도 1c는 지그 국부 확대도

도 1d는 도 1a의 국부 확대도

도 2는 열선이 지그에 삽입된 조립도(단일히터)

도 3a는 지그에 삽입된 전기히터열선(분할히터)

도 3b는 도 3a의 C부 확대도

도 3c는 도 3b의 D부 확대도

도 3d는 열선 끝부분과 맨틀 조립예

도 4는 내외부 히터 맨틀 조립도

도 5a는 전극봉의 사시도

도 5b는 전극봉의 조립도

도 5c는 전극봉 실시예 1

도 5d는 전극봉 실시예 2

도 6a는 적층된 열선과 맨틀 및 전극과의 조립도

도 6b는 적층된 열선과 맨틀 및 전극과의 조립된 상태도

도 7a는 내외부 열선과 접합용 핀에 의한 맨틀 조립도

도 7b는 내외부 열선과 접합용 핀에 의한 맨틀이 조립된 상태도

도 8a는 소켓과 소켓대의 사시도

도 8b는 열선이 소켓에 의해 결합된 조립도

도 9a는 절연핀 실시예 1

도 9b는 절연핀 실시예 2

도 9c는 절연핀 실시예 3

도 8d는 절연핀 실시예 4

도 9e는 절연핀 실시예 5

도 9f는 절연핀 실시예 6

도 10a은 복사열방지막과 전기히터 조립부와의 조립도

도 10b는 복사열방지막과 전기히터 조립부가 조립된 상태도

도 11a는 전기히터 부위와 외곽캐닝 조립도

도 11b는 전기히터 부위와 외곽캐닝이 조립된 상태도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1. 내부히터 2. 외부히터

3. 맨틀삽입홈 (외부) 4. 맨틀삽입홈 (내부)

5. 열선간 간극 유지부 6. 모서리따기

10. 지그 11. 저 셀밀도 코루게이션 부

12. 고 셀밀도 코루게이션 부 13. 금속 접합부

14. 평스트립선 15. 접합용 핀

20. 양극용 내부 맨틀 21. 음극용 내부 맨틀

22. 음극용 외부 맨틀 25. 전극봉 조립위치

26. 열선과 맨틀 접합부 27. 접합용 볼트

30. 전극봉 31. 홈

32. 볼트 33. 절연 세라믹

34. 고정용 볼트 35. 볼트용 탭

36. 전극링 40. 소켓

41. 소켓대 60. 세라믹 (원형)

61. 사각형 내부 62. 사각형 절연핀

64. 일정간극 65. 세라믹 (사각형)

66. 원형내부 67. 원형절연핀

68. 절연핀 69. 간극유지대

70. 간극유지물 72. 세라믹 (옵셋형)

73. 복사열 방지막 100. 전기히터용 캔

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차량용 배기가스 정화를 위해 스트립을 적층하여 제작하는 전기히터 제작방법에 있어, 내부에 소정의 형상의 열선삽입홈을 가지는 지그에 스트립을 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기히터 제작방법이다.

상기에서 지그는 금속 혹은 세라믹으로 형성되는 것과, 스트립에 전원공급을 위한 맨틀을 설치하도록 적어도 하나 이상의 맨틀삽입홈을 더 포함하여 형성되는것과, 열선삽입홈 또는 맨틀삽입홈의 벽면 모서리 부분에 모서리따기가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 또 다른 발명은, 차량용 배기가스 정화를 위해 스트립을 적층하여 제작되고, 상기 스트립은 내부와 외부가 분할되어 형성되며, 전극에 의해 전원을 공급받은 내부와 외부의 맨틀이 상기 스트립과 연결되고, 상기 맨틀과 스트립 위로 복사열 방지막이 일체로 설치되는 전기히터로써, 맨틀은 적어도 둘 이상으로 분할되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전기히터이다.

상기에서 스트립의 단부는 소정의 길이를 평스트립으로 하여 맨틀과 체결수단에 의해 고정되는 것과, 전극과 열선간의 간섭을 없애 비표면적을 넓히기 위해 맨틀에 결합되는 높이를 다르게 하여 위치시키는 것과, 전극은 일단에 맨틀과 체결되는 볼트탭이 형성된 전극봉과, 내부에 세라믹으로 채워지고 상기 전극봉에 끼워 설치되는 전극링을 포함하여 형성되는 것과, 맨틀과 스트립의 고정은 브레이징에 의해 이루어지는 것과, 맨틀과 스트립의 고정은 스트립의 소정의 위치에 설치된 소켓대와 맨틀에 접촉하며 상기 소켓대에 끼워지는 소켓에 의해 이루어지거나 접합용핀에 의해 이루어지는 것과, 복사열 방지막은 절연핀에 의해 설치되어 스트립과 맨틀에 대하여 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 한다.

또한, 양극의 맨틀의 길이가 음극의 맨틀길이보다 작게 형성되는 것과, 전극링이 설치되는 전극봉의 외주에는 적어도 하나 이상의 요홈이 형성되는 것과, 절연핀은 통상의 세라믹의 관통홀에 끼워 형성되거나, 2개로 분할되어 세라믹의 내부에서 소정의 간극을 가지도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 사용되는 차량용 전기히터는 배기가스 정화장치 용도로 사용되며, 얇은 박판의 금속 스트립을 코루게이션 또는 평스트립으로 하여 적층 후 여러 층의 적층된 열선을 용제 혹은 시트(sheet)형식의 접합제(filler)로 도포 후 상부에 복사열 방지막이 설치되고 진공로 등에서 브레이징하여 사용하는 것을 특징으로 한다.

내부와 외부의 열량을 달리 제어하는 분할히터의 경우, 적어도 둘 이상의 분할된 히터가 구비되고, 분할히터에는 다시 내부히터와 외부히터로 구분되어 있고, 내부와 외부 히터는 맨틀에 의해 구분되어 있으며, 각 열선 사이에 전원을 주고 전류를 통전하기 위해 전극과 맨틀이 사용된다.

전극과 맨틀은 분할된 열선의 수만큼 구비되게 되었으며, 열선 및 외부 캐닝과 접합되어 전체적인 기계적/열적 강도를 증가시키는 역할을 한다.

상기와 같은 전기히터를 제작하는 단계를 살펴보면, 코루게이션 또는 평스트립과 코루게이션이 교호되어 형성된 스트립을 적층하는 단계, 상기 적층된 스트립을 이용하여 원하는 형상으로 성형하는 단계, 소정의 형상을 이룬 스트립에 맨틀 및 전극을 연결하는 단계, 상기 스트립과 맨틀에 접합제를 도포하는 단계, 상기 스트립과 맨틀 위로 복사열방지막을 설치하는 단계, 및 전체를 브레이징하는 단계로 구성된다.

상기에서 적층된 스트립을 이용하여 원하는 형상으로 성형하는 단계는 스트립을 공극이 일정하도록 하면서 원하는 형상으로 유지하는 것이 곤란하므로, 본 발명은 내부에 소정의 형상의 열선삽입홈을 가지는 지그를 사용한다.

지그는 반복적으로 사용하여야 하므로 금속 혹은 세라믹으로 제작하는 것이 바람직하다.

금속으로 형성된 지그의 경우, 브레이징 후 맨틀과 지그, 열선과 지그의 접합 방지를 위해 세라믹 코팅을 하여 사용할 수 있다.

스트립과 전기적으로 연결되어 전원공급을 하는 맨틀을 설치하도록 적어도 하나 이상의 맨틀삽입홈이 지그에 마련된다.

상기 맨틀삽입홈는 스트립 바로 외측에 형성되어 스트립에 약간의 밀착력을 줄 수 있게 맨틀이 위치하도록 한다.

또한, 스트립 또는 맨틀을 지그에 끼워 성형하는 경우, 지그 내부 열선삽입홈 또는 맨틀삽입홈의 벽 모서리와 부딪혀 작업상 불편하므로, 열선삽입홈 또는 맨틀삽입홈의 벽면 모서리 부분에 모서리따기를 형성하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 제작방법으로 전기히터를 제작할 경우, 맨틀은 적어도 둘 이상으로 분할되어 형성된다.

양극의 맨틀의 길이가 음극의 맨틀길이보다 작게 형성된다.

상기에서 스트립의 단부는 소정의 길이를 평스트립으로 하여 맨틀과 체결수단에 의해 고정된다. 기존의 방식은 열선 끝단부를 코루게이션된 채로 맨틀에 접합시키는 방식을 사용하기 때문에 빈번한 히터 작동시 열선과 맨틀의 접합력이 저하되는 원인이 되었다.

본 발명에서는 맨틀과 접합되는 열선 끝단 부위의 열선 제작시 열선 스트립을 코루게이션하지 않고 평스트립 방식을 사용하여 맨틀과 열선의 접합력을 향상시키고자 하였다. 이는 체결이 용이하고 견고하여 차량의 진동에 대해 체결이 느슨해지거나 풀리는 것을 막을 수 있다.

스트립에 전원을 공급하기 위해 맨틀에 전극이 연결되며, 상기 전극은 전극봉의 일단에 맨틀과 체결되는 볼트탭이 형성되고, 상기 전극봉 외주에 전극링이 설치된다.

전극봉은 맨틀과 결합되어 히터부와 전원부를 연결해 주는 역할을 하고, 엔진 접지와 열선과는 전기적으로 절연시킬 것이 요구되며, 반복적으로 열이 가해지므로 우수한 열적 특성이 요구된다.

상기 전극링의 내부는 세라믹으로 채워지며, 전극링이 위치하는 전극봉의 외주에는 홈을 두어 전극링의 열적 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.

열선과의 접촉저항을 줄이기 위해 맨틀의 표면적을 확대시켰으며, 전극과 맨틀의 접합부 위치를 자유롭게 변화할 수 있는 구조로 하였다. 또한, 전기히터의 용량을 변화할 때 맨틀 구조적 변화를 맨틀의 높이로 변하게 하였다.

또한, 전극과 열선간의 간섭을 없애 비표면적을 넓히기 위해 맨틀에 결합되는 높이를 다르게 하여 위치시킨다. 따라서, 단위면적당 열선의 권취수를 많이 할 수 있다.

맨틀과 스트립의 고정은 브레이징 또는 소켓 또는 접합용핀에 의해 이루어진다.

브레이징은 땜납제를 도포하고 진공로에서 이루어진다.

또한, 스트립의 소정의 위치에 설치된 소켓대와, 맨틀에 접촉하며 상기 소켓대에 끼워지는 소켓에 의해 맨틀과 스트립을 고정시키는 것도 가능하다.

상기 스트립과 맨틀의 결합체 위에 복사열 방지막이 절연핀으로 체결되며, 상기 절연핀은 통상의 세라믹의 관통홀에 끼워 형성되거나, 2개로 분할되어 세라믹의 내부에서 소정의 간극을 가지도록 설치된다.

절연핀은 복사열 방지막과 맨틀사이에 접합되어 두 유닛사이의 기계적인 강도유지 및 절연을 목적으로 설치되며, 전체적인 형상을 유지하기 위한 것으로 세라믹과 금속의 접합으로 이루어져 있다. 본 발명에서 사용되는 절연핀은 두 유닛사이의 기계적인 강도 유지 뿐 아니라 간극 유지를 하는 장치로도 사용되는 특징이 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 통하여 상세히 설명한다.

도 1a는 분할식 전기히터 제작시 사용되는 내부히터(1) 및 외부히터(2)용 열선과 본 발명의 일실시예인 지그(10)를 나타낸 것이다.

열선 구조는 도 1a에서 확대도인 A, B부와 같이 서로 다른 셀 밀도를 가진 열선을 하나이상으로 적층하거나 한 열선이 일정주기를 갖는 구조로 된 열선이 하나 이상 적층된 방식을 사용할 수 있다.

제작된 지그는 열선삽입홈과, 내부 맨틀삽입홈(4)과 외부 맨틀삽입홈(3)이 구비되어 맨틀 및 전극을 함께 일체로 조립을 할 수 있는 구조이다.

또한, 실제 엔진에 장착시 열선간 단락 방지를 위해 내부 열선삽입홈과 외부 열선삽입홈 간의 간극유지부(5)가 있는 것을 특징으로 한다.

도 1b는 전기히터의 열선이 지그에 삽입된 모습을 나타낸 도면이다.

도 1c는 지그(10)의 국부 확대도로써, 열선삽입홈 또는 맨틀삽입홈의 벽면의 상단 모서리에 일정하게 모서리따기(6)를 둔다. 그 이유는 열선 삽입을 용이하게 하기 위함이다.

도 1d는 열선의 국부 확대도로써, 본 발명에서 사용할 수 있는 열선의 적층방법의 예를 나타낸다.

사용될 수 있는 열선은 셀밀도가 다른 경우, 진폭이 다른 경우, 주기가 다른 경우가 사용될 수 있으며 특히 각 열선의 적층방법에 있어 셀밀도가 틀린 경우를 보면 저밀도의 코루게이션부(11)와 고밀도의 코루게이션부(12)와 같이 번갈아 적층하는 방법이 있으며, 주기가 다른 경우에는 동일한 열선을 위상만 바꾸어 적층하는 방식이 있다. 각 열선을 서로 다른 형식의 금속접합부(13)가 있는 것이 특징이다.

도 2는 단일히터 제조시 사용되는 지그와 지그에 삽입된 열선을 조립한 조립도를 나타낸다. 단일히터를 사용하는 경우 분할히터를 제조할 때의 공정은 유사하나, 제작시 맨틀의 개수가 차이가 난다.

도 3a는 열선이 지그에 삽입된 후의 모습의 다른 실시예를 나타낸 조립도이고, 도 3b는 도 3a의 C부의 국부 확대도이며, 도 3c는 도 3b의 D부 확대도를 나타내고 있으며, 도 3d는 열선 끝부위와 외부히터 맨틀 접합예를 나타낸 것이다.

일반적으로 코루게이션된 열선(11,12)과 맨틀을 직접 접합하는 방법을 사용하는데, 본 발명에서는 열선 끝 부위를 평스트립선(14)으로 구비하고 볼트(27)를 사용하여 맨틀과 접합시키는 방법을 사용하였다.

도 4는 본 발명에 사용되는 맨틀을 나타낸 것으로, 우선 중앙부의 맨틀은 양극용 내부맨틀(20)과 음극용 내부맨틀(21)로 나뉘고 분할 히터의 경우는 양극은 음극보다 구조상으로 작게 설계되었다. 양극용 내부 맨틀(20)은 전원과 연결하기 위해 전극이 삽입되고 음극용 내부맨틀(21)의 경우에는 열선과 접합되는 부위로 사용된다.

외부 맨틀(22)의 경우는 하나 혹은 다수개의 맨틀로 구성되고 각각 전극과 연결되어 사용한다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예에서 사용된 전극을 나타낸 것이다. 도 5a와 같은 전극봉을 도 5b와 같이 전극봉(30)내 세라믹이 채워지는 부분에 요홈(31)을 만들어 사용하여 세라믹에 의한 열적 전기적 특성을 향상시켰고, 맨틀과의 연결부에 볼트용 탭(35)을 두어 맨틀과 접합시 접촉저항을 최소화하였다.

도 5b는 전극봉(30)에 절연체인 세라믹(33)이 채워진 후 다시 외곽과의 접합을 위해 전극링(36)으로 제작한다. 내부의 전극봉은 전류가 흐르게 하는 역할을 하고, 외부의 전극링은 외곽캐닝과의 접합을 하고, 두 금속사이의 세라믹 물질은 두 부분의 절연을 확보하기 위함이다.

도 5c는 도 5b의 단면도를 나타낸 것이고, 도 5d는 전극의 또 다른 실시예로 조립과정이나 고정과정에서의 절연파괴를 위해 절연세라믹(33)층을 각각 조립 혹은 고정부위에 까지 확대 시켰다.

도 6a 및 도 6b는 도 1에서 도 5까지의 절차에 따라 각 부품별 조립된 상태를 나타낸다. 맨틀(20,21,22)이 지그(10)위에 삽입되어 항상 일정한 위치에 접합될수 있도록 한다. 우선 도 4와 같이 내외부 혹은 내부맨틀(20,21)이 구비되고, 도 5b에서 구비된 전극봉은 맨틀과 금속접합 혹은 볼트(32) 처리한다.

특히, 내부 맨틀에 전극이 삽입될 때는 외부 맨틀(22)과 전기적으로 절연될 수 있게 한다.

또한, 전극봉의 위치와 열선의 접합부를 다른 위치에 함으로써 맨틀의 비표면적을 늘일 수 있으며, 맨틀의 큰 변화 없이 열선의 폭을 자유로이 할 수 있게 하였다.

도 7a 및 도 7b는 맨틀과 열선의 고정방법을 나타낸 도면이다. 내부열선은 맨틀과 열선을 직접 접촉시켜 브레이징하는 방법을 사용하고 내부열선과 외부열선의 연결방법은 접합용 핀(15)을 여러 개 사용하여 접합시키는 방법을 사용한다. 이 때 연결되는 부위는 내부맨틀과 외부열선, 외부열선과 외부 맨틀을 연결한다.

또한, 상기의 맨틀과 열선과의 접합방법의 사용예로 단선시 열선 교체가 필요한 경우는 도 8a 및 도 8b와 같이 소켓(40)과 소켓대(41)가 구비되어 열선과 맨틀을 고정하여 사용하는 방법이 있다. 이때 소켓(40)은 소켓대(41)에 의해 고정된다.

소켓을 사용함에 있어 우선적으로 각각의 금속적 특성을 고려하여 맨틀과의 접촉저항을 최소화 할 수 있게 구성한다.

상기의 조립 단계 다음으로 복사열 방지막(73)과 조립된 히터부분을 결합하며, 이 때 고려하여할 사항은 기계적강도와 열선과 복사열 방지막이 전기적으로 절연이 확보되어야 한다.

도 9a 내지 9f는 본 발명에 적용되는 절연핀의 실시예를 나타낸 도면이다.

도 9a는 원형 세라믹(60) 내부에 사각형내부(61)를 한 구조로 절연핀의 모양을 사각(62)으로 한 경우에 사용되고, 도 9b의 경우는 원형 세라믹에 원형의 절연핀을 사용한 것이다.

두 가지는 하나의 세라믹에 두개의 절연핀이 내부에 삽입되는 구조로 되어 있고 두 절연핀의 절연을 위해 핀 사이는 2-3mm 정도의 일정 간격(64)을 유지해 둔다. 우선 세라믹과 금속은 접합면의 접합강도는 사각이 우수하나 제작 면에서는 원형의 핀을 사용하는 것이 유리하여 사용하는 환경에 따라 다르게 제작하여 사용한다.

도 9c의 경우는 사각의 세라믹에 원형 핀을 사용한 경우이며, 도 9d는 좀 더 접합강도를 높이기 위해 간극유지대(69)를 사용한 예이다. 도 9e는 세라믹과 핀의 공정에서 일정한 간격을 유지하는 공정을 보다 신속하게 하고 간격을 유지하는데 있어 보다 확실하게 하기 위해 일정크기의 간극유지물(70)을 내부에 삽입하여 제작한 경우를 나타낸 것이다. 도 9f는 접합강도를 높이면서 구조적으로 크기에 제약을 받지 않는 곳에 사용하는 옵셋형 세라믹(72)의 예로 금속핀이 세라믹에 많이 삽입되므로 강도를 증가할 수 있는 장점이 있는 구조이다.

본 발명에서는 사용용도와 가격 및 제약사항에 따라 각각의 핀을 적절하게 사용한다.

도 10a 및 도 10b는 본 발명에서 사용하는 복사열 방지막(73)과 상기에서 구비된 절연핀과의 접합방법을 나타낸 도면으로, 우선 복사열 방지막(73)을 구성하기에 앞서 최소한의 수량으로 기계적인 강도를 유지하기 위한 절연핀의 위치를 선정하여 복사열 방지막(73)에 삽입한다.

절연핀 삽입 시에는 이미 위치와 수량이 고려된 삽입장치에 의한다. 절연핀이 삽입된 복사열방지막은 열선에 조심스럽게 외부에서 일정한 힘을 가한 상태에서 삽입한다. 삽입 시에는 맨틀과 직각도를 유지하면서 진행한다.

도 11a 및 도 11b는 본 발명에서 최종적으로 제작된 전기히터 전체 조립도이다. 이때 전기히터용 캔(100)과 전극봉이 접합되어 전체적인 기계적 강도가 유지된다.

본 발명은 금속담체를 이용한 전기히터를 제작함에 있어 기존의 코루게이션 된 열선의 성형 및 권취방법에 있어서 구조적인 불균일의 문제로 발생되는 국부적 비저항 차이에 의한 열선자체의 열적 내구성 악화를 방지하고자 고안된 것으로, 기존에 사용되었던 코루게이션된 열선을 성형하기 위한 권취방식과는 다른 금속 혹은 세라믹 지그를 활용하여 열선을 성형 제작함으로써 상기의 문제점을 해결할 수 있다.

본 발명에서 상기한 방식을 사용하는 경우 열선과 맨틀의 접합에 있어 맨틀이 지그에 고정되고 브레이징 시 일정한 힘을 가하여 주는 등 편리하게 되어 있으며, 구조적으로 크기변화가 용이하기 때문에 열선과 맨틀 사이에서 발생할 수 있는 접촉저항의 증가를 감소시킬 수 있어 실제로 전기적 에너지 손실을 크게 저하시킬수 있다.

또한, 맨틀과 열선 혹은 열선과 열선의 접합에 있어 열선과 맨틀을 직접 접합하기 위해 브레이징하였던 방식을 사용할 수 있음은 물론 상기에 명시한 소켓을 사용하기 때문에 열적,기계적으로 우수한 내구성을 유지할 수 있다.

전극은 세라믹과 금속의 접합부위가 구조적으로 개선되었으며 전극봉에 일정하게 홈을 두어 세라믹 절연물을 도포하는 방식을 사용하여, 세라믹과 금속간의 열팽창에 의한 전극봉 파손을 크게 개선하였으며, 절연핀의 경우 적용방법에 따라 여러 가지가 사용가능하여 전체적으로 구조적 전기적 특성이 개선되어 내구성이 우수한 것이 특징이다.

Claims

차량용 배기가스 정화를 위해 스트립을 적층하여 제작하는 전기히터 제작방법에 있어서, 내부에 소정의 형상의 열선삽입홈을 가지는 지그에 스트립을 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기히터 제작방법.
제1항에 있어서, 지그는 금속 혹은 세라믹으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기히터 제작방법.
제1항에 있어서, 지그는 스트립에 전원공급을 위한 맨틀을 설치하도록 적어도 하나 이상의 맨틀삽입홈을 더 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전기히터 제작방법.
제1항에 있어서, 열선삽입홈 또는 맨틀삽입홈의 벽면 모서리 부분에 모서리따기가 형성되는 것을 특징으로 하는 전기히터 제작방법.
차량용 배기가스 정화를 위해 스트립을 적층하여 제작되고, 상기 스트립은 내부와 외부가 분할되어 형성되며, 전극에 의해 전원을 공급받은 내부와 외부의 맨틀이 상기 스트립과 연결되고, 상기 맨틀과 스트립 위로 복사열 방지막이 일체로 설치되는 전기히터로써,

맨틀은 적어도 둘 이상으로 분할되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전기히터.
제5항에 있어서, 스트립의 단부는 소정의 길이를 평스트립으로 하여 맨틀과 체결수단에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 전기히터.
제5항에 있어서, 전극과 열선간의 간섭을 없애고 비표면적을 넓히기 위해 맨틀에 결합되는 높이를 다르게 하여 위치시키는 것을 특징으로 하는 전기히터.
제6항에 있어서, 양극의 맨틀의 길이가 음극의 맨틀길이보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 전기히터.
제5항에 있어서, 전극은 일단에 맨틀과 체결되는 볼트탭이 형성된 전극봉과, 내부에 세라믹으로 채워지고 상기 전극봉에 끼워 설치되는 전극링을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전기히터.
제9항에 있어서, 전극링이 설치되는 전극봉의 외주에는 적어도 하나 이상의 요홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 전기히터.
제5항에 있어서, 맨틀과 스트립의 고정은 브레이징에 의해 이루어지는 것을특징으로 하는 전기히터.
제5항 또는 제11항에 있어서, 맨틀과 스트립의 고정은 스트립의 소정의 위치에 설치된 소켓대와 맨틀에 접촉하며 상기 소켓대에 끼워지는 소켓에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기히터.
제5항에 또는 제11항에 있어서, 맨틀과 스트립의 고정은 접합용핀에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기히터.
제5항에 있어서, 복사열 방지막은 절연핀에 의해 설치되어 스트립과 맨틀에 대하여 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 하는 전기히터.
제14항에 있어서, 절연핀은 통상의 세라믹의 관통홀에 끼워 형성되는 것을 특징으로 하는 전기히터.
제15항에 있어서, 절연핀은 2개로 분할되어 세라믹의 내부에서 소정의 간극을 가지도록 설치되는 것을 특징으로 하는 전기히터.