KR20070058427A - 물 가열기, 또는 수증기 발생기 - Google Patents

Abstract

물 가열기(2), 또는 수증기 발생기는 스탬핑 공정에 의해 형성되는 두 개의 섹션(5, 6)으로 구성되는 챔버를 포함한다. 상기 챔버의 내부에서, 나선 형태의 메인 섹션(10)과, 상기 챔버의 두 개의 원형 오프닝을 통과하는 두 개의 종단 섹션(11, 12)을 포함하는 가열 소자(8)가 배열된다. 레이저 빔에 의해, 상기 두 개의 종단 섹션이 챔버에 용접되어, 획득된 용접부가 연속적일 수 있고, 상기 가열 소자의 바람직한 기계적 고정이 보장되며, 물 가열기, 또는 수증기 발생기에 대한 적정한 견고함이 보장된다. 이러한 목적으로, 플랜지(18)가 각각의 오프닝의 외곽부에서 배열된다. 덧붙이자면, 챔버의 두 개의 섹션은, 이들을 효율적으로 용접될 수 있게 해주는 확장된 에지(28)를 갖는다.

Description

물 가열기, 또는 수증기 발생기{WATER HEATER OR STEAM GENERATOR}

본 발명은 가열되거나 증발될 액체를 수용하는 챔버와, 가열 소자를 포함하는 물 가열기, 또는 수증기 발생기에 관한 것이다. 더욱 세부적으로는, 본 발명은 챔버가 포함하고 있는 액체를 직접 가열하기 위해, 상기 가열 소자를 챔버의 내부로 삽입하기 위한 장치에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 커피 머신에서 설치되는 물 가열기, 또는 수증기 발생기에 관한 것이다. 본 발명은 뜨거운 물의 생산, 또는 수증기의 발생을 위한 유사 장치에 적용될 수 있다. 가령 신속하게 우유를 가열하기 위한 장치에 적용될 수 있다.

본 발명은 큰 부피의 장치, 가령 세척 머신, 또는 접시세척기에 장착되는 물 가열기에 적용된다.

용어, 물 가열기는 액체, 특히 물을 가열하기 위한 장치를 의미하며, 그 밖의 다른 액체를 가열하기 위한 장치도 의미한다.

물 가열기와 수증기 발생기는, 금속, 특히 알루미늄을 주조함으로써 생성되는 견고한 챔버에 의해 형성되는 커피 머신에서 설치되기 위해 알려져 있다. 외부에서, 상기 챔버는 상기 챔버의 외부에 배열되는 가열 소자의 통로가 되는 오목부를 가지며, 이곳으로 가열될 액체가 유입된다. 챔버를 형성하는 두 개의 메인 섹션 이 서로에 대해 몇 개의 나사로 고정되어 있고, 액체의 유입 및 방출을 위한 소자가 상기 견고한 케이스에 단단하게 나사 고정되어 있고, 이러한 위치에서, 상기 소자를 고정하기에 충분하게 깊은 나사산의 기계 가공이 허용될 비교적 두꺼운 벽을 갖는다. 이러한 물 가열기, 또는 수증기 발생기는 그 생산 비용이 높다. 액체로의 열 공급은 챔버의 견고한 벽을 통해 이뤄지고, 이로 인하여 가열 소자로부터 가열되거나 증발될 액체로의 열의 전이 중에, 특정한 관성, 또는 명백한 열 손실이 발생된다.

가열될 액체를 포함하는 챔버로 삽입되는 가열 소자를 갖는 물 가열기가 특히, GB 2 290 601에서 알려져 있다. 상기 문서는 챔버의 평평한 상부 벽에서의 오프닝을 통해 챔버로 가열 소자를 삽입하는 것에 대한 것이다. 용접, 또는 납땜에 의해, 상기 가열 소자는 상기 상부 벽에 고정될 수 있다. 특허 문서 DE 197 41 093은 물 가열기의 폐쇄 플레이트를 제안하며, 상기 플레이트에 용접되어 있는 가열 소자는 상기 물 가열기를 통과한다. 가열 소자가 통과할 수 있는 플레이트의 오프닝은 상기 평평한 플레이트의 단일 관통으로 이뤄져 있다. 상기 특허 문서는 특히 레이저 용접에 의해, 견고한 용접이 획득될 수 있다고 언급하고 있다.

본 발명의 목적은 생산 비용은 낮으면서 특히, 액체를 가열하기 위한 챔버의 견고함 측변에서, 신뢰할 수 있는 물 가열기, 또는 수증기 발생기를 제안하는 것이다.

제조 비용을 감소시키기 위해, 예를 들어, 얇은 금속 플레이트를 스탬핑함으로써, 챔버를 형성하는 것이 제안된다. 특히, 앞서 언급된 두 개의 문서에서 공개 된, 평평하고, 얇은 커버의 경우, 상기 평평한 커버의 단일 구멍으로 통로가 제공될 때, 가열 소자를 이러한 커버에 레이저 용접으로 견고하게 고정하는 것은 어렵다. 실제로, 기계 가공적 오차가 원통형 가열 소자와 가열 챔버의 벽에서 제공되는 원형 구멍 사이에서 틈새가 존재하게 된다. 따라서 레이저 빔을 이용하여 가열 소자를 용접하기 위해, 앞서 언급된 틈새를 견고하게 충진하기 위해 융용될 물질이 거의 존재하지 않는다. 왜냐하면 상기 플레이트는 얇은 두께를 갖기 때문이다. 그러므로 물 가열기, 또는 수증기 발생기의 제조 동안, 또는 사용 중에, 용접 영역이 부서지기 쉽게 되고, 상기 영역에서의 견고함이 보장되지 않는다는 위험이 존재하게 된다.

가열 소자는 다양한 기계적 압력과 열 압력에 견딜 수 있어야 한다. 앞서 언급된 종래 기술에서, 상기 가열 소자는 평면 커버에 수직으로 위치하며, 따라서 레이저 빔에 의한 용접이 수행될 때, 커버의 두께에 대응하는 매우 짧은 거리에 걸쳐 고정되어야만 했다. 따라서 이러한 경우에, 고정은 비교적 연약하다.

따라서 본 발명의 목적은 앞서 언급된 종래 기술의 문제점을 제거하는 것이다.

본 발명은 챔버와, 상기 챔버의 내부에 위치하는 메인 섹션을 갖는 가열 요소와, 상기 챔버로부터 빠져나오는 하나 이상의 종단 섹션을 포함하는 가열기, 또는 수증기 발생기에 관한 것이다. 상기 종단 섹션은 상기 챔버의 벽에 제공되는 오프닝을 통해 상기 챔버를 통과하며, 플랜지가 상기 오프닝의 외곽부에 배열되고, 상기 오프닝에서 상기 종단 섹션의 방향으로, 상기 챔버의 상기 벽의 메인 표면 바깥으로 돌출한다.

레이저 빔에 의해 수행되는 용접에 의해, 가열 소자에 손상을 주기 않도록 제어되는 열 공급을 이용하여, 특히, 가열 소자를 형성하는 외부 튜브와 내부 전기 컨덕터 사이의 누전을 방지하기 위한 깨끗한 용접이 획득될 수 있다.

본 발명의 특징으로 인하여, 용접의 바람직한 견고함을 보장하는 효율적이고 재생산 가능한 방식으로, 상기 가열 소자가 레이저 용접에 의해 챔버로 고정될 수 있다. 상기 플랜지는 가열 소자의 종단 섹션을 위한 가이드 기능을 수행한다. 따라서 올바른 횡방향 고정이 보장되고, 상기 종단 섹션과 플랜지 사이의 임의의 틈새를 충진하기 위해, 챔버의 벽을 연약하고 더 얇게 만들 필요 없이, 연속적인 용접의 형상을 위해 필요한 물질이 공급될 수 있다.

따라서 레이저 용접의 품질을 보장하면서, 상기 플랜지는 얇아질 수 있다. 덧붙이자면, 오프닝의 외곽부에서의 챔버의 변형이 방지되고, 용접을 획득하기 위해 공급될 에너지의 양을 감소시킴으로써, 상기 챔버의 외곽 영역으로 전이되는 열 스트레스가 제한된다.

본 발명은 둘 이상의 섹션에 의해 형성되는 챔버를 포함하는 물 가열기, 또는 수증기 발생기에 관한 것이며, 상기 두 개의 섹션은 레이저 빔에 의해 용접되며, 상기 두 개의 섹션 중 하나 이상은 상기 챔버의 메인 표면 바깥으로 돌출된 돌출부를 형성하는 에지를 가지며, 상기 두 개의 섹션의 용접은 상기 돌출부 에지의 높이에서 수행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 첫 번째 주제에 관련하여 언급된 몇 가지 이점, 즉, 가열 소자의 종단 섹션이 통과하는 오프닝을 형성하는 플랜지의 설비가 앞서 언급된 본 발명의 두 번째 주제에 적용된다. 특히, 용접 영역이 연약해지거나, 그 두께가 증가될 필요 없이, 챔버의 견고함을 보장하는, 바람직한 품질의 연속적인 용접을 위한 물질의 저장 공간에 관련하여, 적용될 수 있다.

본 발명은 다양한 적용예에서 사용될 수 있다. 가령 챔버가 온도나 압력의 증가를 견딜 필요가 있을 때, 그리고 견고함이 보장되어야할 때, 특히 이러한 조건에서 챔버로 도관이 조립되는 적용예가 있다. 상기 도관은 견고하거나, 유연할 수 있다. 특히, 진공 기법으로, 상기 도관은 전기 전류를 전도하거나, 전기 접압을 공급하거나, 상기 챔버의 내용물을 가열/냉각시키는 기능을 수행하여, 챔버 방향으로의, 또는 챔버 외부로 향하는 입자, 또는 분자의 통로가 되는 채널을 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따르는 물 가열기의 투시도이다.

도 2는 챔버가 폐쇄된 후, 도 1의 물 가열기의 투시도이다.

도 3은 도 2의 물 가열기의 챔버에 용접되는 가열 소자의 단부의 단면도이다.

도 4A와 도 4B는 도 3의 용접을 수행하기 위해 사용되는 레이저 빔의 펄스의 파워 프로필을 나타낸다.

도 5는 본 발명에 따르는 수증기 발생기의 투시도이다.

도 6은 챔버의 폐쇄 후의 도 5의 수증기 발생기의 투시도이다.

도 7은 가열 소자의 통로에서, 챔버의 배열을 확대한 도면이다.

도 8 및 9는 가열 소자의 통로를 둘러싸는 플랜지의 두 개의 변형예를 도식한 도면이다.

도 10은 본 발명에 따르는 용접 작업을 수행하기 위한 레이저 용접 어셈블리의 부분 도면이다.

도 11은 회전 용접 헤드로의 작업 기체의 공급을 위해 장착되는 도 10의 어셈블리의 단면도이다.

도 12는 본 발명에 따르는 레이저 용접 어셈블리의 두 번째 실시예를 나타낸다.

도 13은 물 가열기의 챔버로 가열 소자를 용접하기 위하여, 도 1의 물 가열기의 가열 소자의 포지셔닝 툴을 수평으로 자른 단면도이다.

도 14는 단면 XI-XI을 따라 취해진 도 10의 툴의 수직 단면을 도식한 도면이다.

본 발명에 따르는 물 가열기가 도 1~3을 기반으로 설명된다. 물 가열기(2)는 두 개의 섹션(5, 6)으로 형성되는 챔버(4)를 포함한다. 상기 챔버(4)의 내부에서 제공되는 나선 형태의 메인 섹션(10)과, 상기 챔버로부터 빠져나오는 두 개의 종단 섹션(11, 12)을 갖는 가열 소자(8)를 추가로 포함한다. 상기 두 개의 종단 섹션(11, 12)은 원통 형태이며, 본질적으로 선의 형태를 갖는다. 종단 표면(16)에서, 챔버의 상부 섹션(5)은 두 개의 원형 오프닝(13, 14)을 포함한다. 상기 오프닝의 직경은 가열 소자의 종단 섹션(11, 12)의 직경에 대응한다. 이러한 종단 섹션(11, 12)은 섹션(5)의 내부로부터, 대응하는 오프닝(13, 14)으로 삽입된다. 이러한 방식으로 상기 종단 섹션은 챔버(4)의 벽을 통과한다. 상기 종단 벽(16)은 약간 구부러져 있으며, 두 개의 플랜지(18)가 오프닝(13, 14)을 각각 형성한다.

본 발명의 따라, 각각의 플랜지가 상기 플랜지의 오프닝에서의 대응하는 종단 섹션의 방향으로, 상기 종단 벽의 메인 표면의 바깥으로 돌출된다. 각각의 오프닝의 에지가 물 가열기(2)의 횡방향 축(19)에 수직인 기하학적 평면에서 위치하도록 상기 플랜지(18)는 형태를 이룬다. 따라서 각각의 플랜지(18)의 에지는 원을 형성한다.

물 가열기의 제작 동안, 폐쇄된 후, 메인 섹션(10)이 챔버(4)의 내부에 위치하도록, 두 개의 종단 섹션(11, 12)이 두 개의 오프닝(13, 14)으로 각각 삽입된다. 레이저 빔에 의하여 두 개의 오프닝(13, 14)에서 두 개의 종단 섹션(11, 12)을 챔버(4)에 용접함으로써, 상기 가열 소자(8)는 챔버(4)의 섹션(5)에 고정된다. 이러한 레이저 용접은 오프닝(13, 14)에서의 견고함을 보장하기 위해 수행된다. 가열 소자를 챔버의 중앙에 위치시키는 것을 보장하는 수단을 배치함으로써, 상기 가열 소자(8)가 섹션(5)에 관련하여 위치한다. 이러한 목적을 위해 제공되는 포지셔닝 툴이 도 10 및 11에서 나타난다.

가열 소자를 상기 챔버에 관련하여 중앙에 위치하도록 챔버에 용접할 때, 벽에 너무 가깝도록 위치되는 것을 방지하는 것이 매우 중요하다. 바람직한 제작 모 드에서, 하부 섹션(6)이 제공되고, 상부 섹션과 하부 섹션이 합체됨으로써 챔버가 폐쇄되기 전에, 가열 소자를 챔버의 상부 섹션(5)에 용접하는 것이 제공된다. 가열 소자의 용접을 수행함으로써, 도 10 및 11에서 나타난 툴(170)을 사용하는 것이 제공된다. 정확한 용접을 얻기 위한, 상부 섹션(5)과 관련된 가열 소자의 바람직하고 안정적인 포지셔닝은, 가열 소자의 나선 형태와 직경이 서로 다양하다는 사실에 따라 획득하기 어렵다. 이러한 장치의 제조 허용오차는 ±1mm 이상이며, 특히 ±1.5mm이상이다.

본 발명의 범위내에서 개발된 툴(170)은, 레이저 용접 어셈블리로 고정되도록 배열된 베이스(172)로부터 형성된다. 클램핑 조(clamping jaw)(174, 176, 178)가 동심으로 배열되어 있고, 상기 베이스 상에서 빠르게 이동될 수 있도록 배열되어 있다. 또한, 클램핑 조를 위한 시팅(seating)을 형성하는 상부 섹션(180)이 베이스 위에 장착된다. 상기 가열 소자의 삽입을 위한 시팅 위에 채널(182)이 존재한다. 오목부(186)가 스프링(188)을 위한 각각의 조의 외부 측벽(184)으로 제공되며, 섹션(180)의 내부 벽(190)에 대해 접경하고 있다. 상기 오목부(186)는 조에 관련되어 있는 라인을 벗어나는 것이 명백하다. 덧붙이자면, 또한 오목부(194)가 측벽(184)에 접하는 스프링(196)을 위하여, 내부 벽(190)에 제공된다. 각각의 스프링(196)에 의해 가해지는 힘이 각각의 스프링(188)에 의해 가해지는 힘보다 작은 것(또는 그 반대의 경우)이 바람직하다.

상부 섹션 상에서, 가열 소자가 조 사이로 삽입될 때, 조는 가열 소자의 나선형을 유도하도록 경사진 표면(200)을 갖는다. 상기 조 사이의 직경이 상기 나선 형태의 최소 직경보다 약간 작도록 제공된다. 따라서 삽입 동안, 가열 소자가 조를 확장시키고, 그 후, 적정한 가운데 위치를 보장하기 위해, 클램핑 고정한다. 가열 소자의 종단 섹션(11, 12)이 챔버의 오프닝(13, 14)에 관련하여 올바르게 위치하도록 가이드를 형성하는 채널(182)의 벽(202)을 이용하여, 챔버(4)의 상부 섹션(5)이 섹션(180) 위에 위치한다. 레이저 용접 동안, 상기 벽(202)이 챔버의 섹션(5)의 위치를 정한다.

측부 금속 벽(22)에 의해 둘러 싸여 있는 중앙 컨덕터(20)에 의해, 종단 섹션(11, 12)이 형성되며, 이는 컨덕터(20)로부터 일정한 거리를 두고 배열되어 있다. 세라믹 절연 파트(24)가 튜브(22)의 단부에서 배열되어 있다. 이러한 절연 파트(24)는 적정하게 길이를 가질 수 있다, 특히 오프닝(13, 14)만큼 뻗어 있을 수 있다. 그러므로 레이저 빔에 의해, 플랜지(18)의 에지가 외부 벽(22)에 용접된다. 따라서 원통형 튜브(22)의 기하학적 축(25)의 중심에 위치하는 원이 형성된다. 서로 부분적으로 중첩되는 일련의 용접 포인트를 생성하는 펄스된 레이저 빔(pulsed laser beam)을 이용하여 용접이 획득되는 것이 바람직하다. 따라서 연속적이고, 견고한 용접이, 플랜지(18)의 에지에 의해 형성되는 전체 원 주위에서 획득된다. 다음에서 서술될 바와 같이, 원형 용접(26)을 획득하기 위해, 레이저 빔이 축(25)을 따르는 회전을 수행한다. 본원에서 사용되는 용접을 위해 사용되는 레이저 펄스의 바람직한 형태가 도 4A 및 4B에서 나타난다. 상기 도면 4A 및 4B는, 레이저 어셈블리에 의해 제공되는 펄스를 형성하는 두 개의 파워 곡선(40, 42)을 나타낸다. 이러한 레이저 펄스의 프로파일은, 제 1 주기 P1의 순간적인 파워가 상기 제 1 주기 P1 에 뒤따르는 제 2 주기 P2의 순간적 파워보다 더 높은 사실에 의해 특징 지워진다. 덧붙이자면, 상기 제 2 주기 P2의 파워는 전체 하강 곡선을 갖는다.

예를 들자면, 스테인리스 강철로 만들어진 물 가열기의 챔버와 외부 벽의 경우 특히, 레이저 펄스의 주파수가 30㎐ 내지 100㎐이도록, 제 1 주기 P1은 1kW 내지 2kW이도록 정해진다. 펄스 T의 지속 시간은 약 4밀리초 내지 10밀리초이다.

평균 파워가 150W 내지 500W 사이에 존재할 때, 각각의 펄스의 에너지는 약 3 내지 8줄(joule)의 값을 갖는다. 400mm/분 내지 1000mm/분의 레이저 빔의 변위 속도의 조건 하에서, 이러한 결론이 이끌어 내어진다.

펄스의 파워 프로필은, 물 가열기, 또는 수증기 발생기가 요구하는 바람직한 기계적 고정 및 견고함을 보장하는 동안, 용접에 필요한 에너지를 감소시키도록 선택되어진다. 덧붙이자면, 펄스의 형태에 의해, 용접(26)의 최적 품질이 개선되고, 제 2 펄스 주기 P2의 파워 프로필로부터 야기되는 더 긴 냉각 주기를 통하여, 열 응력이 감소한다.

스탬핑 공정(stamping)에 의해, 챔버(4)의 섹션(5, 6)이 형성되며, 비교적 얇은 벽을 갖는다. 레이저 용접은 두꺼운 벽을 필요로 하지 않는다. 따라서 챔버(4)는 낮은 비용의 스탬핑 공정에 의해 제작될 수 있다. 챔버의 내부에 가열 소자의 나사산을 배치하여, 그 중앙 위치에 고정하기 위해, 챔버가 폐쇄될 때, 나사산(10)이 접경하고 있는 탄성 러그(9)를 갖는 구조물(7)이 상기 챔버의 하부 섹션(6)의 바닥으로 제공된다.

물 가열기(2)는 가열될 액체의 순환 회로와 연계되어 있는 커넥터 부속품, 또는 소자(30, 31)를 포함한다. 이러한 부속품(30, 31)은 두 개의 오프닝(32)에 각각 위치하고, 레이저 빔에 의해 견고하게 용접된다. 가열 소자의 용접의 경우에서와 마찬가지로, 상기 용접부는 원형으로, 그리고 연속적으로 형성된다. 이러한 부속품의 용접 공정은 가열 소자를 챔버로 용접하는 앞서 설명한 공정과 유사하다. 덧붙이자면, 물 가열기는 챔버의 접촉 영역(36)으로 레이저 빔에 의해 용접되는 접지 단자(34)를 포함한다. 따라서 챔버(4)로 조립되는 모든 소자는 레이저 용접에 의해 고정 배치되는 것이 바람직하다. 이에 따라서, 물 가열기의 제작이 적정하게 이뤄지고, 상기 물 가열기의 제조 시간 및 단가가 감소될 수 있다. 또한 레이저 용접에 의해, 온도 센서가 상기 챔버(4)에 고정될 수 있다. 한편 이러한 센서를 고정하기 위한 그 밖의 다른 수단이 고려될 수 있다.

최종적으로, 금속 섹션(5)로의 가열 소자(8)의 용접 후에, 섹션(5, 6)은 레이저 용접에 의해 조립된다. 챔버의 얇은 벽이 견고하게 용접되었음을 확신하기 위해, 챔버의 개방 단부의 측부 상에서, 섹션(5, 6)은, 챔버(4)의 섹션(5, 6)의 측벽에 의해 형성되는 원통 표면에서부터 뻗어가는 확장 종단 섹션(28)을 갖는다.

챔버의 돌출 섹션을 형성하기 위해, 두 개의 파트의 확장 섹션(5, 6)이 서로에 대해 반대 방향으로 제공된다. 이러한 돌출 섹션은, 얇은 벽의 챔버에도 불구하고 두껍고 견고한 용접부를 생성하기 위한 물질의 저장 공간(reservoir)을 형성한다. 상기 용접은 접합되는 두 개의 확장된 섹션의 꼭지점에서 수행되는 것이 바람직하나, 하나의 확장된 섹션을 가로지르는 용접에 의해, 두 개의 확장된 섹션 사이에서 수행될 수 있고, 특히, 확장된 섹션은 챔버의 메인 표면에 대해 수직으로 향 하고 있다.

가열 소자는 가열될 액체를 위해 제공되는 챔버의 벽을 통과하는 단일 종단 섹션을 포함할 수 있다.

도 5 및 6은 본 발명에 따르는 수증기 발생기를 나타낸다. 앞서 서술된 참조는 상세하게 다시 설명되지 않을 것이다.

수증기 발생기(52)는 제 1 상부 섹션(55)과 제 2 하부 섹션(56)으로부터 형성되는 챔버(4)를 포함한다. 이러한 두 개의 섹션은 스탬핑 처리된 금속, 특히 스테인레스 강철로 만들어져 있다. 도 1의 물 가열기의 챔버의 섹션(6)과 유사한 방식으로, 상부 에지 상에서, 섹션(56)은 돌출부(28)를 형성하기 위해 다소 확장된다. 또한 수증기 발생기는 메인 섹션(58)과, 상부 섹션(55)으로 제공되는 원형 오프닝(13, 14)을 통과하는 두 개의 원통형 섹션을 형성하는 두 개의 종단 섹션(11, 12)에 의해 형성되는 가열 소자(8)를 갖는다. 물 가열기에 대해 설명한 것과 유사한 방식으로, 원통형 플랜지(18A)에 의해 형성되는 구멍(13, 14)의 레벨에서, 종단 섹션(11, 12)은 챔버(4)로 용접된다. 이러한 용접은 견고함을 보장하도록 레이저 빔에 의해 이뤄져서, 구멍(13, 14)의 에지 사이의 접합부에서, 그리고 섹션(11, 12)의 금속 벽(22)에서 용접부를 형성할 수 있다. 상기 용접부는 일련의 용접 포인트로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 용접 포인트는 하나의 포인트 위에 다른 하나가 부분 중첩되어 존재한다. 이에 따라서, 챔버(4) 내부에서 압력이 증가할 때 조차도 견고함을 보장할 수 있는 연속적인 용접이 획득될 수 있다.

또한 물의 유입을 위한 부속품(30)과, 생성된 수증기의 방출을 위한 부속 품(31)이 두 개의 구멍(32)의 에지 높이에서, 상부 섹션(55)을 용접된다. 최종적으로, 3개의 온도 센서를 포함하는 온도 측정 모듈(60)이 상부 섹션(55)에 장착된다.

챔버(4)와 가열 소자(8)를 형성하는 외부 튜브(22)는 스테인리스 강철로 만들어지는 것이 바람직하다. 그러나 그 밖의 다른 금속이 고려될 수 있다. 챔버(4)의 두 개의 섹션(55, 56)이 레이저 용접에 의해 서로 고정될 수 있다. 챔버(4)의 벽이 비교적 얇을지라도, 레이저 용접에 의해, 플랜지(18A)와 확장된 섹션(28)이 챔버의 섹션(56)의 모서리를 형성함에 따른 다양한 섹션의 견고한 어셈블리가 가능해진다. 덧붙이자면, 레이저 용접에 의해, 바람직한 견고함 및 기계적 압력, 특히, 챔버의 압력의 증가에 따른 기계적 압력에 대한 바람직한 저항이 보장될 수 있다. 챔버를 형성하는 물질의 비용이 최소치까지 감소하고, 수증기 발생기의 제조에 따르는 총 비용이 비교적 낮을 수 있다.

도 7은 가열 소자가 통과할 오프닝이 제공되는 도 6의 발생기의 상부 섹션(55)의 영역을 나타낸다. 상기 오프닝은 상부 섹션(55)의 메인 평면 표면 바깥으로 돌출되는 플랜지(18A)에 의해 형성된다. 이러한 변형예에서, 상기 플랜지(18A)는, 그 상부에 원통형 섹션(18B)을 갖는 곡선 형태의 하부 섹션(18C)을 가지며, 그 벽은 가열 소자의 종단 섹션(11, 12)의 삽입 방향(25)에 평행한다. 이러한 원통 섹션은 상기 플랜지로 삽입되는 종단 섹션(11, 12)을 위한 가이드를 형성한다. 이에 따라서, 챔버로 가열 소자의 고정에 대한 견고함을 증대시킨다.

도 7은 종단 섹션(11, 12)을 플랜지(18A)로 레이저 용접하는 3가지 가능성을 나타내는 레이저 빔(118A, 118B, 118C)을 나타낸다. 축(25)에서 각도(∝)로 입사되 는 빔(118B)에 의해, 종단 섹션(11, 12) 및 플랜지(18A)의 상부 환형 표면에 의해 형성되는 각도의 용접부의 형상이 가능해진다. 상기 각도(∝)는 10도 내지 45도의 값을 갖는다. 커버(55)의 메인 표면의 바깥으로 뻗어 있는, 메인 표면과 수직인 플랜지 때문에, 상기 플랜지는 용접부를 형성하기 위해, 특히 상기 플랜지와 종단 섹션 사이의 임의의 틈새를 충진하기 위해, 물질의 저장소를 제공한다. 이러한 방식으로, 물질의 결핍으로 인한 레이저 용접 영역의 부식이 방지된다. 상기 플랜지는 융용되어, 챔버의 벽에 대해 어떠한 열, 기계적 압력도 발생하기 않고 변형될 수 있다. 그 후, 플랜지가 물질의 저장소를 형성하기 때문에, 플랜지의 영역에서 챔버의 벽과 마찬가지로 그 벽이 얇게 유지될 수 있다. 이에 따라서, 챔버는 얇은 벽을 갖고 낮은 비용으로 제조될 수 있다. 덧붙이자면, 이러한 레이저 용접의 열 응력을 더 잘 흡수하기 위해, 그에 따라서 챔버의 커버, 또는 벽이 용접 영역에서 변형되는 것이 방지되도록, 얇은 플랜지에 의해, 용접을 위한 큰 발열량이 감소될 수 있다.

따라서 이러한 플랜지에 의해, 두껍고 연속적인 용접으로 인한 챔버로의 가열 소자의 부착의 바람직한 견고함이 보장되도록 바람직한 레이저 용접이 효율적으로 이뤄질 수 있다.

도 7은 레이저 빔(118B)을 이용한 용접의 대안예로서, 제공되는 레이저 빔(118A), 즉 원통형 섹션(18B)을 가로질러 구축된 또 다른 보상성 용접을 나타낸다. 최종적으로, 레이저 빔(118C)을 이용하여, 가열 소자의 원통 섹션과 종단 섹션(11, 12) 사이의 내부 틈새를 용접부에 의해 폐쇄하기 위하여, 내부 용접을 제공 하는 것이 가능하다. 레이저 빔(118A, 118B)을 이용한 내부 용접이 제공되는 것이 바람직하며, 홀로 실시될 수도 있다.

도 8은 도 2의 물 가열기와 유사한 플랜지의 변형예를 나타낸다. 상기 플랜지(18D)는 챔버의 내부 방향으로 확장되는 형태를 갖는 베이스(18E)와, 원뿔대 형태와 원통 형태를 갖는 상부 섹션(18F)을 갖는다. 이러한 상부 섹션(18F)의 형태에 의해, 확장된 하부 섹션(18E)으로부터 종단 섹션(11, 12)이 플랜지로 삽입되기 때문에, 오프닝의 기계 가공 오차는 감소될 수 있다. 따라서 도 8에서 나타난 바와 같이, 필요할 경우, 용접부(26A)를 형성하기 위해, 섹션(18F)의 상부 높이에서 실시될, 레이저 용접에 앞서 틈새를 제거하기 위해, 플랜지(18D)는 상부 섹션의 상부를 넓힐 수 있는 종단 섹션을 유도한다.

도 9는 본 발명에 따르는 플랜지의 또 다른 변형예를 보여준다. 상기 플랜지(18G)는, 가열 소자의 종단 섹션(11, 12)의 삽입 방향을 형성하는 축(25)으로 기울어지는 플랜지의 약간의 변형을 가능하게 하는 약간의 탄성을 갖는 하부 섹션(18H)을 포함한다. 이러한 방식으로, 물 가열기의 챔버, 또는 수증기 발생기에서, 이러한 가열 소자의 올바른 포지셔닝을 보장하기 위해, 가열 소자의 배향은 다양할 수 있다. 덧붙이자면, 앞서 언급된 가열 소자가 두 개의 종단 섹션(11, 12)을 가지는 실시예에서, 그리고 이러한 두 개의 종단 섹션의 최초의 넓힘이, 챔버의 벽에서의 두 개의 대응하는 오프닝 사이의 거리에 정확하게 대응하지 않을 때, 이러한 특징부는 바람직할 수 있다. 레이저 용접이 실시되도록, 플랜지(18G)는 원통 상부 섹션(18B)을 갖는다. 도 9는 섹션(18B)과 종단 섹션(11, 12) 사이의, 도 7의 레 이저 빔(118A)과 유사한 방식으로 배향되는 레이저 빔에 의해 획득되는 용접(26B)을 나타낸다. 도 8에서 나타난 바와 같이, 플랜지(18G)의 상부 섹션이 원뿔 형태로 돌출될 수 있다.

나타난 플랜지는 챔버의 본체와 하나의 조각으로 구성되며, 스탬핑에 의해 형성된다. 그러나 챔버의 본체에 장착되는 조각의 형태로 구성될 수 있는 그 밖의 다른 플랜지의 변형이 제한되지 않는다.

본 발명에 따르는 레이저 용접 어셈블리가 도 10 및 11을 토대로 설명될 것이며, 도 10 및 11은 본 발명에 따르는 물 가열기, 또는 수증기 발생기에 연계되어 있는 가열 소자, 또는 커넥터 부속품, 또는 물/수증기 회로의 소자의 용접을 수행하기 위해 전개된다.

어셈블리는 펄스된 레이저 빔을 공급하는 레이저 소스를 포함한다. 광섬유(70)에 의해, 상기 레이저 빔은, 상기 광섬유로 연결되어 있는 고정된 상부 섹션(74)을 포함하는 용접 장치(72)로 발사된다. 상기 레이저 빔(76)은 시준 수단(collimation means)(78)에 의해 시준된다. 상기 용접 장치(72)는 회전 헤드(80), 즉 기하학적 축(82)의 회전으로 설정되도록 장착되는 회전 헤드를 포함한다. 상기 장치(72)는, 레이저 빔(76)에 대한 광학 경로(84)를 형성하는 다양한 광학 소자를 갖는다. 제 1 거울(86)이 레이저 빔(76)을 편향시키도록 배열되어, 상기 거울의 광학 경로의 다운스트림이 회전 축(82)과 병합될 수 있다. 상기 축(82)을 따라 전파되는 바와 같이, 레이저 빔(76)이 회전 용접 헤드(80)로 들어가서, 기하학적 축(82)에 수직인 방향으로 제 2 거울(88)에 의해 편향된다. 상기 거울(88)이 헤드(80)의 제 1 섹션(90)에서 배열된다. 간략하게 도식된 구동 수단(94)에 의해, 이러한 섹션(90)은 회전하도록 설정된다. 이러한 구동 수단(94)은 섹션(90)을 회전시키도록 설정되도록 배열된 회전 모듈(96)에 연결되어 있다. 따라서 이러한 섹션(90)과 회전 모듈(96)을 회전 연결하는 수단이 제공된다.

고정된 섹션(74)과 회전 헤드(80) 사이에서 작업 기체를 이동시키는 수단(100)이 모듈(96) 아래에서 배열된다. 이러한 수단은 도 11을 토대로 더욱 상세하게 설명될 것이다. 상기 회전 헤드(80)는 거울(88)로부터의 레이저 빔(76)을 편향시키는 거울(104)을 포함하는 섹션(102)을 포함하며, 이때, 기하학적 축(82)에 대해 비스듬하게 진행되는 광학축을 따르고, 레이저 빔의 전파 방향으로는 상기 축(82)의 방향을 향한다. 종단 영역에서, 섹션(102)은 레이저 빔(76)이 통과하고 작업 기체가 빠져나가는 노즐(106)을 갖는다. 이러한 작업 기체는 도관(108)을 이용하여, 노즐(106)의 높이까지 향하게 된다. 마지막으로, 포커싱 수단(110)이 섹션(102)에 배열된다.

헤드(80)의 섹션(90, 102)은 섹션(102)이 섹션(90)에 관련하여 축(82)의 수직 방향으로 이동하거나 미끄러질 수 있게 해주는 보완 수단(105)을 포함한다. 섹션(102)의 포지션이 용접될 부분의 직경의 함수로서 조정된다. 이러한 포지션이 결정되면, 섹션(102)은 섹션(90) 상에서 견고하게 고정된다. 따라서 이들은 헤드가 회전하도록 설정될 때, 초점에 의해 형성되는 원형의 직경을 제어하는 수단이 된다. 상기 장치(72)가 동작 중일 때, 섹션(90, 102)은 서로에 대해 일체된다.

도 1 내지 3에서 서술된 물 가열기(2)의 가열 소자의 단부(11, 12)를 용접하 기 위해, 광학 축(112)은, 축(112)과 회전 축(82) 사이에서 형성되는 각도가 약 20도가 되도록 배열된다. 부속품(30)의 존재로 인하여, 특히 45도 미만의 각도가 제공된다. 따라서 포커스된 레이저 빔(focussed laser beam) 및 형성된 용접부에 가까이 제공되는 작업 기체를 사용하는, 챔버(2)로 종단 섹션(11, 12)을 용접하기 위한 장치(72)를 사용하는 것이 가능하다. 실제로, 헤드(80)의 특정 배열에 의해, 노즐(106)이 용접 영역으로 가져가질 수 있고, 레이저 용접 동안, 이러한 노즐은 가열 소자의 섹션(11, 12) 주위를 회전한다.

회전 헤드(80)가 회전하도록 설정될 때, 상기 측(112)은 원뿔형태의 회전 표면을 형성하고, 초점은 회전 축(82)의 중앙에 위치하는 원을 형성한다. 따라서 레이저 용접을 수행하기 위해, 종단 섹션(11, 12)의 중앙 축(25)이 회전 축(82)에 대해 정렬된다. 초점이, 가열 소자의 종단 섹션(11, 12)이 통과하는 챔버(2)의 구멍의 에지의 영역에 위치하도록 포커스 수단(102)이 배열되고 조정된다. 이러한 방식으로, 챔버로의 가열 소자의 신속하고 정확한 용접이 이뤄진다.

광학축(112)이 회전 축(82)과 교차하기 전에는, 초점이 광학축(112)을 따라 위치한다. 따라서 헤드(80)가 회전하도록 설정될 때, 레이저 빔은 거울(104)에 의해 반사된 후에 원뿔대 형태의 회전 표면을 형성한다. 헤드(80)가 회전할 때, 초점이 원을 형성함에 따라, 레이저 빔의 펄스의 주파수에 관련하여 회전 속도를 제어함으로써, 연속적인 원형 용접부가 획득되고, 이에 따라서 바람직한 견고함이 보장된다.

도 11은 작업 기체를 고정 섹션(74)과 용접 장치(72)의 회전 헤드(80) 사이 에서 이동시키기 위한 장치(100)의 더욱 세부적인 도면이다. 장치(100)는 고정된 섹션(74)에 일체되는 외부 원통형 링, 또는 섹션(120)을 포함한다. 상기 링(120)은 기체 유입 파이프(122)로 연결되는 수단(124)을 외곽부에서 포함한다. 연결 수단의 뒤에서, 상기 링은 통로(126)를 포함한다. 장치(100)의 메인 섹션(130)은 레이저 빔의 통로에 대한 중앙 오프닝(132)과 외곽부 상에서 오목부(134)를 갖는다. 상기 오목부(134)는 원형이고, 섹션(130)의 외부 측벽 상에서 개방되어 있다. 링(120)의 오프닝(126)은 오목부(134)에 관련하여, 즉 상기 오목부 쪽으로 향하여 개방되도록 배열된다. 그 후, 수직 오프닝(138)이 상기 오목부(134)를 파이프(106)로 연결시키기 위한 수단(140)으로 링크시키며, 이에 따라서, 작업 기체가 노즐(106)의 높이까지로 가져가 진다.

메인 섹션(130)이 용접 헤드(80)로 회전 통합된다. 봉합 수단(sealing mean)이 상기 링(120)과 섹션(130) 사이로 제공되어, 용접 헤드의 각 포지션에 관계없이, 오목부(134)로 출입하는 기체에 힘이 가해져서 상기 기체는 오목부(134)로부터 도관(138)을 통해 용접 헤드의 노즐 방향으로 방출될 수 있다.

따라서 앞서 언급된 기계 가공 어셈블리에 의해, 원형 용접이 가열 소자 주위에서 정교하게 수행될 수 있고, 작업 기체가 국소 방식으로, 그리고 레이저 용접을 수행하기 위해 적정한 압력 하에서 공급된다.

도 12는 본 발명의 레이저 용접 어셈블리의 두 번째 실시예를 나타낸다. 앞서 언급된 소자들은 다시 상세하게 설명되지 않는다. 이러한 두 번째 실시예는 회전 용접 헤드(150)의 하부 섹션(152)의 배열에 대하여 첫 번째 실시예와 다르다. 헤드(150)의 상부 섹션(90)은 첫 번째 실시예와 연계되어 설명된 헤드(80)의 상부 섹션과 유사하다. 상기 하부 섹션(152)은 섹션(90) 상에 장착되어 회전 축(82)에 수직인 방향으로 조정될 수 있다. 레이저 빔을 90도 이하의 각도(특히 67.5도)로 편향시키는 제 1 거울(154)이 섹션(152)에서 배열된다. 이러한 중간 영역에서, 섹션(152)은, 레이저 빔의 광학 경로를 67.5도만큼 편향시키는 또 다른 거울(104)이 배열되는 굴곡부를 갖는다. 따라서 미러(104)의 레이저 빔 다운스트림의 광학 축(112)이 회전 축(82)에 대하여 45도의 각도를 갖는다. 이러한 배열로 인하여, 섹션(90)에 대한 원통형 공간(156)이 자유롭게 남겨지며, 헤드(150)가 회전하도록 설정될 때, 이러한 공간은 레이저 빔의 초점에 의해 형성되는 교차점으로서 원(158)을 갖는다.

헤드의 상부 섹션(90)의 어떠한 확장도 요구하기 않고, 광학축은 회전 축에 대하여 약 45도의 각을 갖는 오프닝을 포함하기 때문에, 두 번째 실시예가 바람직하다. 따라서 상기 헤드는 소형이고, 회전의 순간 관성은, 축(82)과 축(112) 사이에 45도의 오프닝을 갖도록 배열되는 첫 번째 실시예의 헤드보다 낮다. 섹션(90)에대하여 섹션(152)의 포지션을 회전 축(82)에 수직으로 조정함으로써, 원(158)의 직경은 쉽게 조정될 수 있다. 이러한 조정은 간단하다. 왜냐하면, 제공되는 다수의 거울의 배향의 어떠한 수정도 초래하지 않기 때문이다.

Claims (12)

1. 챔버(4)와, 상기 챔버의 내부에 위치하는 메인 섹션(10; 58)을 갖는 가열 소자(8)와, 상기 챔버로부터 빠져나가는 하나 이상의 종단 섹션(11, 12)을 포함하는 물 가열기(2), 또는 수증기 발생기(52)에 있어서, 상기 종단 섹션은 상기 챔버의 벽(16, 55)에서 제공되는 오프닝(13, 14)을 통해, 상기 챔버를 통과하며, 이때,

   플랜지(18; 18A; 18D; 18G)가 상기 오프닝의 외곽부에 배열되며, 상기 챔버의 상기 벽의 메인 표면 밖으로 돌출되며, 상기 플랜지의 레벨에서 수행되는 레이저 용접에 의해, 상기 종단 섹션의 축 방향(25)으로 상기 오프닝의 높이에서, 상기 가열 소자는 상기 챔버에 견고하게 고정되는 것을 특징으로 하는 물 가열기, 또는 수증기 발생기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 플랜지는, 상기 챔버의 상기 벽과 단일 조각으로 형성되는 것을 특징으로 하는 물 가열기, 또는 수증기 발생기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 플랜지(18; 18D)는 상기 챔버의 내부 쪽으로 용접하는 형태를 가짐을 특징으로 하는 물 가열기, 또는 수증기 발생기.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플랜지(18A, 18G)는 상기 종단 섹션의 상기 축 방향에 평행하는 벽을 갖고, 상기 종단 섹션을 위한 가이 드(guide)를 형성하는 섹션(18B)을 가짐을 특징으로 하는 물 가열기, 또는 수증기 발생기.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플랜지(18G)는 상기 플랜지의 레벨에서 상기 종단 섹션의 축방향으로의 다소의 변형을 허용하는 특정 탄성도, 또는 변형도를 갖는 방식으로, 형성되는 것을 특징으로 하는 물 가열기, 또는 수증기 발생기.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버(4)는 금속에 의해 형성되며, 가열 소자의 하나 이상의 종단 섹션은, 외부 금속 벽(22)에 의해 거리를 두고 감싸지는 전기 전도체(20)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 물 가열기, 또는 수증기 발생기.
7. 제 3 항에 있어서, 상기 금속은 스테인리스 강철임을 특징으로 하는 물 가열기, 또는 수증기 발생기.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 액체를 유입시키기 위한 수단에 연계되어 있는 소자와, 가열된 액체, 또는 수증기를 방출하기 위한 소자인 커넥터 부속품(30, 31)을 더 포함하며, 상기 커넥터 부속품, 즉 소자들은 레이저 용접에 의해, 상기 챔버에 고정되는 것을 특징으로 하는 물 가열기, 또는 수증기 발 생기.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 레이저 용접에 의해 조립되는 두 개의 스탬핑 처리된 금속 섹션에 의해 형성되는 상기 챔버의 본체는 비교적 얇은 벽을 갖는 것을 특징으로 하는 물 가열기, 또는 수증기 발생기.
10. 둘 이상의 섹션(5, 6; 55, 56)에 의해 형성되는 챔버(4)를 포함하는 물 가열기(2), 또는 수증기 발생기(52)에 있어서, 이때, 상기 두 개의 섹션은 레이저 빔에 의해 용접되고, 상기 두 개의 섹션 중 하나 이상은, 상기 챔버의 메인 표면 밖으로 돌출되어 있는 돌출부를 형성하는 에지(28)를 포함하며, 상기 두 개의 섹션의 용접은 상기 돌출된 에지의 높이에서 수행되는 것을 특징으로 하는 물 가열기, 또는 수증기 발생기.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저 용접은 각각 파워 프로필을 갖는 일련의 펄스를 이용하여 수행되며, 이때 상기 제 1 주기 P1에 걸친 파워는 상기 제 1 주기에 뒤따르는 제 2 주기에 걸친 파워보다 더 높은 것을 특징으로 하는 물 가열기, 또는 수증기 발생기.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 주기 동안 파워는 감소되는 것을 특징으로 하는 물 가열기, 또는 수증기 발생기.

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