KR20160000441A - 난방 장치 컴포넌트 및 그 제작방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하부 표면을 포함하는 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛, 및 상부 표면을 포함하는 캐리어 유닛을 포함하는 난방 장치 컴포넌트에 관한 것이다. 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 하부 표면의 적어도 일부는 캐리어 유닛의 상부 표면의 적어도 일부와 열 접촉한다. 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 하부 표면과 캐리어 유닛의 상부 표면은 용접 이음매의 수단에 의해, 바람직하게는 레이저 용접 이음매의 수단에 의해, 서로 부착된다.
Description
본 발명은, 난방 장치 컴포넌트, 난방 유동체를 가열하기 위한 난방 장치, 및 난방 장치 컴포넌트를 제작하는 방법에 관한 것이다.
다양한 종류의 가전 기기 또는 가정용 기계는 유동체(fluid medium), 예를 들면 물과 같은 유동체,를 가열하는 것이 필요하다. 난방은 하나 이상의 난방 장치에 의해 이루어질 수 있다. 그를 위해, 매체 순환로(circuit)가 구비될 수 있으며, 상기 매체 순환로 내에 배치된 펌프는 상기 매체 순환로 내에서 유동체의 순환을 발생시킨다.
이러한 난방 장치의 기본적인 양상은, 매체 순환로의 모든 다른 컴포넌트처럼, 난방 장치가 차지하는 공간이 작으며 그 제작비용이 저렴하다는 것이다. 더욱이, 난방 장치는 그 조립에 있어 간단하다. 가전 기기 내 플라스틱 컴포넌트의 용해 또는 발화를 초래할 수 있는 심각한 동작 상태가 발생했을 때, 난방 장치는 그 신뢰성 있는 안전을 보장받아야 한다. 일부 가전 기기의 경우, 소정 온도 이상으로 유동체가 가열되지 않도록 방지하는 것이 또한 필요할 수 있다. 예를 들면, 식기 세척기의 경우, 세척수가 그 끓는 온도 이상으로 가열되지 않도록 방지하는 것이 필요할 수 있다.
미국 특허 출원 번호 제 2006/0236999 A1 호는, 유동체를 가열하기 위한 난방 장치, 특히 가전기기용 유동체를 가열하기 위한 난방 장치를 개시하고 있다. 상기 난방 장치는 캐리어 유닛, 상기 캐리어 유닛 상에 배치된 난방 유닛, 및 상기 캐리어 유닛 상에 배치되며 좋은 열 전도체 재료를 포함하는 열 전달 엘리먼트(element)를 포함하여 구성된다. 상기 열 전달 엘리먼트 상에는 온도 안전장치가 해당 관통 구멍을 거쳐 고정 엘리먼트에 의해 장착된다.
연속 유동수 히터를 장착한 종래의 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트 (예: 온도 퓨즈(thermal fuse))를 이용하는 경우, 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 예를 들어 하나 이상의 스크류로 장착 플레이트에 고정시킬 때 문제가 발생한다. 즉, 장착 플레이트를 난방 유닛에 납땜하는 경우, 상기 장착 플레이트는 휘어질 수 있다. 또한, 각각의 고정 스크류를 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트 상에 고정시킬 때, 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트는 고정 플레이트로부터 들뜨게 되어 뜨거운 부위 상층에 있는 공기에 머무를 수도 있다. 결과적으로, 난방 유닛 중앙의 가장 많은 양의 열이 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트로 직접 방출되지 못하고, 예를 들어, 상기 장착 플레이트, 상기 스크류, 및/또는 베이스 플레이트 플랜지를 거쳐 방출되어야 한다. 이러한 결과는 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트의 허용 가능하지 않은(즉, 너무 느린) 응답 시간을 초래하는 원인이 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 장치의 느린 응답 시간을 개선한, 난방 장치 컴포넌트, 난방 장치, 및 난방 장치 컴포넌트를 제작하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 첫 번째 양상에 따르면, 하부 표면을 포함하는 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛, 및 상부 표면을 포함하는 캐리어 유닛을 포함하며, 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 하부 표면의 적어도 일부는 캐리어 유닛의 상부 표면의 적어도 일부와 열 접촉하며, 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 하부 표면과 캐리어 유닛의 상부 표면은 용접 이음매의 수단에 의해, 바람직하게는 레이저 용접 이음매의 수단에 의해, 서로 부착되는(attached) 난방 장치 컴포넌트를 제공한다.
본 발명은 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 난방 유닛 상에, 바람직하게는 가장 뜨거운 지점의 바로 인근에, 용접 이음매의 수단에 의해 고정시키는 것을 제안한다. 바람직하게는, 이러한 고정은 용접에 의해, 바람직하게는 레이저 용접에 의해, 수행될 수 있다. 난방 장치에서 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 부착시키기 위해 레이저 용접을 이용하면, 예를 들어 곡형 스프링 와셔(spring washer)를 이용한 종래의 탑재(mounting) 기술에 비해, 보다 높은 기능성과 안전성을 제공하는 장점이 있다. 특히, 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 난방 유닛 상에 용접으로 고정시키면, 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트의 응답 시간을 크게 향상시키게 된다(즉, 응답시간을 감소시킨다).
바람직한 실시 예에 따르면, 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛은 베벨 에지(beveled edge)를 갖는 하부 부분을 포함하고, 베벨 에지는 하부 표면과 인접하고, 베벨 에지는 90°미만의 베벨 각도를 포함하며, 용접 이음매는 베벨 에지를 따라 위치한다. 90°미만의 베벨 각도를 갖는 베벨 에지를 이용함으로써, 레이저 빔은 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 하부 표면과 캐리어 유닛의 상부 표면 사이의 접촉 면적에 도달하는 것이 더욱 용이해진다. 그 결과, 상대적으로 작은 레이저 전력이 요구되는 반면에, 여전히 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 하부 표면과 캐리어 유닛의 상부 표면 사이를 원하는 강도로 부착시키는 것이 가능하게 된다.
난방 시스템의 사용 중, 박편 또는 칼슘이, 물과 같은 가열할 유동체와 접촉하고 있는 캐리어 유닛의 일측면 상에 퇴적될 가능성이 있다. 특히, 난방 유닛이 캐리어 유닛의 타측면 상에 배치된 경우에, 캐리어 유닛의 영역 내에 퇴적될 수 있다. 이러한 칼슘 퇴적은 난방 유닛에 의해 생산된 열의 전달을 손상시키는 원인이 될 수 있다. 따라서, 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트는 그러한 칼슘 퇴적 없는 경우의 온도보다 높은 온도를 검출할 수 있다. 어떤 경우에는, 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트는 유동체가 여전히 존재하더라도 난방 유닛으로의 전기공급을 차단할 수 있다. 즉, 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛은 물이 마른 상태와 같이 안전 문제 상황을 검출할 수 있다. 이러한 상황을 피하기 위해, 연결부가 상기 난방 유닛가 이격된 캐리어 유닛의 영역과 접촉하도록, 연결부를 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트에 제공하는 것이 유리할 수 있다. 이를 통해, 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛은 유동체에 의해 냉각되어, 온도 검출이 난방 유닛의 영역내 캐리어 유닛 상의 칼슘퇴적에 의해 방해받지 않게 할 수 있다. 이러한 연결부는 또한 캐리어 유닛에 레이저 용접일 수 있고, 연결부에는 또한 베벨 에지가 구비될 수 있다. 연결부의 크기는, 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛을 냉각시킬 필요에 따라 선택될 수 있다.
더욱, 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛을 난방 유닛의 표면에 직접 부착하는 것이 또한 가능할 수 있다.
또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 베벨 각도는 5°및 55°사이, 바람직하게는 15°및 45°사이, 및 더욱 바람직하게는 25°및 35°사이의 범위에 있다. 베벨 각도를 설명한 바와 같이 선택함으로써, 레이저 빔은 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 하부 표면과 캐리어 유닛의 상부 표면 사이의 접촉 면적에 도달하는 것이 더욱 용이해지고 향상된다. 추가로, 각각의 용해 영역을 증가시킴으로써, 완벽한 재료 연결이 이루어질 수 있다. 일정 길이의 베벨 에지를 제공하면, 이외에도 자동 생산 동안 잠재적인 정렬불량을 보상한다. 레이저 진입 각도를 재료 표면상에 90°로 향하게 하는 경우, 바람직하게 30°의 베벨 각도가 선택되어, 레이저 빔은 캐리어 유닛의 상부 표면에 대해 120°각도로 유도될 수 있다. 레이저 빔은 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 민감 부분에 너무 가까워지지 않게 방지될 수 있다.
또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛은, 온도를 측정하고, 온도를 미리 정의한 온도 한계치와 비교하고, 상기 비교에 기반하여 제어 신호를 출력하도록 구성된다.
또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 제어 신호는 난방 유닛의 원하는 스위칭 상태에 대한 정보를 포함한다.
또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 하부 표면은 적어도 하나의 제 1 돌출부 및/또는 리세스를 포함한다. 캐리어 유닛의 상부 표면은 적어도 하나의 제 2 리세스 및/또는 돌출부를 포함한다. 제 1 돌출부 및/또는 리세스는 제 2 리세스 및/또는 돌출부에 대응된다. 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 하부 표면과 캐리어 유닛의 상부 표면을 상술한 방식으로 디자인함으로써, 전체 접촉 면적은 증가하여, 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛과 상기 캐리어 유닛 사이의 열 전달을 향상시킬 수 있다. 이러한 디자인은 또한 돌출부와 리세스를 바람직하게 매칭시켜 제작을 더욱 용이하게 할 수 있다.
또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 상기 하부 표면은 AlMg3를 포함한다. 그러나, 다른 용접가능 알루미늄 합금 또는 알루미늄-스틸 화합물 재료가 이용될 수 있다.
또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 캐리어 유닛의 상부표면은 AlMg3를 포함한다. 그러나, 알루미늄 합금 Al99 ,5, AlMg1이 또한 적합할 수 있다.
또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛은, 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 하부 표면 보다 작은 크기의 하부 표면을 가지는 적어도 하나의 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 포함한다. 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 하부 표면 보다 작은 하부 표면을 포함하도록 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 디자인함으로써, 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트의 하부 표면 너머로 연장하는 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 하부 표면을 가지는 것이 가능하다. 따라서, 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛을 캐리어 유닛에 부착하기 위해, 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 하부 표면은 더욱 쉬운 방식으로 닿을 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 여기에 설명된 바와 같은 난방 장치 컴포넌트, 및 캐리어 유닛 상에 배치된 난방 유닛을 포함하고, 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛은 난방 유닛의 온도를 측정하도록 구성된, 유동체 특히 가전 기기용 유동체를 가열하기 위한 난방 장치를 제공한다.
바람직한 실시 예에 따르면, 난방 장치는 케이스부를 포함하고, 난방 유닛은 케이스부에 장착되고, 케이스부는 알루미늄을 포함한다. 더욱 바람직하게, 전체 난방 장치는 알루미늄으로 구성된다. 종래 난방 장치에서는 전형적으로 캐리어 유닛에 리세스를 제공하고 난방 유닛을 리세스 내에 배치하는 반면에, 여기 설명된 바람직한 실시 예에서는 난방 유닛을 캐리어 유닛의 케이스부에 직접 장착(예: 납땜으로)하는 것이 가능하다는 장점이 있다. 캐리어 유닛은, 리세스가 더 이상 필요하지 않기 때문에 구조적으로 단순해진다. 추가로, 케이스부의 내측은 바람직하게는 비접착(nonstick) 코팅으로 코팅된다. 비접착 코팅은 바람직하게는 세라믹-기반 재료로 구성된다. 세라믹-기반 비접착 코팅을 이용함으로써, 알루미늄 표면은 식기 세척기를 안전하게 할 수 있다.
또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 난방 유닛은 열 전달 엘리먼트를 포함하며, 열 전달 엘리먼트는 가늘고 긴 평판 엘리먼트이다. 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 캐리어 유닛은 디스크를 포함한다. 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 캐리어 유닛은, 일측에서 개방되고 난방 유닛을 수용하기 위한 횡단면으로 보면 바람직하게 적어도 대략 C-형상인 리세스를 갖는다. 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 난방 유닛은 적어도 하나의 관형 히터로 형성된다. 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 난방 유닛의 횡단면 형상은 캐리어 유닛의 리세스의 횡단면 형상에 적어도 대체로 적응된다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 여기에 설명된 난방 장치 컴포넌트를 제작하기 위한 방법을 제공한다. 상기 방법은 하부 표면을 포함하는 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛을 제공하는 과정; 상부 표면을 포함하는 캐리어 유닛을 제공하는 과정; 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 하부 표면의 적어도 일부를 캐리어 유닛의 상부 표면의 적어도 일부와 열 접촉시키는 과정; 및 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 하부 표면과 캐리어 유닛의 상부 표면을 서로 용접, 바람직하게는 레이저 용접,하는 과정을 포함한다.
바람직한 실시 예에 따르면, 상기 방법은 베벨 에지를 생성하기 위해 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 하부부분의 에지를 베벨링하는(beveling) 과정을 추가로 포함하고, 베벨 에지는 90° 미만의 베벨 각도를 포함하며, 용접은 베벨 에지를 따라 수행된다. 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 용접은 레이저 빔을 이용한 레이저 용접을 포함하고, 레이저 빔은, 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 표면에 직각을 이루도록 유도된다.
또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 레이저 빔은 0.5 kW 및 1.5 kW 사이의 전력, 바람직하게 1 kW 의 전력을 포함한다.
청구범위 제1항의 난방 장치 컴포넌트, 제10항의 유동체를 가열하기 위한 난방 장치, 및 제12항의 난방 장치 컴포넌트를 제작하는 방법은 종속항에서 정의된 바와 같이 유사 및/또는 동일한 바람직한 실시 예들을 가진다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 실시 예는 또한 종속항의 임의의 한 조합이거나 또는 각각의 독립항을 갖는 상기 실시 예들일 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 이들 그리고 기타 양상은 이하 설명되는 실시 예로부터 명백해지고 이를 참조하여 명료해 질 것이다.
난방 장치에서 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 부착시키기 위해 레이저 용접을 이용하면, 예를 들어 곡형 스프링 와셔(spring washer)를 이용하여 마운팅(mounting)을 근접시키는 종래 기술에 비해, 보다 높은 기능성과 안전성을 제공하는 장점이 있다. 특히, 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 난방 유닛 상에 용접으로 고정시키면, 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트의 응답 시간을 크게 향상시키게 된다(즉, 감소시킨다).
90°미만의 베벨 각도를 갖는 베벨 에지를 이용함으로써, 레이저 빔은 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 하부 표면과 캐리어 유닛의 상부 표면 사이의 접촉 면적에 도달하는 것이 더욱 용이해진다. 결과로서, 레이저 전력이 적게 요구되는 반면에, 여전히 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 하부 표면과 캐리어 유닛의 상부 표면 사이를 원하는 강도로 부착시키게 된다.
베벨 각도를 설명한 봐와 같이 선택함으로써, 레이저 빔은 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 하부 표면과 캐리어 유닛의 상부 표면 사이의 접촉 면적에 도달하는 것이 더욱 더 용이해지고 향상된다. 추가로, 각각의 용해 영역을 증가시킴으로써, 완벽한 재료 연결이 이루어질 수 있다. 일정 길이의 베벨 에지를 제공하면, 이외에도 자동 생산 동안 잠재적인 정렬불량을 보상한다. 레이저 빔은 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 민감한 부분에 너무 가까워지지 않게 방지될 수 있다.
상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 상기 하부 표면과 상기 캐리어 유닛의 상기 상부 표면을 상술한 방식으로 디자인함으로써, 전체 접촉 면적은 증가하여, 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛과 상기 캐리어 유닛 사이의 열 전달을 향상시킬 수 있다. 이러한 디자인은 또한 돌출부와 리세스를 바람직하게 매칭시켜 제작을 더욱 용이하게 할 수 있다.
상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 하부 표면 보다 작은 하부 표면을 포함하도록 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 디자인함으로써, 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트의 하부 표면 너머로 연장하는 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 하부 표면을 가지는 것이 가능하다. 따라서, 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛을 캐리어 유닛에 부착하기 위해, 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 하부 표면은 더욱 쉬운 방식으로 닿을 수 있다.
난방 유닛을 캐리어 유닛의 케이스부에 직접 장착(예: 납땜으로)하는 것이 가능하다는 장점이 있다. 상기 캐리어 유닛은, 리세스가 더 이상 필요하지 않기 때문에 구조적으로 단순해진다. 세라믹-기반 비접착 코팅을 이용함으로써, 알루미늄 표면은 식기 세척기를 안전하게 할 수 있다.
도 1은 종래 난방 장치의 구성요소를 개략적, 예시적으로 도시한 횡단면 사시도;
도 2는 종래 난방 장치의 구성요소를 개략적, 예시적으로 도시한 횡단면도;
도 3은 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 개략적, 예시적으로 도시한 상면도;
도 4는 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트의 베이스 플레이트를 개략적, 예시적으로 도시한 상면도;
도 5A 내지 5C는 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 포함한 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템의 실시 예를 개략적, 예시적으로 도시한 도면;
도 6은 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 포함한 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템의 또 다른 실시 예를 개략적, 예시적으로 도시한 도면;
도 7은 대략 30°의 베벨(bevel)을 갖는 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트의 실시 예를 개략적, 예시적으로 도시한 도면;
도 8은 도 7의 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트의 또 다른 모습을 개략적, 예시적으로 도시한 도면;
도 9는 용접 후의 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트의 베벨 에지를 개략적, 예시적으로 도시한 도면;
도 10은 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 포함한 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템의 또 다른 실시 예를 개략적, 예시적으로 도시한 도면;
도 11은 도 10의 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템을 개략적, 예시적으로 도시한 상세 확대도;
도 12는 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 포함한 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템의 또 다른 실시 예를 개략적, 예시적으로 도시한 도면;
도 13은 도 12의 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템의 또 다른 모습을 개략적, 예시적으로 도시한 도면;
도 14는 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 포함한 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템의 또 다른 실시예를 개략적, 예시적으로 도시한 도면;
도 15는 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 포함한 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템의 또 다른 실시예를 개략적, 예시적으로 도시한 도면; 및
도 16은 난방 장치 컴포넌트를 제작하는 방법의 실시 예를 개략적, 예시적으로 도시한 도면.
도 2는 종래 난방 장치의 구성요소를 개략적, 예시적으로 도시한 횡단면도;
도 3은 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 개략적, 예시적으로 도시한 상면도;
도 4는 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트의 베이스 플레이트를 개략적, 예시적으로 도시한 상면도;
도 5A 내지 5C는 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 포함한 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템의 실시 예를 개략적, 예시적으로 도시한 도면;
도 6은 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 포함한 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템의 또 다른 실시 예를 개략적, 예시적으로 도시한 도면;
도 7은 대략 30°의 베벨(bevel)을 갖는 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트의 실시 예를 개략적, 예시적으로 도시한 도면;
도 8은 도 7의 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트의 또 다른 모습을 개략적, 예시적으로 도시한 도면;
도 9는 용접 후의 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트의 베벨 에지를 개략적, 예시적으로 도시한 도면;
도 10은 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 포함한 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템의 또 다른 실시 예를 개략적, 예시적으로 도시한 도면;
도 11은 도 10의 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템을 개략적, 예시적으로 도시한 상세 확대도;
도 12는 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 포함한 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템의 또 다른 실시 예를 개략적, 예시적으로 도시한 도면;
도 13은 도 12의 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템의 또 다른 모습을 개략적, 예시적으로 도시한 도면;
도 14는 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 포함한 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템의 또 다른 실시예를 개략적, 예시적으로 도시한 도면;
도 15는 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 포함한 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템의 또 다른 실시예를 개략적, 예시적으로 도시한 도면; 및
도 16은 난방 장치 컴포넌트를 제작하는 방법의 실시 예를 개략적, 예시적으로 도시한 도면.
난방 장치의 관심사 중 하나는 과열에 대한 신뢰성 있는 안전장치이다. 대체로, 과열에 대한 보호는, 예를 들어 서모스탯(thermostat) 및/또는 써멀 링크(thermal link)등과 같은 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 이용함으로써 이루어진다. 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트는, 일정 온도를 모니터하거나 제어할 필요가 있고 최대 온도를 초과하지 않아야 하는 응용 분야에서 일반적으로 이용된다. 예시적인 응용 분야는, 식기 세척기 및 세탁기와 같은 가전 기기들, 커피제조기, 증기발생기 등과 같은 소형 전기기기들, 또는 전기 모니터식 물 가열장치들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
온도 감지 엘리먼트(element)로는, 예를 들면 아치형 이종합금 디스크(vaulted bimetal disc)가 이용될 수 있다. 아치형 이종합금 디스크는 바람직하게 장착 플레이트(mounting plate)와 직접 접촉하므로 온도에 빨리 반응하게 된다. 소정 온도에 도달하면, 상기 이종합금 디스크는 동작하여 전기회로를 개방시킨다. 상기 소정 온도 이하로 다시 온도가 떨어지면, 상기 이종합금 디스크는 원위치로 복귀하고 이로써 상기 전기회로를 다시 폐쇄시킨다. 추가적으로 및/또는 택일적으로, 장착 플레이트에 삽입되는 땜납(solder melts)은 모니터할 표면과 직접 열 접촉할 수 있다. 기설정 온도에 도달하면, 땜납은 녹아서 핀(pin)을 이동시키게 되고 이로써 전기 접촉을 개방시키는 결과를 초래한다. 온도 모니터링 및 온도 제어를 조합한 두 개의 컴포넌트로 이루어진 시스템의 경우, 온도 모니터링 및 온도 제어를 위한 두 개 컴포넌트는 열 전도를 담당하는 공용 장착 플레이트를 가질 수 있다. 이러한 공용 장착 플레이트는 서모스탯(thermostat) 및 써멀 링크(thermal link)에 대한 열 정보가 항상 동일한 소스로부터 나온다는 것을 보장한다.
온도 제어 엘리먼트(temperature control element)는, 전기 난방 엘리먼트를 보호하기 위해 최대 온도를 초과하지 않아야 하는 응용 분야(예: 커피제조기, 다리미, 식기세척기, 드라이어)에 이용될 수 있다. 대체로, 온도 제어 엘리먼트는, 모니터할 타겟 표면과 직접 열 접촉하는 장착 플레이트에 삽입된 용해성 납땜을 구비한다. 기설정 온도에 도달하면, 납땜은 녹아서 핀을 이동시키게 되고 이로써 전기 접촉을 개방시키는 결과를 초래한다.
도 1은, 참조로서 병합된 미국 특허출원 제 2006/0236999 A1호에 개시한 바와 같은 종래 난방 장치를 개략적, 예시적으로 보여준다. 도 1의 난방 장치는 캐리어 유닛(T), 난방 유닛(H), 열 전달 엘리먼트(W), 및 열 전달 엘리먼트(W)상에 배치된 안전장치(S1, S2)를 포함하여 구성된다. 제 1 안전장치(S1)는, 제 1 안전장치(S1)에 의해 검출되는 난방 유닛(H)의 온도를 기반으로, 난방 유닛(H)으로의 전원 회로를 차단한다. 난방 유닛(H)의 온도가 제 1 소정 온도 한계치를 초과할 때, 예를 들어 난방 유닛(H)이 일을 완료했을 때, 제 1 안전 장치(S1)는 난방 유닛(H)으로의 전원 회로를 바람직하게 차단한다. 제 1 소정 온도 한계치는, 난방 장치의 영역에 존재하는 플라스틱 부품이 녹지 않게끔 선택될 수 있다. 제 2 안전장치(S2)는, 제 2 안전장치(S2)에 의해 검출되는 가열할 유동체의 온도를 기반으로 난방 유닛(H)으로의 전원 회로를 차단시킨다. 가열할 유동체의 온도가 제 2 소정 온도 한계치를 초과할 때, 제 2 안전 장치(S2)는 난방 유닛(H)으로의 전원 회로를 바람직하게 차단한다. 제 2 소정 온도 한계치는 예를 들면 가열할 유동체의 끓는 온도로 정의될 수 있다. 따라서, 제 2 안전 장치(S2)는 유동체가 끓지 않도록 방지할 수 있다. 안전 장치(S1, S2)는 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트로 간주될 수 있다.
난방 장치는 예를 들어 식기세척기의 컨베이어 펌프에 연결될 수 있다. 컨베이어 펌프의 하우징(PG)만이 도 1에 부분적으로 도시되어 있으며, 하우징(PG)은 녹는점이 낮은 플라스틱 재료를 포함한다. 난방 장치는, 가전기기를 조립하는 동안 상기 컨베이어 펌프 또는 컨베이어 펌프의 하우징(PG)에 장착될 수 있으며, 또는 컨베이어 펌프와 함께 기 조립된 구조 유닛을 형성할 수 있다.
도 1에서 알 수 있듯이, 캐리어 유닛(T)은 원형 디스크 (10)이며, 원형 디스크(10)는 예를 들어 부식 방지 스틸로 제작될 수 있다. 디스크(10)는 중심축(미도시)을 중심으로 동심원 관계로 원형 구멍(12)을 갖는다. 원형 구멍(12)을 통해, 상기 컨베이어 펌프의 흡입 파이프는 유동체와 관련하여 완전히 밀폐된 채로 통과한다. 상기 디스크(10)는, 그 외부 주변 에지(14)에서 유동체와 관련하여 완전히 밀폐된 채로 상기 펌프 하우징(PG)의 에지 너머에 관여할 수 있다. 디스크(10)의 일측(도 1 인쇄용지의 아래쪽 가장자리의 방향을 향함)은 상기 컨베이어 펌프가 설치된 상태에서 가열할 타겟 유동체와 직접 접촉하고 있으며, 따라서 습기부(wet side)로 지칭될 수 있다. 한편, 디스크(10)의 타측(도 1 인쇄용지의 위쪽 가장자리의 방향을 향함)은 유동체와 접촉하지 않으며, 따라서 건조부(dry side)로 지칭될 수 있다.
도 1에서 더욱 알 수 있듯이, 캐리어 유닛(T)을 형성하는 디스크(10)는 리세스(16)를 가지며, 상기 리세스(16)는 디스크(10)의 중심축을 중심으로 동심원 관계로 대략 방사상 중심부에서 그 주변으로 연장한다. 리세스(16)는 횡단면으로 보면 사각 형상이다. 상기 사각의 일측은 상향으로 향하는 쪽이며, 생략된다. 난방 유닛(H)은 공지된 관형의 히터이며, 리세스(16)에 끼워진다. 도 1에서 알 수 있듯이, 난방 유닛(H)이 리세스(16)의 내측 벽(더 상세히 구분되지 않음)에 대해 세 곳에서 전체적으로 접촉하는 방식으로, 난방 유닛(H)의 형상 및 외측 치수는 디스크(10)의 리세스(16)의 형상 및 외측 치수와 매칭된다. 따라서, 난방 유닛(H)에 의해 생산된 열은, 디스크(10)의 습기부 상에 배치되어 가열될 타겟 유동체에 전달된다.
연속 유동수 히터를 장착한 종래의 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트(예: 온도(열) 퓨즈)를 이용하는 경우, 종래 난방 장치를 도시한 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 예를 들어 하나 이상의 스크류로 장착 플레이트에 고정시킬 때 문제가 발생한다. 즉, 장착 플레이트를 난방 유닛에 납땜하는 경우, 장착 플레이트는 휘어질 수 있다. 더욱이, 각각의 고정 스크류를 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트 상에 고정시킬 때, 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트는 고정 플레이트로부터 들뜨게 되어 뜨거운 부위 상층에 있는 공기에 머무를 수 도 있다. 이 효과는 도 2에 도시되어 있고 화살표로 표기되어 있다. 그 결과로서, 난방 유닛 중앙의 가장 많은 양의 열이 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트로 직접 방출되지 않고, 예를 들어, 장착 플레이트, 스크류, 및/또는 베이스 플레이트 플랜지를 거쳐 방출된다. 이러한 결과는 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트의 허용 가능하지 않은 (즉, 너무 느린) 응답 시간을 초래하는 원인이 된다.
상술한 문제를 해결하기 위한 한 가지 해결책은, 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 난방 유닛 상에 바람직하게는 가장 뜨거운 지점의 바로 인근에 직접 고정시키는 것이다. 이러한 고정은 용접에 의해 바람직하게는 레이저 용접에 의해 수행될 수 있다. 대체로, 다음에 설명된 바와 같이, 난방 장치에서 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 부착시키기 위해 레이저 용접을 이용하면, 예를 들어 곡형 스프링 와셔(spring washer)를 이용하는 종래의 장착(mounting) 기술에 비해, 보다 높은 기능성과 안전성을 제공하는 장점이 있다. 특히, 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 난방 유닛 상에 용접으로 고정시키면, 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트의 응답 시간을 크게 향상시키게 된다(즉, 응답시간을 감소시킨다).
온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 난방 유닛 상에 용접으로 고정시키는 여러 가지 예들을 하기에 도시한다. 도 3은 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 난방 유닛 상에 용접으로 고정하기 위한 하나의 방안을 개략적, 예시적으로 도시하고 있다. 즉, 도 3은 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트(310)를 도시하고 있다. 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트(310)의 각 마운팅부 상에 이루어지는 스폿(spot) 용접(330)을 또한 도시한다. 도 4는 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 난방 유닛 상에 용접으로 고정하기 위한 또 다른 방안을 개략적, 예시적으로 도시한다. 즉, 도 4는 용접 이음매(530)를 포함하는 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트의 베이스 플레이트를 도시한 상면도이다.
도 5A는 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트(510a, 510b)를 포함하는 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템(500)의 실시 예를 개략적, 예시적으로 도시한다. 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트(510a, 510b)는 캐리어 유닛(520)상에 장착된다. 도 5A의 좌측 도면의 영역(D)의 상세도에 추가로 도시된 바와 같이, 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트(510a, 510b)는 용접 이음매(weld seams)(530)를 거쳐 캐리어 유닛(520)에 장착된다.
도 5B 및 도 5C는 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템(500)을 개략적, 예시적으로 도시한 추가 도면이다. 도 5B 내지 도 5C의 난방 장치는, 캐리어 유닛(520), 난방 유닛(500-H), 열 전달 엘리먼트(500-W), 및 바람직하게는 안전 장치인 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(510a, 510b)을 포함하여 구성된다. 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(510a, 510b)은 상기 열 전달 엘리먼트(500-W)상에 배치된다. 제 1 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(510a)은, 제 1 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(510a)에 의해 검출되는 난방 유닛(500-H)의 온도를 기반으로, 난방 유닛(500-H)으로의 전원 회로를 차단한다. 난방 유닛(500-H)의 온도가 제 1 소정 온도 한계치를 초과할 때, 예를 들어 난방 유닛(500-H)이 일을 완료했을 때, 제 1 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(510a)은 난방 유닛(500-H)으로의 전원 회로를 바람직하게 차단시킨다. 제 1 소정 온도 한계치는, 난방 장치의 영역에 존재하는 플라스틱 부품이 녹지 않게끔 선택될 수 있다. 제 2 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(510b)은, 제 2 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(510b)에 의해 검출되는 가열할 유동체의 온도를 기반으로 난방 유닛(500-H)으로의 전원 회로를 차단한다. 가열할 타겟 유동체의 온도가 제 2 소정 온도 한계치를 초과할 때, 제 2 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(510b)은 난방 유닛(500-H)으로의 전원 회로를 바람직하게 차단한다. 제 2 소정 온도 한계치는 예를 들면 가열할 타겟 유동체의 끓는 온도로 정의 될 수 있다. 따라서, 상기 제 2 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(510b)은 유동체가 끓지 않도록 방지할 수 있다.
난방 장치는, 도 1에 도시된 난방장치와 유사한 방식으로 예를 들어 식기세척기의 컨베이어 펌프에 연결될 수 있다. 난방 장치는, 가전기기를 조립하는 동안 컨베이어 펌프 또는 컨베이어 펌프의 하우징에 장착될 수 있으며, 또는 컨베이어 펌프와 함께 기 조립된 구조 유닛을 형성할 수 있다.
도 5A 내지 도 5C에서 알 수 있듯이, 캐리어 유닛(520)은 원형 디스크 (500-10)이며, 원형 디스크(500-10)는 예를 들어 부식 방지 스틸(corrosion-resistant steel)로 제작될 수 있다. 그러나, 캐리어 유닛(520)의 다른 실시 예로, 원형 디스크(500-10)는 AlMg3, AlMg1, 또는 Al99 ,5로 제작될 수 있다. 디스크(500-10)는 중심축(미도시)을 중심으로 동심원 관계로 원형 구멍(circular hole)(500-12)을 갖는다. 원형 구멍(500-12)을 통해, 컨베이어 펌프의 흡입 파이프는 유동체와 관련하여 완전히 밀폐된 채로 통과한다. 디스크(500-10)는, 그 외부 주변 에지에서 유동체와 관련하여 완전히 밀폐된 채로 펌프 하우징의 에지 너머에 관여할 수 있다. 디스크(500-10)의 일측(도 5A 내지 도 5C 인쇄용지의 아래쪽 가장자리의 방향을 향함)은 컨베이어 펌프가 설치된 상태에서 가열할 유동체와 직접 접촉하고 있으며, 따라서 습기부(wet side)로 지칭될 수 있다. 한편, 디스크(500-10)의 타측(도 5A 내지 도 5C 인쇄용지의 위쪽 가장자리의 방향을 향함)은 유동체와 접촉하지 않으며, 따라서 건조부(dry side)로 지칭될 수 있다.
캐리어 유닛(520)을 형성하는 디스크(500-10)는 리세스를 가지며, 상기 리세스는 디스크(500-10)의 중심축을 중심으로 동심원 관계로 대략 방사상 중심부에서 그 주변으로 연장한다. 리세스는 횡단면으로 보면 바람직하게 사각 형상이다. 상기 사각의 일측은 상향으로 향하는 쪽이며, 생략된다. 난방 유닛(500-H)은 바람직하게 공지된 관형의 히터이며, 리세스에 끼워진다. 난방 유닛(500-H)이 리세스의 내측 벽(더 상세히 구분되지 않음)에 대해 세 곳에서 전체적으로 접촉하는 방식으로, 난방 유닛(500-H)의 형상 및 외측 치수는 디스크(500-10)의 리세스의 형상 및 외측 치수와 매칭된다. 따라서, 난방 유닛(500-H)에 의해 생산된 열은, 디스크(500-10)의 습기부 상에 배치되어 가열될 유동체에 전달된다.
도 5B 및 도 5C에서 추가로 알 수 있듯이, 레이저 빔(540)은, 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(510a, 510b)을 캐리어 유닛(520)에 부착시키는데 이용될 수 있다. 특히, 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(510a, 510b)의 각 하부 부분은 베벨 에지(beveled edge)(550a, 550b)를 포함할 수 있다. 베벨 에지(550a 또는 550b)를 이용함으로써, 레이저 빔(540)은 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(510a, 510b)의 고감도 부분에 너무 가까워지지 않게끔 유도될 수 있다. 용접 이음매(530a, 530b)는 베벨 에지(550a, 550b)를 따라 설치될 수 있다. 추가적인 상세 내용은 이하에서 설명된다.
도 6은, 가열할 유동체로 채워진 튜브(tube) 상에, 예를 들어 송수관(water pipe) 상에 장착된 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트(510a, 510b)를 포함하는 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템의 또 다른 실시 예를 개략적, 예시적으로 도시한 도면이다. 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트(510a, 510b)는 레이저 용접 이음매(530)의 수단에 의해 튜브에 고정된다.
온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 캐리어 유닛에 용접하는 효과를 도시하기 위해, 여러 번의 테스트 측정을 수행하였다. 첫 번째 테스트 실험에서, 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트는, (a)프레싱(pressing) 그리고 (b)레이저용접에 의해 연속 유동수 히터(continuous-flow water heater)에 고정되었다. 상기 테스트 결과는, 레이저용접 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트의 응답 시간이 프레싱 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트의 응답 시간보다 2초 내지 4초 짧다는 것이었다. 이외에, (b)레이저 용접의 경우, 오버슈트(overshoot)는 대략 20℃ 감소되었다.
추가 테스트 실험에서 발생했던 문제는, 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 연속 유동수 히터의 베이스 플레이트(base plate)에 고정시킬 때, 2 Kw(또는 그 이상)까지의 높은 레이저 전력을 필요로 한다는 것이었다. 이는 레이저 진입 각도가 불리하기 때문이다. 이로 인해, 용접 결과는 만족스럽지 못했다. 베이스플레이트 재료(바람직하게는, AlMg3일 수 있음)로의 레이저 진입을 개선하기 위한 한 가지 해결책은, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트(930)의 날개 단부(wing ends)(920)에서 바람직하게 25° 내지 35°의 베벨(910)(즉, 두 개의 인접표면을 연결하는 베벨 에지)을 이용하는 것이다. 베벨(910)은, 바람직하게 날개 단부(920)쪽으로 펀칭(punching)되거나 스탬핑(stamping)된다. 펀칭 또는 스탬핑은 바람직하게 펀치 커터 또는 스탬핑 도구의 수단에 의해 각각 수행될 수 있다.
베벨(910)을 이용하면, 레이저 빔(540)을 바람직한 각도 90°로 재료에 진입시키는 것이 더욱 용이해진다. 레이저 빔(540)을 더욱 바람직한 각도로 진입시킨 결과, 용접은 굳어지고 용해물(melt)은 캐리어 플레이트(940) 및 날개 단부(920)에 바람직하게 원뿔형(cone-shaped) 방식으로 진입한다. 용해물(1110)이 레이저 빔의 방향으로 원뿔형으로 진입하는 것이 도 9에 도시되어 있다. 상술한 테스트 실험에서, 45°베벨을 이용하는 경우 1Kw의 레이저 전력이면 충분하였다. 앞서 설명한 대로, 25° 내지 35°각도의 베벨은 더더욱 바람직하다. 따라서, 베벨을 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트의 날개 단부에 적용함으로써, 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 만족스럽게 장착하는 데 필요한 레이저 전력이 감소될 수 있다.
온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 난방 장치에 최적으로 써멀 결합(thermal coupling)시키면, 열 전달을 개선할 수 있게 되고 응답 시간을 보다 빠르게 할 수 있다. 따라서, 높은 가열 전원은 안전한 방법으로 제어될 수 있으며, 튜브 스케일링(scaling)에 긍정적인 효과가 관찰된다. 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 난방 장치에 용접함으로써, 필요한 장착 엘리먼트는 보다 적어진다. 이는 예를 들어 스크류와 같은 고정 엘리먼트를 생략할 수 있기 때문이다. 따라서, 일반적으로 장착은 용이해진다. 결합 과정(coupling process)을 자동화하는 것도 또한 가능하다. 써멀 결합이 개선됨에 따라, 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트의 온도 임계치는 보다 높게 선택될 수 있다. 따라서, 가열 표면의 스케일의 잠재적 형성 측면에서, 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템은 전체적으로 더욱 견고해진다.
도 10은 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 포함한 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템의 또 다른 실시 예를 개략적, 예시적으로 도시한 도면이다. 도 10의 실시 예에서, 잘라낸 부분(cutout portion)(1050)은 캐리어 플레이트(carrier plate)(940)내에 제공된다. 상기 잘라낸 부분(1050)은, 캐리어 플레이트(940) 상의 열 전달 엘리먼트로부터 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트(930a)로 전달되는 열의 총량을 한정할 수 있다. 즉, 상기 잘라낸 부분(1050)을 보다 크게 함으로써, 열 전도에 이용되는 단면 면적을 더욱 감소시켜, 보다 적은 열이 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트(930a)에 전달되도록 한다. 반대로, 잘라낸 부분(1050)을 보다 작게 함으로써, 열 전도에 이용되는 단면적을 더욱 증가시켜, 보다 많은 열이 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트(930a)에 전달되도록 한다. 레이저 용접으로 인해 개선된 써멀 결합을 측량하기 위해, 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트(930a)에 전도될 열의 총량을 정의하는 것이 필요해 질 수 있다. 즉, 종래의 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 캐리어 플레이트 상에 적용하는 경우, 보다 적은 열이 종래의 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트에 전달된다. 따라서, 소정의 열 총량이 취득되었을 때 트리거(trigger)하도록 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트의 온도 임계치를 조정한다. 본 발명에 따른 개선된 써멀 결합으로 인해, 그러한 열 총량은 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트에 보다 빠르게 전도된다. 각각의 온도 임계치를 조정해야 할 필요를 없애기 위해, 여기에 설명된 상기 잘라낸 부분(cutout portion)(1050)을 포함하는 것을 고려할 수 있다.
도 11은 도 10의 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템을 개략적, 예시적으oo로 도시한 상세 확대도이다. 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트(930)는 도 11의 상부에 도시되어 있다. 잘라낸 부분(1050)을 포함하는 캐리어 플레이트(940)는 도 11의 중앙에 도시되어 있다. 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트(930)와 캐리어 플레이트(940)의 장착 조합은, 잘라낸 부분(1050)도 함께 도시한 도 11의 하부에 도시되어 있다.
도 12는 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 포함한 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템의 또 다른 실시 예를 개략적, 예시적으로 도시한 도면이다. 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템은, 그 구성이 모두 알루미늄(aluminum) 옵션으로 최적화되어 있다는 점에서, 앞서 설명한 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템과 다르다.
특히, 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트(1230a, 1230b)가 도시되어 있다. 바람직하게, 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트(1230a, 1230b)는 써멀 브릿지(thermal bridge)(1280)상에 레이저 용접 된다. 써멀 브릿지(1280)는 바람직하게 AlMg3로 이루어져 있다. 그러나, 알루미늄 합금 Al99 ,5 및 AlMg1도 또한 적합하다. 도 12에 도시된 바와 같이, 써멀 브릿지(1280)는 바람직하게 케이스부(casing portion)(1260)상에 장착된다. 케이스부(1260)는 바람직하게 AlMg3로 이루어져 있다. 그러나, 알루미늄 합금 Al99 ,5 및 AlMg1도 또한 적합하다. 써멀 브릿지(1280)는 바람직하게 납땜(soldering) 또는 레이저 용접에 의해 케이스부(1260)상에 장착된다. 도 12에서, 케이스부(1260)는 원형 디스크(circular disc)처럼 형성된다. 그러나, 케이스부(1260)의 다른 형상들도 또한 당업자가 생각해 낼 수 있는 것이다. 케이스부(1260)의 내측(1270)은 바람직하게 비접착(non-stick) 코팅 방식으로 코팅된다. 비접착 코팅은 바람직하게 세라믹-기반 재료로 이루어진다. 추가적으로 및/또는 택일적으로, 비접착 코팅은 바람직하게 솔-겔(sol-gel) 공정에 의해 제작된다. 세라믹-기반 비접착 코팅을 이용함으로써, 알루미늄 표면은 식기세척기를 안전하게 할 수 있다. 도 12에서 추가로 알 수 있듯이, 난방 유닛(heating unit)(1200-H)은 케이스부(1260)에 직접 부착된다. 도시된 실시 예에서, 난방 유닛(1200-H)은 사다리꼴 단면(trapezoid cross-section)을 보여준다. 그러나, 난방 유닛(1200-H)의 다른 단면 형상들도 당업자가 생각해 낼 수 있는 것이다. 난방 유닛(1200-H)은 전체 면적으로 케이스부(1260)의 내측벽의 적어도 하나와 접촉되어 있다. 따라서, 난방 유닛(1200-H)에 의해 생산된 열은, 케이스부(1260)의 습기부(wet side) 상에 배치되어 가열될 매체(medium)로 전달된다.
도 13은 도 12의 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템의 또 다른 모습을 개략적, 예시적으로 도시한 도면이다. 도시된 실시 예에서, 난방 유닛(1200-H)의 상부 표면의 주요한 부분은 케이스부(1260)에 납땜된다.
가능한 제작 방법들 중에는 반자동 조립 및 완전자동 조립을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 여기서 설명된 베벨 에지의 기하학적 배열은, 바람직하게 본 발명에 따른 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트의 자동 포지셔닝(positioning)을 위해 최적화된다. 즉, 바람직하게 25° 내지 35°의 베벨(bevel) 각도(angle)를 선택함으로써, 레이저 빔(540)의 방향으로부터 보여 질 수 있는 베벨 표면을 충분히 크게 유지하여, 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템 컴포넌트의 있을 수 있는 정렬 불량(misalignment)을 보상할 수 있게 된다.
도 14는, 도 5A 내지 도 5C에 도시되고 이를 참조하여 설명된 실시 예와 유사한 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템의 또 다른 실시예를 개략적, 예시적으로 도시한 도면이다. 도 5A 내지 도 5C의 실시 예를 참조하여 설명된 컴포넌트에 비해 동일 또는 유사한 디자인 및/또는 동일 또는 유사한 기능성을 갖는 도 14에 따른 실시 예의 컴포넌트에 대해, 동일한 참조 기호가 이용된다. 더구나, 다음에서는, 도 5A 내지 도 5C를 참조하여 설명된 실시 예 및 도 14에 따른 실시 예 사이의 차이점만을 설명한다.
도 14로부터 알 수 있듯이, 본 실시 예의 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템 500은 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(510a, 510b)을 포함한다. 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(510b)은 연결부(540)를 추가로 구비한다. 연결부(540)는, 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(510b)의 하부 표면을 캐리어 유닛(520)의 원형 디스크(500-10)의 부분품(section)과 연결시킨다. 상기 연결부(540)는 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(510b)의 하부 표면과 일체로 형성된다. 상기 캐리어 유닛(520)의 원형 디스크(500-10)의 일부 또는 부분품은 난방 유닛(500-H)에 의해 직접 가열되지 않고, 대신에, 상기 난방 유닛(500-H)에 의해 가열될 타겟 유동체가 원형 디스크(500-10)의 타측 상에서 흐르기 때문에, 상기 유동체는 원형 디스크(500-10)의 일부 또는 부분품을 냉각시키게 된다. 상기 연결부(540)는 레이저 용접에 의해 상기 원형 디스크(500-10)에 또한 고정될 수 있다. 상기 연결부(540)는, 상기 난방 유닛(500-H)에 의해 생산된 열의 전달이 예를 들어 상기 유동체와 접촉하고 있는 난방 유닛(500-H)의 영역 내 캐리어 유닛(520)의 원형 디스크(500-10)의 외부 표면상에 퇴적된 칼슘으로 인해 방해받을 때, 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(510b)의 냉각을 위해 제공된다. 도 14로부터 알 수 있듯이, 상기 연결부(540)는, 횡단면으로 봤을 때, 캐리어 유닛(520)의 원형 디스크(500-10)의 비가열 영역의 윤곽을 따르도록 디자인될 수 있다. 더구나, 상기 연결부(540)는 원의 단편 형상일 수 있다. 원의 호 길이는, 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(510b)을 냉각시킬 필요에 따라 선택될 수 있다.
도 15는, 도 12 및 도 13에 도시되고 이를 참조하여 설명된 실시 예와 유사한 온도 모니터링 및/또는 제어 시스템의 또 다른 실시예를 개략적, 예시적으로 도시한 도면이다. 도 12 및 도 13의 실시 예에 따라 도시되고 설명된 컴포넌트에 비해 동일 또는 유사한 디자인 및/또는 동일 또는 유사한 기능성을 갖는 도 15에 따른 실시 예의 컴포넌트에 대해, 동일한 참조 기호가 사용된다. 더구나, 도 12 및 도 13에 따른 실시 예 및 도 15에 따른 실시 예 사이의 차이점만을 설명한다.
도 15로부터 알 수 있듯이, 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛 또는 엘리먼트(1230a, 1230b)를 수용하기 위한 케이스부(1260)는 난방 유닛(1200-H)을 수용하기 위한 리세스(1290)를 포함한다. 상기 리세스(1290)의 윤곽은 난방 유닛(1200-H)의 외부 윤곽에 대응된다. 도 15에 도시된 실시 예에서, 상기 난방 유닛(1200-H)은 만곡진 코너들과 삼각형의 횡단면 형상을 형성하여, 상기 리세스(1290)의 윤곽은 삼각형의 두 측면 및 하나의 코너를 따라 형성된다. 상기 리세스(1290)는, 상기 난방 유닛(1200-H)의 측면들이 상기 리세스(1290)와 긴밀히 접촉하도록 하는 크기로 이루어져 있다. 도 15로부터 또한 알 수 있듯이, 상기 난방 유닛(1200-H)은 레이저 용접을 통해 상기 케이스부(1260)에 고정된다. 상기 레이저 용접은, 상기 삼각형 형상의 난방 유닛(1200-H)의 다른 두 개의 코너가 상기 케이스부(1260)에 용접되도록 수행된다.
더구나, 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛 또는 엘리먼트(1230b)는 상기 난방 유닛(1200-H)의 상부 표면상에 직접 레이저 용접된다. 상기 다른 하나의 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛 또는 엘리먼트(1230a)는 써멀 브릿지(1280)에 여전히 부착되어 있다.
케이스부(1260)는 앞서 설명된 바와 같은 보호 커버를 가지거나, 또는 유동체 측면상에 제공된 스테인레스 스틸 커버리지의 롤-복합체(roll-composite) 알루미늄 판으로 만들어진다.
도 16은 난방 장치 컴포넌트를 제작하는 방법의 실시 예를 개략적, 예시적으로 도시한 도면이다. 제 1 단계(1410)에서, 제작 방법은 하부 표면을 포함하는 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛을 제공하는 것을 포함한다. 제 2 단계(1420)에서, 제작 방법은 상부 표면을 포함하는 캐리어 유닛을 제공하는 것을 포함한다. 제 3 단계(1430)에서, 제작 방법은 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 상기 하부표면의 적어도 일부를 상기 캐리어 유닛의 상기 상부 표면의 적어도 일부와 접촉시키는 것을 포함한다. 추가적인 선택적 단계(1450)에서, 제작 방법은 베벨 에지를 생성하기 위해 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 하부의 에지를 베벨링하는 것을 포함한다. 상기 베벨 에지는 90° 미만의 베벨 각도를 포함한다. 최종 단계(1440)에서, 제작 방법은 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 하부 표면과 상기 캐리어 유닛의 상부 표면을 서로 용접하는, 바람직하게는 레이저 용접하는 것을 포함한다. 바람직하게, 상기 용접은 1450 단계에서 생성된 베벨 에지를 따라 수행된다.
본 발명의 응용 예는, 일반적으로, 예들 들어 식기 세척기, 드라이어 및 세탁기와 같은 가전 기기, 커피제조기, 다리미, 증기 발생기 등과 같은 소형 전기 기기, 또는 전기 모니터식 물 히터에서, 일정 온도를 모니터하거나 또는 제어할 필요가 있고 최대 온도를 초과하지 않아야 하는 상황에 관한 것이다. 본 발명은 전기 난방 엘리먼트를 보호하는데 이용될 수 있다.
온도 모니터링 및/또는 제어 유닛은 하나 이상의 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트, 예를 들어 안전 장치,를 포함할 수 있다.
개시된 실시 예의 다른 변경은, 도면, 개시내용 및 첨부 청구범위의 고찰로 부터, 청구범위 발명을 실시함에 있어 당업자에 의해 이해되고 달성될 수 있는 것이다.
청구범위에서, 용어 “포함하는”은 다른 엘리먼트 또는 단계들을 배제하지 않으며, 단수형은 복수형을 배제하지 않는다.
단일의 유닛 또는 장치는, 청구범위에서 인용된 여러 특징의 기능을 수행할 수 있다. 서로 상이한 종속항에 어떤 측정이 인용된다는 단순한 사실은, 이들 측정의 조합을 유익하게 이용할 수 없다는 것을 의미하는 것은 아니다.
하나 또는 다수 개로 이루어진 유닛 또는 장치에 의해 수행되는 온도 측정과 같은 한정은 다른 개수로 이루어진 유닛 또는 장치에 의해 수행될 수 있다. 예를 들면, 온도를 측정하는 것은 단일 개수의 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛에 의해 또는 다른 개수의 상이한 유닛에 의해 수행될 수 있다. 유동체를 가열하기 위한 난방 장치를 한정 및/또는 제어하는 것은 컴퓨터 프로그램의 프로그램 코드 수단 및/또는 전용 하드웨어로서 구현될 수 있다.
컴퓨터 프로그램은, 다른 하드웨어와 함께 또는 그 일부로서 공급된 광학저장 매체 또는 고체상태 매체와 같은 적합한 매체상에 저장/유통될 수 있지만, 인터넷 또는 다른 유선 또는 무선 통신 시스템을 통해 다른 형태로도 또한 유통될 수 있다. “컴퓨터 프로그램” 용어는 내장 소프트웨어로도 또한 지칭될 수 있다.
청구범위에서 참조 번호는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명은 하부 표면을 포함하는 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛, 및 상부 표면을 포함하는 캐리어 유닛을 포함하여 구성된 난방 장치 컴포넌트에 관한 것이다. 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 상기 하부 표면의 적어도 일부는 상기 캐리어 유닛의 상기 상부 표면의 적어도 일부와 열 접촉한다. 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛의 상기 하부 표면과 상기 캐리어 유닛의 상기 상부 표면은 용접 이음매의 수단에 의해 바람직하게 레이저 용접 이음매의 수단에 의해 서로 부착된다.
310a, 310b, 510a, 510b, 930, 1230a, 1230b: 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛
520, 940: 캐리어 유닛, 530a, 530b: 용접이음매
550a, 550b, 910: 베벨 에지, 540: 레이저 빔
500-H, 1200-H: 난방 유닛
500-W: 열 전달 엘리먼트, 920: 날개 단부
940: 캐리어 플레이트, 1050: 잘라낸 부분
1260: 케이스부, 1280: 써멀 브릿지
520, 940: 캐리어 유닛, 530a, 530b: 용접이음매
550a, 550b, 910: 베벨 에지, 540: 레이저 빔
500-H, 1200-H: 난방 유닛
500-W: 열 전달 엘리먼트, 920: 날개 단부
940: 캐리어 플레이트, 1050: 잘라낸 부분
1260: 케이스부, 1280: 써멀 브릿지
Claims (15)
- 난방 장치 컴포넌트에 있어서,
하부 표면을 포함하는 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(310a, 310b, 510a, 510b, 930); 및
상부 표면을 포함하는 캐리어 유닛(520, 940)을 포함하며,
상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(310a, 310b, 510a, 510b, 930)의 상기 하부 표면의 적어도 일부는 상기 캐리어 유닛(520, 940)의 상기 상부 표면의 적어도 일부와 열 접촉하며,
상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(310a, 310b, 510a, 510b, 930)의 상기 하부 표면과 상기 캐리어 유닛(520, 940)의 상기 상부 표면은 용접이음매(530a, 530b)의 수단, 바람직하게는 레이저 용접 이음매(530a, 530b)의 수단,에 의해 서로 부착되는 것을 특징으로 하는 난방 장치 컴포넌트. - 제 1 항에 있어서,
상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(310a, 310b, 510a, 510b, 930)은 베벨 에지(550a, 550b, 910)를 갖는 하부 부분(920)을 포함하고, 상기 베벨 에지(550a, 550b, 910)는 상기 하부 표면과 인접하고, 상기 베벨 에지(550a, 550b, 910)는 90°미만의 베벨 각도를 포함하며,
상기 용접 이음매(530a, 530b)는 상기 베벨 에지(550a, 550b, 910)를 따라 위치하는 것을 특징으로 하는 난방 장치 컴포넌트. - 제 2 항에 있어서,
상기 베벨 각도는 5°및 55°사이, 바람직하게는 15°및 45°사이, 및 더욱 바람직하게는 25°및 35°사이,의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 난방 장치 컴포넌트. - 제 1 항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(310a, 310b, 510a, 510b, 930)은, 온도를 측정하고, 상기 온도를 미리 정의한 온도 한계치와 비교하고, 상기 비교에 기반하여 제어 신호를 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 난방 장치 컴포넌트. - 제 4항에 있어서,
상기 제어 신호는 난방 유닛(500-H)의 요구되는 스위칭 상태에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 난방 장치 컴포넌트. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(310a, 310b, 510a, 510b, 930)의 상기 하부 표면은 적어도 하나의 제 1 돌출부 및/또는 리세스를 포함하고,
상기 캐리어 유닛(520, 940)의 상기 상부 표면은 적어도 하나의 제 2 리세스 및/또는 돌출부를 포함하고,
상기 제 1 돌출부 및/또는 리세스는 상기 제 2 리세스 및/또는 돌출부에 대응하는 것을 특징으로 하는 난방 장치 컴포넌트. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(310a, 310b, 510a, 510b, 930)의 상기 하부 표면은 용접가능 알루미늄 합금 또는 알루미늄-스틸 화합물 재료, 바람직하게는 AlMg3 ,를 포함하는 것을 특징으로 하는 난방 장치 컴포넌트. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐리어 유닛(520, 940)의 상기 상부표면은 알루미늄 합금 Al99 ,5, AlMg1, 또는 AlMg3 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 난방 장치 컴포넌트. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(310a, 310b, 510a, 510b, 930)은, 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(310a, 310b, 510a, 510b, 930)의 상기 하부표면 보다 작은 하부 표면을 가지는 적어도 하나의 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 엘리먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 난방 장치 컴포넌트. - 유동체, 특히 가전 기기용 유동체,를 가열하기 위한 난방 장치에 있어서,
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 난방 장치 컴포넌트; 및
상기 캐리어 유닛(520, 940) 상에 배치된 난방 유닛(500-H, 1200-H)을 포함하고,
상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(310a, 310b, 510a, 510b, 930, 1230a, 1230b)은 상기 난방 유닛(500-H, 1200-H)의 온도를 측정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 난방 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 난방 장치는 케이스부(1260)을 포함하고, 상기 난방 유닛(1200-H)은 상기 케이스부(1260)에 장착되고, 상기 케이스부(1260)는 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 난방 장치. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 난방 장치 컴포넌트를 제작하기 위한 방법(1200)에 있어서,
하부 표면을 포함하는 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(310a, 310b, 510a, 510b, 930)을 제공하는 과정(1210);
상부 표면을 포함하는 캐리어 유닛(520, 940)을 제공하는 과정(1220);
상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(310a, 310b, 510a, 510b, 930)의 상기 하부 표면의 적어도 일부를 상기 캐리어 유닛(520, 940)의 상기 상부 표면의 적어도 일부와 접촉시키는 과정(1230); 및
상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(310a, 310b, 510a, 510b, 930)의 상기 하부 표면과 상기 캐리어 유닛(520, 940)의 상기 상부 표면을 서로 용접, 바람직하게는 레이저 용접,하는 과정(1240)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법(1220). - 제 12 항에 있어서,
베벨 에지(550a, 550b, 910)를 생성하기 위해 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(310a, 310b, 510a, 510b, 930)의 하부부분(550a, 550b)의 에지를 베벨링(1250)하는 과정을 추가로 포함하고,
상기 베벨 에지(550a, 550b, 910)는 90° 미만의 베벨 각도를 포함하며,
상기 용접(1240)은 필수적으로 상기 베벨 에지(550a, 550b, 910)를 따라 수행되는 것을 특징으로 하는 방법(1200). - 제 12 항 및 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용접(1240)은 레이저 빔(540)을 이용한 레이저 용접을 포함하고, 상기 레이저 빔(540)은, 상기 온도 모니터링 및/또는 제어 유닛(310a, 310b, 510a, 510b, 930)의 표면에 직각을 이루도록 유도되는 것을 특징으로 하는 방법(1200). - 제 14 항에 있어서,
상기 레이저 빔(540)은 0.5 kW 및 1.5 kW 사이의 전력, 바람직하게 1 kW 의 전력,을 가지는 것을 특징으로 하는 방법(1200).
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