KR20170091660A - 용사된 레지스티브 히터 및 이의 용도 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하나 이상의 용사된 레지스티브(thermally sprayed resistive) 가열 층을 포함하는 히터를 제공하며, 상기 레지스티브 가열 층은, 전기 전도성이며 기체와 반응하여 하나 이상의 카바이드, 옥사이드, 니트라이드 및 보라이드 유도체를 형성할 수 있는 제1 금속성 구성성분; 전기적으로 절연성인 상기 제1 금속성 구성성분의 하나 이상의 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 및 보라이드 유도체; 및 상기 레지스티브 가열 층의 저항률을 안정화시킬 수 있는 제3 구성성분을 포함한다. 일부 구현예에서, 제3 구성성분은 레지스티브 가열 층에 증착된 제1 금속성 구성성분의 그레인 경계부(grain boundary)를 고정시킬 수 있으며 및/또는 레지스티브 가열 층에 증착된 알루미늄 옥사이드 그레인의 구조를 변경시킬 수 있다.
Description
관련 출원
본 출원은 2014년 11월 26일에 출원된 미국 가출원 62/085,225; 2014년 11월 26일에 출원된 미국 가출원 62/085,224; 및 2014년 11월 26일에 출원된 미국 가출원 62/085,223에 대해 우선권을 주장하며; 상기 출원들의 전체 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
기술분야
본 발명은 용사된 레지스티브 히터(thermally sprayed resistive heater), 레지스티브 히터의 제조 방법, 및 이의 적용 분야에 관한 것이다.
히터로서 사용될 코팅을 증착시키기 위해 용사(thermal spray) 기술이 이용되어 왔다. 레지스티브 히터는 히터 물질의 원자 내의 전자의 여기에 의해 열을 발생시킨다. 열이 발생되는 속도는 힘이고, 이 힘은 상기 물질에 의해 제공되는 전류의 양 및 전류 저항에 따라 다르다. 히터의 저항은 "저항률"로 지칭되는 물질 특성, 및 전류가 통과해야 하는 전류 경로의 길이 및 단면적을 기재하는 기하학적 인자에 따라 다르다.
용사된 코팅은 독특한 미세구조를 가진다. 증착 공정 동안, 각각의 입자는 기체 스트림에 들어가서 용융되고, 다른 입자와는 독립적으로 고체 형태로 냉각된다. 용융된 입자가 코팅되는 기판에 영향을 주는 경우, 이러한 입자는 편평해진 원형 소판(platelet)으로서 영향을 주며("판자(splat)"), 높은 냉각 속도로 동결된다. 코팅은 요망되는 코팅 두께가 달성될 때까지, 플라즈마 건 장치를 기판 상에 걸쳐 반복적으로 횡단시키고 층층이 구축함으로써 기판 상에서 구축된다. 입자가 판자로서 고형화하기 때문에, 생성되는 미세구조는, 원형 소판에 근사한 그레인(grain)가 기판의 평면 상에 무작위로 적재되어 있는 매우 얇은 판형(lamellar)이다.
레지스티브 코팅은 이전에는 용사를 사용하여 증착되어 왔다. 하나의 이러한 예에서, 80% 니켈-20% 크롬과 같은 금속 합금이 증착되고, 히터로서 사용된다. 또 다른 예에서, 분말 형태의 금속 합금은 증착 전에 알루미늄 옥사이드와 같은 전기 절연체 분말과 혼합된다. 그런 다음, 블렌딩된 물질은 용사를 사용하여 증착되어, 레지스티브 물질의 코팅을 형성한다. 그러나, 니켈-크롬이 레지스티브 히터로서 증착되는 경우, 층의 벌크 저항률은 여전히 꽤 낮으며, 따라서 가열 요소에서의 높은 저항은 작은 단면 및/또는 긴 경로 길이 없이는 달성될 수 없다. 옥사이드-금속 블렌드가 증착되는 경우, 레지스티브 층의 조성물에서의 큰 불연속성이 빈번하게 존재하며, 상기 불연속성은 기판 상에 걸쳐 힘 분포의 변동을 초래한다.
또 다른 예에서, 전기 전도성인(즉, 낮은 저항률을 가진) 금속성 구성성분, 및 전기 절연성인(즉, 높은 저항률을 가진) 상기 금속성 구성성분의 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 및/또는 보라이드 유도체를 포함하는 레지스티브 히터가 기재되어 있다(예, 미국 특허 6,919,543 참조). 저항률은 용사 공정을 사용하여 금속성 구성성분 및 유도체의 증착 동안 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 및 보라이드 형성의 양을 조절함으로써 부분적으로 조절된다. 이러한 레지스티브 히터 층을 사용하여 물질을 가열하기 위한 시스템 및 방법(예, 미국 특허 6,924,468 참조)뿐만 아니라 이의 다양한 적용들(예, 미국 특허 7,834,296에 기재된 바와 같이 레지스티브 히터 층을 혼입하는 전기 그릴)또한, 기재되어 있다. 그러나, 레지스티브 가열 층은 가열 동안 불안정하여, 불균일한 가열, 감소된 히터 수명 및/또는 결국에는 히터 실패를 초래할 수 있다.
따라서, 상기 결함 및 부적절성을 해결하기 위해 현재까지 해결되지 못한 요망이 당업계에 존재한다.
본 발명은 전기적 레지스티브 히터 및 이의 용도를 제공한다. 레지스티브 히터는 하나 이상의 용사된 레지스티브 가열 층을 포함하며, 상기 가열 층은, 전기 전도성인(즉, 낮은 저항률을 가진) 제1 금속성 구성성분; 전기적으로 절연성인(즉, 높은 저항률을 가진) 상기 제1 금속성 구성성분의 하나 이상의 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 및 보라이드 유도체; 및 상기 가열 층의 저항률을 안정화시키는(예, 저항률의 음성 온도 계수(NTC)를 가진) 제3 구성성분을 포함한다. 저항률은 제1 금속성 구성성분 및 이의 유도체의 증착 동안 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 및/또는 보라이드 형성의 양을 조절함으로써 부분적으로 조절된다. 제3 구성성분은 가열 동안 히터 또는 가열 층의 저항률을 안정화시켜, 더 큰 안정성 및/또는 수명을 제공한다. 레지스티브 히터는 다수의 산업적 및 상업적 적용들, 예컨대 전기 그릴, 성형된 열가소성 부품, 종이 및 반도체 웨이퍼의 생산을 가진다.
이에, 본 발명의 제1 측면에서, 본 발명은 안정한 저항률(예, 상기 저항률은 가열 동안 실질적으로 증가하지 않거나 또는 가열 동안 약 0.003%/℃만큼 증가할 수 있음)을 가진 용사된 레지스티브 가열 층을 포함하는 전기적 레지스티브 히터를 제공한다. 레지스티브 가열 층의 저항률은 약 0.0001 Ω.cm 내지 약 1.0 Ω.cm이다. 전원으로부터 레지스티브 가열 층으로의 전류의 적용은 열의 생산을 초래한다. 바람직하게는, 히터는 그릴 또는 쿠킹 표면 또는 요소와 같은 기판 상에 증착된다.
특정 구현예에서, 2개 이상의 금속 또는 준금속(metalloid)이 제1 금속성 구성성분 내에 포함된다. 예를 들어, 이러한 구현예에서, 제1 금속성 구성성분은 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 코발트(Co), 철(Fe) 및 니켈(Ni)과 같은 하나 이상의 금속 또는 준금속을 포함할 수 있다.
특정 구현예에서, 제3 구성성분은 레지스티브 가열 층 내에 증착된 제1 금속성 구성성분의 그레인 경계부를 고정(pinning)시킬 수 있다. 제1 금속성 구성성분의 그레인 경계부는 제3 구성성분에 의해 고정될 수 있으며, 가열 동안 그레인 성장 또는 추가의 그레인 성장을 저해하고, 이로써 레지스티브 가열 층에 더 큰 안정성 및/또는 수명을 제공할 수 있다. 이에, 일부 구현예에서, 본 발명은 레지스티브 가열 층 내에 제1 금속성 구성성분(들)을 가진 안정한 금속성 그레인를 가진 용사된 레지스티브 가열 층을 포함하는 전기적 레지스티브 히터를 제공한다.
또 다른 구현예에서, 제1 금속성 구성성분은 적어도 알루미늄을 포함하며; 상기 제1 금속성 구성성분의 하나 이상의 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 및 보라이드 유도체는 적어도 하나의 알루미늄 옥사이드를 포함하고; 제3 구성성분은 레지스티브 가열 층에 증착된 알루미늄 옥사이드 그레인의 구조를 변경시킬 수 있다. 이러한 구현예에서, 알루미늄 옥사이드 그레인 구조는 제3 구성성분에 의해 변경되어, 레지스티브 가열 층에서의 제1 금속성 구성성분의 내산화성을 증가시키거나 또는 추가의 산화를 방지할 수 있는 원주형(columnar) 알루미늄 옥사이드 그레인가 생성된다. 이에, 일부 구현예에서, 본 발명은 레지스티브 가열 층에서의 제1 금속성 구성성분(들)의 내산화성을 증가시키거나 또는 추가의 산화를 방지하는 원주형 알루미늄 옥사이드 그레인를 가진 용사된 레지스티브 가열 층을 포함하는 전기적 레지스티브 히터를 제공한다. 이러한 구현예에서, 제1 금속성 구성성분은 예를 들어 알루미늄 및 하나 이상의 추가 금속 또는 준금속, 예컨대 크롬(Cr), 코발트(Co), 철(Fe) 및 니켈(Ni)을 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 측면에서, 본 발명은 기판 상에 용사된 레지스티브 가열 층을 제공한다. 용사된 레지스티브 가열 층은 하나 이상의 산소, 질소, 탄소 및 붕소를 포함하는 기체의 존재 하에 원료를 용사함으로써 형성된다. 상기 원료는 M1과 X의 혼합물, 또는 식 I의 구조를 가진 합금 또는 혼합물을 포함한다:
M1X
(I).
상기 식(I)에서, M1은 전기 전도성이며(예, 용사 동안) 기체와 반응하여 하나 이상의 카바이드, 옥사이드, 니트라이드 및 보라이드 유도체를 형성할 수 있는 제1 금속성 구성성분이다. X는 제3 구성성분 및/또는 상기 제3 구성성분의 원소 형태(즉, 용사 동안 기체와 반응하여 제3 구성성분을 형성하는 물질)이며, 상기 제3 구성성분은(예, 가열 동안) 증착된 레지스티브 가열 층의 저항률을 안정화시킨다. 예를 들어, 일 구현예에서, 제3 구성성분은 저항률의 음성 온도 계수(NTC)를 가지며, 이로써 레지스티브 가열 층의 저항률을 안정화시킨다. 일 구현예에서, 제3 구성성분은, 저항률이 가열 동안 실질적으로 증가하지 않도록 상기 저항률을 안정화시킨다. 또 다른 구현예에서, 저항률은 가열 동안 약 0.003%/℃ 이하만큼 증가한다.
일부 구현예에서, 제3 구성성분은 레지스티브 가열 층에 증착된 제1 금속성 구성성분의 그레인 경계부를 고정시킬 수 있다.
일 구현예에서, M1은 CrAl을 포함한다. 또 다른 구현예에서, M1은 AlSi를 포함한다. 또 다른 구현예에서, M1은 NiCrAl을 포함한다. 또 다른 구현예에서, M1은 CoCrAl을 포함한다. 또 다른 구현예에서, M1은 FeCrAl을 포함한다. 또 다른 구현예에서, M1은 FeNiAl을 포함한다. 또 다른 구현예에서, M1은 FeNiAlMo를 포함한다. 또 다른 구현예에서, M1은 FeNiCrAl을 포함한다. 또 다른 구현예에서, M1은 NiCoCrAl을 포함한다. 또 다른 구현예에서, M1은 CoNiCrAl을 포함한다. 또 다른 구현예에서, M1은 NiCrAlCo를 포함한다. 또 다른 구현예에서, M1은 NiCoCrAlHfSi를 포함한다. 또 다른 구현예에서, M1은 NiCoCrAlTa를 포함한다. 또 다른 구현예에서, M1은 NiCrAlMo를 포함한다. 또 다른 구현예에서, M1은 NiMoAl을 포함한다. 또 다른 구현예에서, M1은 NiCrAlMoFe를 포함한다. 또 다른 구현예에서, M1은 NiCrBSi를 포함한다. 또 다른 구현예에서, M1은 CoCrWSi를 포함한다. 또 다른 구현예에서, M1은 CoCrNiWTaC를 포함한다. 또 다른 구현예에서, M1은 CoCrNiWC를 포함한다. 또 다른 구현예에서, M1은 CoMoCrSi를 포함한다.
일 구현예에서, X는 알루미늄을 포함한다. 또 다른 구현예에서, X는 바륨을 포함한다. 또 다른 구현예에서, X는 비스무트를 포함한다. 또 다른 구현예에서, X는 붕소를 포함한다. 또 다른 구현예에서, X는 탄소를 포함한다. 또 다른 구현예에서, X는 갈륨을 포함한다. 또 다른 구현예에서, X는 게르마늄을 포함한다. 또 다른 구현예에서, X는 하프늄을 포함한다. 또 다른 구현예에서, X는 마그네슘을 포함한다. 또 다른 구현예에서, X는 사마륨을 포함한다. 또 다른 구현예에서, X는 규소을 포함한다. 또 다른 구현예에서, X는 스트론튬을 포함한다. 또 다른 구현예에서, X는 텔루륨을 포함한다. 또 다른 구현예에서, X는 이트륨을 포함한다. 또 다른 구현예에서, X는 붕소 포스파이드를 포함한다. 또 다른 구현예에서, X는 바륨 티타네이트를 포함한다. 또 다른 구현예에서, X는 하프늄 카바이드를 포함한다. 또 다른 구현예에서, X는 규소 카바이드를 포함한다. 또 다른 구현예에서, X는 붕소 니트라이드를 포함한다. 또 다른 구현예에서, X는 이트륨 옥사이드를 포함한다.
일 구현예에서, 식 I의 구조를 가진 합금 또는 혼합물은 CrAlY를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 식 I의 구조를 가진 합금 또는 혼합물은 CoCrAlY를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 식 I의 구조를 가진 합금 또는 혼합물은 NiCrAlY를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 식 I의 구조를 가진 합금 또는 혼합물은 NiCoCrAlY를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 식 I의 구조를 가진 합금 또는 혼합물은 CoNiCrAlY를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 식 I의 구조를 가진 합금 또는 혼합물은 NiCrAlCoY를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 식 I의 구조를 가진 합금 또는 혼합물은 FeCrAlY를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 식 I의 구조를 가진 합금 또는 혼합물은 FeNiAlY를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 식 I의 구조를 가진 합금 또는 혼합물은 FeNiCrAlY를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 식 I의 구조를 가진 합금 또는 혼합물은 NiMoAlY를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 식 I의 구조를 가진 합금 또는 혼합물은 NiCrAlMoY를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 식 I의 구조를 가진 합금 또는 혼합물은 NiCrAlMoFeY를 포함한다.
특정 구현예에서, 원료는 구성성분 M1, Al 및 X의 혼합물, 또는 식 Ia의 구조를 가진 합금 또는 혼합물을 포함한다:
M1AlX
(Ia)
상기 식(Ia)에서, M1은 전기 전도성이며(예, 용사 동안) 기체와 반응하여 하나 이상의 카바이드, 옥사이드, 니트라이드 및 보라이드 유도체를 형성할 수 있는 제1 금속성 구성성분이다. 알루미늄(Al) 또한, 용사 동안 기체와 반응하여, 이의 하나 이상의 카바이드, 옥사이드, 니트라이드 및 보라이드 유도체를 형성한다. 이러한 구현예에서, X는 레지스티브 가열 층에 증착된 하나 이상의 알루미늄 유도체의 그레인 구조를 변경시킬 수 있는 제3 구성성분일 수 있다. 특정 구현예에서, 상기 기체는 산소를 포함하고, Al2O3와 같은 알루미늄 옥사이드가 레지스티브 가열 층에 증착되며, 상기 알루미늄 옥사이드의 그레인 구조는 레지스티브 가열 층 내에서 X에 의해 바람직하게 변경되어, 예를 들어 원주형 알루미늄 옥사이드 그레인를 생성한다. 이러한 구현예에서, 상기 기체는 수소, 헬륨 및 아르곤 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다.
나아가, 일부 구현예에서, 레지스티브 가열 층은 알루미늄 및 선택적으로 제1 금속성 구성성분의 니트라이드, 옥사이드, 카바이드 및/또는 보라이드 유도체의 외부 영역, 및 제1 금속성 구성성분의 내부 영역을 가진 복수의 편평한 원반(flattened disc) 또는 소판들과 닮은 미세구조를 가지며, 여기서, 외부 영역 내의 알루미늄의 니트라이드, 옥사이드, 카바이드 및/또는 보라이드 유도체는 원주형 모양을 가진 그레인 내에 증착되고, 따라서, 내부 영역 내의 제1 금속성 구성성분(들)의 내산화성을 증가시키거나 또는 산화를 방지할 수 있으며, 이로써, 제3 구성성분의 부재 시 비정질 알루미늄 옥사이드 구조를 가진 레지스티브 가열 층과 비교하여 더 균일한 가열 및/또는 더 긴 히터 수명을 초래한다.
간략화를 위해, 원료 내 "X"가 제3 구성성분으로 지칭되는 경우, 이는, 원료 내 X가 제3 구성성분 및/또는 원소 형태의 제3 구성성분 둘 다 포괄하는 것으로 이해해야 한다. 예를 들어, 이트륨 옥사이드가 레지스티브 가열 층의 저항률을 안정화시키는 제3 구성성분인 경우, 원료 내의 "X"는 이트륨 옥사이드, 이트륨(원소 형태의 제3 구성성분) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 즉, 원료는 제3 구성성분 그 자체(이러한 예에서, 이트륨 옥사이드)를 포함할 수 있으며 및/또는 원료는 원소 형태의 제3 구성성분(이러한 예에서, 이트륨)을 함유할 수 있으며, 상기 제3 구성성분(이러한 예에서, 이트륨 옥사이드)은 분사 공정 동안 기체와의 반응에 의해 형성될 수 있다.
또 다른 예에서, 티타늄 니트라이드(TiN)가 제3 구성성분이고 레지스티브 가열 층에서 제1 금속성 구성성분의 그레인 경계부를 고정하는 경우, 원료의 "X"는 티타늄 니트라이드, 티타늄(원소 형태의 제3 구성성분) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 즉, 원료는 제3 구성성분 그 자체(이러한 예에서, 티타늄 니트라이드)를 함유할 수 있거나, 또는 원료는 원소 형태의 제3 구성성분(이러한 예에서, 티타늄)을 함유할 수 있으며, 상기 제3 구성성분(이러한 예에서, 티타늄 니트라이드)은 분사 공정 동안 기체와의 반응에 의해 형성될 수 있다.
특정 구현예에서, Al2O3와 같은 알루미늄 옥사이드가 유리 금속성 구성성분(들) 및 제3 구성성분과 함께 레지스티브 가열 층 내에 증착되도록 기체는 산소를 포함하고, M1은 알루미늄을 포함한다.
일부 구현예에서, 상기 기체는 수소, 헬륨 및 아르곤 중 하나 이상을 추가로 포함한다.
특정 구현예에서, 제3 구성성분은 하나 이상의 세라믹 또는 반도체 물질 또는 희토류 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 구성성분으로는 비제한적으로, 하나 이상의 알루미늄, 바륨, 비스무트, 붕소, 탄소, 갈륨, 게르마늄, 하프늄, 마그네슘, 사마륨, 규소, 스트론튬, 텔루륨 및 이트륨; 또는 이들의 보라이드, 옥사이드, 카바이드, 니트라이드 또는 카르보-니트라이드 유도체; 또는 이들의 혼합물 또는 합금 등이 있다. 일부 구현예에서, 제3 구성성분으로는 비제한적으로, 붕소 포스파이드, 바륨 티타네이트, 하프늄 카바이드, 규소 카바이드, 붕소 니트라이드 또는 이트륨 옥사이드 등이 있을 수 있다.
금속을 포함한 대부분의 물질에 있어서, 전기 저항률이 온도 증가에 따라 증가하며, 물질의 전기 전도성을 감소시키는 것으로 널리 알려져 있다. 이와는 대조적으로, 저항률의 음성 온도 계수(NTC)를 가진 물질에 있어서, 온도가 증가함에 따라 전기 저항률은 감소한다(그리고 전기 전도성은 증가함). 본 발명은 적어도 부분적으로는, 레지스티브 가열 층의 가열 동안 저항률의 불균일한 증가가 가열 층을 약화시켜, 예를 들어 불균일한 가열 및/또는 히터 실패를 초래할 수 있다는 본 발명자들의 발견을 기반으로 한다. 이론으로 결부시키고자 하는 것은 아니지만,(상기 기재되고 도 1에 도시된 바와 같이) 적어도 부분적으로는 용사된 코팅의 불균질한 미세구조로 인해, 가열 동안 저항률의 불균일한 변화가 국소화된 열점을 초래할 수 있으며; 이러한 열점은 또한 더 높은 산화율을 받아, 가열 층의 온전성을 추가로 저하시키고, 잠재적으로는 열점의 악순환을 초래하고, 후속해서 더 큰 산화 등을 초래한다고 여겨진다. 본 발명자들은 이들 효과가, 저항률을 안정화시켜 레지스티브 가열 층의 저항률의 온도 계수(TCR)를 효과적으로 평탄화시키고 따라서 레지스티브 가열 층의 요망되는 기계적, 전기적 및/또는 열적 특성에 유해한 불리하고 불균일한 저항률 증가를 최소화하는 제3 구성성분의 존재에 의해 완화될 수 있음을 발견하였다. 나아가, 본 발명자들은, NTC를 가진 물질의 존재가 레지스티브 히터 또는 가열 층의 저항률을 바람직하게 안정화시키는 역할을 할 수 있음을 발견하였다.
일 구현예에서, 레지스티브 가열 층은 제1 금속성 구성성분(들)의 니트라이드, 옥사이드, 카바이드 및/또는 보라이드 유도체(들)의 외부 영역, 및 제1 금속성 구성성분(들)의 내부 영역을 가진 복수의 편평한 원반 또는 소판들과 닮은 미세구조를 가지며, 상기 제3 구성성분은 레지스티브 가열 층 내에 분산되어 있다. 제3 구성성분은, 상기 제3 구성성분이 결여되어 있으며 가열 동안 저항률을 증가시키는 경향이 있는 레지스티브 가열 층과 비교하여 더 균일한 가열, 감소된 히터 실패 및/또는 더 긴 히터 수명을 초래한다.
다결정질 물질이 그레인 및 그레인 경계부로 이루어져 있다는 것은 널리 알려져 있다. 점유된(occupied) 그레인 경계부의 총 부피는 그레인 크기에 따라 다르다. 그레인 크기가 증가하는 경우, 그레인 경계부의 부피 분율은 감소한다. 이러한 물질의 상이한(예, 기계적, 전기적, 광학적, 자기적) 특성들은 이들의 그레인 크기 및 이들의 그레인 경계부의 원자 구조에 의해 영향을 받는다. 일부 구현예에서, 본 발명은 적어도 부분적으로는, 레지스티브 가열 층의 가열 동안 그레인 성장아 가열 층을 약화시킬 수 있으며(예, 불균일한 가열 및/또는 히터 실패를 초래함), 이러한 효과가, 그레인 경계부를 고정시켜 레지스티브 가열 층의 요망되는 기계적, 전기적 및/또는 열적 특성에 유해한 불리한 그레인 성장을 최소화시키는 역할을 하는 제3 구성성분의 존재에 의해 완화될 수 있다는 본 발명자들의 발견을 기반으로 한다. 이러한 구현예에서, 제3 구성성분은 하나 이상의 금속, 준금속, 세라믹 또는 희토류 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 구성성분은 붕소(B), 탄소(C), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti), 이트륨(Y) 및 지르코늄(Zr)의 하나 이상의 보라이드, 옥사이드, 카바이드, 니트라이드 및 카르보-니트라이드 유도체 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함할 수 있다. 나아가, 이러한 구현예에서, 레지스티브 가열 층은 제1 금속성 구성성분(들)의 니트라이드, 옥사이드, 카바이드 및/또는 보라이드 유도체(들)의 외부 영역, 및 제1 금속성 구성성분(들)의 내부 영역을 가진 복수의 편평한 원반 또는 소판들과 닮은 미세구조를 가질 수 있으며, 상기 제3 구성성분은 제1 금속성 구성성분의 그레인 경계부에 분산되어 있다. 이론으로 결부시키고자 하는 것은 아니지만, 그레인 경계부에 분산되어 있는 제3 구성성분은, 상기 제3 구성성분이 결여되어 있고 가열 동안 그레인 성장 또는 슬리피지(slippage)에 취약한 레지스티브 가열 층과 비교하여, 더 균일한 가열, 감소된 히터 실패 및/또는 더 긴 히터 수명을 초래할 수 있는 것으로 여겨진다.
제3의 관련된 측면에서, 본 발명은 기판, 및 안정한 저항률(예, 저항률은 가열 동안 실질적으로 증가하지 않거나 또는 가열 동안 약 0.003%/℃ 이하만큼 증가할 수 있음)을 가진 레지스티브 가열 층을 가진 레지스티브 히터의 제조 방법을 특징으로 한다. 본 방법은, 전기 전도성이며 기체와 반응하여 하나 이상의 카바이드, 옥사이드, 니트라이드 및 보라이드 유도체를 형성할 수 있는 제1 금속성 구성성분을 선택하는 단계; 레지스티브 가열 층의 저항률을 안정화시킬 수 있는 제3 구성성분을 선택하는 단계; 및 기체의 존재 하에 상기 제1 금속성 구성성분과 상기 제3 구성성분(또는 이의 원소 형태)의 혼합물을 기판 상에 용사하여, 레지스티브 가열 층을 상기 기판 상에 증착시키는 단계를 포함한다. 용사는, 제1 금속성 구성성분의 적어도 일부가 기체와 반응하여 하나 이상의 카바이드, 옥사이드, 니트라이드 및 보라이드 유도체를 형성하며; 원소 형태의 제3 구성성분이 존재한다면 이 구성성분이 기체와 적어도 부분적으로 반응하여 제3 구성성분을 형성하고; 상기 제3 구성성분이 레지스티브 가열 층 내에 분산되는 조건 하에 수행된다. 증착된 레지스티브 가열 층은 제1 금속성 구성성분, 이의 하나 이상의 카바이드, 옥사이드, 니트라이드 및 보라이드 유도체 및 제3 구성성분을 포함한다.
일부 구현예에서, 본 방법 레지스티브 가열 층에 제1 금속성 구성성분의 그레인 경계부를 고정시킬 수 있는 제3 구성성분을 선택하는 단계를 포함한다. 이러한 구현예에서, 용사는, 제3 구성성분이 레지스티브 가열 층 내의 제1 금속성 구성성분의 그레인 경계부에 증착되는 조건 하에 수행될 수 있다. 나아가, 이러한 구현예에서, 제3 구성성분은 보라이드, 옥사이드, 카바이드, 니트라이드, 카르보-니트라이드, 또는 악티늄(Ac), 붕소(B), 탄소(C), 하프늄(Hf), 란타늄(La), 루테튬(Lu), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 팔라듐(Pd), 루비듐(Rb), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 스칸듐(Sc), 스트론튬(Sr), 탄탈륨(Ta), 테크네튬(Tc), 티타늄(Ti), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr)의 유사한 유도체 또는 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 일부 구현예에서, 제3 구성성분은 붕소(B), 탄소(C), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr)의 보라이드, 옥사이드, 카바이드 또는 니트라이드 유도체 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 이러한 구현예에서, 예시적인 제3 구성성분으로는 비제한적으로, 하프늄 다이보라이드, 스트론튬 옥사이드(SrO), 스트론튬 니트라이드(Sr3N2), 탄탈륨 다이보라이드, 티타늄 니트라이드(TiN), 티타늄 카바이드, 티타늄 다이옥사이드(TiO2), 티타늄(II) 옥사이드(TiO), 티타늄(III) 옥사이드(Ti2O3), 티타늄 다이보라이드(TiB2), 이트리아(yttria)(이트륨 옥사이드(Y2O3)로도 알려져 있음), 이트륨 니트라이드(YN), 이트륨 다이보라이드(YB2), 이트륨 카바이드(YC2), 지르코늄 다이보라이드 및 이들의 혼합물 등이 있다. 이러한 일부 구현예에서, 제3 구성성분은 지르코늄 실리사이드(Zr3Si)를 포함한다.
일부 구현예에서, 제1 금속성 구성성분은 알루미늄(Al)을 포함하며; 기체는 산소, 및 선택적으로 질소, 탄소 및 붕소 중 적어도 하나를 포함하고; 레지스티브 가열 층 내에 증착된 알루미늄 옥사이드 그레인의 구조를 변경시킬 수 있는 선택된 제3 구성성분이 존재하며; 여기서, 제1 금속성 구성성분과 제3 구성성분의 혼합물이 기체의 존재 하에 기판 상에 용사되어, 레지스티브 가열 층이 상기 기판 상에 증착된다. 이러한 구현예에서, 용사는, 알루미늄을 포함하는 제1 금속성 구성성분의 적어도 일부가 산소와 반응하여 알루미늄 옥사이드가 형성되며; 추가 금속성 구성성분(들)이 존재한다면 이 구성성분의 적어도 일부가 기체와 반응하여 하나 이상의 카바이드, 옥사이드, 니트라이드 및 보라이드 유도체를 형성하며; 제3 구성성분의 일부 이하가 기체와 반응하고(즉, 제3 구성성분이 기체와 오로지 부분적으로 반응함); 제3 구성성분이 레지스티브 가열 층 내에 증착된 알루미늄 옥사이드 그레인의 구조를 변경시켜, 예를 들어 원주형 알루미늄 옥사이드 그레인를 형성하는 조건 하에 수행될 수 있다. 이러한 구현예에서, 증착된 레지스티브 가열 층은 제1 금속성 구성성분, 알루미늄 옥사이드를 포함하여 이들의 하나 이상의 카바이드, 옥사이드, 니트라이드 및 보라이드 유도체 및 제3 구성성분을 포함한다. 이러한 일부 구현예에서, 제3 구성성분은 악티늄(Ac), 세륨(Ce), 란타늄(La), 루테튬(Lu), 스칸듐(Sc), 운비우늄(Ubu), 이트륨(Y) 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함할 수 있다. 이러한 일 구현예에서, 제3 구성성분은 희토류 원소이다. 특정 구현예에서, 제1 금속성 구성성분 및 알루미늄은 혼합물 또는 합금 형태로 함께 제공된다. 예를 들어, 이들은 비제한적으로 CrAl, AlSi, NiCrAl, CoCrAl, FeCrAl, FeNiAl, FeNiCrAl, FeNiAlMo, NiCoCrAl, CoNiCrAl, NiCrAlCo, NiCoCrAlHfSi, NiCoCrAlTa, NiCrAlMo, NiMoAl 또는 NiCrAlMoFe로서 제공될 수 있다. 이러한 다른 구현예에서, 제1 금속성 구성성분, 알루미늄 및 제3 구성성분은 비제한적으로 CrAlY, CoCrAlY, NiCrAlY, NiCoCrAlY, CoNiCrAlY, NiCrAlCoY, FeCrAlY, FeNiAlY, FeNiCrAlY, NiMoAlY, NiCrAlMoY 또는 NiCrAMoFeY와 같은 혼합물 또는 합금 형태로 함께 제공된다. 혼합물 또는 합금은 비제한적으로 와이어, 분말 및 잉곳(ingot)을 포함한 다양한 물리적 형태들로 제공될 수 있다. 분말의 경우, 혼합물은 예비-합금될 필요가 없음을 주지한다.
다양한 구현예에서, 용사는 아크 분사, 플라즈마 분사, 플레임 분사, 분사용 Rockide 시스템의 사용, 아크 와이어 분사 및/또는 고속 옥시-연료(high velocity oxy-fuel; HVOF) 용사뿐만 아니라 다른 형태의 용사 및 저온 분사를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 제1 금속성 구성성분은 알루미늄(Al), 탄소(C), 코발트(Co), 크롬(Cr), 하프늄(Hf), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 규소(Si), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 바나듐(V), 지르코늄(Zr) 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함한다.
일부 구현예에서, 제3 구성성분은 하나 이상의 알루미늄, 바륨, 비스무트, 붕소, 탄소, 갈륨, 게르마늄, 하프늄, 마그네슘, 사마륨, 규소, 스트론튬, 텔루륨 및 이트륨; 이들의 하나 이상의 보라이드, 옥사이드, 카바이드, 니트라이드 또는 카르보-니트라이드 유도체; 및/또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함한다. 일부 구현예에서, 제3 구성성분은 붕소 포스파이드, 바륨 티타네이트, 하프늄 카바이드, 규소 카바이드, 붕소 니트라이드 및/또는 이트륨 옥사이드를 포함한다.
특정 구현예에서, 제1 금속성 구성성분은 혼합물 또는 합금 형태로 함께 제공될 수 있는 2개 이상의 금속 또는 준금속 구성성분을 포함한다. 예를 들어, 제1 금속성 구성성분은 비제한적으로, CrAl, AlSi, NiCrAl, CoCrAl, FeCrAl, FeNiAl, FeNiCrAl, FeNiAlMo, NiCoCrAl, CoNiCrAl, NiCrAlCo, NiCrBSi, CoCrWSi, CoCrNiWTaC, CoCrNiWC, CoMoCrSi, NiCoCrAlHfSi, NiCoCrAlTa, NiCrAlMo, NiMoAl 또는 NiCrAlMoFe와 같이 합금 또는 혼합물 형태로 제공되는 2개 이상의 금속 또는 준금속 구성성분을 포함할 수 있다.
다른 구현예에서, 원료 내의 제1 금속성 구성성분(들) 및 제3 구성성분(또는 이의 원소 형태)은 비제한적으로 CrAlY, CoCrAlY, NiCrAlY, NiCoCrAlY, CoNiCrAlY, NiCrAlCoY, FeCrAlY, FeNiAlY, FeNiCrAlY, NiMoAlY, NiCrAlMoY 또는 NiCrAMoFeY와 같이 혼합물 또는 합금 또는 형태로 함께 제공된다.
원료 내의 혼합물 또는 합금은 비제한적으로 와이어, 분말 및 잉곳을 포함한 다양한 물리적 형태들로 제공될 수 있다. 분말의 경우, 혼합물은 예비-합금될 필요가 없음을 주지한다.
제4의 관련된 측면에서, 본 발명은 물질을 가열하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 간략하게 설명하자면, 건축학에서, 특히 본 시스템의 일 구현예는 하기와 같이 실시될 수 있다: 본 시스템은 물질이 상기 물질을 가열하기 위해 위치될 수 있는 제1 층을 함유하며, 여기서 제1 층은 열을 상기 제1 층을 통해 전달할 수 있을 정도로 충분한 전도성을 가진다. 본 시스템은 또한, 제1 층 상에 제공된 히터 층을 함유하며, 상기 히터 층은 물질 가열용 제1 층에 열을 제공할 수 있다. 또한, 본 시스템은 히터 층을 오염물질로부터 보호하기 위한 절연제 층을 가진다. 일부 구현예에서, 본 발명의 히터 층 또는 레지스티브 가열 층은 제1 층 상에 용사되며, 여기서 상기 제1 층은 가열되는 물질을 지지할 수 있고; 절연제 층은 히터 층(또는 레지스티브 가열 층) 상에 제작되며, 여기서 상기 절연제 층은 히터 층(또는 레지스티브 가열 층)을 오염물질로부터 보호한다.
제5의 관련된 측면에서, 본 발명은 본 발명의 히터 층 또는 레지스티브 가열 층을 포함하는 전기 그릴을 특징으로 한다. 일 구현예에서, 전기 그릴은 쇠살대(grate), 상기 쇠살대의 하부 상에 위치한 전기 절연체 층, 상기 전기 절연체 층의 하부 상이면서 상기 쇠살대의 반대쪽 일부 상에 증착된 용사된 레지스티브 가열 층, 및 상기 쇠살대와 상기 전기 절연제 층 사이에 위치한 히터 판을 가지며, 여기서, 상기 히터 판은 가열 층으로부터 방사된 에너지를 수용하고, 수용된 에너지를 쇠살대로 전달할 수 있다.
또 다른 구현예에서, 전기 그릴은 쇠살대, 상기 쇠살대 상에 위치한 제1 전기 절연체 층, 상기 제1 전기 절연체 층의 상위면에 증착된 히터 층, 및 상기 히터 층을 보호하기 위해 상기 히터 층에 걸쳐 위치한 상부층을 가진다.
레지스티브 가열 층은 또한, 예를 들어 열 차폐부 상에, 세라믹 브리켓(세라믹 브리켓e)용 지지체 트레이 상 등, 또는 그릴의 후드로부터 매달린 히터 패널 상에 제공될 수 있다. 일부 구현예에서, 전기 그릴은 형상화된 금속 시트를 포함하며, 이는 스탬프 프레싱(stamp pressing)에 의해 형성되어 예를 들어 복수의 상승 릿지(raised ridge)를 가진 그릴을 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은, 예를 들어 레지스티브 가열 층을 용사, 예컨대 아크 분사, 플라즈마 분사, 플레임 분사, 아크 와이어 분사 및/또는 고속 옥시-연료(HVOF) 용사 또는 임의의 다른 형태의 용사 또는 저온 분사를 사용하여 증착시킴으로써, 레지스티브 가열 층을 포함하는 전기 그릴의 제조 방법을 제공한다.
추가의 측면에서, 본 발명은 본 발명의 히터 층 및 레지스티브 가열 층의 다른 적용을 제공한다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 기판은 사출 몰드, 롤러, 또는 반도체 웨이퍼 공정용 플레이튼(platen)이다. 일 측면에서, 본 발명은 (i) 몰드 캐비티(mold cavity) 표면 및 (ii) 본 발명의 레지스티브 히터를 포함하는 코팅, 즉 본원에 기재된 바와 같은 레지스티브 가열 층을 포함하는 코팅을 포함하는 사출 몰드를 제공하며, 상기 코팅은 상기 표면의 적어도 일부 상에 존재한다. 일부 구현예에서, 상기 몰드는 러너(runner)를 포함하고, 상기 코팅은 상기 러너의 표면의 적어도 일부 상에 배치된다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 외부 표면, 중공 코어를 둘러싼 내부 표면, 및 전원에 커플링된 본 발명의 레지스티브 가열 층을 포함하는 레지스티브 히터를 포함하는 실린더형 롤러를 제공한다. 보다 다른 측면에서, 본 발명은 제조 동안 종이의 건조 방법을 제공한다. 이러한 방법은 수분 함량이 약 5% 초과인 종이 및 상기 기재된 바와 같은 하나 이상의 실린더형 롤러를 제공하는 단계; 상기 롤러를 본 발명의 레지스티브 히터를 사용하여 가열하는 단계; 및 상기 종이를, 약 5% 미만의 수분 함량까지 종이를 건조하기에 적합한 시간 동안 상기 롤러와 접촉시키는 단계를 포함한다.
보다 다른 측면에서, 본 발명은 반응 챔버를 한정하는 인클로저(enclosure); 상기 반응 챔버 내에 적재된 지지체 구조물; 및 전원에 커플링된 본 발명의 레지스티브 가열 층을 포함하는 레지스티브 히터를 포함하는 반도체 웨이퍼 가공 시스템을 특징으로 하며, 상기 지지체 구조물은 상기 챔버 내에서 가공되는 반도체 웨이퍼를 적재한다. 일 구현예에서, 웨이퍼의 한쪽 면(전형적으로 연마된 면)이 히터에 인접하거나 또는 히터와 접촉하여 놓일 수 있도록, 히터는 반응 챔버의 상부 상에 놓인다. 또 다른 구현예에서, 웨이퍼의 한쪽 면(연마된 면 또는 연마되지 않은 면)이 히터에 인접하거나 또는 히터와 접촉하여 놓일 수 있도록, 히터는 반응 챔버의 하부 상에 놓인다. 보다 다른 구현예에서, 히터는 챔버의 상부 및 하부에 놓인다.
상기 측면들 중 임의의 측면의 다양한 구현예에서, 레지스티브 가열 층은 약 0.0001 내지 약 1.0 Ω.cm(예, 약 0.0001 내지 약 0.001 Ω.cm, 약 0.001 내지 0.01 Ω.cm, 약 0.01 내지 약 0.1 Ω.cm, 약 0.1 내지 약 1.0 Ω.cm, 또는 약 0.0005 내지 약 0.0020 Ω.cm)의 저항률을 가진다. 일부 구현예에서, 레지스티브 가열 층의 두께는 약 0.002 내지 약 0.040 인치이다. 일부 구현예에서, 레지스티브 가열 층 내의 제1 금속성 구성성분의 평균 그레인 크기는 약 10 내지 약 400 미크론이다.
전원으로부터 레지스티브 가열 층에의 전류의 적용은 레지스티브 가열 층에 의한 열의 발생을 초래한다. 다양한 구현예에서, 레지스티브 가열 층은 약 200℉, 약 350℉, 약 400℉, 약 500℉, 약 600℉, 약 900℉, 약 1200℉, 약 1400℉ 또는 약 2200℉ 초과의 지속된 온도를 발생시킬 수 있다. 특정 구현예에서, 히터 층 및/또는 레지스티브 가열 층은 120 볼트에서 작동한다. 또 다른 구현예에서, 히터 층 및/또는 레지스티브 가열 층은 220 볼트에서 작동한다.
다양한 다른 구현예에서, 레지스티브 히터는, 기판과 레지스티브 가열 층 사이에 전기적 절연 층(예, 알루미늄 옥사이드 또는 규소 다이옥사이드를 포함하는 층); 절연 층과 기판 사이에 접착 층(예, 니켈-크롬 합금, 니켈-크롬-알루미늄-이트륨 합금 또는 니켈-알루미늄 합금을 포함하는 층); 레지스티브 가열 층과 기판 사이에 열 반사 층(예, 지르코늄 옥사이드를 포함하는 층); 레지스티브 가열 층에 대해 표면적인(superficial) 세라믹 층(예, 알루미늄 옥사이드를 포함하는 층); 및/또는 레지스티브 가열 층에 대해 표면적인 금속성 층(예, 몰리브덴 또는 텅스텐을 포함하는 층)을 포함한다. 특정 구현예에서, 절연 층은 레지스티브 가열 층을 인접한 전기 전도성 구성성분으로부터 전기적으로 절연시키기 위해 히터의 위 또는 히터의 아래에 위치한다. 추가 층들은 히터로부터 열을 선택된 패턴으로 반사하거나 또는 방출하도록 첨가될 수 있다. 하나 이상의 층은 또한, 서로 다른 열 팽창 계수를 가진 서로 다른 층들의 휘어짐 또는 균열을 방지하기 위해 구성성분들 사이에 개선된 열 매칭(thermal matching)을 제공하기 위해 포함될 수 있다. 층과 기판 사이의 접착을 개선하는 층 또한, 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 레지스티브 가열 층은 전원에 연결된다.
본 발명의 다른 시스템, 방법, 특징 및 이점들은 하기 도면 및 상세한 설명의 검사 시 당업자에게 명백하거나 또는 명백해질 것이다. 이러한 모든 추가 시스템, 방법, 특징 및 이점들은 본 명세서 내에 포함되고, 본 발명의 범위 내에 있으며, 첨부된 청구항에 의해 보호되고자 한다.
본 발명의 다른 특징 및 이점들은 첨부된 도면과 함께 본 발명의 하기 상세한 설명으로부터 알게 될 것이다. 도면의 구성성분들은 본질적으로 척도대로 그려지지 않으며, 그 대신 본 발명의 원리를 명확하게 예시하고자 한다. 더욱이, 도면에서, 유사한 참조 숫자는 몇몇 도면들에서 상응하는 파트를 지정한다.
도 1은 본 발명의 레지스티브 가열 층의 일 구현예의 증착된 미세구조의 예시를 보여주며;
도 2는 금속 와이어(4)를 원료로서 사용하는 HVOF 와이어 시스템(2) 및 상기 원료를 용융시키기 위한 연료 기체(6)의 연소의 예시를 보여준다. 반응물 기체(8)는 용융된 원료와 반응하고, 용융된 액적을 기판(10)으로 수송하여, 층(12)을 형성하며;
도 3은 금속 분말(110)을 원료로서 사용하고 아르곤(120)/수소(130) 플라즈마를 발생시켜 분말을 용융시키는 플라즈마 분사 시스템(100)의 예시를 보여준다. 또 다른 반응물 기체(140)는 노즐(150)을 통해, 용융된 액적에 공급된다. 용융된 액적은 기판(170) 상에 층(160)으로서 증착되며;
도 4는 본 발명의 하나의 예시적인 구현예에 따른 전기 그릴의 일례를 예시하는 도식도이며;
도 5는 본 발명의 하나의 예시적인 구현예에 따른 전기 그릴의 일례를 예시하는 도식도이며;
도 6은 도 5의 전기 그릴 내에 위치한 쇠살대를 추가로 예시하는 도식도이며;
도 7은 도 4의 전기 그릴의 변동을 예시하는 도식도이며;
도 8은 본 발명의 하나의 예시적인 구현예에 따른 전기 그릴을 예시하는 도식도이며;
도 9는 본 발명의 하나의 예시적인 구현예에 따른 전기 그릴을 예시하는 도식도이며;
도 10은 본 발명의 하나의 예시적인 구현예에 따른 전기 그릴을 예시하는 도식도이며;
도 11은 개방형 공간에 의해 분리된 복수의 릿지들을 예시하는 도 10의 전기 그릴의 단면도이며;
도 12는 도 10의 전기 그릴의 밑면을 예시하는 도식도이며;
도 13은 전기 그릴의 제공 방법의 도식적인 예시이며;
도 14는 본 발명의 일 구현예에 따른 전기 그릴을 예시하는 도식도이며;
도 15는 본 발명의 일 구현예에 따른 전기 그릴을 예시하는 도식도이며;
도 16은 본 발명의 일 구현예에 따른 탈취 장치가 장착된 전기 그릴을 예시하는 도식도이며;
도 17은 본 발명의 일 구현예에 따른 열 교환기와 조합된 탈취 장치가 장착된 전기 그릴을 예시하는 도식도이고;
도 18은 본 발명의 일 구현예에 따른 열 교환기 및 재순환기와 조합된 탈취 장치가 장착된 전기 그릴을 예시하는 도식도이다.
도 1은 본 발명의 레지스티브 가열 층의 일 구현예의 증착된 미세구조의 예시를 보여주며;
도 2는 금속 와이어(4)를 원료로서 사용하는 HVOF 와이어 시스템(2) 및 상기 원료를 용융시키기 위한 연료 기체(6)의 연소의 예시를 보여준다. 반응물 기체(8)는 용융된 원료와 반응하고, 용융된 액적을 기판(10)으로 수송하여, 층(12)을 형성하며;
도 3은 금속 분말(110)을 원료로서 사용하고 아르곤(120)/수소(130) 플라즈마를 발생시켜 분말을 용융시키는 플라즈마 분사 시스템(100)의 예시를 보여준다. 또 다른 반응물 기체(140)는 노즐(150)을 통해, 용융된 액적에 공급된다. 용융된 액적은 기판(170) 상에 층(160)으로서 증착되며;
도 4는 본 발명의 하나의 예시적인 구현예에 따른 전기 그릴의 일례를 예시하는 도식도이며;
도 5는 본 발명의 하나의 예시적인 구현예에 따른 전기 그릴의 일례를 예시하는 도식도이며;
도 6은 도 5의 전기 그릴 내에 위치한 쇠살대를 추가로 예시하는 도식도이며;
도 7은 도 4의 전기 그릴의 변동을 예시하는 도식도이며;
도 8은 본 발명의 하나의 예시적인 구현예에 따른 전기 그릴을 예시하는 도식도이며;
도 9는 본 발명의 하나의 예시적인 구현예에 따른 전기 그릴을 예시하는 도식도이며;
도 10은 본 발명의 하나의 예시적인 구현예에 따른 전기 그릴을 예시하는 도식도이며;
도 11은 개방형 공간에 의해 분리된 복수의 릿지들을 예시하는 도 10의 전기 그릴의 단면도이며;
도 12는 도 10의 전기 그릴의 밑면을 예시하는 도식도이며;
도 13은 전기 그릴의 제공 방법의 도식적인 예시이며;
도 14는 본 발명의 일 구현예에 따른 전기 그릴을 예시하는 도식도이며;
도 15는 본 발명의 일 구현예에 따른 전기 그릴을 예시하는 도식도이며;
도 16은 본 발명의 일 구현예에 따른 탈취 장치가 장착된 전기 그릴을 예시하는 도식도이며;
도 17은 본 발명의 일 구현예에 따른 열 교환기와 조합된 탈취 장치가 장착된 전기 그릴을 예시하는 도식도이고;
도 18은 본 발명의 일 구현예에 따른 열 교환기 및 재순환기와 조합된 탈취 장치가 장착된 전기 그릴을 예시하는 도식도이다.
본 발명은 하나 이상의 용사된 레지스티브 가열 층을 포함하는 히터(및 이의 제조 방법 및 이의 용도)를 제공하며, 상기 가열 층은, 전기 전도성이며 기체와 반응하여 이의 하나 이상의 카바이드, 옥사이드, 니트라이드 및/또는 보라이드 유도체를 형성할 수 있는 제1 금속성 구성성분; 전기적으로 절연성인 상기 금속성 구성성분의 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 및/또는 보라이드 유도체; 및 상기 레지스티브 가열 층의 저항률을 안정화시킬 수 있는 제3 구성성분을 포함한다. 레지스티브 가열 층은 예를 들어 미국 특허 6,919,543에 기재된 바와 같이 전원에 커플링되는 경우 히터로서 작용하며, 상기 특허는 그 전체가 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
일부 구현예에서, 제3 구성성분은 레지스티브 가열 층에 증착된 제1 금속성 구성성분의 그레인 경계부를 고정시킬 수 있다.
일부 구현예에서, 제1 금속성 구성성분은 알루미늄(Al)을 포함하며; 상기 금속성 구성성분의 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 및/또는 보라이드 유도체는 알루미늄 옥사이드를 포함하고; 제3 구성성분은 레지스티브 가열 층에 증착된 알루미늄 그레인 경계부의 구조를 변경시킬 수 있다(예, 원주형 알루미늄 옥사이드 그레인를 초래함).
간략하게 말하자면, 전압이 인가되는 경우 발생될 가열 층을 증착시키기 위해, 상기 층은 요망되는 전력 수준에 의해 결정되는 저항을 가져야 한다. 저항 R은 인가 전압(applied voltage) V로부터 계산되며, 요망되는 전력 수준 P는 R=V 2 /P로부터 계산된다. 저항은 방정식 R= ρL / A cs 에 의해 히터 코팅의 기하학적 특성(전류가 통과하는 전류 경로 길이 L 및 단면적 A) 및 물질 저항률(ρ)과 관련이 있다. 따라서, 주어진 전압에서 작동할 주어진 전력 수준 및 주어진 기하학적 특성에 대해 가열 층을 디자인하기 위해, 당업자는 ρ=R A cs /L= V 2 A cs / PL에 의해서만 물질의 저항률을 결정해야 한다.
본원에 제공된 레지스티브 가열 층에서, 저항률은 제1 금속성 구성성분 및 이의 유도체의 용사 및 증착 동안 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 및/또는 보라이드의 형성 양을 조절함으로써 부분적으로 조절된다. 저항률이 조절 변수라는 점은, 이것이 히터 디자이너에게 추가의 자유도(degree of freedom)를 제시하기 때문에 유의미하다. 그러나, 제3 구성성분의 부재 시, 히터 또는 가열 층의 저항률은 불균일하게 증가하여, 가열되는 경우 레지스티브 가열 층의 약화, 불균일한 가열 및/또는 결국에는 히터 실패를 초래하며, 잠재적으로는 히터 수명을 단축시킬 수 있다.
일부 구현예에서, 제1 금속성 구성성분이 알루미늄만 포함하는 경우, 저항률은 제1 금속성 구성성분 및 이의 유도체의 용사 및 증착 동안 알루미늄 옥사이드의 형성 양을 조절함으로써 부분적으로 조절된다.
일부 구현예에서, 제3 구성성분의 부재 시, 제1 금속성 구성성분의 그레인는 크기가 커지며, 가열되는 경우 잠재적으로는 그레인 슬리피지를 초래하고 레지스티브 가열 층을 약화시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 제3 구성성분의 부재 시, 알루미늄 옥사이드는 비정질 그레인로서 형성되며, 전형적으로 기판의 펴면 상에 무작위로 적재된 대략 원형 소판으로서 형성된다. 이러한 레지스티브 가열 층은 또한, 불균일한 가열 및/또는 결국에는 히터 실패에 취약하며, 잠재적으로는 히터 수명을 단축시킨다.
본 발명은 적어도 부분적으로는, 레지스티브 가열 층의 저항률의 안정화가, 저항률이 안정화되기 않고 가열 동안 불균일하게 증가할 수 있는 레지스티브 가열 층과 비교하여, 보다 균일한 가열 및/또는 더 긴 히터 수명의 이점을 가진 보다 안정한 레지스티브 가열 층 또는 히터를 제공한다는 본 발명자들의 발견을 기반으로 한다. 일부 구현예에서, 본 발명은 적어도 부분적으로는, 제1 금속성 구성성분의 그레인 경계부의 고정이, 그레인 경계부가 고정되지 않은 레지스티브 가열 층과 비교하여, 보다 균일한 가열 및/또는 더 긴 히터 수명의 이점을 가진 보다 안정한 레지스티브 가열 층을 제공한다는 본 발명자들의 발견을 기반으로 한다.
비정질 그레인 구조로 증착된 알루미늄 옥사이드는 레지스티브 가열 층에서 제1 금속성 구성성분의 산화에 대한 보호를 거의 제공하지 못하거나 또는 전혀 제공하지 못함을 주지한다. 이러한 경우, 제1 금속성 구성성분은 가열 동안 산화 또는 추가 산화에 대해 여전히 취약하다. 따라서, 일부 구현예에서, 본 발명은 적어도 부분적으로는, 제3 구성성분의 존재 시 알루미늄 옥사이드 그레인의 구조가 변경된다는 본 발명자들의 발견을 기반으로 한다. 구체적으로는, 알루미늄 옥사이드는 모양이 상당히 일정하고 함께 밀접하게 패킹(packing)될 수 있는 원주형 그레인로서 형성된다. 이론으로 결부시키고자 하는 것은 아니지만, 밀접하게 패킹되는 원주형 알루미늄 옥사이드 그레인는 레지스티브 가열 층에서 기저(underlying) 제1 금속성 구성성분의 내산화성을 증가시키며 및/또는 산화를 방지하는 것으로 여겨진다. 이러한 효과는 비정질 알루미늄 옥사이드 그레인를 가진 가열 층과 비교하여, 보다 균일한 가열, 레지스티브 가열 층의 보다 큰 안정성 및/또는 더 긴 히터 수명을 제공할 수 있다.
제3 구성성분의 존재 시 형성된 본 발명의 레지스티브 가열 층의 구조의 대표도는 도 1에 나타나 있다. 도 1에서, 기판(50) 상에 형성된 본 발명의 레지스티브 가열 층의 하나의 예시적인 실시형태가 도시되어 있으며, 이는 알루미늄 옥사이드 그레인(65); 제1 금속성 구성성분의 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 또는 보라이드 유도체(60)(줄 그어진(stippled) 물질)와 함께 층에 증착된 제1 금속성 구성성분(55)(비음영(unshaded) 물질); 및 레지스티브 가열 층에 분산된 제3 구성성분(70)을 포함한다. 하나의 예시적인 구현예에서, 제3 구성성분(70)은 제1 금속성 구성성분(55)의 그레인 경계부에 분산되어 있다. 도 1은 또한, 제3 구성성분의 존재 시 형성된 알루미늄 옥사이드 그레인 구조의 대표도를 보여주며, 하나의 예시적인 구현예에서, 원주형이며 밀접하게 패킹된 알루미늄 옥사이드 그레인(65)는 제1 금속성 구성성분의 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 또는 보라이드 유도체(60)(줄 그어진 물질)와 함께 층에 증착된 제1 금속성 구성성분(55)(비음영 물질)의 산화 또는 추가 산화를 저해한다.
본 발명자들은 이제 레지스티브 히터 층, 코팅의 구성성분으로서의 이의 적용, 및 레지스티브 히터로서의 이의 용도를 기재한다.
제1 금속성 구성성분 및 이의
옥사이드
,
니트라이드
, 카바이드 및
보라이드
본 발명의 제1 금속성 구성성분으로서 사용될 금속성 구성성분은 기체와 반응하여 카바이드, 옥사이드, 니트라이드, 보라이드 또는 이들의 조합을 형성할 수 있는 임의의 금속 또는 준금속을 포함한다. 예시적인 제1 금속성 구성성분으로는 비제한적으로, 전이 금속, 예컨대 티타늄(Ti), 바나듐(V), 코발트(Co), 니켈(Ni), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 전이 금속 합금; 고도로 반응성인 금속, 예컨대 마그네슘(Mg), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf) 및 알루미늄(Al); 내화 금속, 예컨대 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 및 탄탈륨(Ta); 금속 복합물, 예컨대 알루미늄/알루미늄 옥사이드 및 코발트/텅스텐 카바이드; 및 준금속, 예컨대 규소(Si) 등이 있다. 금속성 구성성분은 추가 원소, 예컨대 탄소(C)를 추가로 포함할 수 있다.
제1 금속성 구성성분은 또한, 이들 금속 또는 준금속 중 2개 이상의 혼합물일 수 있다. 예시적인 혼합물로는 비제한적으로, 철과 알루미늄의 혼합물, 니켈과 알루미늄의 혼합물, 코발트와 알루미늄의 혼합물, 크롬과 알루미늄의 혼합물, 및 규소와 알루미늄의 혼합물 등이 있다. 추가의 예시적인 혼합물로는, 비제한적으로, 철, 크롬 및 알루미늄의 혼합물; 니켈, 크롬 및 알루미늄의 혼합물; 및 코발트, 크롬 및 알루미늄의 혼합물 등이 있다. 2개 이상의 금속 또는 준금속은 분사 동안 함께 혼합되거나 또는 분사 전에 원료에서 예비혼합될 수 있다.
일부 구현예에서, 2개 이상의 금속들의 혼합물은 합금 형태이다. 제1 금속성 구성성분으로서 사용될 합금의 비제한적인 예로는, CrAl, NiAl, CoCr, AlSi, NiCrAl, CoCrAl, FeCrAl, FeNiAl, FeNiCrAl, FeNiAlMo, NiCoCrAl, CoNiCrAl, NiCrAlCo, NiCoCrAlHfSi, NiCoCrAlTa, NiCrAlMo, NiCrBSi, NiMoAl 및 NiCrAlMoFe 등이 있다. 다른 합금은 당업자에게 알려져 있다. 합금은 다양한 형태, 예컨대 분말, 와이어, 고형 바, 잉곳 등으로 제공될 수 있다. 2개 이상의 금속들의 혼합물이 예비합금될 필요가 없으며, 일부 구현예에서는 2개 이상의 금속들의 혼합물이 예비금속되지 않음을 이해해야 한다.
제1 금속성 구성성분은 전형적으로 1-100x10-8 Ω.m 범위의 저항률을 가진다. 코팅 공정(예, 용사) 동안, 금속성 구성성분의 원료(예, 분말, 와이어 또는 고형 바)는 용융되어, 예를 들어 액적을 형성하고, 이러한 액적은 산소, 질소, 탄소 및/또는 붕소를 함유하는 기체에 노출된다. 이러한 노출은 액적 표면의 적어도 일부 상에서 용융된 제1 금속성 구성성분을 기체와 반응시켜 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 또는 보라이드 유도체 또는 이들의 조합을 생성할 수 있다.
2개 이상의 금속들이 제1 금속성 구성성분에 포함되는 경우, 하나 이상의 금속은 용사 공정 동안 유도체를 형성할 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 산소의 존재 시, 알루미늄은 전형적으로 산화되어, 알루미늄 옥사이드, 예컨대 Al2O3를 형성하고; 추가 금속성 구성성분 또한 산화될 수 있다. 반응된 금속성 구성성분의 성질은 증착에 사용된 기체의 양 및 성질에 따라 다르다. 예를 들어, 순수한 산소가 사용되는 경우, 금속성 구성성분의 옥사이드가 형성되는 반면, 산소, 질소 및 이산화탄소의 혼합물이 사용되는 경우, 옥사이드, 니트라이드 및 카바이드의 혼합물이 형성된다. 각각의 정확한 비율은 금속성 구성성분의 내재적 특성 및 기체 중 산소, 질소 및 탄소의 비율에 따라 다르다. 본원의 방법에 의해 생성된 층의 저항률은 다양하며, 예를 들어, 약 500 내지 약 50,000x10-8 Ω.cm, 또는 약 0.0001 내지 약 1.0 Ω.cm의 범위일 수 있다.
옥사이드의 예시적인 화학종으로는, 비제한적으로, TiO2, TiO, ZrO2, V2O5, V2O3, V2O4, CoO, Co2O3, CoO2, Co3O4, NiO, MgO, HfO2, Al2O3, Al2O, AlO, WO3, WO2, MoO3, MoO2, Ta2O5, TaO2 및 SiO2 등이 있다. 니트라이드의 비제한적인 예로는, TiN, VN, Ni3N, Mg3N2, ZrN, AlN 및 Si3N4 등이 있다. 바람직한 카바이드로는 예를 들어, TiC, VC, MgC2, Mg2C3, HfC, Al4C3, WC, Mo2C, TaC 및 SiC 등이 있다. 예시적인 보라이드로는, TiB, TiB2, VB2, Ni2B, Ni3B, AlB2, TaB, TaB2, SiB 및 ZrB2 등이 있다. 다른 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 및 보라이드는 당업자에게 알려져 있다.
기체
금속성 구성성분의 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 또는 보라이드를 수득하기 위해, 구성성분이 반응하는 기체는 산소, 질소, 탄소 및/또는 붕소를 함유해야 한다. 예시적인 기체로는, 산소, 질소, 이산화탄소, 공기, 붕소 트리클로라이드, 암모니아, 메탄 및 다이보란이 있다. 다른 기체는 당업자에게 알려져 있다.
일부 구현예에서, 기체는 수소, 헬륨 및 아르곤 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다.
제3 구성성분
본 발명의 제3 구성성분은 레지스티브 가열 층의 저항률을 안정화시킬 수 있는 임의의 물질을 포함한다. 전형적으로, 제3 구성성분은 세라믹, 반도체 또는 희토류 원소이지만, 다른 물질도 사용될 수 있다. 일반적으로, 저항률의 음성 온도 계수(NTC)를 가진 임의의 물질은 가열 동안 저항률을 안정화시키는 역할을 할 수 있다. 예시적인 제3 구성성분으로는 비제한적으로, 하나 이상의 알루미늄, 바륨, 비스무트, 붕소, 탄소, 갈륨, 게르마늄, 하프늄, 마그네슘, 사마륨, 규소, 스트론튬, 텔루륨 및 이트륨; 또는 이들의 보라이드, 옥사이드, 카바이드, 니트라이드 또는 카르보-니트라이드 유도체; 또는 이들의 혼합물 또는 합금 등이 있다. 일부 구현예에서, 제3 구성성분으로는 비제한적으로, 하나 이상의 붕소 포스파이드, 바륨 티타네이트, 하프늄 카바이드, 규소 카바이드, 붕소 니트라이드 및 이트륨 옥사이드 등이 있을 수 있다.
제3 구성성분은 이의 원소 형태로부터 용사 공정 동안 형성될 수 있다. 예를 들어, 원소 형태의 제3 구성성분은 분사될 수 있으며, 상기 원소 형태는 분사 동안 기체와 반응하여 이의 보라이드, 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 또는 카르보-니트라이드 유도체를 형성할 수 있으며(따라서 제3 구성성분을 형성함); 이러한 방식으로, 원소 형태의 제3 구성성분은 본질적으로 제3 구성성분의 전구체로서 작용한다. 원소 형태의 제3 구성성분이 분사되는 경우, 일부 구현예에서 증착된 가열 층은 제3 구성성분 및 이의 원소 형태 둘 다를 포함할 수 있음을 이해해야 한다.
원소 형태의 제3 구성성분은 또한, 2개 이상의 물질들의 혼합물을 포함할 수 있다. 예시적인 혼합물로는 비제한적으로, 붕소와 스트론튬의 혼합물, 규소와 붕소의 혼합물, 티타늄과 붕소의 혼합물 및 붕소와 이트륨의 혼합물 등이 있다. 제3 구성성분 또는 이의 원소 형태는, 예를 들어 분말들을 함께 혼합하여 용사용 원료를 형성함으로써 코팅 공정에 사용되기 전에 또는 코팅 공정 동안에 제1 금속성 구성성분과 혼합될 수 있다. 대안적으로, 제1 구성성분 및 제3 구성성분(또는 이의 원소 형태)은, 선택적으로 추가 금속 또는 준금속의 존재 하에, 합금에 함께 존재할 수 있으며, 상기 합금은 원료로서 사용된다. 본 발명의 레지스티브 가열 층의 분사에 통상 원료로서 사용되는 제1 구성성분 및 제3 구성성분(또는 이의 원소 형태)을 포함하는 합금 또는 혼합물의 비제한적인 예로는, CrAlY, NiAlY, CoCrAlY, NiCrAlY, NiCoCrAlY, CoNiCrAlY, NiCrAlCoY, FeCrAlY, FeNiAlY, FeNiCrAlY, NiMoAlY, NiCrAlMoY 및 NiCrAlMoFeY 등이 있다. 다른 합금 및 혼합물은 당업자에게 알려져 있다.
코팅 공정(예, 하나 이상의 산소, 질소, 탄소 및 붕소를 함유하는 기체에의 노출과 함께 용사) 동안, 용융된 원소 형태의 제3 구성성분은 기체와 혼합하여, 이의 하나 이상의 옥사이드, 니트라이드, 카바이드, 보라이드 및 카르보-니트라이드 유도체를 생성할 수 있음을 이해해야 한다. 반응된 제3 구성성분의 성질은 증착에 사용되는 기체의 양 및 성질에 따라 다르다. 예를 들어, 순수한 산소가 사용되는 경우, 제3 구성성분의 옥사이드가 형성된다. 또한, 산소, 질소 및 이산화탄소의 혼합물이 사용되는 경우, 옥사이드, 니트라이드 및 카바이드의 혼합물이 형성된다. 각각의 정확한 비율은 제3 구성성분의 내재적 특성 및 기체 중 산소, 질소 및 탄소의 비율에 따라 다르다. 반응의 정도(extent) 또한, 분사 조건에 따라 다르다. 용사 조건은, 원소 형태의 제3 구성성분 중 적어도 일부가 레지스티브 가열 층의 저항률을 바람직하게 안정화시키기에(또는 일부 구현예에서, 제1 금속성 구성성분의 그레인 경계부를 증착된 레지스티브 가열 층에 바람직하게 고정하기에) 충분한 양으로 반응하도록 당업자에 의해 선택될 것이다.
레지스티브 가열 층의 저항률을 안정화시키기 위해(또는 제1 금속성 구성성분의 그레인 경계부를 바람직하게 고정하기 위해) 필요한 제3 구성성분의 양은 많은 인자들, 예컨대 당업자에게 알려진 바와 같이 레지스티브 가열 층을 위해 선택된 물질 및 층 또는 코팅이 증착되는 방법에 따라 다를 것이다. 특정 구현예에서, 분사용 물질 또는 원료는 제3 구성성분 또는 이의 원소 형태를 약 0.4% 이상 포함한다. 일부 구현예에서, 분사되는 물질 또는 원료는 약 0.4% 내지 약 2%의 제3 구성성분(또는 이의 원소 형태), 약 0.4% 내지 약 1%의 제3 구성성분(또는 이의 원소 형태), 또는 약 0.5%의 제3 구성성분(또는 이의 원소 형태)을 포함한다. 히터 또는 레지스티브 가열 층의 요망되는 성능 파라미터가 악영향을 받지 않는 한, 더 많거나 또는 더 적은 양의 제3 구성성분(또는 이의 원소 형태)이 분사되는 물질 또는 원료에 포함될 수 있다.
유사하게는, 특정 구현예에서, 레지스티브 가열 층은 약 0.4% 이상의 제3 구성성분; 약 0.4% 내지 약 2%의 제3 구성성분; 약 0.4% 내지 약 1%의 제3 구성성분; 약 0.2% 내지 약 0.5%의 제3 구성성분; 약 0.1% 이상의 제3 구성성분; 또는 약 0.5%의 제3 구성성분을 포함한다. 생성되는 레지스티브 가열 층 내의 제3 구성성분의 양은, 분사 동안에 얼마나 많은 제3 구성성분이 기체와 반응하느냐(또는 얼마나 많은 제3 구성성분의 원소 형태가 기체와 반응하느냐)에 따라 그리고 다른 공정 조건뿐만 아니라 출발 물질 또는 원료에 따라 다를 것임을 이해할 것이다.
일부 구현예에서, 레지스티브 가열 층의 저항률은 약 25℃ 내지 약 400℃ 가열 동안 약 0.05% 내지 약 1.5% 이하만큼 증가하도록 제3 구성성분에 의해 안정화된다. 예를 들어, 레지스티브 가열 층의 저항률(또는 레지스티브 히터)은 약 25℃ 내지 약 400℃ 가열 동안 약 0.05%, 약 0.1%, 약 0.2%, 약 0.5%, 약 1%, 약 1.25% 또는 약 1.5% 이하만큼 증가할 수 있다. 일 구현예에서, 레지스티브 가열 층의 저항률(또는 레지스티브 히터)은 약 25℃ 내지 약 400℃ 가열 동안 약 0.05% 내지 약 1.25% 이하만큼, 약 0.08% 내지 약 0.12% 이하만큼 또는 약 0.1% 이하만큼 증가한다. 또 다른 구현예에서, 레지스티브 가열 층의 저항률(또는 레지스티브 히터)은 약 25℃ 내지 약 400℃ 가열 동안 약 0.05% 이하, 약 0.1% 이하, 약 0.2% 이하, 약 0.5% 이하, 약 1% 이하, 약 1.25% 이하 또는 약 1.5% 이하만큼 증가한다. 하나의 예시적인 예로서, 저항률은 25℃에서 출발하여 400℃까지의 가열 시, 0.1 ohms만큼 8 ohms 이하에 걸쳐 증가할 수 있다. 이는, 해당 범위에 걸쳐 가열하는 동안 저항률의 10% 내지 20% 증가를 전형적으로 보여주는 공지된 가열 요소 또는 제3 구성성분이 결여된 레지스티브 가열 층과는 대조적이다. 일부 구현예에서, "저항률이 안정화된다"는 것은, 가열 동안 저항률이 실질적으로 증가하지 않음, 예를 들어 약 25℃ 내지 약 400℃ 가열 동안 저항률이 약 1.25% 내지 약 1.5% 넘게 증가하지 않음을 의미한다. 대안적으로는, 저항률의 변화는 1℃ 가열 당 % 변화로서 표현될 수 있으며; 따라서, 일부 구현예에서, 레지스티브 가열 층의 저항률은 가열 동안 약 0.003%/℃ 초과만큼 증가하지 않거나, 또는 약 0.003%/℃ 이하만큼 증가한다. 일부 구현예에서, 레지스티브 가열 층의 저항률은 가열 동안 약 0.004%/℃ 이하, 0.0027%/℃ 이하, 0.0013%/℃ 이하 또는 0.00027%/℃ 이하만큼 등으로 증가할 수 있다. 일 구현예에서, 레지스티브 가열 층의 저항률은 가열 동안 약 0.00004 내지 약 0.00006%/℃만큼 또는 약 0.00005%/℃만큼 증가한다.
특정 구현예에서, 본 발명의 제3 구성성분은 레지스티브 가열 층에 증착된 제1 금속성 구성성분의 그레인 경계부(들)를 고정시킬 수 있는 임의의 물질을 포함할 수 있다. 전형적으로, 이러한 구현예에서 제3 구성성분은 금속, 준금속, 세라믹 또는 희토류 원소이지만, 다른 물질도 사용될 수 있다. 일반적으로, 증착된 그레인 매트릭스에서 경질 단괴(nodule), 예컨대 불용성 입자 또는 침전물을 형성하는 임의의 물질은 그레인 경계부를 고정시키고 가열 동안 그레인 성장을 방지하는 역할을 할 수 있다. 예시적인 이러한 제3 구성성분으로는 비제한적으로, 악티늄(Ac), 붕소(B), 탄소(C), 하프늄(Hf), 란타늄(La), 루테튬(Lu), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 팔라듐(Pd), 루비듐(Rb), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 스칸듐(Sc), 스트론튬(Sr), 탄탈륨(Ta), 테크네튬(Tc), 티타늄(Ti), 이트륨(Y) 또는 지르코늄(Zr)의 보라이드, 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 또는 카르보-니트라이드 유도체, 뿐만 아니라 이들의 혼합물 및 합금 등이 있다. 추가의 예시적인 제3 구성성분으로는 비제한적으로, 하프늄 다이보라이드, 란타늄 옥사이드, 루테튬 옥사이드, 스트론튬 옥사이드, 스트론튬 니트라이드, 스칸듐 옥사이드, 탄탈륨 다이보라이드, 티타늄 니트라이드, 티타늄 다이옥사이드, 티타늄(II) 옥사이드, 티타늄(III) 옥사이드, 티타늄 다이보라이드, 이트륨 옥사이드, 이트륨 니트라이드, 이트륨 다이보라이드, 이트륨 카바이드, 지르코늄 다이보라이드 및 지르코늄 실리사이드, 뿐만 아니라 이들의 혼합물 및 합금 등이 있다.
특정 구현예에서, 본 발명의 제3 구성성분은 레지스티브 가열 층에 증착된 알루미늄 옥사이드 그레인의 구조를 바람직하게 변경시킬 수 있는 임의의 물질을 포함할 수 있다. 전형적으로, 이러한 구현예에서, 제3 구성성분은 금속, 준금속, 세라믹 또는 희토류 원소이지만, 다른 물질도 사용될 수 있다. 예시적인 이러한 제3 구성성분으로는 비제한적으로, 악티늄(Ac), 세륨(Ce), 란타늄(La), 루테튬(Lu), 스칸듐(Sc), 운비우늄(Ubu) 및 이트륨(Y), 뿐만 아니라 이들의 혼합물 및 합금 등이 있다. 나아가, 이러한 제3 구성성분은 이들 물질 중 2개 이상의 혼합물일 수 있다. 예시적인 혼합물로는 비제한적으로, 스칸듐과 이트륨의 혼합물, 란타늄과 스칸듐의 혼합물, 및 란타늄과 세륨의 혼합물 등이 있다. 제3 구성성분은 코팅 공정에 사용되기 전에, 예를 들어 분말들을 함께 혼합하여 용사용 원료를 형성함으로써 제1 금속성 구성성분과 혼합될 수 있다. 대안적으로는, 제1 구성성분 및 제3 구성성분은 선택적으로 추가 금속 또는 준금속의 존재 하에 합금에서 함께 존재할 수 있으며, 상기 합금은 원료로서 사용된다. 이러한 구현예에서, 레지스티브 가열 층의 분사에 통상 원료로서 사용되는 제1 구성성분 및 제3 구성성분을 포함하는 합금 또는 혼합물의 비제한적인 예로는, CrAlY, NiAlY, CoCrAlY, NiCrAlY, NiCoCrAlY, CoNiCrAlY, NiCrAlCoY, FeCrAlY, FeNiAlY, FeNiCrAlY, NiMoAlY, NiCrAlMoY 및 NiCrAlMoFeY 등이 있다. 다른 합금 및 혼합물은 당업자에게 알려져 있다. 코팅 공정(예, 하나 이상의 산소, 질소, 탄소 및 붕소를 함유하는 기체에의 노출과 함께 용사) 동안, 용융된 원소 형태의 제3 구성성분은 또한 기체와 적어도 부분적으로 반응하여, 이의 하나 이상의 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 및 보라이드 유도체를 생성할 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 제3 구성성분이 산소에 노출되는 경우 코팅 공정 동안 스칸듐(III) 옥사이드, 이트륨(III) 옥사이드, 란타늄(III) 옥사이드 또는 루테튬(III) 옥사이드가 형성될 수 있다. 나아가, 용사 조건은, 레지스티브 가열 층에서 알루미늄 옥사이드 그레인 구조를 바람직하게 변경시키기에 충분한 양으로 제3 구성성분의 적어도 일부가 미반응된 채로 남아 있도록 당업자에 의해 선택될 것이다. 알루미늄 옥사이드 그레인 구조를 바람직하게 변경시키는 데 필요한 제3 구성성분의 양은 많은 인자들, 예컨대 당업자에게 알려진 바와 같이 레지스티브 가열 층을 위해 선택된 물질 및 층 또는 코팅이 증착되는 방법에 따라 다를 것이다.
본 발명의 레지스티브 가열 층에 사용되기 위한 제1 금속성 구성성분 및 제3 구성성분은 당업계에 일반적으로 알려진 고려사항들, 예컨대 히터 층의 요망되는 저항률 및 사용되는 코팅 공정을 기반으로 당업자에 의해 선택될 것이다.
용사
본 발명의 코팅의 레지스티브 가열 층 및 다른 층은 바람직하게는, 용사 장치를 사용하여 증착된다. 예시적인 용사 장치로는 비제한적으로, 아크, 플라즈마, 플레임 분사, Rockide 시스템, 아크 와이어 및 고속 옥시-연료(HVOF) 시스템 등이 있다. 전형적인 HVOF 와이어 시스템은, 3개의 개별 기체들이 함께 모이는 건 또는 분사 헤드로 이루어진다(도 2 참조). 프로판 기체 및 산소가 연료 기체로서 보편적으로 사용되고, 반응물 기체로서 선택된 기체는 건에서 용융된 액적을 가속화하고 분사 노즐을 냉각시키는 데 사용된다. 통상, 이 마지막 기능은 공기의 사용을 통해 달성된다. 기체는 유량계 및 압력 조절계를 통해 또는 질량 흐름 조절기(mass flow controller)를 통해 분사 헤드에 공급되어, 각각의 기체에 대해 조절되는 독립적인 흐름이 존재한다. 감소된 양의 반응물 기체를 운반하는 것이 요망되는 경우, 이는 비-반응물 기체, 예컨대 아르곤과 혼합될 수 있으며, 따라서 부피 및 흐름이 상기 건을 적절한 속도에서 작동시키는 데 충분하다. 혼합은 유량계 및 압력 조절기, 질량 흐름 조절기에 의해, 또는 예비혼합된 실린더의 사용에 의해 달성될 수 있으며, 이들은 각각 일반적으로 당업자에게 알려져 있다. 도 2에 도시된 구현예에서 와이어인 원료는, 물질이 건에 운반되는 속도를 조절하는 와이어 공급기(wire feeder)에 의해 건 헤드에 공급된다. 상기 건 그 자체는 모션 제어 시스템, 예컨대 리니어 트랜슬레이터(linear translator) 또는 멀티액시스 로봇(multiaxis robot)에 부착될 수 있다.
일부 구현예에서, 트윈 와이어 아크 시스템, 예컨대 SmartArcTM 트윈 와이어 아크 시스템(Oerlikon Metco, Winterthur, Switzerland)이 사용된다. 일부 구현예에서, 플라즈마 분사 시스템이 사용된다.
용사 장치는 바람직하게는, 반응 기체가 분사의 용융된 유동 스트림 내로 주입될 수 있도록 바람직하게 배치된다. 연소 시스템 및 아크 와이어 시스템의 경우, 이러한 주입은 기체를 가속화제로서 사용함으로써 달성될 수 있다. 플라즈마 시스템의 경우, 플라즈마 기체가 또한 반응 기체로서 역할을 하지 않는 경우, 상기 기체는 추가 노즐을 사용하여 주입될 수 있다(도 3 참조). 반응물 기체의 주입을 위한 추가 노즐의 혼입은 다른 시스템에도 적용될 수 있다. 대안적으로, 분사 공정은 반응물 기체가 농화되어 있거나 또는 전반적으로 반응물 기체로 이루어진 분위기에서 수행될 수 있다.
증착된 층의 조성물은 사용되는 용사 장치의 유형에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 액적은 다른 기술들과 비교하여 HVOF 시스템으로부터 매우 신속하게 방출되고, 이들 액적은 결과적으로 더 짧은 기간 동안 반응물에 노출되어, 기체와 덜 반응하게 된다. 또한, HVOF에 의해 증착된 층은 다른 시스템에 의해 증착된 층보다 더 큰 접착 강도를 가진다.
레지스티브 층은 기판 상에 한정된 패턴으로 증착될 수 있다. 이러한 패턴은 예를 들어, 제거가능한 마스크에 의해 한정될 수 있다. 패턴 적용은 하나 이상의 기판 상에 2개 이상의 공간적으로 분리된 레지스티브 가열 층을 형성할 수 있다. 패턴화딘 층은 또한, 기판의 국소화된 영역에서 조절된 가열을 허용한다. 가변적인 저항률을 가진 코팅, 예를 들어 기판 상의 위치의 함수로서 연속 구배 또는 계단 함수를 가진 코팅 또한, 생성될 수 있다. 예를 들어, 가열 층의 저항률은 1, 10 또는 100 cm의 거리에 걸쳐 50, 100, 200, 500 또는 1000%만큼 증가하거나 또는 감소할 수 있다. 사용되는 장치는 용사 건 및 기체 공급원을 포함할 수 있으며, 상기 기체 공급원은 임의의 조합으로 혼합될 수 있는 2개 이상의 기체를 포함한다. 용사 건에 사용되는 기체의 조성을 조절함으로써, 코팅의 조성 및 따라서 저항률이 조절된다. 예를 들어, 기체(예, 산소) 내 반응물의 점진적인 증가는 코팅의 저항률의 점진적인 증가를 초래한다. 이러한 점진적인 증가는 저항률의 구배를 가진 코팅을 기판 상에 형성하는 데 사용될 수 있다. 유사하게는, 저항률의 다른 패턴, 예를 들어 계단 함수가 기체의 혼합물의 적절한 조절에 의해 형성될 수 있다. 기체 혼합물은 2개 이상의 반응성 화학종(예, 질소 및 산소) 또는 반응성 화학종 및 불활성 화학종(예, 산소 및 아르곤)을 포함할 수 있다. 기체들의 혼합을 조절하기 위해, 컴퓨터가 또한 사용될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "기판"은 레지스티브 가열 층이 증착되는 임의의 물체를 지칭한다. 기판은 예를 들어, 베어(bare) 세라믹일 수 있거나, 또는 기판은 하나 이상의 층, 예컨대 전기적 절연 층을 이의 표면 상에 가질 수 있다.
용사 공정은 코팅의 특징적인 판상 미세구조를 초래한다. 용사 공정에서, 용융된 액적의 유동이 원료로부터 형성되며, 이는 가속화되고 기판 쪽으로 향하게 된다. 전형적으로 수백 m/sec의 속도로 이동하는 액적은 기판에 충돌하고, 1x106 도(degree)/sec에 도달하는 속도로 매우 급속하게 냉각된다. 이러한 냉각 속도는 매우 급속한 고형화를 유발한다. 그럼에도 불구하고, 충돌 동안, 액적은 소판-유사 모양으로 변형되고, 분사 헤드가 기판을 가로질러 앞뒤로 횡단함에 따라 서로의 상부 상에 적재되어, 코팅이 구축된다. 따라서, 미세구조는 층화된 구조를 취하며, 편평해진 입자들은 모두 기판에 평행하게 그리고 증착 라인에 수직으로 정렬된다.
증착되는 물질이 유동 스트림에 존재하는 기체와의 반응을 수행하지 않는 경우, 코팅의 조성은 원료의 조성과 동일하다. 그러나, 용융된 액적이 증착 공정 동안 주위 기체와 반응하는 경우, 코팅의 조성은 원료의 조성과 상이하다. 액적은 반응 산물의 표면 코팅을 필요로 할 수 있으며, 이러한 코팅의 두께는 예를 들어 반응 속도, 적용된 온도 및 기체의 농도에 따라 변한다. 일부 경우, 액적은 완전하게 반응하며; 다른 경우, 액적은 이의 중심에 유리 금속을 큰 부피 분율로 가진다. 코팅의 생성된 미세구조는 판형 구조이며, 복합 조성물의 개별 입자들로 이루어진다. 코팅은 유리 금속을 감소된 부피 분율로 가지며, 나머지는 일반적으로 각각의 소판-유사 입자에 함유된 유리 금속을 둘러싼 물질로서 분포된 반응 산물로 이루어진다.
제3 구성성분의 존재 시, 레지스티브 가열 층 내의 유리 금속 사이에는 제3 구성성분이 배치되어 있으며, 상기 제3 구성성분은 레지스티브 가열 층에 분산되어 있고 가열 층의 저항률을 안정화시킨다. 일부 구현예에서, 제3 구성성분의 존재 시, 레지스티브 가열 층 내의 유리 금속 사이에는 제3 구성성분이 배치되어 있으며, 상기 제3 구성성분은 그레인 경계부에 분산되고 기저 금속성 구성성분의 그레인 경계부를 고정시키고 따라서 가열 층을 안정화시킨다. 일부 구현예에서, 제3 구성성분의 존재 시, 알루미늄 옥사이드 그레인는 원주형 모양이며 함께 밀접하게 패킹되어 증착되어 있으며, 산화되지 않은 "유리" 제1 금속성 구성성분/알루미늄을 덮고, 기저 금속성 구성성분의 산화 또는 추가 산화에 대한 보호벽을 제공한다.
유동 스트림에 첨가되는 기체가 훨씬 더 높은 전기 저항률을 가진 반응 산물을 형성하도록 선택되는 경우, 생성되는 코팅은 유리 금속성 구성성분보다 더 높은 벌크 저항률을 나타낸다. 또한, 기체의 농도가 조절되는 경우, 이로써 반응 산물의 농도가 조절되며, 코팅의 저항률이 비례하여 조절된다. 예를 들어, 순수한 산소 내에 분사된 알루미늄의 저항률은 공기 중에 분사된 알루미늄의 저항률보다 더 높은데, 왜냐하면 층에 알루미늄 옥사이드가 더 높은 농도로 존재하고 알루미늄 옥사이드가 매우 높은 저항률을 가지기 때문이다. 나아가, 본 발명의 제3 구성성분이 원료에 포함되는 일부 구현예에서, 알루미늄 옥사이드는 함께 밀접하게 패킹되는 상당히 일정한 원주형 모양 및 크기를 가진 그레인에서 증착될 수 있으며, 생성된 코팅 내의 잔여 유리 금속성 구성성분을 산화 또는 추가 산화로부터 보호할 수 있다.
적용
코팅. 기판 상에서의 코팅은 본 발명의 레지스티브 가열 층을 포함할 수 있다. 또한, 다른 층들이 코팅에 존재하여, 추가 특성을 제공할 수 있다. 추가 코팅의 예로는 비제한적으로, 접착 층(예, 니켈-알루미늄 합금), 전기적 절연 층(예, 알루미늄 옥사이드, 지르코늄 옥사이드 또는 마그네슘 옥사이드), 전기 접촉 층(예, 구리), 단열 층(예, 지르코늄 다이옥사이드), 열 방출성 코팅(예, 크롬 옥사이드), 서로 다른 열 팽창 계수들을 가진 층들 사이에서 열 매칭을 개선하기 위한 층(예, 알루미늄 옥사이드와 알루미늄 사이 니켈), 열 전도 층(예, 몰리브덴) 및 열 반사 층(예, 주석) 등이 있다. 이들 층은 레지스티브 가열 층과 기판 사이(예, 접착 층) 또는 기판과 원거리에 존재하는 레지스티브 가열 층의 측면 상에 위치할 수 있다. 레지스티브 가열 층은 또한, 전기적 절연 층 없이 비-전도성 표면 상에 증착될 수 있다.
히터. 레지스티브 가열 층은 전원을 상기 층에 커플링함으로써 레지스티브 히터로 제작될 수 있다. 그런 다음, 레지스티브 층을 통한 전류의 적용은 열을 레지스티브하게 발생시킨다. 전원과 레지스티브 가열 층 사이의 연결은 예를 들어 브레이징 커넥터(brazing connector), 솔더링 와이어(soldering wire)에 의해, 또는 다양한 기계적 커넥터들을 사용한 물리적 접촉에 의해 이루어진다. 이들 레지스티브 히터는, 국소화된 가열이 요망되는 적용에서 유리하다.
예를 들어, 본 발명의 레지스티브 히터 또는 가열 층의 하나의 적용은 사출 성형에 있다. 사출 몰드는, 열가소성 물질의 용융물이 밀어넣어지는 캐비티를 가진다. 일단 상기 물질이 냉각되고 경화되면, 이는 상기 몰드로부터 제거될 수 있고, 공정은 반복될 수 있다. 본 발명의 사출 몰드는 캐비티의 적어도 일부의 표면 상에 레지스티브 가열 층을 함유하는 코팅을 가질 수 있다. 레지스티브 가열 층은 금속 층(예, 몰리브덴 또는 텅스텐)으로 피복될 수 있다. 몰드의 캐비티 및 해당 캐비티로의 도관(conduit)에 레지스티브 가열 층을 놓는 목적은 고형화 공정을 더 양호하게 조절하고 순환 시간을 단축시키기 위한 것이다. 용융물에 근접하게 위치한 히터는, 낮은 압력으로도 용융물이 더 양호하게 흐르도록 상기 용융물을 가온 상태로 유지시키고, 고형화 기 동안에 상기 용융물을 조절된 방식으로 냉각시키는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 레지스티브 히터 또는 가열 층의 또 다른 적용은 가열된 롤러에서이다. 가열된 롤러는 제지, 인쇄, 라미네이팅 및 종이, 필름 및 호일 변환 산업들을 비롯한 많은 산업들에서 사용된다. 본 발명의 레지스티브 히터 또는 가열 층의 하나의 적용은 제지 산업의 건조기에서이다. 종이는 형성, 압축 및 건조를 포함한 몇몇 단계들로 제작된다. 건조 단계는 전형적으로 압축 단계에서 잔류한 물(전형적으로 약 30%)을 제거하고, 수분 함량을 전형적으로 약 5%까지 감소시킨다. 건조 공정은 전형적으로, 종이의 양면을 가열된 실린더형 롤러와 접촉시키는 단계를 포함한다. 이에, 레지스티브 가열 층을 가진 종이 건조기용 롤러는 본 발명의 방법에 의해 제조될 수 있다. 레지스티브 가열 층을 함유하는 코팅은 이러한 롤러의 내부 또는 외부 상에 증착된다. 다른 코팅, 예컨대 항부식성 코팅 또한 적용될 수 있다. 히터는 증착 단계에서 마스크를 통해 한정된 패턴으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 열을 롤러의 말단에 집중시키는 구역의 패턴은, 상기 말단이 롤러의 중심보다 더 신속하게 냉각되기 때문에 보다 일정한 열을 종이에 제공한다. 가열 구역을 함유하는 롤러의 예는 미국 특허 5,420,395에 주어져 있으며, 상기 특허는 그 전체가 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
증착된 레지스티브 히터 또는 가열 층은 제지 공정에서 펄프로부터 물을 제거하는 데 사용되는 건조기 캔(또는 롤러)에 적용될 수 있다. 일례에서, 히터는 강철 롤러 또는 캔의 내부 표면에 적용된다. 우선, 알루미늄 옥사이드의 절연제 층이 용사에 의해 적용되고, 나노상(nanophase) 알루미늄 옥사이드 또는 일부 다른 적합한 고온 유전체 밀봉제(dielectric sealant)를 사용하여 밀봉된다. 그런 다음, 레지스티브 가열 층이 고속 옥시-연료 와이어 분사 시스템, 티타늄 와이어 및 질소 기체를 사용하여 증착된다. 말단부들은 웰딩(welding) 또는 스레디드 스터드(threaded stud)에 의해 상기 캔의 내부에 고정되고, 증착된 레지스티브 가열 층에 전력이 적용될 수 있도록 절연된다. 마지막으로, 전체 레지스티브 가열 층이 고온 실리콘 또는 또 다른 용사된 알루미늄 옥사이드 층으로 코팅되며, 이는 상기와 같이 밀봉된다.
대안적으로, 레지스티브 가열 층 및 절연제 층은 건조기 캔의 외부 표면에 적용되고, 용사된 금속성 층, 예컨대 니켈로 코팅될 수 있다. 그런 다음, 니켈은 요망되는 치수로 분쇄된다. 더 작은 가열된 롤러 적용의 경우, 금속 케이싱(casing)이 롤러 상에 고정되거나 또는 끼워질(shrunk) 수 있으며, 이의 히터가 적용된다.
본 발명의 레지스티브 히터 또는 가열 층의 또 다른 적용은 반도체 웨이퍼 가공이다. 본 발명의 반도체 웨이퍼 가공 시스템은 챔버, 하나 이상의 레지스티브 히터, 및 반도체 웨이퍼를 장착하고 조작하기 위한 수단을 포함한다. 상기시스템은 웨이퍼 가공 적용, 예컨대 어닐링, 신터링(sintering), 실리시데이션(silicidation), 유리 리플로우(glass reflow), CVD, MOCVD, 열적 산화 및 플라즈마 에칭 등에 사용될 수 있다. 이러한 히터를 포함하는 시스템은 또한, 웨이퍼와 반응성 기체 사이의 반응, 예를 들어 산화 및 질화(nitridation)를 촉진하는 데 유용하다. 또한, 상기 시스템은 에피택셜(epitaxial) 반응에 사용될 수 있으며, 여기서, 규소와 같은 물질은 가열된 표면 상에 단일결정질 형태로 증착된다. 마지막으로, 이러한 시스템은 가열된 기판 상에서 비정질 형태의 기체상 반응의 산물의 화학적 기상 증착을 가능하게 한다.
본 발명의 히터의 많은 추가의 적용들이 가능하다. 예를 들어, 추가 적용으로는, 상부 상에 금속 접촉층을 가지고 접촉 면에 알루미늄 옥사이드 절연체를 가진 파이프 상의 블랭킷 히터; 키친 스토브, 오븐, 온수기 또는 가열 시스템 상의 천연 가스 점화기용 히터 팁; 제거가능한 만드렐(mandrel) 상에서 분사 형성에 의해 제작되는 프리 스탠딩 머플 튜브(free standing muffle tube); 및 욕실 탈취제용 저 전압 히터 코팅 등이 있다.
실험실 적용 또한 가능하며, 예로는 레지스티브하게 가열된 코팅된 유리 및 플라스틱 랩 용기; 작업 트레이; 해부 트레이; 세포 배양 용품; 배관; 파이프; 열 교환기; 매니폴드; 표면 살균용 실험실 후드; 자가-살균 작업 표면; 살균용 용기; 가열성 필터; 프릿(frit); 충전층(packed bed); 오토클레이브; 자가-살균 의학적 박테리아 및 조직 배양 툴(예, 루프 및 스프레더); 인큐베이터; 벤치탑 히터; 무염 토치; 랩 오븐; 소각로; 진공 오븐; 수조; 드라이배쓰; 열 플래튼(heat platen); 방사선촬영용 펜; 반응 용기; 반응 챔버; 연소 챔버; 가열성 믹서 및 임펠러; 전기영동 장비; 애노드 및 캐소드 전극; 가열 전극; 전기분해 및 기체 발생 시스템; 탈염 시스템; 탈이온화 시스템; 분광법 및 질량 분광법 장비; 크로마토그래피 장비; HPLC; IR 센서; 고온 프로브; 열가소성 백; 캡 및 튜브 밀봉기; 열 순환기; 온수기; 스팀 발생 시스템; 가열된 노즐; 열 활성화된 인-라인 밸브; 형상-기억 합금/전도성 세라믹 시스템; 동결건조기; 열 잉크 펜 및 프린팅 시스템 등이 있다.
의료 및 치과 적용 또한 가능하며, 예컨대 자가-살균 및 자가-소작 수술 툴(예, 메스 블레이드, 겸자); 인큐베이터; 보온 베드; 보온 트레이; 혈액 보온 시스템; 열 조절 유체 시스템; 아말감 히터; 투석 시스템; 영동(phoresis) 시스템; 스티머 몸(steamer mop); 초고온 소각 시스템; 자가 살균 테이블 및 표면; 약물 전달 시스템(예, 약제가 든 스팀 흡입기; 열 활성화된 경피 패치); 피부용 툴; 가열성 타일; 욕조; 샤워 플로어; 타월 랙; 미니-오토클레이브; 필드 히터 코트(cot); 및 신체 보온 시스템 등이 있다.
산업적 적용 또한 가능하며, 예컨대 스파크리스 점화 시스템; 스파크리스 연소 엔진; 바 히터; 스트립 히터; 연소 챔버; 반응 챔버; 화학적 가공 라인; 노즐 및 파이프; 정적 및 동적 믹서; 촉매 가열 플랫폼(예, 스크러버); 화학적 가공 장비 및 기계; 환경 개선 시스템; 종이 펄프 가공 및 제조 시스템; 유리 및 세라믹 가공 시스템; 열기/공기 나이프 적용; 룸 히터; 스파크리스 웰딩 장비; 불활성 기체 웰딩 장비; 전도성 연마재; 히터 워터-젯 또는 액체-젯 절단 시스템; 가열된 임펠러 및 혼합 탱크; 융합 및 저항 락(lock); 새로운 불활성 기체를 사용하는 슈퍼 가열된 형광 벌브; 가열성 밸브; 모든 유형의 가열성 인터커넥트 및 인터페이스; 가열성 세라믹 타일; 자가 가열성 회로 판(예, 자가-솔더링 보드; 자가-라미네이팅 보드); 소화전 히터; 음식물 가공 장비(예, 오븐, 통(vat), 스티밍 시스템, 시어링(searing) 시스템, 수축 포장 시스템, 프레서 쿠커(pressure cooker), 보일러, 프라이어, 열 밀봉 시스템); 인-라인 음식물 가공 장비; 열을 2-D 또는 3-D 구조물에 선택적으로 적용하기 위한 프로그램가능한 온도 그리드 및 플래튼(예, 열가소성 웰딩 및 밀봉 시스템); 포인터 펄싱 히터; 배터리 작동 히터; 인스크라이버(inscriber) 및 마킹 시스템; 정적 믹서; 스팀 클리너; IC 칩 히터; LCD 패널 히터; 컨덴서; 가열된 비행기 부품(예, 날개, 프로펠러, 플랩, 에일러론(aileron), 수직 꼬리, 로터); 전도성 세라믹 펜 및 프로브; 자가-경화 글레이즈; 자가-베이킹 포터리; 워크-인-오븐; 자가-웰딩 개스킷; 및 열 펌프 등이 있다.
가정 및 사무실 적용 또한 가능하며, 예컨대 모든 유형의 가열성 어플라이언스; 자가-세척 오븐; 점화기; 그릴; 그리들; 전자레인지용 서스셉터(susceptor)-기반 가열성 세라믹 시어링 시스템; 가열된 믹서; 임펠러; 교반기; 스티머; 도기 냄비(crock pot); 프레서 쿠커; 전기 레인지 탑; 냉장고 성에제거 메커니즘; 가열된 아이스크림 스쿱 및 서빙 국자(serving ladle); 작동된 핸드-헬드 히터 및 워머; 온수기 및 스위치; 커피 히터 시스템; 가열성 음식물 프로세서; 가열성 화장실 시트; 가열성 타월 랙; 의류 워머; 바디 워머; 고양이 침대; 즉각 가열되는 다리미; 워터 베드 히터; 세척기; 드라이어; 수도꼭지; 가열된 목욕통 및 욕조; 제습기; 가열된 워싱 또는 스팀 세척용 호스 노즐; 가열된 보습된 와이프용 플래튼; 욕실 티슈 히터; 타월 히터; 가열된 비누 디스펜서; 가열된 헤드 레이저; 증발성 냉각 시스템; 자가-가열 키; 해충 유인 및 살해 시스템용 외부 CO2 및 열 발생 시스템; 아쿠아리움 히터; 욕실 거울; 의자 워머; 가열성 블레이드 천장 선풍기; 및 마루 히터 등이 있다.
추가 히터 적용으로는, 전체 표면 지오메트릭 히터; 직접적인 접촉 히터; 퓨어 세라믹 가열 시스템; 코팅된 금속 가열 시스템; 자가-탐지 폴트 시스템; 플라즈마 분사된 열전대 및 센서; 플라즈마 구상화된(spherodized) 베드 반응 시스템(예, 붕소 기체 발생 시스템 또는 반도체 산업; 가열성 전도성 크로마토그래피 베드 및 비드 시스템); 비용이 덜 들거나 또는 더 효율적인 가열 방법 전의 표면 가온용 프리-히터; 및 센서(예, 통합 회로 칩 패키지의 일부로서의 히터) 등이 있다.
마이크로파 및 전자기 적용 또한 가능하며, 예컨대 자기 서스셉터 코팅; 코팅된 쿠킹 웨어; 자기 유도 오븐 및 레인지 탑 등이 있다.
열가소성 제조 적용 또한 가능하며, 예컨대 레지스티브하게 가열된 라지 작업 표면 및 라지 히터; 가열된 사출 몰드; 툴; 게이트; 노즐; 러너; 공급 라인; 통(vat); 화학 반응 몰드; 스크류; 드라이브; 압축 시스템; 압출 다이; 열성형 장비; 오븐; 어닐링 장비; 웰딩 장비; 열 결합 장비; 수분 경화 오븐; 진공 및 압력 형성 시스템; 열 밀봉 장비; 필름; 라미네이트; 리드(lid); 핫 스탬핑 장비; 및 수축 포장 장비 등이 있다.
자동차 적용 또한 가능하며, 예컨대 워셔 액 히터; 인-라인 히터 및 노즐 히터; 유리 와이퍼 히터; 엔진 블록 히터; 오일 팬 히터; 스티어링 휠 히터; 저항-기반 록킹 시스템; 마이크로-촉매 컨버터; 배기 스크러버; 시트 히터; 에어 히터; 가열된 미러; 가열된 키 락(key lock); 가열된 외부 라이트; 페인트 하 또는 페인트 대신의 인테그럴 히터; 엔트리 및 엑시트 포트 모서리; 스파크리스 "스파크플러그"; 엔진 밸브, 피스톤 및 베어링; 및 미니-배기 촉매 파이프 등이 있다.
해양 적용 또한 가능하며, 예컨대 방오 코팅; 탈빙 코팅(예, 난간, 통로); 전기분해 시스템; 탈염 시스템; 온-보드 수산물 가공 시스템; 캐닝 장비; 건조 장비; 아이스 드릴 및 코어러; 생존 슈트; 다이빙 슈트 히터; 및 건조 및 제습 시스템 등이 있다.
방어 적용 또한 가능하며, 예컨대 고온 서멀 타겟 및 유인물(decoy); 열 위치 탐지기 시스템; 열 무선 송신소; 레모라 히터; MRE 가열 시스템; 무기 프리히터; 휴대용 히터; 조리 장치; 배터리 파워드 히터블 나이프; 비연소 기반 기체 팽창 건; 제트 디-아이싱 코팅 온 윙; 열 융합 자가 파괴 시스템; 소각로; 플래쉬 가열 시스템; 응급 가열 시스템; 응급 스틸; 및 탈염 및 살균 시스템 등이 있다.
신호 적용 또한 가능하며, 예컨대 가열된 로드 사인; 열반응성 변색 신호; 및 자기 분야에서 형광을 내는 불활성 기체(예, 네온) 함침된 마이크로벌룬 등이 있다.
프린팅 및 포토그래픽 적용 또한 가능하며, 예컨대 복사기; 프린터; 프린터 히터; 왁스 히터; 열 경화 잉크 시스템; 열 트랜스퍼 시스템; 제로그라피 및 프린팅 히터; 방사선촬영 및 포토그래피 필름 공정 히터; 및 세라믹 프린터 등이 있다.
건축 적용 또한 가능하며, 예컨대 가열된 통로 매트; 쇠살대; 드레인; 배수로(gutter); 하관(downspout); 및 루프 엣지 등이 있다.
스포츠 적용 또한 가능하며, 예컨대 가열된 골프 클럽 헤드; 배트; 스틱; 손잡이; 가열된 아이스 스케이트 엣지; 스키 및 스노보드 엣지; 디-아이싱 및 리-아이싱 링크용 시스템; 가열된 고글; 가열된 안경; 가열된 스펙테이터 시트; 캡핑 스토브; 전기 그릴; 및 가열성 식품 저장 용기 등이 있다.
사출 성형. 일 구현예에서, 본 발명의 히터는 몰드 캐비티 공간 전체에 걸친 용융된 물질의 흐름을 관리하고 조절하기 위해 사출 성형 시스템에 사용될 수 있다. 상기 히터는 이동하는 용융된 물질에서 온도 프로파일을 정확하게 관리하기 위해 몰드 캐비티 영역의 표면 상에 직접 코팅의 일부로서 증착될 수 있다. 일부 적용에 있어서, 히터는 용융된 물질 온도 구배에 맞는 미세한 조정을 할 수 있도록 몰드 캐비티 영역의 표면에 걸쳐 가변적인 저항률을 가질 수 있으며, 따라서, 정확한 열 흐름 조절, 및 용융물 흐름의 일정한(또는 정확하게-관리되는) 점도 및 속도를 제공할 수 있다. 몰드 열 관리 및 흐름 조절은 특정한 적용 및 사용되는 물질의 유형에 따라 다르다. 선택적으로, 상기 히터는 열 센서(예, 서미스터(thermistor) 또는 열전대(thermocouple)) 및/또는 압력 센서와 함께 사용된다. 몰드 캐비티 영역 상으로의 히터를 함유하는 코팅의 직접적인 증착은 히터와 가열된 표면 사이의 공기 갭을 감소시키거나 또는 제거하여, 상기 히터와 상기 가열된 표면 사이에서의 개선된 온도 이동을 위한 긴밀하며 직접적인 접촉을 제공할 수 있다.
전기 그릴. 일부 구현예에서, 본 발명의 히터는 전기 그릴 또는 바베큐에서 사용될 수 있다. 전기 그릴은 본 발명의 레지스티브 가열 층을 코팅 형태의 열 공급원으로서 사용할 수 있다. 전기 그릴은 이전에, 오픈 플레임(open flame) 및 가연성 기체에 대한 필요성을 완화시키는 데 사용되어 왔으나, 와이어 유형 관형 요소를 사용하는 전기 그릴은 120 볼트 또는 220 볼트의 일반적인 가정용 전압에서 합리적인 크기의 조리 영역에 걸쳐 고기 굽기(searing meat)에 적절한 온도를 제공하기에는 매우 불충분하다. 나아가, 이러한 전기 그릴의 비효율성은 전기 그릴이, 조리 기능, 예컨대 고기 굽기를 수행하는 데 필요한 승온을 달성하는 것을 방지하고, 음식물이 굽는 표면에 걸쳐 분포된 후 조리 온도로 되돌아가는 것을 방지한다.
레지스티브 히터 또는 가열 층을 혼입하는 전기 그릴의 예는 미국 특허 7,834,296 및 미국 특허 출원 공개 2011/0180527에 기재되어 있으며, 이들의 전체 내용은 각각 원용에 의해 본 명세서에 포함되어 있다. 원칙적으로, 그릴은 주로 열 전도에 의해 가열되거나 또는 주로 열 방사(또는 이들의 조합)에 의해 가열될 것이다. 본원에 제공된 그릴에서, 열은 본 발명의 레지스티브 히터 또는 레지스티브 가열 층을 통해 전기 전류를 통과시킴으로써 발생된다.
열 전도가 열 전달의 주요 방식인 경우, 레지스티브 가열 층은 굽는 표면의 상부 또는 굽는 표면의 밑면 상의 그릴 표면에 걸쳐 배치될 수 있다. 열은 레지스티브 가열 층을 통해 전기 전류를 통과시킴으로써 발생되며, 따라서, 열은 상기 요소가 그릴의 상부 상에 존재하는 경우 음식물에 직접 전도되거나 또는 금속 굽는 표면을 통해 전도되고, 그런 다음, 상기 요소가 그릴의 하부 면 상에 존재하는 경우 음식물에 전도된다.
열 방사가 열 전달의 주요 방식인 경우, 필름 원소는 굽는 표면의 아래 또는 굽는 표면의 위에 위치한 표면 상에 걸쳐 배치될 수 있다. 여기서, 필름 가열 요소가 증착된 기판이, 열 방사가 음식물을 요망되는 조리 온도까지 가열하기에 충분한 강도로 방출되기에 충분히 높은 온도까지 가열되도록, 전기 전류가 필름 가열 요소를 통과한다.
간략하게 말하자면, 전기 그릴은 전형적으로, 음식물을 고정하기 위한 지지용 구조물(즉, 쇠살대), 전기 그릴 상에서 음식물 조리 시 방출되는 기체 또는 임의의 다른 액체를 배출하기 위한 수단, 및 히터를 포함한다. 본 발명에 따르면, 상기 히터는 예를 들어 비제한적으로 본 발명의 레지스티브 가열 층을 포함하는 코팅으로서 제공될 수 있다. 전기 그릴의 일 구현예에서, 특히 전기 그릴은 쇠살대, 상기 쇠살대 상에 위치한 제1 전기 절연체 층, 상기 제1 전기 절연체 층의 상부 표면 상에 증착된 레지스티브 가열 층, 및 상기 레지스티브 가열 층을 보호하기 위해 상기 가열 층 상에 걸쳐 위치한 상부층을 가진다.
일부 구현예에서, 레지스티브 가열 층(본원에서는 히터 층으로도 지칭됨)은 예를 들어, 열 차폐부(heat shield) 상에, 세라믹 브리켓(briquett) 등을 위한 지지 트레이 상에, 또는 그릴의 후드에 매달린 히터 패널 상에 제공된다. 일 구현예에서, 전기 그릴은 예를 들어 복수의 상승 릿지들을 가진 그릴을 제공하기 위해 스탬프 프레싱(stamp pressing)의해 형성될 수 있는 성형화된 금속 시트를 포함한다. 복수의 히터 층들은 상승 릿지 상에 제공되고, 한 쌍의 전도성 트레이스(conductive trace)에 의해 평행하게 연결될 수 있다. 보다 다른 구현예에서, 그릴은 히터 층을 가진 탈취 장치를 포함한다. 상기 언급된 히터 층 또는 레지스티브 가열 층은 바람직하게는 코팅으로서 제공되고 많은 서로 다른 코팅 기술들을 사용하여 제조될 수 있으나, 당업계에 알려진 바와 같이 다른 방법들도 히터 층의 제공에 사용될 수 있다. 코팅 기술의 예로는, 용사가 있으나 이로 제한되는 것은 아니며, 많은 용사 유형이 당업계에 알려져 있다. 코팅의 성능은 많은 인자들, 예컨대 레지스티브 가열 층에 선택된 물질, 가열 요소의 치수, 및 코팅이 증착되는 방법에 따라 다를 것이다.
도 4는 본 발명의 하나의 예시적인 구현예에 따른 전기 그릴(400)의 일례를 예시하는 도식도이다, 도 4에 도시된 바와 같이, 전기 그릴(400)은 조리되는 음식물이 놓이는 고형 캐스팅 쇠살대(410)을 함유한다. 고형 캐스팅 쇠살대(410)에 사용될 수 있는 물질의 일례는 알루미늄이다. 당연하게도, 캐스트 철, 탄소강 또는 스테인레스강과 같은 다른 공지된 전도성 물질도 사용될 수 있다. 전기 절연체 층(420)(예, 전기 절연체 코팅)은 고형 캐스팅 쇠살대(410)의 하부 상에 위치한다. 또한, 히터 층(430)(예, 레지스티브 가열 층을 포함하는 히터 코팅)은 고형 캐스팅 쇠살대(410)의 반대쪽 부분 상에서 전기 절연체 층(420)의 하부 상에 증착된다. 본 발명의 이러한 예시적인 구현예에 따르면, 열은 사실상 히터 층(430)으로부터 전기 절연체 층(420)을 통해 고형 캐스팅 쇠살대(410)으로 막힘 없이 상향으로 흐른다. 당연하게도, 고형 캐스팅 쇠살대(410)는 고형이 아니거나 또는 단순하게 상이하게 형상화되지 않은 캐스팅 쇠살대로 대체될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 예시적인 구현예에 따른 전기 그릴(500)의 또 다른 예를 예시하는 도식도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 전기 그릴(500)은 고형 캐스팅 쇠살대(510)를 포함한다. 도 6은 본원에서 더 설명되는 바와 같이, 쇠살대 상에 증착된 층이 없는, 쇠살대(510)를 추가로 예시하는 도식도이다.
도 6에서, 쇠살대(510)는, 상기 쇠살대(510)의 상승된 부분인 일련의 릿지(550)들을 포함하는 것을 볼 수 있다. 쇠살대(510)의 다른 부분들은 모양이 오목하다. 제1 전기 절연체 층(520)(예, 전기 절연체 코팅)은 쇠살대(510)와 히터 층(530)(예, 히터 코팅) 사이에 위치하며, 여기서, 히터 층(530)은 제1 전기 절연체 층(520)의 상부 표면 상에 증착된다. 구체적으로는, 제1 전기 절연 층(520)은 쇠살대(510)의 상부 표면 상에 위치한다. 또한, 필름 히터 층(530)은 제1 전기 절연체 층(520)의 상부 표면 상에 위치한다.
상부층(540)은 히터 층(530)의 상부 표면 상에 제공되고, 코팅으로서 제공될 수 있거나 또는 그렇지 않다면 히터 층(530) 상에 제공될 수 있다. 상부층(540)은 히터 층(530)을 기름(grease), 다른 성분들 및 오용(abuse)으로부터 보호하는 역할을 한다. 상부층(540)은 제2 전기 절연체 층(542)(예, 세라믹 절연체), 또는 제2 전기 절연체 층(542)(예, 세라믹 절연체) 및 상기 제2 전기 절연체 층(542)의 상부 상에 위치한 금속 층(544)을 함유할 수 있다. 상부층(540)은 전기 그릴(500)의 사용자가 전기적 유해에 노출되는 것을 방지함을 주지해야 한다.
도 6의 예시적인 전기 그릴(500)은, 제1 전기 절연체 층(520), 히터 층(530) 및 상부층(540)이 전기 그릴(500)의 각각의 릿지(550) 내에 위치함을 보여준다. 따라서, 상기 구성성분들로 된 다수의 그룹들이 존재하며, 여기서, 각각의 그룹은 릿지(550) 아래에 위치한다. 대안적으로, 전체 고형 캐스팅 쇠살대(510)는 하나의 제1 전기 절연체 층(520), 하나의 히터 층(530) 및 하나의 상부층(540)(도시되지 않음)으로 피복될 수 있다.
도 7은 도 4의 전기 그릴(400)의 변화를 예시하는 도식도이다. 구체적으로는, 전기 그릴(400)은 또한, 전기 절연체 층(420)(예, 전기 절연체 코팅)과 고형 캐스팅 쇠살대(410)의 하부 사이에 위치한 히터 판(450)을 포함한다. 히터 판(450)은 히터 층(430)으로부터 열을 전도(즉, 에너지를 수용)하여 상기 열을 고형 캐스팅 쇠살대(410)로 전달할 수 있다. 히터 판(450)은 고형 캐스팅 쇠살대(410) 및/또는 전기 절연체 층(420)에 제거가능하게 연결될 수 있음을 주지해야 한다. 대안적으로, 고형 캐스팅 쇠살대(410)는 단순히 히터 판(450) 상에 놓일 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 대안적인 구현예에 따르면, 히터 판(450)은 그 안에 히터 층(430)을 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 예시적인 구현예에 따른 전기 그릴(800)을 예시하는 도식도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 전기 그릴(800)은 도 4의 쇠살대(410)와 상이한 디자인을 가진 쇠살대(810)를 가진다. 구체적으로는, 쇠살대(810)는 일련의 형상화된 로드(rod)(820)들을 포함하며, 상기 형상화된 로드(820)들을 연결 막대(830)가 연결하고 있다. 하나의 형상화된 로드(820A)를 기재하는 경우, 각각의 형상화된 로드(820A)는 상기 형상화된 로드(820A)의 하부 표면 상에 위치한 전기 절연체 층(840) 및 상기 전기 절연체 층(840) 아래에 위치한 히터 층(850)을 가진다. 세라믹 타일(860)이 전기 그릴(800) 상에서 조리된 음식물로부터 기름 및 다른 분비물을 증발시키기 위해 상기 쇠살대(810) 아래에 위치할 수 있음을 주지해야 한다. 또한, 도 8이 삼각형 모양의 각각의 형상화된 로드(820)를 예시하고 있긴 하지만, 당업자는 형상화된 로드(820)가 다르게 형상화될 수 있음을 이해할 것이다.
도 9는 본 발명의 제4의 예시적인 구현예에 따른 전기 그릴을 예시하는 도식도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 전기 그릴(900)은 도 4의 쇠살대(410)와 상이한 디자인을 가진 쇠살대(910)를 가진다. 구체적으로는, 쇠살대(910)는 일련의 형상화된 로드(920)들을 포함하며, 상기 형상화된 로드(920)들을 연결 막대(930)가 연결하고 있다. 가열 판(950)은 쇠살대(910) 상에 위치한 음식물까지 상향으로 에너지를 방사(즉, 열을 제공)하기 위해 상기 쇠살대(910) 아래에 위치할 수 있다. 가열 판(950)은 열을 방사하기 위해 많은 서로 다른 방식으로 형상화되고 크기화될 수 있다. 전기 절연체 층(960)은 가열 판(950) 아래에 위치하고, 히터 층(970)은 전기 절연체 층(960) 아래에 위치한다.
가열 판(950)은 열 차폐부 형태일 수 있다. 열 차폐부는 가스 그릴에 보편적으로 사용되고, 가스 버너와 조리 쇠살대 사이에 위치한다. 열 차폐부는 상기 버너를 부식성 기름(corrosive dripping)으로부터 보호하고, 열을 그릴의 표면에 걸쳐 보다 균일하게 분산시키는 데 일조하고, 음식물에 추가의 풍미를 스미게 하기 위해 기름을 증발시킬 수 있다. 종래의 가스 그릴은, 본 발명의 층상(layered) 가열 요소를 예컨대 도 9에 도시된 열 차폐부 상에 제공함으로써 전기 그릴로 쉽게 개량(retrofit)될 수 있다.
대안적으로, 가열 판(950), 전기 절연체 층(960) 및 히터 층(970)은 쇠살대(910)로부터 이격되어 위치할 수 있다. 일례로서, 가열 판(950), 전기 절연체 층(960) 및 히터 층(970)은 쇠살대(910) 위에 위치할 수 있으며, 예컨대 바베큐 그릴의 후드 상 또는 선반 유사한 구조물 상에서 이들은 쇠살대(910) 상에 놓인 음식물 위에 위치할 수 있다. 이러한 일 구현예에서, 에너지는 음식물까지 아래로 방사된다. 이러한 구조는 쇠살대(910) 상에 놓인 음식물을 찌는 데 이상적일 것이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 전기 그릴(1000)을 예시하는 도식도이다. 이러한 구현예에서, 그릴(1000)은 쇠살대 구조물을 제조하도록 절삭된(machined) 물질의 시트, 예컨대 금속 시트로부터 형성된다. 일 구현예에서, 상기 시트는 쇠살대 구조물을 제공하기 위해 시트를 스탬핑함으로써 절삭된 강철 시트, 예컨대 400 시리즈 스테인리스 강철 시트이다. 도 10은 그릴(1000)의 상면도이며, 이는 그릴의 모서리를 둘러싸서 확장되는 일반적으로 편평한 부분(1010), 및 상기 그릴(1000)의 중심 영역을 통해 확장되는 일련의 평행한 상승 릿지(1020)들을 포함한다. 그릴(1000)은, 상기 그릴(1000) 상의 음식물로부터 지방 및 기름이 상기 그릴(1000)의 아래로 떨어질 수 있게 하는 개방형 공간(1030)을 릿지(1020)들 사이에 포함한다.
도 11은 개방형 공간(1030)에 의해 분리된 복수의 릿지(1020)들의 단면도이다. 이러한 구현예에서, 상기 릿지들은 상대적으로 밀접하게 놓여 있으나(예, 약 3/16 인치만큼 떨어져 있음), 상기 릿지들은 임의의 적합한 공간을 가질 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 구현예에서, 릿지(1020)는 뒤집힌 "U"자 또는 "V"자 모양을 가진다. 각각의 릿지(1020)의 밑면에, 릿지(1020)의 밑면 상에 위치한 제1 절연 층(1021), 릿지(1020)의 반대쪽으로 제1 절연 층(1021) 상의 히터 층(1022), 및 릿지(1020)의 반대쪽으로 히터 층(1021) 상의 제2 절연 층(1023)을 포함하는 층상 가열 요소가 존재한다. 열은 그릴(1000) 상의 음식물을 가열하기 위해 히터 층(1022)으로부터 제1 절연 층(1021)을 통해 릿지(1020)쪽으로 위로 흐른다. 이러한 구현예에 따른 그릴(1000)은 상대적으로 얇은 금속 시트로부터 제조될 수 있다. 절삭된 시트는 임의의 적합한 두께를 가질 수 있으며, 예를 들어 1/2 인치 이하, 1/4 인치 이하, 1/8 인치 이하, 1/16 인치 이하 또는 1/32 인치 이하의 두께를 가질 수 있다. 일 구현예에서, 절삭된 시트는 약 0.005 인치 내지 0.100 인치의 두께를 가지고, 예를 들어 두께가 약 0.028 인치일 수 있다.
도 12는 도 10 및 도 11의 그릴(1000)의 밑면을 예시하는 평면도이다. 히터 층(1022)은 평행한 릿지(1020)의 밑면 상에 위치한다. 전도성 트레이스(1031, 1032)일 수 있는 한 쌍의 전기 전도체는 그릴(1000)의 반대쪽 모서리를 따라 확장되고, 각각의 히터 층(1022)을 평행한 회로 구조로 연결한다. 이러한 평행한 회로 구조는, 하나의 가열 요소의 실패가 전체 그릴의 실패를 야기하지 않을 것이라는 점에서 유리하다. 도 12의 구현예에서, 각각의 전도성 트레이스(1031, 1032)는 각각의 전기 커넥터(1033, 1034)에서 종결된다. 커넥터(1033, 1034)는 예컨대 도 12에 도시된 바와 같이 서로 인접하게 위치할 수 있어서, 그릴(1000)을 전원에 쉽게 연결시킬 수 있다. 전도성 트레이스(1031, 1032)는 임의의 적합한 전도체, 예컨대 와이어 또는 리본을 포함할 수 있거나, 또는 적합한 공정, 예컨대 분사 또는 스크린 프린팅에 의해 그릴(1000) 상에 증착될 수 있는 전도성 물질의 코팅을 포함할 수 있다.
층상 가열 요소는, 가열 요소를 환경적 손상으로부터 보호하고 전기 절연을 제공하기 위해 보호 층에서 캡슐화될 수 있다. 보호 층은 방수 밀봉을 제공할 수 있고, 그릴(1000)은 식기세척기에도 안전(dishwasher-safe)할 수 있다. 제2 절연 층(1023)이 보호 층으로서 역할을 할 수 있거나, 또는 하나 이상의 추가 층이 제2 절연 층(1023) 상에 제공되어 보호 층을 제공할 수 있다. 일 구현예에서, 보호 층은 실리콘 물질일 수 있다. 실리콘은 층상 히터에 바람직한 공학적 특성을 제공하는 부류의 물질을 구성한다. 실리콘은 극한의 온도, 수분, 부식, 방전 및 풍화를 견딜 수 있다. 실리콘 물질은 또한, 코팅 적용에 추가적인 이점을 제공한다. 예를 들어, 실리콘 물질은 저비용의 공정, 예컨대 분사 페인팅, 디핑(dipping) 및 브러싱(brushing)을 사용하여 적용될 수 있고, 저온에서 작동하는 벨트 오븐을 사용하여 경화될 수 있다. 일 구현예에서, 보호 층으로서 역할을 하기도 하는 제1 절연 층(1021) 및 제2 절연 층(1023)은 둘 다 실리콘 물질로 이루어진다.
상대적으로 적은 열 질량을 갖고 있다고 하더라도, 이러한 얇은-시트 구현예에서 가열 요소는 음식물 굽기에 필요한 전력을 제공할 수 있는 것으로 발견되었다. 히터 층에 적절한 히터 기하학적 성질 및 저항률을 선택함으로써, 그릴(1000)은 종래의 가정용 전력(예, 100-240 V)을 사용하여 900℉만큼 높은 조리 온도까지 쉽게 가열하고 상기 온도를 지속시킬 수 있다.
도 10 내지 도 12의 구현예에 대한 대안에서, 제1 절연 층(1021), 히터 층(1022) 및 제3 절연 층(1023)은 도 5 및 도 6의 구현예와 유사하게 릿지(1020)의 상부 면 상에 위치할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 구현예에 따른 전기 그릴(1000)의 제조를 위한 시스템(1300) 및 방법을 예시한다. 400 시리즈 스테인리스 강철 시트일 수 있는 금속 시트(1310)는 필요하다면 적절한 크기로 절단되고, 그런 다음, 하나 이상의 단계에서 금속 시트(1310)를 그릴(1000) 모양으로 변형시키며 및/또는 절단하도록 배열된 스탬핑 프레스(1320)에 공급된다. 그런 다음, 시트(1310)는 금속 시트(1310)의 밑면에 다양한 코팅들을 제공하여 전기 그릴(1000)을 제조하기 위한 가공 스테이션(1330)에 공급된다. 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 예를 들어 가열 요소(1022) 및 전도성 트레이스(1031, 1032)는 금속 시트(1310)의 밑면 상에 요망되는 패턴으로 제공될 수 있다. 가공 스테이션(1330)은, 그릴(1000)을 제조하기 위해 다양한 코팅을 시트(1310)에 제공하는 데 적절한 장비를 적절한 순서 및 패턴으로 갖는 하나 이상의 작업 영역을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 레지스티브 가열 층(1022)(도 11)은 용사에 의해 증착되고, 가공 스테이션(1330)은 하나 이상의 용사 장치(1340)(분사 "건"으로도 알려져 있음)를 포함한다. 소정의 구현예에서, 제1 절연 층(1021) 및 제2 절연 층(1023)(도 11)은 또한 용사에 의해 형성될 수 있다. 다른 구현예에서, 2개의 절연 층(1021, 1023) 하나는 서로 다른 기술, 예컨대 실리콘 물질을 금속 시트(1310) 상에 분사 페인팅, 디핑 또는 브러슁함으로써 형성된다.
분사 장치(1340)는 아크 와이어 용사 시스템일 수 있으며, 이러한 시스템은 2개의 와이어(예, 아연, 구리, 알루미늄 또는 다른 금속)의 팁(tip)을 용융시키고 결과적인 용융된 액적을 담체 기체(예, 압축 공기)에 의해 코팅될 표면으로 이송함으로써 작동한다. 와이어 원료는 2개의 와이어들 사이의 전위차에 의해 발생되는 전기 아크에 의해 용융된다. 분사 건은 기판(1310) 상에 배열된다. 와이어 원료는, 원료 물질이 상기 건에 공급되는 속도를 조절하는 공급기 메커니즘에 의해 분사 건에 적용될 수 있다. 담체 기체는 분사 건에서 노즐을 통해 힘을 받아, 용융된 액적을 고속으로 기판(1310)으로 이송하여 가열 층(1022)을 형성한다. 담체 기체는 하나 이상의 가압된 기체 공급원에 의해 공급될 수 있다. 바람직한 구현예에서, 담체 기체는, 용융된 액적과 반응하여 증착된 층의 저항률을 조절하는 하나 이상의 반응물 기체를 포함한다. 반응물 기체는 예를 들어, 용융된 액적에서 금속성 물질(예, 제1 금속성 구성성분, 일부 구현예에서 알루미늄)과 반응하여, 원료 물질의 저항률과 비교하여 증착된 층의 저항률을 증가시킬 수 있는 반응 산물을 생성하는 산소, 질소, 탄소 또는 붕소-함유 기체일 수 있다. 일부 구현예에서, 기체는 수소, 헬륨 및 아르곤 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다. 코팅 층을 다수의 통과에 걸쳐 구축하기 위해, 분사 건은 기판(1310)에 대해 번역될 수 있다. 건(1340)은 모션 제어 시스템, 예컨대 리니어 트랜스레이터 또는 멀티액시스 로봇에 부착될 수 있다. 제어 시스템, 바람직하게는 컴퓨터화된 제어 시스템은 분사 건(1340)의 작동을 제어할 수 있다.
다른 공지된 분사 기술이 본 발명에 사용되어 히터 층을 증착시킬 수 있으며, 그 예로는 아크 플라즈마 분사 시스템, 플레임 분사 시스템, 고속 산소 연료(HVOF) 시스템 및 카이네틱 또는 "저온" 분사 시스템 등이 있다.
전도성 트레이스(1031, 1032)(도 12)는 또한, 전도성 물질을 적절한 패턴으로 시트(1310) 상에 분사함으로써 형성될 수 있다. 대안적으로, 전도성 트레이스(1031, 1032)는 전도성 물질을 또 다른 기술, 예컨대 스크린 프린팅을 사용하여 증착시킴으로써 형성될 수 있다. 가열 층(들)(1022) 및 전도성 트레이스(1031, 1032)가 시트(1310)에 적용된 후, 절연 물질, 예컨대 실리콘으로 된 보호 층이 적용되어, 그릴(1000)의 전자 구성성분을 절연시키고 보호할 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 전기 그릴(1400)을 예시한다. 이러한 구현예에서, 그릴(1400)은, 임의의 종래 그릴 조리 표면일 수 있는 조리 쇠살대(1410), 및 상기 쇠살대(1410) 아래에 위치하고 복수의 세라믹 타일 또는 브리켓(1430)을 고정하고 있는 지지 트레이(1420)를 포함한다. 예컨대 도 4 내지 도 13과 연결하여 상기 기재된 제1 절연 층(1421), 레지스티브 가열 층(1422) 및 제2 절연 오버코트(1423)를 포함하는 층상 가열 요소(1424)는 지지 트레이(1420)의 하나 이상의 표면 상에 제공된다. 도 14의 구현예에서, 층상 가열 요소(1424)는 트레이(1420)의 하부 표면 상에 제공되지만, 상기 가열 요소가 트레이(1420)의 임의의 표면(들) 상에 제공될 수 있음을 이해할 것이다. 가열 요소(1424)가 전기적으로 에너지를 받는 경우, 가열 층(1422)으로부터의 열이 브리켓(1430)에 전도되고, 이는 다시 열을 쇠살대(1410) 상에 위치한 음식물로 상향으로 방사한다. 브리켓(1430)은 또한, 음식물로부터 아래로 떨어지는 기름 및 다른 분비물을 증발시킬 수 있다. 세라믹 브리켓 외에도, 열을 방사하는 데 적합한 다른 물질, 예컨대 라바 락(lava rock)이 지지 트레이(1420) 상에 위치할 수 있음을 이해할 것이다. 지지 트레이(1420)는, 종래의 가스 그릴에서 종종 발견되는 바와 같이, 세라믹 브리켓 또는 라바 락을 고정시키는 락(rock) 쇠살대일 수 있다.
도 15는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 그릴(1500)의 단면도이다. 이러한 구현예에서, 그릴(1500)은 임의의 종래의 그릴 조리 표면일 수 있는 조리 쇠살대(1510)를 포함한다. 쇠살대(1510)는 하부 그릴 하우징(1520) 상에 위치하고 이에 의해 지지된다. 그릴 후드(1530)가 하부 그릴 하우징(1520) 상에 걸쳐 위치하여, 밀폐된 그릴 캐비티를 제공할 수 있다. 히터 패널(1540)은 그릴 후드(1530)에 부착되고 그릴 캐비티 내에 매달려 있다. 레지스티브 가열 층(1541)이 히터 패널(1540) 상에 제공된다. 개별 히터 패널의 사용은 제조 용이성, 용량성 누설 전류(capacitive leakage current)의 최소화, 및 유지와 대체의 용이성의 측면에서 유리할 수 있다.
히터 패널(1540)은 절연 물질로 이루어질 수 있고, 레지스티브 가열 층(1541)은 패널(1540) 상에 직접 코팅으로서 증착될 수 있다. 레지스티브 필름 가열 층은 도 4 내지 도 14와 연결지어 상기 기재된 방법들 중 임의의 방법을 사용하여 증착될 수 있다. 패널(1540)은 양호한 유전 특성(dielectric property)을 가지고 상대적으로 저렴한 운모를 포함할 수 있다. 절연 보호 층은 선택적으로, 레지스티브 가열 층(1541)에 걸쳐 제공될 수 있다. 일 구현예에서, 패널(1540)은 한 쌍의 절연성 기판, 예컨대 운모 기판을 포함할 수 있고, 이는 상기 기판들 중 하나 상에 증착된 레지스티브 가열 층(1541)에 개재(sandwich)되어 있다.
패널(1540)이 전기 전도성 물질, 예컨대 금속으로 제조되는 경우, 절연 층이 패널 표면에 걸쳐 제공될 수 있고, 레지스티브 가열 층(1541)이 절연 층에 걸쳐 제공될 수 있다.
매달린 패널(1540)은 쇠살대(1510) 상에 위치한 음식물에 강한 방사 열을 전달할 수 있다. 매달린 패널(1540)은 특히, 찌는 데 유리할 수 있다. 상기 패널(1540)은 하나 이상의 스페이서, 예컨대 포스트(post)(1550)에 의해 후드(1530)의 내벽으로부터 이격될 수 있다. 하나 이상의 패널(1540)은 후드(1530) 또는 하부 그릴 하우징(1520)의 임의의 내벽에 장착되고, 적합한 스페이서를 사용하여 상기 벽으로부터 이격될 수 있다.
히터 패널(1540)은 주요 열 공급원 또는 그릴(1500)일 수 있다. 다른 구현예에서, 그릴(1500)은 히터 패널(1540) 외에도 다른 열 공급원, 예컨대 도 4 내지 도 14와 연결지어 기재된 바와 같은 전기적 열 공급원뿐만 아니라 종래의 가스 또는 석탄 열 공급원을 포함할 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 그릴(1600)의 단면도이다. 이러한 구현예에서, 그릴(1600)은 도 15의 그릴(1500)과 유사하게 조리 쇠살대(1610), 하부 그릴 하우징(1620) 및 그릴 후드(1630)를 포함한다. 그릴 후드(1630)는 매연 배기 시스템(1640)을 포함하며, 이 시스템은 전형적으로, 그릴(1600)로부터 나오는 연기 및 매연을 배출시키기 위한 하나 이상의 통기공, 및 배기 시스템(1640)과 협력적으로 연관되어 있는 탈취 장치(1650)를 포함한다. 탈취 장치(1650)는, 그릴(1600)에 의해 생성된 연기의 대부분 또는 모두가, 처리된 연기가 배기 시스템(1640)을 통해 환경으로 배기되기 전에 오염물질의 제거를 위해 탈취 장치(1650)를 통과하도록 위치한다.
바베큐 그릴은 악취를 풍기는, 잠재적으로는 유해한 바람직하지 못한 오염물질, 예컨대 증발된 기름 점적물을 포함한 바람직하지 못한 연기 방출을 발생시키고, 바베큐 그릴 내부 또는 다른 밀폐된 공간에서의 광범위한 사용을 상당히 저해한 것으로 잘 알려져 있다. 이에, 탈취 장치(1650)는, 복잡한 유기 오염물질을 더 간단한 분자로 분해하고 이로써 그릴(1600)로부터의 역한 냄새의 방출을 최소화하기 위해, 그릴 공정으로부터의 연기 방출물을 예컨대 촉매적 전환에 의해 처리하고자 제공된다.
일 구현예에서, 탈취 장치(1650)는 촉매 물질(1652), 및 상기 촉매 물질(1652)과 열 교환하는 층상 히터(1651)를 포함한다. 촉매 물질(1652)은 복잡한 유기 분자를 분해하고 냄새를 줄이기 위해 조리 방출물에 작용한다. 층상 히터(1651)는 촉매 물질(1652)을 촉매 반응을 지지하기에 충분한 온도까지 가열한다.
일 구현예에서, 촉매 물질(1652)은, 촉매적 활성 원소가 함침된 높은 표면적 알루미늄 옥사이드 코팅으로 코팅된 층상 금속성 기판이다. 기판은 상기 기판을 통해 복수의 채널들을 제공하도록 가공되며, 상기 채널들을 통해 그릴로부터 나온 연기가 흐를 수 있다. 촉매적 활성 원소는 백금족 금속 시리즈 유래의 하나 이상의 원소일 수 있다. 촉매적 활성 원소는 조리 공정으로부터 나오는 방출물을 더 간단한 형태로 분해하기 위해 작용한다. 층상 금속성 기판 외에도, 촉매적 활성 원소를 지지하기 위한 다른 기판 물질, 예컨대 벌집 구조물, 와이어 메쉬, 망상 금속(expanded metal), 금속 폼 또는 세라믹이 사용될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 또한, 백금족 금속 시리즈 유래의 원소 이외의 다른 물질, 예컨대 주기율표의 IVA족 또는 IIB족 유래의 원소도 촉매적 활성 원소로서 사용될 수 있다. 본 발명에 사용하기에 적합한 촉매 물질(1652)의 예시적인 구현예는 Robinson, Jr.의 미국 공개 출원 2009/0050129에 기재되어 있으며, 이의 전체 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
도 17은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 그릴(1700)의 단면도이다. 이러한 구현예에서, 그릴(1700)은 도 15의 그릴(1500) 및 도 16의 그릴(1600)과 유사하게 조리 쇠살대(1710), 하부 그릴 하우징(1720) 및 그릴 후드(1730)를 포함한다. 그릴 후드(1730)는 도 15의 연기 배기 시스템(1540)과 유사한 연기 배기 시스템(1740)을 포함하며, 이 시스템은 전형적으로, 그릴(1700)로부터 나오는 연기 및 매연을 배출시키기 위한 하나 이상의 통기공, 및 배기 시스템(1740)과 협력적으로 연관되어 있는 탈취 장치(1750)를 포함한다. 도 15의 탈취 장치(1550)와 유사하게 탈취 장치(1750)는, 그릴(1700)에 의해 생성된 연기의 대부분 또는 모두가, 세정된 연기가 송풍기(1765)에 커플링된 파이프(1760)로 배기되기 전에 오염물질의 제거를 위해 탈취 장치(1750)를 통과하도록 위치한다. 송풍기(1765)의 배출구는, 하부, 뒷면 또는 측면 상에서 그릴 하우징(1720)에 커플링된 제2 파이프(1780)에 커플링된다. 제2 파이프(1780)는, 확산 구멍(1785)이 제공된 강제 환기부(plenum)(1790)를 통해 대류 열을 제공하기 위해, 그릴(1700)에서 재순환되는 처리되고 가열된 연기를 운반한다.
선택적으로, 상기 송풍기는 그릴(1700) 내로 재순환되는 처리된 연기의 열을 제어하기 위해 레지스티브 히터 표면으로 덮일 수 있다.
도 18은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 그릴(1800)의 단면도이다. 이러한 구현예에서, 그릴(1800)은 도 15의 그릴(1500) 및 도 16의 그릴(1600)과 유사하게 조리 쇠살대(1810), 하부 그릴 하우징(1820) 및 그릴 후드(1830)를 포함한다. 그릴 후드(1830)는 도 15의 연기 배기 시스템(1540)과 유사한 연기 배기 시스템(1840)을 포함하며, 이 시스템은 전형적으로, 그릴(1800)로부터 나오는 연기 및 매연을 재순환 파이프(1860)로 배출시키기 위한 하나 이상의 통기공을 포함한다. 상기 파이프(1860)는 송풍기(1865)와 커플링되어 있으며, 상기 송풍기는 다시 도 15의 탈취 장치(1550)와 유사하게 탈취 장치(1850)에 커플링되어 있다. 상기 탈취 장치는, 송풍기(1865)에 의해 재순환된 연기의 대부분 또는 모두가, 처리된 연기가 하부, 뒷면 또는 측면 상에서 그릴 하우징(1820)과 커플링된 제2 파이프(1880)를 통해 그릴(1800)로 되돌아가기 전에 오염물질의 제거를 위해 탈취 장치(1850)를 통과하도록 위치한다. 제2 파이프(1880)는, 확산 구멍(1885)이 제공된 강제 환기부(1890)를 통해 대류 열을 제공하기 위해, 그릴(1800)에서 송풍기(1865)에 의해 재순환되는 깨끗하고 가열된 공기를 운반한다. 선택적으로, 상기 송풍기는 그릴(1800) 내로 재순환되는 처리된 연기의 열을 제어하기 위해 레지스티브 히터 표면으로 덮일 수 있다.
층상 히터(1651)는 코팅으로서 형성되고, 예를 들어 도 9와 관련하여 상기 고찰된 기술들을 사용하여 증착된 레지스티브 가열 층을 포함할 수 있다. 층상 히터(1651)는 촉매 물질(1652)에 근접하게 제공될 수 있고, 열을 전도성 열 전달, 방사성 열 전달 또는 대류 열 전달 공정을 통해 또는 이들 공정들의 조합을 통해 촉매 물질(1652)로 전달한다. 예를 들어, 층상 히터(1651)는 촉매 물질(1652) 상에 직접 증착되거나, 또는 촉매 물질(1652)이 최대 전도성 열 전달을 위해 지지되는 트레이 또는 다른 지지체 상에 직접 증착될 수 있다. 층사 히터(1651)는, 예컨대 촉매 물질(1652)과 마주하며 방사 가열을 상기 촉매 물질(1652)에 제공하는 개별 패널 상에서 촉매 물질(1652)로부터 이격되어 존재할 수 있다. 히터 층(1651) 또한, 촉매 물질(1652)의 업스트림에서 도관 또는 다른 기체 도관 내에 위치할 수 있고, 그릴로부터 나오는 연기를 촉매 물질(1652)에서의 촉매 반응을 지지하기에 충분한 온도까지 가열할 수 있다. 일부 구현예에서, 히터 층(1651)은, 고비용의 귀금속 촉매 물질의 사용 없이도 연기 내의 탄소 오염물질을 산화시키기에 충분한 온도까지 상기 연기를 가열할 수 있다.
탈취 장치(1650)는 유리하게는, 도 4 내지 도 15와 연결지어 기재된 바와 같은 전기 그릴 구현예들 중 임의의 구현예와 함께, 뿐만 아니라 임의의 종래의 가스 그릴 또는 챠콜 그릴과 함께 이용될 수 있음을 이해할 것이다.
일반적으로, 본 발명의 임의의 구현예의 히터 층은 요망되는 인가 전압 및 전력을 아는 상태에서 디자인될 수 있다. 이들 양으로부터, 필요한 저항이 계산된다. 저항 및 물질 저항률을 아는 조건에서, 히터 층, 또는 히터 층을 포함하는 요소의 치수가 결정될 수 있다. 증착 기술에 따라, 물질 저항률은 디자인을 최적화하도록 변형될 수 있다. 히터 층, 또는 히터 층을 포함하는 요소는 필요한 가열 패턴에 따른 가열을 제공하기 위해 서로 다른 많은 방식들로 형상화될 수 있음을 주지해야 한다.
본 발명에 따른 코팅으로서 제공되는 레지스티브 가열 층의 사용에 대해 많은 이점들이 존재하며, 이러한 이점들로는 비제한적으로, 히터 코팅은 공간의 거의 차지하지 않고 질량을 거의 갖지 않아서 콤팩트한 디자인을 허용하고, 상기 히터 코팅이 가열할 에너지를 필요로 하지 않기 때문에 열 효율을 부가한다는 점; 히터 코팅은 전형적으로 부품 또는 기판에 잘 결합하며, 즉 부품 또는 기판 상에 증착되므로, 해당 부품으로의 열 흐름에 대해 매우 적은 임피던스를 유지한다는 점(즉, 증가된 열 효율); 히터 코팅은 이것이 피복하는 영역에 걸쳐 전력을 분포시킨다는 점; 히터 코팅은 이의 표면에 걸쳐 전력을 불균일하게 분포시키는 능력을 갖고 있어서, 모서리 손실을 보상하며, 이로써 굽는 표면에 걸쳐 균일한 온도 분포를 제공한다는 점; 및/또는 히터 코팅은 비용 및 부피가 중요한 보편적인 제조 방법에 맞게 수정가능하다는 점 등이 있다.
본 발명의 히터 및 레지스티브 가열 층의 다양한 적용들, 및 가열 요소의 제조 방법은 공동-소유의 미국 특허 6,919,543, 6,924,468, 7,123,825, 7,176,420, 7,834,296, 7,919,730, 7,482,556, 8,306,408 및 8,428,445 및 공동 소유의 미국 공개 특허 출원 2011/0180527 A1, 2011/0188838 A1 및 2012/0074127 A1에 기재되어 있다. 상기 참조된 특허 및 특허 출원들의 전체 교시들은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 발명의 전술한 구현예는 본 발명의 원리를 명확하게 이해시키기 위해 제시된 가능한 실시예일 뿐임을 강조해야 한다. 많은 변화 및 변형들이 본 발명의 사상 및 원리로부터 실질적으로 벗어나지 않으면서 본 발명의 전술한 구현예에 이루어질 수 있다. 이러한 모든 변형 및 변화들은 본 개시내용 및 본 발명의 범위 내에 포함되고 하기 청구항에 의해 보호되고자 한다.
Claims (153)
- 하나 이상의 용사된 레지스티브(thermally sprayed resistive) 가열 층을 포함하는 히터로서,
상기 레지스티브 가열 층은,
전기 전도성이며 기체와 반응하여 하나 이상의 카바이드, 옥사이드, 니트라이드 및 보라이드 유도체를 형성할 수 있는 제1 금속성 구성성분;
전기적으로 절연성인 상기 금속성 구성성분의 하나 이상의 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 및 보라이드 유도체; 및
상기 레지스티브 가열 층의 저항률을 안정화시킬 수 있는 제3 구성성분
을 포함하며,
상기 레지스티브 가열 층은 약 0.0001 Ω.cm 내지 약 1.0 Ω.cm의 저항률을 가지고;
전원으로부터의 전류를 상기 레지스티브 가열 층에 적용하면 상기 레지스티브 가열 층에 의해 열이 발생하는, 히터. - 제1항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층의 저항률이 가열 동안 실질적으로 증가하지 않거나 또는 가열 동안 약 0.003%/℃ 이하만큼 증가하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 저항률의 음성 온도 계수(negative temperature constant; NTC)를 가지는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 상기 레지스티브 가열 층에 증착된 제1 금속성 구성성분의 그레인 경계부(grain boundary)를 고정시킬 수 있고,
상기 제3 구성성분이 상기 레지스티브 가열 층에서 제1 금속성 구성성분의 그레인 경계부에 분산되어 있으며 가열 동안 그레인 성장을 저해하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 금속성 구성성분이 알루미늄(Al), 탄소(C), 코발트(Co), 크롬(Cr), 하프늄(Hf), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 규소(Si), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 바나듐(V), 지르코늄(Zr) 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제5항에 있어서,
상기 제1 금속성 구성성분이 알루미늄(Al)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 하나 이상의 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 및 보라이드 유도체가 알루미늄 옥사이드를 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 알루미늄, 바륨, 비스무트, 붕소, 탄소, 갈륨, 게르마늄, 하프늄, 마그네슘, 사마륨, 규소, 스트론튬, 텔루륨 및 이트륨 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제8항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 알루미늄, 바륨, 비스무트, 붕소, 탄소, 갈륨, 게르마늄, 하프늄, 마그네슘, 사마륨, 규소, 스트론튬, 텔루륨 또는 이트륨의 하나 이상의 보라이드, 옥사이드, 카바이드, 니트라이드 및 카르보-니트라이드 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 붕소 포스파이드, 바륨 티타네이트, 하프늄 카바이드, 규소 카바이드, 붕소 니트라이드, 이트륨 옥사이드 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 악티늄(Ac), 붕소(B), 탄소(C), 하프늄(Hf), 란타늄(La), 루테튬(Lu), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 팔라듐(Pd), 루비듐(Rb), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 스칸듐(Sc), 스트론튬(Sr), 탄탈륨(Ta), 테크네튬(Tc), 티타늄(Ti), 이트륨(Y) 또는 지르코늄(Zr)의 하나 이상의 보라이드, 옥사이드, 카바이드, 니트라이드 및 카르보-니트라이드 유도체; 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제11항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 붕소(B), 탄소(C), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti), 이트륨(Y) 또는 지르코늄(Zr)의 하나 이상의 보라이드, 옥사이드, 카바이드, 니트라이드 및 카르보-니트라이드 유도체; 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 하프늄 다이보라이드, 스트론튬 옥사이드, 스트론튬 니트라이드, 탄탈륨 다이보라이드, 티타늄 니트라이드, 티타늄 다이옥사이드, 티타늄(II) 옥사이드, 티타늄(III) 옥사이드, 티타늄 다이보라이드, 이트륨 옥사이드, 이트륨 니트라이드, 이트륨 다이보라이드, 이트륨 카바이드, 지르코늄 다이보라이드 또는 지르코늄 실리사이드; 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속성 구성성분이 알루미늄(Al)을 포함하며;
하나 이상의 상기 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 및 보라이드 유도체가 알루미늄 옥사이드를 포함하고;
상기 제3 구성성분이 상기 레지스티브 가열 층에 증착된 알루미늄 옥사이드 그레인의 구조를 변경시킬 수 있는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제14항에 있어서,
상기 알루미늄 옥사이드 그레인의 모양이 원주형(columnar)인 것을 특징으로 하는, 히터. - 제14항 또는 제15항에 있어서,
상기 알루미늄 옥사이드 그레인의 상기 변경된 구조가 상기 레지스티브 가열 층 내의 제1 금속성 구성성분의 내산화성을 증가시키거나 또는 산화를 방지하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 알루미늄 옥사이드가 Al2O3를 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 금속성 구성성분이 탄소(C), 코발트(Co), 크롬(Cr), 하프늄(Hf), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 규소(Si), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 바나듐(V), 지르코늄(Zr) 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 악티늄(Ac), 세륨(Ce), 란타늄(La), 루테튬(Lu), 스칸듐(Sc), 운비우늄(Ubu), 이트륨(Y) 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층이 상기 제3 구성성분의 하나 이상의 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 및 보라이드 유도체를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 금속성 구성성분이 크롬(Cr)과 알루미늄(Al)의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제21항에 있어서,
상기 제1 금속성 구성성분이 코발트(Co), 철(Fe) 및/또는 니켈(Ni)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제22항에 있어서,
상기 제1 금속성 구성성분이 코발트계 합금 또는 혼합물인 것을 특징으로 하는, 히터. - 제22항에 있어서,
상기 제1 금속성 구성성분이 철계 합금 또는 혼합물인 것을 특징으로 하는, 히터. - 제22항에 있어서,
상기 제1 금속성 구성성분이 니켈계 합금 또는 혼합물인 것을 특징으로 하는, 히터. - 제21항 또는 제22항에 있어서,
상기 제1 금속성 구성성분이 CrAl, AlSi, NiCrAl, CoCrAl, FeCrAl, FeNiAl, FeNiCrAl, FeNiAlMo, NiCoCrAl, CoNiCrAl, NiCrAlCo, NiCoCrAlHfSi, NiCoCrAlTa, NiCrAlMo, NiMoAl, NiCrBSi, CoCrWSi, CoCrNiWTaC, CoCrNiWC, CoMoCrSi 또는 NiCrAlMoFe인 것을 특징으로 하는, 히터. - 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층이 약 0.0001 Ω.cm 내지 약 0.001 Ω.cm의 저항률을 가지는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제27항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층이 약 0.001 Ω.cm 내지 약 0.01 Ω.cm의 저항률을 가지는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제28항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층이 약 0.0005 Ω.cm 내지 약 0.0020 Ω.cm의 저항률을 가지는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층의 두께가 약 0.002 인치 내지 약 0.040 인치인 것을 특징으로 하는, 히터. - 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층의 평균 그레인 크기가 약 10 미크론 내지 약 400 미크론인 것을 특징으로 하는, 히터. - 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층이 하나 이상의 산소, 질소, 탄소 및 붕소를 포함하는 기체의 존재 하에 제1 금속성 구성성분 및 제3 구성성분을 포함하는 원료의 용사에 의해 기판 상에 형성되어, 상기 하나 이상의 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 및 보라이드 유도체가 상기 기판 상으로의 상기 원료의 상기 용사 동안 형성되어 상기 레지스티브 가열 층이 형성되는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제1항 내지 제13항 또는 제21항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층이 하나 이상의 산소, 질소, 탄소 및 붕소를 포함하는 기체의 존재 하에 제1 금속성 구성성분 및 원소 형태의 제3 구성성분을 포함하는 원료의 용사에 의해 기판 상에 형성되어, 상기 하나 이상의 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 및 보라이드 유도체 및 상기 제3 구성성분이 상기 기판 상으로의 상기 원료의 상기 용사 동안 형성되어 상기 레지스티브 가열 층이 형성되는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제33항에 있어서,
상기 원료가 제3 구성성분을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제33항 또는 제34항에 있어서,
상기 원소 형태의 제3 구성성분을 포함하는 상기 원료가 CrAlY, CoCrAlY, NiCrAlY, NiCoCrAlY, CoNiCrAlY, NiCrAlCoY, FeCrAlY, FeNiAlY, FeNiCrAlY, NiMoAlY, NiCrAlMoY 또는 NiCrAlMoFeY를 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제33항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층이 원소 형태의 제3 구성성분을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층이 전기 아크 와이어(electric arc wire) 분사되거나, 플라즈마 분사되거나 또는 고속 옥시-연료(high velocity oxy-fuel; HVOF) 분사되는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제32항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원료가 와이어 형태인 것을 특징으로 하는, 히터. - 제32항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원료가 분말 형태인 것을 특징으로 하는, 히터. - 제33항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 금속성 구성성분, 상기 제3 구성성분 및/또는 상기 원소 형태의 제3 구성성분이 분사 전에 함께 혼합물 또는 합금으로서 조합되는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층이 코팅되는 기판을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제32항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판이 전도체, 금속, 세라믹, 플라스틱, 그래파이트 또는 탄소 섬유 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제32항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판이 파이프, 노즐, 임펠러(impellor) 또는 스파크리스 점화 장치(sparkless ignition device)이거나, 또는 급속 열 가공 장치(rapid thermal processing apparatus)에 이용되는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제1항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층에 커플링된 전압원을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제1항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층이 복수의 용사된 층들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제1항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서,
열 차단 층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제46항에 있어서,
상기 열 차단 층이 상기 기판과 상기 레지스티브 가열 층 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제46항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층이 상기 열 차단 층과 상기 기판 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제32항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판과 상기 레지스티브 가열 층 사이에 결합 층;
상기 기판과 상기 레지스티브 가열 층 사이에 전기적 절연 층; 및
상기 기판과 상기 레지스티브 가열 층 사이에 열 차단 층
중 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제1항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층 상에 코팅을 추가로 포함하고,
상기 코팅이 열 차단 층, 전기적 절연 층, 열 방출 층 및 열 전도 층 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터. - 제1항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 히터가 공기 중에서 최대 1400℃에서 작동할 수 있는 것을 특징으로 하는, 히터. - 기판 상에 용사된 레지스티브 가열 층으로서,
상기 레지스티브 가열 층은 하나 이상의 산소, 질소, 탄소 및 붕소를 포함하는 기체의 존재 하에 원료를 용사함으로써 형성되며,
상기 원료는 식 (I)의 구조를 가진 합금 또는 혼합물을 포함하며:
M1X (I)
상기 식(I)에서,
M1은 전기 전도성이며 기체와 반응하여 이의 하나 이상의 카바이드, 옥사이드, 니트라이드 및 보라이드 유도체를 형성할 수 있는 제1 금속성 구성성분이며;
상기 제1 금속성 구성성분은 상기 용사 동안 상기 기체와 반응하여, 이의 하나 이상의 카바이드, 옥사이드, 니트라이드 및 보라이드 유도체를 형성하며;
X는 제3 구성성분 및/또는 이의 원소 형태이고;
상기 제3 구성성분은 레지스티브 가열 층의 저항률을 안정화시킬 수 있는, 레지스티브 가열 층. - 제52항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 상기 레지스티브 가열 층에 증착된 제1 금속성 구성성분의 그레인 경계부를 고정시킬 수 있는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제52항 또는 제53항에 있어서,
X가 상기 원소 형태의 제3 구성성분을 포함하며 상기 제3 구성성분 자체를 포함하지 않고,
상기 원소 형태가 상기 용사 동안 상기 기체와 반응하여, 상기 제3 구성성분을 형성하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제54항에 있어서,
상기 원소 형태가 상기 기체와 부분적으로만 반응하고,
상기 제3 구성성분 및 이의 상기 원소 형태가 둘 다 상기 레지스티브 가열 층에 증착되는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제52항에 있어서,
X가 제3 구성성분 및 이의 상기 원소 형태를 둘 다 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제56항에 있어서,
상기 제3 구성성분 및 이의 상기 원소 형태가 둘 다 상기 레지스티브 가열 층에 증착되는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제52항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 저항률의 음성 온도 계수(NTC)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제52항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 구성성분 또는 이의 상기 원소 형태가 상기 레지스티브 가열 층 내에서 상기 제1 금속성 구성성분의 그레인 경계부에 분산되어 있고, 가열 동안 그레인 성장을 저해하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제52항 또는 제53항에 있어서.
상기 원료가 식 (Ia)의 구조를 가진 합금 또는 혼합물을 포함하며:
M1AlX (Ia)
상기 식(Ia)에서,
M1은 전기 전도성이며 기체와 반응하여 하나 이상의 카바이드, 옥사이드, 니트라이드 및 보라이드 유도체를 형성할 수 있는 제1 금속성 구성성분이며;
상기 제1 금속성 구성성분은 상기 용사 동안 상기 기체와 반응하여, 하나 이상의 카바이드, 옥사이드, 니트라이드 및 보라이드 유도체를 형성하며;
Al은 상기 용사 동안 상기 기체와 반응하여, 이의 하나 이상의 카바이드, 옥사이드, 니트라이드 및 보라이드 유도체를 형성하고;
X는 레지스티브 가열 층에 증착된 하나 이상의 Al 카바이드, 옥사이드, 니트라이드 및 보라이드 유도체의 그레인 구조를 변경시킬 수 있는 제3 구성성분인, 레지스티브 가열 층. - 제60항에 있어서,
상기 기체가 산소를 포함하고,
하나 이상의 상기 Al 카바이드, 옥사이드, 니트라이드 및 보라이드 유도체가 알루미늄 옥사이드를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제61항에 있어서,
상기 알루미늄 옥사이드가 Al2O3를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제60항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서,
X가 상기 알루미늄 옥사이드 또는 Al2O3의 그레인 구조를 변경시켜, 상기 알루미늄 옥사이드 또는 Al2O3 그레인의 모양이 원주형으로 되는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제63항에 있어서,
상기 알루미늄 옥사이드 또는 Al2O3의 변경된 그레인 구조가 M1의 내산화성을 증가시키거나 또는 산화를 방지하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제60항 내지 제64항 중 어느 한 항에 있어서,
M1이 탄소(C), 코발트(Co), 크롬(Cr), 하프늄(Hf), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 규소(Si), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 바나듐(V), 지르코늄(Zr) 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제60항 내지 제65항 중 어느 한 항에 있어서,
X가 악티늄(Ac), 세륨(Ce), 란타늄(La), 루테튬(Lu), 스칸듐(Sc), 운비우늄(Ubu), 이트륨(Y) 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제60항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서,
M1이 크롬(Cr), 코발트(Co), 철(Fe) 및/또는 니켈(Ni)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제60항 내지 제67항 중 어느 한 항에 있어서,
식(I)의 상기 합금 또는 혼합물이 CrAlY, CoCrAlY, NiCrAlY, NiCoCrAlY, CoNiCrAlY, NiCrAlCoY, FeCrAlY, FeNiAlY, FeNiCrAlY, NiMoAlY, NiCrAlMoY 또는 NiCrAlMoFeY를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제60항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서,
X가 상기 용사 동안 상기 기체와 부분적으로 반응하여, 이의 하나 이상의 카바이드, 옥사이드, 니트라이드 및 보라이드 유도체를 형성하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제69항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층이 X 및 이의 하나 이상의 카바이드, 옥사이드, 니트라이드 및 보라이드 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제70항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층이 X, 및 X의 옥사이드 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제52항 내지 제71항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 구성성분이, 레지스티브 가열 층의 저항률이 가열 동안 실질적으로 증가하지 않거나 또는 가열 동안 0.003%/℃ 이하만큼 증가하도록, 상기 레지스티브 가열 층의 저항률을 안정화시키는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제52항 내지 제59항 또는 제72항 중 어느 한 항에 있어서,
M1이 알루미늄(Al), 탄소(C), 코발트(Co), 크롬(Cr), 하프늄(Hf), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 규소(Si), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 바나듐(V), 지르코늄(Zr) 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제73항에 있어서,
M1이 알루미늄(Al)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제74항에 있어서,
하나 이상의 상기 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 및 보라이드 유도체가 알루미늄 옥사이드를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제52항 내지 제59항 또는 제72항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서,
X가 알루미늄, 바륨, 비스무트, 붕소, 탄소, 갈륨, 게르마늄, 하프늄, 마그네슘, 사마륨, 규소, 스트론튬, 텔루륨 및 이트륨 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제52항 내지 제59항 또는 제72항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서,
X가 알루미늄, 바륨, 비스무트, 붕소, 탄소, 갈륨, 게르마늄, 하프늄, 마그네슘, 사마륨, 규소, 스트론튬, 텔루륨 또는 이트륨의 보라이드, 옥사이드, 카바이드, 니트라이드 및 카르보-니트라이드 유도체 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제52항 내지 제59항 또는 제72항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서,
X가 붕소 포스파이드, 바륨 티타네이트, 하프늄 카바이드, 규소 카바이드, 붕소 니트라이드, 이트륨 옥사이드 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제52항 내지 제59항 또는 제72항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 알루미늄, 바륨, 비스무트, 붕소, 탄소, 갈륨, 게르마늄, 하프늄, 마그네슘, 사마륨, 규소, 스트론튬, 텔루륨 및 이트륨 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제52항 내지 제59항 또는 제72항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 알루미늄, 바륨, 비스무트, 붕소, 탄소, 갈륨, 게르마늄, 하프늄, 마그네슘, 사마륨, 규소, 스트론튬, 텔루륨 또는 이트륨의 보라이드, 옥사이드, 카바이드, 니트라이드 및 카르보-니트라이드 유도체 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제52항 내지 제59항 또는 제72항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 붕소 포스파이드, 바륨 티타네이트, 하프늄 카바이드, 규소 카바이드, 붕소 니트라이드, 이트륨 옥사이드 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제52항 내지 제59항 또는 제72항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서,
X가 악티늄(Ac), 붕소(B), 탄소(C), 하프늄(Hf), 란타늄(La), 루테튬(Lu), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 팔라듐(Pd), 루비듐(Rb), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 스칸듐(Sc), 스트론튬(Sr), 탄탈륨(Ta), 테크네튬(Tc), 티타늄(Ti), 이트륨(Y) 또는 지르코늄(Zr)의 하나 이상의 보라이드, 옥사이드, 카바이드, 니트라이드 및 카르보-니트라이드 유도체; 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제52항 내지 제59항 또는 제72항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서,
X가 붕소(B), 탄소(C), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti), 이트륨(Y) 또는 지르코늄(Zr)의 하나 이상의 보라이드, 옥사이드, 카바이드, 니트라이드 및 카르보-니트라이드 유도체; 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제82항 또는 제83항에 있어서,
X가 하프늄 다이보라이드, 스트론튬 옥사이드, 스트론튬 니트라이드, 탄탈륨 다이보라이드, 티타늄 니트라이드, 티타늄 다이옥사이드, 티타늄(II) 옥사이드, 티타늄(III) 옥사이드, 티타늄 다이보라이드, 이트륨 옥사이드, 이트륨 니트라이드, 이트륨 다이보라이드, 이트륨 카바이드, 지르코늄 다이보라이드 또는 지르코늄 실리사이드; 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제52항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서,
X가 악티늄(Ac), 붕소(B), 탄소(C), 하프늄(Hf), 란타늄(La), 루테튬(Lu), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 팔라듐(Pd), 루비듐(Rb), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 스칸듐(Sc), 스트론튬(Sr), 탄탈륨(Ta), 테크네튬(Tc), 티타늄(Ti), 이트륨(Y) 또는 지르코늄(Zr); 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제52항 내지 제59항 또는 제72항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서,
X가 붕소(B), 탄소(C), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti), 이트륨(Y) 또는 지르코늄(Zr); 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제52항 내지 제59항 또는 제72항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 하프늄 다이보라이드, 스트론튬 옥사이드, 스트론튬 니트라이드, 탄탈륨 다이보라이드, 티타늄 니트라이드, 티타늄 다이옥사이드, 티타늄(II) 옥사이드, 티타늄(III) 옥사이드, 티타늄 다이보라이드, 이트륨 옥사이드, 이트륨 니트라이드, 이트륨 다이보라이드, 이트륨 카바이드, 지르코늄 다이보라이드 및 지르코늄 실리사이드 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제52항 내지 제59항 또는 제72항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서,
M1이 크롬(Cr)과 알루미늄(Al)의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제88항에 있어서,
M1이 코발트(Co), 철(Fe) 및/또는 니켈(Ni)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제89항에 있어서,
M1이 코발트계 합금 또는 혼합물인 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제89항에 있어서,
M1이 철계 합금 또는 혼합물인 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제89항에 있어서,
M1이 니켈계 합금 또는 혼합물인 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제88항 또는 제89항에 있어서,
M1이 CrAl, AlSi, NiCrAl, CoCrAl, FeCrAl, FeNiAl, FeNiCrAl, FeNiAlMo, NiCoCrAl, CoNiCrAl, NiCrAlCo, NiCoCrAlHfSi, NiCoCrAlTa, NiCrAlMo, NiMoAl, NiCrBSi, CoCrWSi, CoCrNiWTaC, CoCrNiWC, CoMoCrSi 또는 NiCrAlMoFe인 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제52항 내지 제59항 또는 제72항 내지 제93항 중 어느 한 항에 있어서,
식(I)의 상기 합금 또는 혼합물이 CrAlY, CoCrAlY, NiCrAlY, NiCoCrAlY, CoNiCrAlY, NiCrAlCoY, FeCrAlY, FeNiAlY, FeNiCrAlY, NiMoAlY, NiCrAlMoY 또는 NiCrAMoFeY를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 가열 층. - 제52항 내지 제94항 중 어느 한 항에 따른 용사된 레지스티브 가열 층을 포함하는 히터.
- 기판 및 레지스티브 가열 층을 가진 레지스티브 히터의 제조 방법으로서,
상기 제조 방법은
a) 전기 전도성이며 기체와 반응하여 하나 이상의 카바이드, 옥사이드, 니트라이드 및 보라이드 유도체를 형성할 수 있는 제1 금속성 구성성분을 선택하는 단계로서, 상기 기체는 질소, 산소, 탄소 및 붕소 중 하나 이상을 포함하는, 단계;
b) 제3 구성성분 및/또는 이의 원소 형태를 선택하는 단계로서, 상기 제3 구성성분은 상기 레지스티브 가열 층의 저항률을 안정화시킬 수 있는 것인, 단계; 및
c) 상기 기체의 존재 하에 상기 제1 금속성 구성성분과 상기 제3 구성성분 및/또는 이의 원소 형태의 혼합물 또는 합금을, 상기 제1 금속성 구성성분의 적어도 일부가 상기 기체와 반응하여 하나 이상의 상기 카바이드, 옥사이드, 니트라이드 및 보라이드 유도체를 형성하고; 상기 제3 구성성분의 원소 형태가 존재한다면 상기 원소 형태가 상기 기체와 적어도 부분적으로 반응하여 상기 제3 구성성분을 형성하는 조건 하에, 상기 기판 상에 용사하여, 상기 레지스티브 가열 층을 상기 기판 상에 증착시키는 단계
를 포함하며,
상기 레지스티브 가열 층은 상기 제1 금속성 구성성분, 이의 하나 이상의 상기 카바이드, 옥사이드, 니트라이드 및 보라이드 유도체 및 상기 제3 구성성분을 포함하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제96항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 저항률의 음성 온도 계수(NTC)를 가지는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제96항 또는 제97항에 있어서,
상기 제3 구성성분이, 레지스티브 가열 층의 저항률이 가열 동안 실질적으로 증가하지 않거나 또는 가열 동안 0.003%/℃ 이하만큼 증가하도록, 상기 레지스티브 가열 층의 저항률을 안정화시키는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제96항 내지 제98항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 상기 레지스티브 가열 층에 증착된 제1 금속성 구성성분의 그레인 경계부를 고정시킬 수 있고,
상기 제3 구성성분이 상기 레지스티브 가열 층에서 제1 금속성 구성성분의 그레인 경계부에 분산되어 있으며 가열 동안 상기 제1 금속성 구성성분의 그레인 성장을 저해하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제96항 내지 제99항 중 어느 한 항에 있어서,
d) 상기 레지스티브 가열 층의 요망되는 저항률을 결정하는 단계; 및
e) 상기 제1 금속성 구성성분의 일부 및 상기 기체를 선택하여, 분사 시, 상기 레지스티브 가열 층의 상기 요망되는 저항률이 달성되도록 하는 단계
를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제96항 내지 제100항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판과 상기 레지스티브 가열 층 사이에 전기적 절연 층을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제101항에 있어서,
상기 절연 층과 상기 기판 사이에 접착 층을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제102항에 있어서,
상기 접착 층이 니켈-크롬 합금, 니켈-크롬-알루미늄-이트륨 합금 또는 니켈-알루미늄 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제96항 내지 제103항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층과 상기 기판 사이에 열 반사 층을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제104항에 있어서,
상기 열 반사 층이 지르코늄 옥사이드를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제96항 내지 제105항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층에 대해 표면적인(superficial) 세라믹 층을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제106항에 있어서,
상기 세라믹 층이 알루미늄 옥사이드를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제96항 내지 제107항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층에 대해 표면적인 금속성 층을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제106항에 있어서,
상기 금속성 층이 몰리브덴 또는 텅스텐을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제96항 내지 제109항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용사 단계 전, 상기 제1 금속성 구성성분과 상기 기체와의 반응이 존재하지 않는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제96항 내지 제110항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층에 전력을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제96항 내지 제111항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 금속성 구성성분이 알루미늄(Al), 탄소(C), 코발트(Co), 크롬(Cr), 하프늄(Hf), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 규소(Si), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 바나듐(V), 지르코늄(Zr) 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제112항에 있어서,
상기 제1 금속성 구성성분이 알루미늄(Al)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제113항에 있어서,
하나 이상의 상기 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 및 보라이드 유도체가 알루미늄 옥사이드를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제114항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 상기 레지스티브 가열 층에 증착된 상기 알루미늄 옥사이드 그레인의 구조를 변경시키는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제115항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층에 증착된 상기 알루미늄 옥사이드 그레인의 모양이 원주형인 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제115항 또는 제116항에 있어서,
상기 알루미늄 옥사이드 그레인의 상기 변경된 구조가 상기 레지스티브 가열 층에 증착된 상기 제1 금속성 구성성분의 내산화성을 증가시키거나 또는 산화를 방지하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제115항 내지 제117항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 알루미늄 옥사이드가 Al2O3를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제115항 내지 제118항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 악티늄(Ac), 세륨(Ce), 란타늄(La), 루테튬(Lu), 스칸듐(Sc), 운비우늄(Ubu), 이트륨(Y) 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제115항 내지 제119항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층이 상기 제3 구성성분의 옥사이드, 니트라이드, 카바이드 및 보라이드 유도체 중 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제115항 내지 제120항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 금속성 구성성분이 크롬(Cr)과 알루미늄(Al)의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제121항에 있어서,
상기 제1 금속성 구성성분이 코발트(Co), 철(Fe) 및/또는 니켈(Ni)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제115항 내지 제122항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 금속성 구성성분이 코발트계 합금 또는 혼합물인 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제115항 내지 제122항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 금속성 구성성분이 철계 합금 또는 혼합물인 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제115항 내지 제122항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 금속성 구성성분이 니켈계 합금 또는 혼합물인 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제115항 내지 제125항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 금속성 구성성분이 알루미늄, 및 탄소(C), 코발트(Co), 크롬(Cr), 하프늄(Hf), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 규소(Si), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 바나듐(V), 지르코늄(Zr) 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 하나 이상의 추가 금속성 구성성분을 포함하고,
상기 알루미늄 및 하나 이상의 상기 추가 금속성 구성성분이 합금 또는 혼합물 형태로 함께 제공되는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제126항에 있어서,
상기 합금 또는 혼합물이 CrAl, AlSi, NiCrAl, CoCrAl, FeCrAl, FeNiAl, FeNiCrAl, FeNiAlMo, NiCoCrAl, CoNiCrAl, NiCrAlCo, NiCoCrAlHfSi, NiCoCrAlTa, NiCrAlMo, NiMoAl 또는 NiCrAlMoFe인 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제96항 내지 제114항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 알루미늄, 바륨, 비스무트, 붕소, 탄소, 갈륨, 게르마늄, 하프늄, 마그네슘, 사마륨, 규소, 스트론튬, 텔루륨 및 이트륨 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제96항 내지 제114항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 알루미늄, 바륨, 비스무트, 붕소, 탄소, 갈륨, 게르마늄, 하프늄, 마그네슘, 사마륨, 규소, 스트론튬, 텔루륨 또는 이트륨의 하나 이상의 보라이드, 옥사이드, 카바이드, 니트라이드 및 카르보-니트라이드 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제96항 내지 제114항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 붕소 포스파이드, 바륨 티타네이트, 하프늄 카바이드, 규소 카바이드, 붕소 니트라이드, 이트륨 옥사이드 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제96항 내지 제114항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 악티늄(Ac), 붕소(B), 탄소(C), 하프늄(Hf), 란타늄(La), 루테튬(Lu), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 팔라듐(Pd), 루비듐(Rb), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 스칸듐(Sc), 스트론튬(Sr), 탄탈륨(Ta), 테크네튬(Tc), 티타늄(Ti), 이트륨(Y) 또는 지르코늄(Zr)의 하나 이상의 보라이드, 옥사이드, 카바이드, 니트라이드 및 카르보-니트라이드 유도체; 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제131항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 붕소(B), 탄소(C), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti), 이트륨(Y) 또는 지르코늄(Zr)의 하나 이상의 보라이드, 옥사이드, 카바이드, 니트라이드 및 카르보-니트라이드 유도체; 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제131항 또는 제132항에 있어서,
상기 제3 구성성분이 하프늄 다이보라이드, 스트론튬 옥사이드, 스트론튬 니트라이드, 탄탈륨 다이보라이드, 티타늄 니트라이드, 티타늄 다이옥사이드, 티타늄(II) 옥사이드, 티타늄(III) 옥사이드, 티타늄 다이보라이드, 이트륨 옥사이드, 이트륨 니트라이드, 이트륨 다이보라이드, 이트륨 카바이드, 지르코늄 다이보라이드 또는 지르코늄 실리사이드; 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제96항 내지 제114항 또는 제128항 내지 제133항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 금속성 구성성분이 크롬(Cr)과 알루미늄(Al)의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제134항에 있어서,
상기 제1 금속성 구성성분이 코발트(Co), 철(Fe) 및/또는 니켈(Ni)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제135항에 있어서,
상기 제1 금속성 구성성분이 코발트계 합금 또는 혼합물인 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제135항에 있어서,
상기 제1 금속성 구성성분이 철계 합금 또는 혼합물인 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제135항에 있어서,
상기 제1 금속성 구성성분이 니켈계 합금 또는 혼합물인 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제96항 내지 제114항 또는 제128항 내지 제138항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 금속성 구성성분이 CrAl, AlSi, NiCrAl, CoCrAl, FeCrAl, FeNiAl, FeNiCrAl, FeNiAlMo, NiCoCrAl, CoNiCrAl, NiCrAlCo, NiCoCrAlHfSi, NiCoCrAlTa, NiCrAlMo, NiMoAl, NiCrBSi, CoCrWSi, CoCrNiWTaC, CoCrNiWC, CoMoCrSi 또는 NiCrAlMoFe인 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제96항 내지 제114항 또는 제128항 내지 제139항 중 어느 한 항에 있어서,
제1 금속성 구성성분과 제3 구성성분 및/또는 이의 원소 형태의 상기 혼합물이 CrAlY, CoCrAlY, NiCrAlY, NiCoCrAlY, CoNiCrAlY, NiCrAlCoY, FeCrAlY, FeNiAlY, FeNiCrAlY, NiMoAlY, NiCrAlMoY 또는 NiCrAMoFeY를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제96항 내지 제140항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층의 저항률이 약 0.0001 Ω.cm 내지 약 0.001 Ω.cm인 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제96항 내지 제141항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층의 두께가 약 0.002 인치 내지 약 0.040 인치, 또는 약 0.002 인치 내지 약 0.020 인치인 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제96항 내지 제142항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층의 평균 그레인 크기가 약 10 미크론 내지 약 400 미크론인 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제96항 내지 제143항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 혼합물이 예비합금되지 않은 분말인 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제96항 내지 제143항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 합금이 와이어 또는 분말인 것을 특징으로 하는, 레지스티브 히터의 제조 방법. - 제1항 내지 제51항 중 어느 한 항에 따른 히터 또는 제52항 내지 제94항 중 어느 한 항에 따른 용사된 레지스티브 가열 층을 포함하는 전기 그릴.
- 쇠살대(grate);
상기 쇠살대 아래에 위치한 열 차폐부(heat shield); 및
상기 열 차폐부의 표면 상의 제52항 내지 제95항 중 어느 한 항에 따른 용사된 레지스티브 가열 층
을 포함하는 전기 그릴. - 금속 시트 상의 음식물을 지지하고 상기 음식물로부터 액체를 배출하기 위한 구조물을 제공하도록 형상화된 금속 시트; 및
상기 금속 시트의 표면 상의 제52항 내지 제95항 중 어느 한 항에 따른 전기적으로 레지스티브 가열 층
을 포함하는 전기 그릴. - 쇠살대 상의 음식물을 지지하고 상기 음식물로부터 액체를 배출하기 위한 구조물을 포함하는, 쇠살대를 가진 전기 그릴의 제조 방법으로서,
상기 제조 방법은 제52항 내지 제95항 중 어느 한 항에 따른 레지스티브 가열 층을 전기 절연체 상에 증착시켜, 가열 요소를 제공하는 단계를 포함하며,
상기 가열 요소는 상기 쇠살대와 열 교환하는, 전기 그릴의 제조 방법. - 전기 그릴로서,
쇠살대;
상기 쇠살대의 하부 상에 위치한 전기 절연체 층;
상기 쇠살대의 반대쪽 부분 상의 상기 전기 절연체 층의 하부 상에 증착된 제52항 내지 제95항 중 어느 한 항에 따른 용사된 레지스티브 가열 층; 및
상기 쇠살대와 상기 전기 절연체 층 사이에 위치한 히터 판
을 포함하고,
상기 히터 판이 상기 가열 층으로부터 방사된 에너지를 수용하고, 수용된 에너지를 상기 쇠살대에 전달할 수 있는, 전기 그릴. - 제146항 내지 제148항 또는 제150항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층이 120 볼트 또는 220 볼트에서 작동하는 전기 레지스티브 히터인 것을 특징으로 하는, 전기 그릴. - 제146항 내지 제148항 또는 제150항 또는 제151항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레지스티브 가열 층에 연결된 전원을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 그릴. - 제146항 내지 제148항 또는 제150항 내지 제152항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 그릴이 방사 가열(radiant heating), 대류 가열(convective heating) 또는 이들의 조합에 의해 주로 가열되는 것을 특징으로 하는, 전기 그릴.
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