KR20200011723A - 발열장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 내부에 배치된 대상물을 가열하는 발열장치에 있어서, 대상물을 둘러싸도록 배치되며, 열을 발생시키는 발열체; 상기 발열체의 반경방향 외측에 설치되며, 상기 발열체와의 사이에 공기층을 형성하는 외부구조물; 및 상기 발열체와 대상물의 사이에 설치되며, 상기 발열체로부터 발생된 열을 대상물로 전달하는 내부구조물을 포함하는 발열장치를 제공한다.
본 발명에 따른 발열장치에 의하면, 공기층을 형성하는 외부구조물을 구비함으로써, 발열장치의 외부로 누출되는 열의 양을 최소화할 수 있으며, 열전도율은 크고 열용량은 낮은 소재로 형성된 내부구조물을 구비함으로써, 구조물 자체로 흡수되는 열의 양을 감소시킴과 동시에 가열 대상물로 전달되는 열의 양을 극대화시킬 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 발열장치에 의하면, 내부에 삽입된 가열 대상물을 단시간내에 효율적으로 가열시킬 수 있다.
본 발명에 따른 발열장치에 의하면, 공기층을 형성하는 외부구조물을 구비함으로써, 발열장치의 외부로 누출되는 열의 양을 최소화할 수 있으며, 열전도율은 크고 열용량은 낮은 소재로 형성된 내부구조물을 구비함으로써, 구조물 자체로 흡수되는 열의 양을 감소시킴과 동시에 가열 대상물로 전달되는 열의 양을 극대화시킬 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 발열장치에 의하면, 내부에 삽입된 가열 대상물을 단시간내에 효율적으로 가열시킬 수 있다.
Description
본 발명은 발열장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 내부에 배치된 대상물을 가열하는 발열장치에 관한 것이다.
일반적으로, 발열장치란, 열을 발생시켜 가열의 대상이 되는 대상물을 가열시키는 장치를 의미한다. 이러한 발열장치의 대표적인 예로는, 내부에 삽입된 담배를 가열시켜 연기를 발생시키는 궐련형 전자담배가 있다. 궐련형 전자담배는, 내장된 배터리로부터 전원을 공급받아 열을 발생시키는 발열체가 내부에 설치된다. 그리고 이러한 발열체는, 전자담배의 내부에 삽입된 담배로 열을 전달시켜 담배 잎을 열 분해시키고, 그에 따라 담배 연기가 발생되어 흡연자가 흡연을 할 수 있도록 한다.
한편, 전자담배를 사용하는 흡연자에게 있어서, 담배 잎이 가열되는 시점부터 담배 잎이 연소되어 연기가 발생되기 시작하는 시점까지의 시간은 흡연을 하지 못하는 무의미한 시간에 해당한다. 따라서 전자담배에 삽입된 담배에서 연기가 발생되기까지 소요되는 시간을 줄이는 것은 전자담배를 사용하는 흡연자에게 매우 중요한 사항이라고 할 수 있다.
하지만 종래의 전자담배에 의하면, 발열체에서 발생된 열이 전자담배의 외부로 과도하게 누출되고, 전자담배를 구성하는 구조물 자체가 흡수하는 열이 존재함에 따라, 담배를 효과적으로 가열시키지 못한다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 발열체에서 발생된 열이 외부로 과도하게 누출되는 것을 방지하며, 구조물 자체로 흡수되는 열의 양을 최소화하는 발열장치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은, 내부에 배치된 대상물을 가열하는 발열장치에 있어서, 대상물을 둘러싸도록 배치되며, 열을 발생시키는 발열체; 상기 발열체의 반경방향 외측에 설치되며, 상기 발열체와의 사이에 공기층을 형성하는 외부구조물; 및 상기 발열체와 대상물의 사이에 설치되며, 상기 발열체로부터 발생된 열을 대상물로 전달하는 내부구조물을 포함하는 발열장치를 제공한다.
상기 외부구조물은, 상기 발열체로부터 발생된 적외선을 반사시키는 제1반사부와, 상기 제1반사부의 반경방향 외측에 설치되며, 상기 제1반사부로부터 반경방향 외측으로 이격되도록 배치되어 상기 제1반사부와의 사이에 공기층을 형성하는 제2반사부를 포함할 수 있다.
상기 제1반사부는, 상기 발열체를 둘러싸도록 배치되며, 상기 발열체로부터 반경방향 외측으로 이격되도록 배치되어 상기 발열체와의 사이에 공기층을 형성하고, 상기 발열체로부터 발생되어 반경방향 외측으로 진행하는 적외선을 반사시키는 제1반사부재와, 상기 발열체와 상기 제1반사부재의 사이에 배치되며, 상기 발열체의 원주방향을 따라 서로 소정 간격으로 이격되도록 배치되고, 상기 발열체에 대하여 상기 제1반사부재를 지지하는 복수개의 제1지지부재를 포함할 수 있다.
상기 제1반사부는, 상기 제1반사부재의 내주면에 형성되며, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE;Polytetra fluoroethylene)층과 폴리이미드(PI;Polyimide)층을 포함하는 제1절연층을 더 포함할 수 있다.
상기 내부구조물은, 대상물을 둘러싸도록 배치되며, 상기 발열체로부터 전달받은 열을 대상물로 전달하는 전달부재와, 상기 전달부재의 외주면과 내주면에 형성되며, 상기 전달부재를 보호하는 흑화층을 포함할 수 있다.
상기 전달부재는, 알루미늄, 몰리브덴, 아연, 구리 중 선택된 어느 하나의 소재로 형성되며, 상기 흑화층은, 산화알루미늄, 산화몰리브덴, 산화아연, 산화구리 중 선택된 어느 하나의 소재로 형성될 수 있다.
상기 전달부재는, 알루미늄 또는 구리 소재로 형성되며, 상기 흑화층은, 질화알루미늄(AlN) 또는 질화티타늄알루미늄(TiAlN) 또는 질화구리(CuN) 중 선택된 어느 하나의 소재로 형성될 수 있다.
상기 발열체와 상기 내부구조물의 사이에 설치되며, 외부로부터 공급받은 전기를 상기 발열체로 전달하는 기판과, 상기 발열체와 상기 외부구조물의 사이에 설치되는 튜브와, 상기 발열체와 튜브의 사이에 설치되며, 상기 튜브의 내주면을 보호하는 필름을 더 포함할 수 있다.
상기 제1반사부재는, 상기 튜브의 반경방향 외측에 설치되며, 상기 복수개의 제1지지부재는, 상기 튜브의 외주면에 안착될 수 있다.
본 발명에 따른 발열장치에 의하면, 공기층을 형성하는 외부구조물을 구비함으로써, 발열장치의 외부로 누출되는 열의 양을 최소화할 수 있으며, 열전도율은 크고 열용량은 낮은 소재로 형성된 내부구조물을 구비함으로써, 구조물 자체로 흡수되는 열의 양을 감소시킴과 동시에 가열 대상물로 전달되는 열의 양을 극대화시킬 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 발열장치에 의하면, 내부에 삽입된 가열 대상물을 단시간내에 효율적으로 가열시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 발열장치의 단면도이다.
도 3은 각 소재의 밀도, 열용량, 열전도율을 표로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에 나타낸 외부구조물의 확대 단면도이다.
도 5는 도 2에 나타낸 내부구조물의 확대 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 발열장치의 단면도이다.
도 3은 각 소재의 밀도, 열용량, 열전도율을 표로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에 나타낸 외부구조물의 확대 단면도이다.
도 5는 도 2에 나타낸 내부구조물의 확대 단면도이다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열장치(1000)는, 내부에 배치된 대상물(1)을 가열하는 것으로서, 발열체(1100), 외부구조물(1200), 내부구조물(1300), 기판(1400), 튜브(1500) 및 필름(1600)을 포함한다. 가열의 대상이 되는 대상물(1)이 담배인 경우, 본 발명에 따른 발열장치(1000)는 궐련형 전자담배에 해당될 수 있다. 다만, 이는 본 발명에 따른 발열장치(1000)의 일 사용례에 불과하며, 가열되는 대상물(1)의 종류에 따라 본 발명에 따른 발열장치(1000)는 다양한 용도로 사용될 수 있다.
상기 발열체(1100)는, 중공의 원통 형상으로 형셩되며, 대상물(1)을 둘러싸도록 배치된다. 그리고 상기 발열체(1100)는, 열을 발생시켜 내부에 삽입된 대상물(1)을 가열시킨다. 상기 발열체(1100)는, 탄소나노튜브(CNT;Carbon nanotube) 소재로 형성될 수 있다. 탄소나노튜브는 탄소 원자 6개로 이루어진 육각형 모양이 서로 연결되어 관 모양을 이루는 소재이다. 전기 전도도가 구리처럼 높으며, 열 전도율은 자연계에서 가장 뛰어난 다이아몬드와 같고, 강도는 철강보다 100배나 뛰어나다. 따라서 상기 발열체(1100)를 탄소나노튜브 소재로 제조하는 경우, 발열장치(1000) 전체의 구조적 보강은 물론, 외부로부터 공급받은 전기에너지를 통해 열을 발생시켜 내부의 대상물(1)을 효과적으로 가열시킬 수 있다.
상기 외부구조물(1200)은, 중공의 원통 형상의 부재이며, 상기 발열체(1100)의 반경방향을 기준으로 하였을 때의 그 외측에서 상기 발열체(1100)를 둘러싸도록 배치된다. 그리고 상기 외부구조물(1200)은, 상기 발열체(1100)와의 사이에 제1공기층(1200a)을 형성한다.
도 3에는, 각 소재에 따른 밀도(Density), 열용량(Cp;Heat capacity), 열전도율(K;Thermal conductivity)의 값이 나타나 있다. 그리고 도 3의 A 부분에서는 각 소재의 열용량(Cp)과 열전도율(K)을 곱한 수치의 역수를 나타내고 있으며, 도 3의 B 부분에서는 각 소재의 열전도율(K)을 열용량(Cp)으로 나눈 수치를 나타내고 있다.
상기 발열체(1100)에서 발생된 열을 통해 대상물(1)을 단시간내에 빠르게 가열시키기 위해서는, 상기 발열체(1100)로부터 발생된 열이 상기 외부구조물(1200)을 통해 외부로 빠져나가지 않도록 하되, 상기 외부구조물(1200)로 흡수되는 열의 양이 최소화되어야 한다. 즉, 도 3의 A 부분에 표시된 수치가 높은 소재에 해당할수록, 상기 외부구조물(1200)의 소재로서 적합한 것이라 할 수 있다.
도 3의 A 부분에 도시된 수치 중, 공기의 수치가 다른 소재에 비해 월등히 높은 것을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 발열장치(1000)를, 상기 외부구조물(1200)가 공기층을 포함하도록 설계하거나, 상기 외부구조물(1200)과 발열체(1100) 사이에 공기층이 포함되도록 설계하는 경우, 상기 발열체(1100)에서 발생된 열이 외부로 빠져나가지 않고 대상물(1)을 가열시키는데 온전히 사용되도록 할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 발열장치(1000)에 의하면, 단시간내에 가열 대상물(1)을 효율적으로 가열시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 외부구조물(1200)은, 제1반사부(1210) 및 제2반사부(1220)를 포함한다. 상기 제1반사부(1210)는, 상기 발열체(1100)로부터 발생되어 반경방향 외측으로 진행하는 적외선을 반경방향 내측으로 반사시킨다. 상기 제2반사부(1220)는, 상기 제1반사부(1210)의 반경방향 외측에 설치된다. 그리고 상기 제2반사부(1200)는, 상기 제1반사부(1210)로부터 반경방향 외측으로 이격되도록 배치되어, 상기 제1반사부(1210)와의 사이에 제2공기층(1200b)을 형성한다.
이와 같이 본 발명에 따른 발열장치(1000)가 상기 제1공기층(1200a) 및 상기 제2공기층(1200b)을 포함하는 구조로 설계되는 경우, 복수개의 공기층이 상기 발열체(1100)로부터 발생되어 반경방향 외측으로 전달되는 열이 다단계에 걸쳐서 차단되도록 함으로써, 상기 외부구조물(1200)에 의해 보다 효과적으로 단열이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 제1반사부(1210)는, 제1반사부재(1211), 복수개의 제1지지부재(1212) 및 제1절연층(1213)을 포함할 수 있다. 상기 제1반사부재(1211)는, 상기 발열체(1100)를 둘러싸도록 배치되며, 상기 발열체(1100)로부터 반경방향 외측으로 이격되도록 배치되어 상기 발열체(1100)와의 사이에 상기 제1공기층(1200a)을 형성한다. 그리고 상기 제1반사부재(1211)는, 상기 발열체(1100)로부터 발생되어 반경방향 외측으로 진행하는 적외선을 반경방향 내측으로 반사시킨다.
상기 복수개의 제1지지부재(1212)는, 상기 제1반사부재(1211)와 상기 발열체(1100)의 사이에 개재되며, 상기 발열체(1100)의 원주방향을 따라 서로 소정 간격으로 이격되도록 배치된다. 이에 따라 상기 복수개의 제1지지부재(1212)는, 상기 발열체(1100)에 대하여 상기 제1반사부재(1211)를 지지한다.
상기 제1절연층(1213)은, 상기 제1반사부재(1211)의 내주면을 덮도록 상기 제1반사부재(1211)의 내주면에 형성된다. 그리고 상기 제1절연층(1213)은, 상기 제1반사부재(1211)의 내주면을 보호한다. 이때, 상기 제1절연층(1213)은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE;Polytetra fluoroethylene) 소재로 형성된 층과 폴리이미드(PI;Polyimide) 소재로 형성된 층으로 이루어질 수 있다.
폴리테트라플루오로에틸렌은 불소와 탄소의 강력한 화학적 결합으로 인해 화학적으로 매우 안정된 상태를 유지하며, 내열성, 절연성 등이 매우 우수한 소재에 해당한다. 또한, 폴리테트라플로오로에틸렌은 도 3에 도시된 바와 같이, 열전도율과 열용량이 매우 낮은 소재에 해당한다. 따라서 폴리테트라플루오로에틸렌을 이용하여 제조된 상기 제1절연층(1213)을 통해 상기 제1반사부재(1211)의 내주면을 코팅하는 경우, 대상물(1)을 보다 효율적으로 단시간내에 가열시킬 수 있게 된다.
폴리이미드는 산 이미드 구조를 갖는 중합체의 총칭으로서, 일반적으로 방향족 테트라카르복시산 무수물과 방향족 디아민에서 축합으로 만들어진다. 또한, 폴리이미드는 폴리테트라플루오로에틸렌과 마찬가지로 내열성이 매우 높다. 따라서 폴리이미드를 이용하여 제조된 상기 제1절연층(1213)을 통해 상기 제1반사부재(1211)의 내주면을 코팅하는 경우, 본 발명에 따른 발열장치(1000)를 이루는 구조물을 열로부터 보다 효과적으로 보호할 수 있다.
한편, 상기 제1절연층(1213)을 이루는 폴리이미드층은, 발포 폴리이미드층에 해당될 수 있다. 발포 폴리이미드층은 발포 폴리이미드 잉크 또는 폴리이미드 페이스트를 이용하여 형성될 수 있으며, 폴리테트라플루오로에틸렌층과 함께 대상물(1)을 보다 효율적으로 단시간내에 가열시킴은 물론, 본 발명에 따른 발열장치(1000)를 이루는 구조물을 열로부터 보다 효과적으로 보호할 수 있게 된다.
상기 제2반사부(1220)는, 제2반사부재(1221), 복수개의 제2지지부재(1222) 및 제2절연층(1223)을 포함할 수 있다. 상기 제2반사부재(1221)는, 상기 제1반사부재(1211)를 둘러싸도록 배치되며, 상기 제1반사부재(1211)로부터 반경방향 외측으로 이격되도록 배치되어 상기 제1반사부재(1211)와의 사이에 상기 제2공기층(1200b)을 형성한다. 상기 복수개의 제2지지부재(1222)는, 상기 제2반사부재(1221)와 상기 제1반사부재(1211)의 사이에 개재되며, 상기 제1반사부재(1211)의 원주방향을 따라 서로 소정 간격으로 이격되도록 배치된다. 이에 따라 상기 복수개의 제2지지부재(1222)는, 상기 제1반사부재(1211)에 대하여 상기 제2반사부재(1221)를 지지한다.
상기 제2절연층(1223)은, 상기 제2반사부재(1221)의 내주면을 덮도록 상기 제2반사부재(1221)의 내주면에 형성된다. 그리고 상기 제2절연층(1223)은, 상기 제2반사부재(1221)의 내주면을 보호한다. 이때, 상기 제2절연층(1223)은, 상기 제1절연층(1213)과 마찬가지로 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE;Polytetra fluoroethylene) 소재로 형성될 수 있다.
상기 내부구조물(1300)은, 중공의 원통 형상의 부재로서, 상기 발열체(1100)와 대상물(1)의 사이에 설치되며, 내부에 대상물(1)이 삽입된다. 그리고 상기 내부구조물(1300)은, 상기 발열체(1100)의 내주면을 보호함은 물론, 상기 발열체(1100)로부터 발생된 열을 대상물로 전달하는 역할을 한다.
이를 위하여, 상기 내부구조물(1300)은, 전달부재(1310) 및 흑화층(1320)을 포함할 수 있다. 상기 전달부재(1310)는, 대상물(1)을 둘러싸도록 배치되는 중공의 원통 형상의 부재로서, 상기 발열체(1100)로부터 전달받은 열을 대상물(1)로 전달한다. 상기 흑화층(1320)은, 상기 전달부재(1310)의 외주면과 내주면에 각각 형성되며, 상기 전달부재(1310)의 표면을 보호한다.
이때, 상기 전달부재(1310)는, 알루미늄(Al;Aluminum), 몰리브덴(Mo;Molybdenum), 아연(Zn;Zinc) 중 선택된 어느 하나의 소재로 형성될 수 있다. 상기 발열체(1100)로부터 발생된 열을 상기 전달부재(1310)가 대상물(1)로 빠르게 전달하기 위해서는, 상기 전달부재(1310) 자체가 흡수하는 열의 양은 최소로 유지되되, 상기 발열체(1100)로부터 전달받은 열의 전도율은 최대로 유지될 필요가 있다. 도 3의 B 부분을 참조하면, 열전도율은 크고 열용량은 작은 소재로는 위와 같이 알루미늄, 몰리브덴, 아연이 있다. 따라서 상기 전달부재(1310)를 알루미늄, 몰리브덴, 아연 중 선택된 소재로 제조하는 경우, 본 발명에 따른 발열장치(1000)는, 대상물(1)을 보다 효율적으로 단시간내에 가열시킬 수 있게 된다.
상기 흑화층(1320)은, 상기 전달부재(1310)의 표면이 산화(Oxidation)되어 형성된 것일 수 있다. 즉, 상기 흑화층(1320)은, 상기 전달부재(1310)를 이루는 소재의 종류에 따라, 산화알루미늄(Aluminum oxide), 산화몰리브덴(Molybdenum oxide), 산화아연(Zinc oxide) 중 선택된 어느 하나에 해당될 수 있다. 산화알루미늄, 산화몰리브덴, 산화아연은, 내화학성, 내구성 등이 우수하여 상기 전달부재(1310)의 표면을 보호하는 기능을 하며, 다른 산화물에 비해 열전달율이 높고 열용량이 낮아 상기 발열체(1100)로부터 발생된 열을 대상물(1)로 원활하게 전달한다.
상기 전달부재(1310)가 알루미늄 소재로 제조된 경우, 상기 흑화층(1320)은, 상기 알루미늄 소재의 전달부재(1310)의 표면이 질화되어 형성된 것일 수 있다. 즉, 상기 흑화층(1320)은, 질화알루미늄(Aluminum nitride) 또는 질화티타늄알루미늄(Titanium aluminum nitride)일 수 있다.
한편, 상기 전달부재(1310)는, 구리(Copper) 소재로도 제조될 수 있다. 도 3의 B 부분을 참조하면, 구리 역시 열전달율이 높고 열용량이 낮은 소재에 해당한다. 따라서 상기 전달부재(1310)를 구리 소재로 제조하는 경우, 본 발명에 따른 발열장치(1000)는, 대상물(1)을 보다 효율적으로 단시간내에 가열시킬 수 있게 된다.
상기 흑화층(1320)은, 상기 전달부재(1310)의 표면이 산화 또는 질화(Nitriding)되어 형성된 것일 수 있다. 즉, 상기 흑화층(1320)은, 산화구리(Copper oxide) 또는 질화구리(Copper nitride) 소재에 해당될 수 있다. 질화란 금속의 표면에 질소를 침입시켜 경도가 높은 질화물층을 만들게 하여 그 표면만을 경화시키는 화학 공법이다. 이를 통해 제조된 질화구리 및 산화구리는, 내화학성, 내구성 등이 우수하여 상기 전달부재(1310)의 표면을 보호하는 기능을 하며, 다른 산화물에 비해 열전달율이 높고 열용량이 낮아 상기 발열체(1100)로부터 발생된 열을 대상물(1)로 원활하게 전달한다.
특히, 상기 전달부재(1310)가 질화알루미늄, 질화티타늄알루미늄, 질화구리 중 어느 하나인 경우, 상기 전달부재(1310)의 표면에서 적외선의 반사율을 감소시킬 수 있다. 따라서 상기 발열체(1100)에서 발생된 적외선은 상기 흑화층(1320) 및 상기 전달부재(1310)를 통해 보다 더 많은 양이 내부의 대상물(1)로 전달되도록 할 수 있다,
상기 전달부재(1310)는, 상술한 알루미늄, 몰리브덴, 아연, 구리 이외에도, 금(Au;Gold) 또는 은(Ag;Silver) 소재로도 형성될 수 있다. 도 3의 B 부분을 참조하면, 금과 은 역시 다른 소재에 비해 열전달율이 높고 열용량이 낮은 특성을 나타낸다. 따라서 상기 전달부재(1310)을 금, 은 소재로 제조하는 경우, 대상물(1)을 보다 효율적으로 가열시킬 수 있게 된다.
상기 기판(1400)은, 상기 발열체(1100)와 상기 내부구조물(1300)의 사이에 설치된다. 그리고 상기 기판(1400)은, 외부로부터 공급받은 전원을 상기 발열체(1100)로 전달하여, 상기 발열체(1100)가 열을 발생시키도록 한다. 도 2에서는 상기 기판(1400)이 상기 발열체(1100)의 내주면과 상기 내부구조물(1300)의 외주면과 접하도록 설치된 중공의 원통 형상인 것으로 도시되어 있으나, 이는 본 발명의 실시예 중 하나에 불과하며, 상기 기판(1400)은 상기 발열체(1100)의 내주면에 삽입되도록 설치될 수도 있다고 할 것이다.
상기 기판(1400)은, 폴리이미드(PI;Polyimide) 소재로 제조될 수 있다. 폴리이미드는 파이로멜리틱 디아니드라이드(pyromellitecdianhydride)와 4,4’-옥시디아닐린(4,4’-oxydianiline)의 축합으로 만든 첨단재료 켑톤(Kapton)으로서, 내열성, 내화학성, 전기절연성, 유연성, 불연성 등이 매우 우수한 소재이다. 따라서 상기 기판(1400)을 폴리이미드 소재로 제조하는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 기판(1400)이 평면이 아닌 곡면으로 휘어진 상태에서 상기 발열장치(1000)의 내부에 설치되더라도, 그 형태를 유지하면서 상기 발열체(1100)에 전원을 효율적으로 공급할 수 있다.
상기 튜브(1500)는, 중공의 원통 형상의 부재로서, 상기 발열체(1100)와 상기 외부구조물(1200)의 사이에 설치된다. 그리고 상기 튜브(1500)는, 열에 의해 가열됨에 따라 수축한다. 본 발명에 따른 발열장치(1000)를 구성하는 구조물들은, 상기 발열체(1100)로부터 발생된 열에 의해 가열됨에 따라 열팽창을 한다. 여기서 만약, 발열장치(1000)를 구성하는 구조물들이 과도하게 열팽창을 하게 되는 경우, 발열장치(1000)가 파괴되거나 손상을 입어 열이 외부로 누출되는 문제가 발생할 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 상기 튜브(1500)는 열을 받는 경우 오히려 수축하는 소재로 제조될 수 있다. 상기 튜브(1500)가 열 수축성 소재로 형성됨으로써, 열이 발생됨에 따라 상기 튜브(1500) 수축하여 내부의 구조물들을 보다 견고하게 고정시키도록 하며, 구조물들 사이에 틈새가 발생되는 것을 방지하여 대상물(1)의 가열 효율을 보다 향상시키도록 한다.
상기 필름(1600)은, 상기 발열체(1100)와 상기 튜브(1500)의 사이에 설치된다, 그리고 상기 필름(1600)은, 상기 튜브(1500)의 내주면에 코팅되어, 상기 튜브(1500)의 내주면을 보호한다. 이때, 상기 필름(1600)은, 상기 기판(1400)과 마찬가지로 폴리이미드 소재로 형성될 수 있다.
한편, 상기 제1반사부재(1211)는, 상기 튜브(1500)의 반경방향 외측에서 상기 튜브(1500)를 감싸도록 설치될 수 있다. 그리고 상기 제1반사부재(1211)는, 상기 튜브(1500)로부터 반경방향 외측으로 소정 간격으로 이격되도록 배치되어, 상기 튜브(1500)와의 사이에 상기 제1공기층(1200a)을 형성시킬 수 있다. 상기 복수개의 제1지지부재(1212)는, 상기 발열장치(1000)의 반경방향을 기준으로 하였을 때의 내측 단부가 상기 튜브(1500)의 외주면에 안착되고, 외측 단부가 상기 제1반사부재(1211)의 내주면에 접하도록 설치될 수 있다. 이에 따라 상기 복수개의 제1지지부재(1212)는, 상기 제1반사부재(1211)를 상기 튜브(1500)에 대하여 지지하게 된다.
상기 복수개의 제1지지부재(1212)는, 상기 튜브(1500)의 외주면에 3차원 프린트 방식을 통해 형성될 수 있다. 그리고 상기 복수개의 제1지지부재(1212)는, 외측 단부가 상기 제1반사부재(1211)의 내주면에 삽입되도록 설치될 수 있다. 상기 복수개의 제2지지부재(1222) 역시, 상기 제1반사부재(1211)의 외주면에 인쇄되어 형성되고, 외측 단부가 상기 제2반사부재(1221)의 내주면에 삽입되도록 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 외부구조물(1200)이 외부에서 충격을 받거나 진동을 하게 되더라도, 상기 복수개의 제1지지부재(1212) 및 상기 복수개의 제2지지부재(1222)는, 상기 제1반사부재(1211) 및 상기 제2반사부재(1221)를 견고하게 지지할 수 있다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명에 따른 발열장치(1000)에 의하면, 공기층(1200a,1200b)을 형성하는 외부구조물(1200)을 구비함으로써, 발열장치(1000)의 외부로 누출되는 열의 양을 최소화할 수 있으며, 열전도율은 크고 열용량은 낮은 소재로 형성된 내부구조물(1300)을 구비함으로써, 구조물 자체로 흡수되는 열의 양을 감소시킴과 동시에 가열 대상물(1)로 전달되는 열의 양을 극대화시킬 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 발열장치(1000)에 의하면, 내부에 삽입된 가열 대상물(1)을 단시간내에 효율적으로 가열시킬 수 있다.
1000 : 발열장치
1100 : 발열체
1200 : 외부구조물 1300 : 내부구조물
1400 : 기판 1500 : 튜브
1600 : 필름
1200 : 외부구조물 1300 : 내부구조물
1400 : 기판 1500 : 튜브
1600 : 필름
Claims (9)
- 내부에 배치된 대상물을 가열하는 발열장치에 있어서,
대상물을 둘러싸도록 배치되며, 열을 발생시키는 발열체;
상기 발열체의 반경방향 외측에 설치되며, 상기 발열체와의 사이에 공기층을 형성하는 외부구조물; 및
상기 발열체와 대상물의 사이에 설치되며, 상기 발열체로부터 발생된 열을 대상물로 전달하는 내부구조물을 포함하는 발열장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 외부구조물은,
상기 발열체로부터 발생된 적외선을 반사시키는 제1반사부와,
상기 제1반사부의 반경방향 외측에 설치되며, 상기 제1반사부로부터 반경방향 외측으로 이격되도록 배치되어 상기 제1반사부와의 사이에 공기층을 형성하는 제2반사부를 포함하는 발열장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 제1반사부는,
상기 발열체를 둘러싸도록 배치되며, 상기 발열체로부터 반경방향 외측으로 이격되도록 배치되어 상기 발열체와의 사이에 공기층을 형성하고, 상기 발열체로부터 발생되어 반경방향 외측으로 진행하는 적외선을 반사시키는 제1반사부재와,
상기 발열체와 상기 제1반사부재의 사이에 배치되며, 상기 발열체의 원주방향을 따라 서로 소정 간격으로 이격되도록 배치되고, 상기 발열체에 대하여 상기 제1반사부재를 지지하는 복수개의 제1지지부재를 포함하는 발열장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 제1반사부는,
상기 제1반사부재의 내주면에 형성되며, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE;Polytetra fluoroethylene)층과 폴리이미드(PI;Polyimide)층을 포함하는 제1절연층을 더 포함하는 발열장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 내부구조물은,
대상물을 둘러싸도록 배치되며, 상기 발열체로부터 전달받은 열을 대상물로 전달하는 전달부재와,
상기 전달부재의 외주면과 내주면에 형성되며, 상기 전달부재를 보호하는 흑화층을 포함하는 발열장치. - 청구항 5에 있어서,
상기 전달부재는, 알루미늄, 몰리브덴, 아연, 구리 중 선택된 어느 하나의 소재로 형성되며,
상기 흑화층은, 산화알루미늄, 산화몰리브덴, 산화아연, 산화구리 중 선택된 어느 하나의 소재로 형성된 발열장치. - 청구항 5에 있어서,
상기 전달부재는, 알루미늄 또는 구리 소재로 형성되며,
상기 흑화층은, 질화알루미늄(AlN) 또는 질화티타늄알루미늄(TiAlN) 또는 질화구리(CuN) 중 선택된 어느 하나의 소재로 형성된 발열장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 발열체와 상기 내부구조물의 사이에 설치되며, 외부로부터 공급받은 전기를 상기 발열체로 전달하는 기판과,
상기 발열체와 상기 외부구조물의 사이에 설치되는 튜브와,
상기 발열체와 튜브의 사이에 설치되며, 상기 튜브의 내주면을 보호하는 필름을 더 포함하는 발열장치. - 청구항 8에 있어서,
상기 제1반사부재는, 상기 튜브의 반경방향 외측에 설치되며,
상기 복수개의 제1지지부재는, 상기 튜브의 외주면에 안착되는 발열장치.
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