KR20230074567A - 고전압 가열 요소에 대한 커플링 박스 헤어핀 대체 - Google Patents

고전압 가열 요소에 대한 커플링 박스 헤어핀 대체 Download PDF

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KR20230074567A
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heating
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heating sections
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마이클 에이. 존스
켄 가울케
제레미 오즈
로저 브러멜
스캇 에이치. 보머
제이콥 린들리
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와틀로 일렉트릭 매뉴팩츄어링 컴파니
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Abstract

히터 어셈블리는 가열 섹션들(22)의 쌍 및 커플링 어셈블리(24)를 포함한다. 가열 섹션들 각각은 전도성 부분(52)을 포함한다. 커플링 어셈블리(24)는 커플링 인클로저(enclosure)(26) 및 커플링 인클로저 내부에 배치된 커플링 부재(28)를 포함한다. 가열 섹션들의 쌍의 전도성 부분들은 커플링 인클로저 내부에서 커플링 부재에 의해 연결된다.

Description

고전압 가열 요소에 대한 커플링 박스 헤어핀 대체
본 출원은 2020년 09월 25일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 제63/083,854호에 대한 우선권 및 이익을 주장한다. 이상의 출원의 개시내용은 그 전체가 본원에 참조로서 포함된다.
본 개시내용은 고전압 애플리케이션들의 히터 어셈블리에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 하나 이상의 턴(turn)들을 정의하도록 구성된 저항성 가열 요소를 갖는 히터 어셈블리에 관한 것이다.
본 섹션에서의 기재는 단지 본 발명과 관련된 배경 정보를 제공하고, 종래 기술을 구성하지 않을 수 있다.
통상적인 저항성 가열 요소들은, 열 교환기들과 같은 애플리케이션들에서 더 높은 밀도의 가열 요소들을 제공하기 위해 저항성 가열 요소들의 길이를 따라 복수의 "헤어핀(hairpin)" 또는 180° 굴곡부(bend)들을 포함하는 구불구불한 구성을 갖도록 배열될 수 있다. 그러나, 저항성 가열 요소들이 더 높은 전압들에서 동작할 때, 굴곡부에서 저항성 와이어 또는 요소를 둘러싸는 유전체 재료는 제조 동안 손상되어 유전 강도를 감소시킬 수 있다.
헤어핀 굴곡부들 또는 다른 비-선형 경로들을 갖는 저항성 가열 요소들과 관련된 이러한 문제들이 본 개시내용에 의해 해결된다.
이 섹션은 본 개시내용의 전반적인 요약을 제공하며, 전체 범위 또는 모든 특징들에 대한 포괄적인 개시는 아니다.
일 형태에서, 가열 섹션들의 쌍 및 커플링 어셈블리를 포함하는 히터 어셈블리가 제공된다. 가열 섹션들 각각은 전도성 부분을 포함한다. 커플링 어셈블리는 커플링 인클로저(enclosure) 및 커플링 인클로저 내부에 배치된 커플링 부재를 포함한다. 가열 섹션들의 쌍의 전도성 부분들은 커플링 인클로저 내부에서 커플링 부재에 의해 연결된다.
개별적으로 또는 임의의 조합으로 이용될 수 있는 다른 선택적인 특징들에서, 커플링 인클로저는 개구들의 쌍을 정의한다. 전도성 부분들은 커플링 부재와 접촉하기 위해 개구들의 쌍 내로 삽입된다. 커플링 어셈블리는 커플링 부재를 전기적으로 절연하기 위해 커플링 인클로저 내부에 배치된 유전체 재료를 더 포함한다. 가열 섹션들의 쌍은 각각 저항성 가열 요소, 저항성 가열 요소를 둘러싸는 외피(sheath), 및 외피 내부에 배치된 제1 유전체 재료를 포함한다. 전도성 부분은 저항성 가열 요소로부터 연장되며, 외피 및 제1 유전체 재료로부터 노출된다. 가열 섹션들의 쌍의 외피들은 커플링 인클로저에 용접된다. 가열 섹션들의 쌍의 각각의 가열 섹션의 외피들의 일 부분은 커플링 인클로저 내부에 배치된다. 히터 어셈블리는 커플링 인클로저와 가열 섹션들의 쌍의 각각의 가열 섹션의 외피 사이에 밀봉 구조체를 더 포함한다. 일 형태에서, 커플링 부재는 저항성 가열 요소의 재료와는 상이한 재료로 만들어진다.
다른 변형예들에서, 커플링 인클로저는: 근위 단부 부분 및 원위 단부 부분을 포함하는 하우징; 근위 단부 부분에 배치되며 2개의 개구들을 갖는 요소 캡(cap)으로서, 2개의 가열 섹션들의 각각은 2개의 개구들 중 하나를 통해 연장되는, 요소 캡; 및 하우징의 원위 단부 부분에 고정된 단부 캡을 포함한다. 요소 캡은 밀봉된 인터페이스를 형성하기 위해 가열 섹션들의 쌍에 용접된다. 요소 캡은 2개의 개구들의 각각으로부터 연장되며 이를 둘러싸는 플랜지(flange)를 더 포함하며, 플랜지는 가열 섹션들 중 인접한 가열 섹션과 접촉한다. 가열 섹션들의 쌍의 각각의 가열 섹션의 외피는 플랜지들 중 하나에 용접된다. 하우징 및 요소 캡은 단일 일체형 부품을 형성한다. 전도성 부분들은 커플링 부재에 용접된다. 가열 섹션들은 약 480 볼트보다 더 큰 전압들에서 동작한다.
다른 형태에서, 2개의 가열 섹션들 및 커플링 어셈블리를 포함하는 히터 어셈블리가 제공된다. 가열 섹션들은 각각 저항성 가열 요소, 저항성 가열 요소를 둘러싸는 외피, 외피 내부에 배치된 제1 유전체 재료, 및 저항성 가열 요소로부터 연장되며 외피 및 제1 유전체 재료로부터 노출되는 전도성 핀을 포함한다. 커플링 어셈블리는, 커플링 인클로저, 커플링 인클로저 내부에 배치되며 2개의 가열 섹션들의 전도성 핀들과 접촉하는 커플링 부재, 및 커플링 인클로저 내부에 배치되며 커플링 부재와 전도성 핀들을 전기적으로 절연하는 제2 유전체 재료를 포함한다. 가열 섹션들의 외피들은 가열 섹션들과 커플링 인클로저 사이에 밀봉된 인터페이스를 형성하기 위해 커플링 인클로저에 용접된다. 2개의 가열 섹션들은 약 480 볼트보다 더 큰 전압에서 동작한다.
또 다른 형태에서, 2개의 가열 섹션들 및 커플링 어셈블리를 포함하는 히터 어셈블리가 제공된다. 가열 섹션들은 각각 저항성 가열 요소, 저항성 가열 요소를 둘러싸는 외피, 외피 내부에 배치된 제1 유전체 재료, 및 저항성 가열 요소로부터 연장되며 외피 및 제1 유전체 재료로부터 노출되는 전도성 핀을 포함한다. 튜브형 유전체 요소들의 쌍은 전도성 핀들 주위에서 외피 내부에 배치된다. 속이 찬 유전체 부재가 전도성 핀들 위에 위치된다. 커플링 어셈블리는, 커플링 인클로저, 커플링 인클로저 내부에 배치되며 2개의 가열 섹션들의 전도성 핀들과 접촉하는 커플링 부재, 및 커플링 인클로저 내부에 배치되며 커플링 부재와 전도성 핀들을 전기적으로 절연하는 제3 유전체 재료를 포함한다. 가열 섹션들의 외피들은 가열 섹션들과 커플링 인클로저 사이에 밀봉된 인터페이스를 형성하기 위해 커플링 인클로저에 용접된다. 2개의 가열 섹션들은 약 480 볼트보다 더 큰 전압에서 동작한다.
또 다른 형태에서, 커플링 인클로저, 커플링 부재, 및 유전체 재료를 포함하는, 약 480 볼트보다 더 큰 전압들에서 동작하는 히터 시스템에서 사용하기 위한 커플링 어셈블리가 제공된다. 커플링 인클로저는 가열 섹션들의 쌍의 전도성 부분들을 수용하기 위한 개구들의 쌍을 정의한다. 커플링 부재는 가열 섹션들의 쌍의 전도성 부분들을 연결하기 위해 커플링 인클로저 내부에 배치된다. 유전체 재료는 커플링 부재와 가열 섹션들의 전도성 부분들을 전기적으로 절연하기 위해 커플링 인클로저 내부에 배치된다.
다른 선택적인 특징들에서, 커플링 인클로저는 개구들을 정의하는 요소 캡을 포함한다. 가열 섹션들은 개구들 주위에서 요소 캡에 용접된다. 커플링 어셈블리는 개구들의 주변부를 따라 커플링 인클로저와 가열 섹션들 사이에 밀봉 구조체를 더 포함한다. 커플링 부재는 플레이트 구성 또는 원형 바(bar) 구성을 갖는다. 유전체 재료는 가열 섹션들의 전도성 부분들을 둘러싼다.
추가의 적용가능 분야가 본 명세서에 제공된 설명으로부터 명백해질 것이다. 설명 및 특정 예들이 단지 예시의 목적으로 의도되며 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아님을 이해하여야 한다.
본 발명이 잘 이해될 수 있도록 하기 위해, 예로서 주어지는 본 발명의 다양한 형태가 이제 설명될 것이고, 첨부된 도면들이 참조된다.
도 1a는, 본 개시내용의 교시들에 따라 구성된 히터 어셈블리가 배치되는 열 교환기의 사시도이다.
도 1b는, 도 1a의 열 교환기의 단부의 부분 단면 사시도이다.
도 2a는 본 개시내용의 교시들에 따라 구성된 커플링 어셈블리를 포함하는 히터 어셈블리의 사시도이다.
도 2b는, 명료성을 위해 커플링 어셈블리의 커플링 인클로저가 제거된 상태의 도 2a의 히터 어셈블리의 사시도이다.
도 3은 도 2a의 히터 어셈블리의 가열 섹션의 단면도이다.
도 4는 본 개시내용의 교시들에 따라 구성된 커플링 어셈블리의 커플링 인클로저의 사시도이다.
도 5는 본 개시내용의 교시들에 따라 커플링 어셈블리의 커플링 인클로저의 요소 캡의 사시도이다.
도 6은 본 개시내용의 교시들에 따라 구성된 커플링 어셈블리를 포함하는 히터 어셈블리의 사시도이다.
도 7은 본 개시내용의 교시들에 따라 구성된 커플링 어셈블리를 포함하는 히터 어셈블리의 다른 형태의 사시도이다.
도 8은 본 개시내용의 교시들에 따라 구성된 커플링 어셈블리를 포함하는 히터 어셈블리의 또 다른 형태의 사시도이다.
도 9는 본 개시내용의 교시들에 따라 구성된 커플링 어셈블리를 포함하는 히터 어셈블리의 또 다른 형태의 단면도이다.
도 10은 본 개시내용의 교시들에 따라 구성된 커플링 어셈블리를 포함하는 히터 어셈블리의 또 다른 형태의 단면도이다.
도 11은 본 개시내용의 교시들에 따라 구성된 커플링 어셈블리를 포함하는 히터 어셈블리의 또 다른 형태의 단면도이다.
본 명세서에서 설명되는 도면은 단지 예시 목적을 위한 것이며, 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
다음의 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이며, 본 개시내용, 애플리케이션 또는 용도를 제한하도록 의도되지 않는다. 도면들 전체에 걸쳐, 대응하는 도면 부호들은 유사하거나 또는 대응하는 부분들 및 특징부들을 나타낸다는 것을 이해하여야 한다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 개시내용의 교시들에 따라 구성된 히터 어셈블리(20)가 예시된다. 일 형태의 히터 어셈블리(20)는 (예를 들어, 약 480 볼트보다 더 큰) 고전압 애플리케이션들에 대해 사용된다. 하나의 이러한 애플리케이션은, 본 출원과 공통으로 소유되고 그 내용 전체가 참조로서 포함되는 미국 특허 제10,941,988호에서 설명된다. 본 출원에서, 히터 어셈블리(20)는 열 교환기(10)에서 사용되며, 열 교환기는 전반적으로, 입구(14)와 출구(16)를 정의하는 튜브형 용기(12), 입구(14) 내로 흘러서 출구(16)를 빠져나가는 유체를 가열하기 위해 튜브형 용기(12) 내부에 배치된 하나 이상의 히터 어셈블리들(20)을 포함한다.
도 1b에 명확하게 도시된 바와 같이, 일 형태에서, 열 교환기(10)는, 복수의 가열 섹션들(22) 및 복수의 가열 섹션들(22)을 연결하기 위한 복수의 커플링 어셈블리들(24)(점선 직사각형 박스들로 개략적으로 도시됨)을 포함하는 하나 이상의 히터 어셈블리들(20)을 포함한다. 본 개시의 커플링 어셈블리(24)와 전형적인 히터의 굴곡부(18)의 호환성을 더 양호하게 예시하기 위해, 가열 섹션들(22) 중 일부는 커플링 어셈블리들(24)에 의해 연결되며, 반면 가열 섹션들(22) 중 일부는 커플링 어셈블리들(24)에 의해 대체되지 않고 전형적인 히터의 굴곡부들(16)에 의해 연결될 수 있다.
대안적으로, 커플링 어셈블리들(24)은, 가열 섹션(22)이 다른 방향으로 다시 회전하는 각각의 단부 부분에서 이용될 수 있다. 일 형태에서, 히터 어셈블리(20)는 커플링 어셈블리(24)에 의해 연결된 가열 섹션들(22)의 쌍을 포함한다. 다른 형태에서, 히터 어셈블리(20)는 복수의 커플링 어셈블리들(24)에 의해 연결된 가열 섹션들(22)의 다수의 쌍들을 포함할 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 일 형태에서, 히터 어셈블리(20)는 가열 섹션들(22)의 쌍 및 가열 섹션들(22)의 쌍을 연결하기 위한 커플링 어셈블리(24)를 포함한다. 커플링 어셈블리(24)는, 커플링 인클로저(26), 커플링 인클로저(26) 내부에 배치되는 커플링 부재(28), 및 커플링 부재(28)에 연결된 가열 섹션들(22)의 부분들 및 커플링 부재(28)를 내장하고 전기적으로 절연하기 위해 커플링 인클로저(26) 내부에 배치된 유전체 재료(30)를 포함한다. 커플링 인클로저(26)는 커플링 인클로저(26) 내부의 구성요소들을 보여주기 위한 투명성을 위해 투명한 표면들로 도 2a에 예시된다. 일 형태에서, 커플링 인클로저(26)는 박스 구성을 가질 수 있으며, 가열 섹션들(22)의 쌍의 단부 부분들이 내부에 삽입되는 것을 가능하게 하기 위한 개구들(32)의 쌍을 정의할 수 있다.
가열 섹션들(22)의 쌍은 각각 대향 단부들을 갖는다. 가열 섹션(22)의 각각의 가열 섹션의 대향 단부들 중 하나는 커플링 인클로저(26) 내부에 배치된 커플링 부재(28)에 연결되도록 개구들(32) 중 대응하는 개구 내로 삽입되며, 대향 단부들 중 다른 하나는 전기 회로를 완성하기 위해 전원 또는 제어기(미도시)에 연결될 수 있다. 커플링 부재(28)는 전기 전도성 재료로 만들어진다. 3개 이상의 가열 섹션들(22)이 사용될 때, 2개 이상의 커플링 어셈블리들(24)이 이러한 가열 섹션들(22)을 연결하기 위해 사용될 수 있으며, 따라서 가열 섹션들(22) 중 하나 이상은 커플링 어셈블리들(24) 중 인접한 커플링 어셈블리에 연결된 양쪽 대향 단부들을 가질 수 있다. 가열 섹션들(22)은 서로 평행하게 배열될 수 있거나 또는 필요에 따라 소정의 각도를 정의할 수 있다. 어느 경우에나, 커플링 어셈블리(24)는, 그렇지 않았다면 전형적인 히터 어셈블리 내의 180° "굴곡부"(18)(도 1b에 도시됨) 또는 "헤어핀" 구조체에 의해 결합되었을 2개의 가열 섹션들(22)의 인접한 단부들을 결합하기 위해 사용된다. 따라서, 가열 섹션들(22) 및 커플링 어셈블리들(24)은 하나 이상의 턴들을 갖는 가열 어셈블리 또는 구불구불한 구성을 갖는 가열 어셈블리를 정의하기 위해 배열되고 연결된다.
도 3을 참조하면, 가열 섹션들(22)의 쌍은 각각 저항성 가열 요소(46), 저항성 가열 요소(46)를 둘러싸는 외피(48), 및 저항성 가열 요소(46)을 내장하고 전기적으로 절연하기 위해 외피(48) 내부에 배치되는 유전체 재료(50)를 포함한다. 저항성 가열 요소들(46)은 저항성 코일(미도시)의 일 형태일 수 있다. 유전체 재료(50)는 산화 마그네슘(MgO)일 수 있으며, 외피(48) 내에서 저항성 가열 요소들(46) 주위에 압축된다. 이상에서 기술된 바와 같이 통상적인 헤어핀 굴곡부를 포함하는 가열 요소들의 이러한 구성은, 본 출원과 공통으로 소유되고 그 내용 전체가 본 명세서에 참조로서 포함되는 미국 특허 제9,113,501호에서 설명된다.
유전체 재료(50)는 커플링 어셈블리(24)의 커플링 인클로저(26) 내부의 유전체 재료(30)와 동일하거나 또는 이와는 상이할 수 있다. 일 형태에서, 유전체 재료들(30 및 50) 둘 모두는 MgO(산화 마그네슘)이다. 그러나, 다양한 절연 재료들이 본 개시내용의 범위 내에 남아 있으면서 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
다시 도 2b를 참조하면, 가열 섹션들(22)의 각각은 저항성 가열 요소(46)의 단부에 연결되며 이로부터 연장되는 전도성 핀(52) 형태의 전도성 부분을 더 포함한다. 도시된 바와 같이, 유전체 재료들(50)의 일 부분은 전도성 핀들(52)을 둘러싸고 외피(48)로부터 노출된다. 전도성 핀(52)은 커플링 부재(28)와 접촉하기 위해 유전체 재료(50) 및 외피(48)로부터 노출된 단부 부분을 갖는다. 커플링 부재(28)는 전도성 핀들(52) 사이에서 연장되며 전도성 핀들과 전기적으로 접촉한다. 일 형태에서, 커플링 부재(28)는 구리 재료이다. 다른 형태에서, 커플링 부재(28)는 니켈 도금된 강철이다. 따라서 커플링 부재(28)는 전도성 핀들(52) 사이에 그리고 결과적으로 가열 섹션들(22)의 저항성 가열 요소들(48) 사이에 전기적 연결을 제공한다. 저항성 가열 요소들(48)이 니켈 합금일 때, 커플링 부재(28)는 저항성 가열 요소들(48)과는 상이한 재료이다. 그러나, 재료들은 동일할 수 있다. 일 예로서, 저항성 가열 요소들(48)은 니켈 도금된 강철인 콜드 핀(미도시)을 가질 수 있으며, 커플링 부재(28)도 니켈 도금된 강철일 수 있다.
일 형태에서, 커플링 부재(28)는 고전압에서 동작하기 위한 견고한 연결을 제공하기 위해 전도성 핀들(52)에 용접된다. 일 예로서, 커플링 부재(28)는 커플링 부재 위에 전도성 핀들(52)을 지지하기 위한 평평한 플레이트의 형태일 수 있다. 도면들에 도시되지는 않았지만, 전도성 핀들(52)은 본 개시내용의 범위로부터 벗어나지 않고 임의의 부착 수단에 의해 커플링 부재(28)에 고정될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
따라서, 커플링 부재(28)는 순환 히터의 저항성 가열 요소들과 같은 저항성 가열 요소에 결합된 전통적인 헤어핀, 또는 180° 굴곡부를 대체하기 위해 사용될 수 있다. 전형적인 헤어핀 또는 180° 굴곡부를 커플링 부재(28)로 대체하는 것은, 저항성 가열 요소(46)의 변형 또는 헤어핀 또는 180° 굴곡부를 제거함으로써 히터 어셈블리(20)의 전체 유전 강도를 증가시킬 수 있다. 전형적으로, 전형적인 히터의 헤어핀 또는 180° 굴곡부 부분은 저항성 가열 요소(46)의 일체형 부품이다. 저항성 가열 요소들(46)과는 별개의 구성요소로서 커플링 부재(28)를 사용하고 더 낮은 전기 저항을 가짐으로써 그리고 가열 섹션들(22)의 인접한 단부들 주위의 유전체 재료(30)의 양을 증가시킴으로써, 커플링 어셈블리 내의 유전 강도가 개선될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 커플링 인클로저(26)는, 근위 단부 부분(56) 및 원위 단부 부분(58)을 갖는 하우징(54), 근위 단부 부분(56)에 배치된 요소 캡(60), 및 원위 단부 부분(56)에 배치된 단부 캡(62)을 포함한다. 커플링 인클로저(26)가 "박스" 형상을 갖는 것으로 도시되지만, 커플링 인클로저(26)는, 커플링 인클로저(26)가 전도성 핀들(52)의 노출된 부분들, 커플링 부재(28) 및 유전체 재료(30)를 내부에 봉입(enclose)할 수 있는 한, 임의의 다른 구성들을 가질 수 있다. 하우징(54)은 튜브형 형상 또는 직사각형 형상을 가질 수 있으며, 가열 섹션들(22)의 길이 방향들에 평행한 방향을 따라 근위 단부 부분(56) 및 원위 단부 부분(58)에 대향 개구부들을 정의할 수 있다. 요소 캡(60) 및 단부 캡(62)은 하우징(54)의 대향 개구부들을 폐쇄하기 위해 하우징(54)의 대향 단부들에 연결된다.
도 5에 명확하게 도시된 바와 같이, 요소 캡(60)은 개구들(32)의 쌍을 정의하는 플레이트 부분(64), 및 개구들(32)의 주변들을 따라 배치되며 개구(32)의 중심축에 평행한 방향을 따라 연장되는 플랜지들(66)의 쌍을 포함한다. 플랜지들(66)은, 가열 섹션들(22)이 개구들(32) 내로 삽입될 때 가열 섹션(22)의 외피들(48)을 둘러싸기 위한 원통형 표면들을 제공하도록 압출되거나 또는 기계가공될 수 있다. 가열 섹션들(22)은 가열 섹션(22)의 외피들(48)을 플랜지들(66)의 원통형 표면들에 용접함으로써 요소 캡(60)에 용접된다. 요소 캡(60)은 하우징(54)과는 별개의 구성요소일 수 있다. 가열 섹션들(22)이 요소 캡(60)에 용접된 이후에, 요소 캡(60)은 하우징(54)에 용접될 수 있다. 대안적으로, 요소 캡(60)은 구성요소들 및 용접들의 수를 감소시키기 위해 단일 통합 구성요소로서 하우징(54)과 결합될 수 있다. 용접이 결합 기술의 단지 일 예이며, 따라서 (예로서, 접착제 본딩을 이용하는 것과 같은) 다른 기술들/재료들은 본 개시내용의 범위 내에 남아 있으면서 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
다시 도 2b를 참조하면, 개구들(32) 및 플랜지들(66)은, 가열 섹션들(22)의 외피들(48)이 요소 캡(60)의 플랜지들(66)의 원통형 표면들과 접촉하도록 가열 섹션들(22)의 단부들이 내부에 삽입되는 것을 가능하게 한다. 일 형태에서, 가열 섹션들(22)의 외피들(48)은 가열 섹션들(22)과 요소 캡(60) 사이에 밀봉된 인터페이스/구조체를 형성하기 위해 요소 캡(60)의 플랜지들(66)에 용접될 수 있다. 다른 형태에서, O-링과 같은 밀봉 부재(미도시)가 가열 섹션들(22)의 외피들(48)의 각각과 요소 캡(60)의 플랜지들(66) 중 대응하는 플랜지 사이에 배치될 수 있다. 이러한 밀봉된 인터페이스/구조체는 또한 유체 순환 히터와 같은 애플리케이션에 대해 압력 경계를 제공할 수 있다. 요소 캡(60)은 또한 하우징(54)의 근위 단부 부분(56)에 용접되어 그 사이에 밀봉된 인터페이스를 형성할 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 단부 캡(62)은 플레이트 구성을 가질 수 있으며, 요소 캡(60) 반대편의 하우징(54)의 원위 단부 부분(58)에 부착될 수 있다. 단부 캡(62)은 도 6에 도시된 바와 같이 하우징(54) 외부에 배치될 수 있거나 또는 도 7에 도시된 바와 같이 하우징(54) 내에 리세스될 수 있다. 어느 경우에나, 단부 캡(60)은 하우징(54)에 용접될 수 있다. 단부 캡(62)이 하우징(54) 내에 리세스될 때, 단부 캡(62)은 하우징(54)보다 더 작게 만들어지고, 압축된 유전체 재료(30)를 생성하기 위해 제조 동안 하우징(54) 내부로 밀린다. 유전체 재료(30)가 압축되고 단부 캡(62)이 제위치에 위치된 이후에, 단부 캡(62)은 하우징(54)을 폐쇄하기 위해 하우징(54)에 용접될 수 있다.
단부 캡(62)은, 단부 캡이 본 개시내용의 범위로부터 벗어나지 않고 하우징(54)의 원위 단부 부분(58)을 폐쇄하고 밀봉된 인터페이스를 제공하기 위해 사용될 수 있는 한 도 6 및 도 7에 도시된 구성들과는 상이한 구성을 가질 수 있다는 것으로 이해된다.
도 8을 참조하면, 본 개시내용의 교시들에 따라 구성된 히터 어셈블리(20')의 변형예는, 상이한 구성을 갖는 커플링 부재(28')를 포함하는 커플링 어셈블리(24')의 구성을 제외하면, 도 2a의 히터 어셈블리(20)와 구조적으로 유사하다. 따라서, 동일하거나 또는 유사한 도면 부호들이 동일하거나 또는 유사한 구성요소들을 나타내기 위해 사용되며, 이의 설명은 명료성을 위해 생략된다. 도시된 바와 같이, 커플링 부재(28')는 U-형상 구성을 가질 수 있거나, 또는 원형 바의 형태일 수 있고, 이는 가열 섹션들(22)의 전도성 핀들(52)에 용접(예를 들어, 맞대기-용접)된다.
도 9를 참조하면, 본 개시내용의 교시들에 따라 구성된 히터 어셈블리(70)의 다른 변형예는, 커플링 어셈블리(72)의 구성을 제외하면, 도 2a의 히터 어셈블리(20) 및 도 8의 히터 어셈블리(20')와 구조적으로 유사하다. 따라서, 동일하거나 또는 유사한 도면 부호들이 동일하거나 또는 유사한 구성요소들을 나타내기 위해 사용되며, 이의 설명은 명료성을 위해 생략된다.
보다 구체적으로, 커플링 어셈블리(72)는 커플링 인클로저(74), U-형 유전체 부재(76), 도 8에 도시된 것과 유사하며 U-형 유전체 부재(76) 내부에 수용되는 커플링 부재(28'), U-형 유전체 부재(76) 내부에 배치된 피팅들(78)의 쌍, 튜브형 유전체 요소들(80)의 쌍, 및 커플링 인클로저(74) 내부에 배치되며 U-형 유전체 부재(76) 및 튜브형 유전체 요소들(80)의 쌍을 둘러싸는 유전체 재료(30)를 포함한다. 유전체 재료(30)는 도 2a 및 도 8에 도시된 유전체 재료와 유사하며, U-형 유전체 부재(76) 및 튜브형 유전체 요소들(80)의 쌍의 재료와 동일하거나 또는 상이한 재료일 수 있다.
U-형 유전체 부재(76)는 자유 단부들에 U-형 수용 공간(82) 및 개구부들(84)의 쌍을 정의하는 속이 찬 U-형상 몸체를 갖는다. 커플링 인클로저(74)는, 도 2a에 도시된 개구들과 유사하며 U-형 유전체 부재(76)의 개구부들(84)과 정렬되는 개구들(32)의 쌍을 정의한다. 가열 섹션들(22)의 전도성 핀들(52)을 커플링 인클로저(74)의 개구들(32) 및 U-형 유전체 부재(76)의 개구부들(84) 내로 삽입함으로써, 가열 섹션들(22)의 전도성 핀들(52)은 U-형 유전체 부재(76) 내부의 커플링 부재(28')와 맞물릴 수 있다. 피팅들(78)의 쌍은 커플링 부재(28')의 자유 단부들에 근접한 U-형 유전체 부재(76) 내부에 배치된다. 가열 섹션들(22)의 전도성 핀들(52)은 피팅들(78)을 갖는 커플링 부재(28')와 맞물리도록 압입된다. 따라서, 일 형태에서, 가열 섹션들(22)은 용접이 아니라 압입에 의해 커플링 어셈블리(72)에 결합될 수 있다.
튜브형 유전체 요소들(80)의 쌍은, 가열 섹션들(22)의 전도성 핀들(52)을 둘러싸고 절연하기 위해 커플링 인클로저(74)의 개구들(32) 및 U-형 유전체 부재(76)의 개구부들(84) 내로 삽입되도록 구성된다. 튜브형 유전체 요소들(80)의 쌍의 일 부분은 가열 섹션들(22)의 외피들(48) 내부에 배치된다. 도 2a의 히터 어셈블리(20) 및 도 8의 히터 어셈블리(20')와 유사하게, 가열 섹션들(22)의 외피들(48)도 밀봉된 인터페이스를 제공하기 위해 커플링 인클로저(74)의 개구들(32) 내로 삽입되고 커플링 인클로저(74)에 용접된다. U-형 유전체 부재(76), 커플링 인클로저(74) 내부에 채워진 유전체 재료(30), 및 튜브형 유전체 요소들(80)은 동일하거나 또는 상이한 유전체 재료들을 포함할 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 개시내용의 교시들에 따라 구성된 히터 어셈블리(90)의 다른 변형예는 도 9의 히터 어셈블리(70)와 구조적으로 유사하지만, 커플링 어셈블리(92)가 상이한 구성을 갖는 유전체 부재(94)를 포함하며 피팅들의 쌍이 제거된다는 점에서는 상이하다. 따라서, 동일하거나 또는 유사한 도면 부호들이 동일하거나 또는 유사한 구성요소들을 나타내기 위해 사용되며, 이의 설명은 명료성을 위해 생략된다.
도시된 바와 같이, 커플링 어셈블리(92)는 내부에 커플링 부재(28')를 수용하기 위한 속이 찬 블록 형태의 유전체 부재(94)를 포함한다. 유전체 부재(94)는 커플링 부재(28') 및 튜브형 유전체 요소들(80)의 쌍을 수용하기 위한 U-형 수용 공간을 정의한다. 커플링 부재(28')의 자유 단부들은 가열 섹션들(22)의 전도성 핀들(52)에 용접된다. 커플링 부재(28')는 가열 섹션들(22)의 전도성 핀들(52)과 동일한 재료로 만들어질 수 있거나, 또는 U-형 커플링 부재(28') 주위의 전력 밀도를 조정하기 위해 상이한 재료(더 높은 또는 더 낮은 저항률을 가짐)로 만들어질 수 있다. 유전체 부재(94)의 U-형 수용 공간은, 커플링 부재(28'), 전도성 핀들(52) 및 튜브형 유전체 요소들(80)이 유전체 부재(94)의 U-형 수용 공간에 꼭 들어 맞도록 커플링 부재(28'), 전도성 핀들(52) 및 튜브형 유전체 요소들(80)의 외부 프로파일에 부합하는 형상을 갖는다.
도 11을 참조하면, 본 개시내용의 교시들에 따라 구성된 히터 어셈블리(100)의 다른 변형예는 도 9 및 도 10의 히터 어셈블리들(70, 90)와 구조적으로 유사하지만, 커플링 어셈블리(102)가 속이 찬 형태의 유전체 부재를 포함하지 않는다는 점에서는 상이하다. 이러한 형태에서, 커플링 부재(28')는 가열 섹션들(22)의 전도성 핀들(52)에 용접된다. 커플링 부재(28') 및 가열 섹션들(22)의 전도성 핀들(52)은, 커플링 인클로저(74)의 공간을 채우는 유전체 재료(30) 내에 직접적으로 내장된다. 유사하게, 커플링 어셈블리(102)는, 인클로저(74)의 개구들(32)에 근접한 전도성 핀들(52)의 부분뿐만 아니라 커플링 인클로저(74) 내부의 전도성 핀들(52)을 전기적으로 절연하기 위해 전도성 핀들(52)을 둘러싸는 튜브형 유전체 요소들(80)의 쌍을 포함한다.
이상에서 설명된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 커플링 인클로저(26, 74)는 커플링 부재들(28, 28') 및 가열 섹션들(22)의 전도성 핀들(52)을 봉입한다. 유전체 재료(30)는 커플링 인클로저(26) 내에 배치되며, 전도성 핀들(52) 및 커플링 부재(28)를 둘러싼다. 유전체 재료(30)는 가열 섹션들(22)의 전도성 핀들(52) 및 커플링 부재(28)를 커플링 인클로저(26) 및 다른 구성요소들로부터 격리한다. 도 9 및 도 10의 히터 어셈블리들(70, 90)에서, 속이 찬 U-형상 또는 블록 구성을 갖도록 사전-형성된 추가적인 유전체 부재(74, 94)는 커플링 부재(28')와 전도성 핀들(52) 사이의 인터페이스 및 커플링 부재(28')를 추가로 절연하기 위해 사용된다. 히터 어셈블리들(70, 90, 100)에서, 튜브형 유전체 요소들(80)의 쌍은 커플링 인클로저(74)의 개구들(32)에 근접한 전도성 핀들(52)의 부분들을 절연하기 위해 추가로 사용된다.
2개의 가열 섹션들(22) 및 하나의 커플링 어셈블리(24)만이 예시되고 설명되지만, 복수의 가열 섹션들(22) 및 복수의 커플링 어셈블리들(24, 72, 92, 102)이 본 개시내용의 범위 내에 남아 있으면서 구불구불한 구성을 정의하기 위해 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 커플링 부재들(28, 28')은 본 명세서에 예시된 바와 같은 평평한 구성 또는 원형 핀 이외의 임의의 수의 형상들을 취할 수 있다. 예를 들어, 커플링 부재(28, 28')는 전도성 핀들(52)에 대한 슬롯들 또는 홈들과 같은 로케이팅(locating) 특징부들을 포함할 수 있으며, 전도성 핀들(52) 주위에 적어도 부분적으로 감쌀 수 있다.
본 개시내용의 히터 어셈블리들(20, 20', 70, 90, 100)에서, 커플링 어셈블리들(24, 24', 72, 92, 102)은 전통적인 180° 굴곡부 또는 헤어핀 부분을 대체하기 위해 사용될 수 있으며, 높은 유전 강도를 제공할 수 있다. 커플링 어셈블리들(24, 24', 72, 92, 102)은 180° 굴곡부의 사용 없이 가열 섹션들(22) 사이에 압력 경계 격리형 연결을 제공한다.
본 명세서에서 달리 명백하게 표시되지 않는 한, 기계적/열적 속성들, 조성 백분율, 치수들 및/또는 허용오차들, 또는 다른 특성들을 나타내는 모든 수치 값들은 본 개시내용의 범위를 설명함에 있어서 단어 "약" 또는 "대략"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 수식은 산업 관행, 재료, 제조 및 조립 허용오차들, 테스트 성능을 포함하는 다양한 이유들로 인해 바람직하다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은, 구절 A, B, 및 C 중 적어도 하나는 비-배타적 논리 합을 사용하는 논리적 (A 논리합 B 논리합 C)를 의미하는 것으로 해석되어야 하며, "A 중 적어도 하나, B 중 적어도 하나, 및 C 중 적어도 하나"를 의미하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
본 개시내용의 설명은 사실상 단지 예시적이며, 따라서, 본 개시내용의 요지를 벗어나지 않는 변형들은 본 개시내용의 범위 내에 있도록 의도된다. 예를 들어, 하나 이상의 유전체 재료들은 본 개시내용의 다양한 인클로저들 내에서 사용될 수 있다. 이러한 변형들은 본 개시내용의 사상 및 범위에서 벗어나는 것으로 간주되지 않아야 한다.

Claims (15)

  1. 히터 어셈블리로서,
    가열 섹션들의 쌍으로서, 각각의 가열 섹션은 전도성 부분을 포함하는, 상기 가열 섹션들의 쌍; 및
    커플링 인클로저(enclosure) 및 상기 커플링 인클로저 내부에 배치된 커플링 부재를 포함하는 커플링 어셈블리를 포함하며,
    상기 가열 섹션들의 쌍의 상기 전도성 부분들은 상기 커플링 인클로저 내부에서 상기 커플링 부재에 의해 연결되는, 히터 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 커플링 인클로저는 개구들의 쌍을 정의하며, 상기 전도성 부분들은 상기 커플링 부재와 접촉하기 위해 상기 개구들의 쌍 내로 삽입되는, 히터 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서, 상기 커플링 어셈블리는 상기 커플링 부재를 전기적으로 절연하기 위해 상기 커플링 인클로저 내부에 배치된 유전체 재료를 더 포함하는, 히터 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서 상기 가열 섹션들의 쌍은 각각 저항성 가열 요소, 상기 저항성 가열 요소를 둘러싸는 외피(sheath), 및 상기 외피 내부에 배치된 제1 유전체 재료를 포함하며, 상기 전도성 부분은 상기 저항성 가열 요소로부터 연장되고 상기 외피 및 상기 제1 유전체 재료로부터 노출되는, 히터 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서, 상기 가열 섹션들의 쌍의 상기 외피들은 상기 커플링 인클로저에 용접되는, 히터 어셈블리.
  6. 제5항에 있어서, 상기 가열 섹션들의 쌍의 각각의 가열 섹션의 상기 외피들의 일 부분은 상기 커플링 인클로저 내부에 배치되는, 히터 어셈블리.
  7. 제6항에 있어서, 상기 커플링 인클로저와 상기 가열 섹션들의 쌍의 각각의 가열 섹션의 상기 외피 사이에 밀봉 구조체를 더 포함하는, 히터 어셈블리.
  8. 제4항에 있어서, 상기 커플링 부재는 상기 저항성 가열 요소들의 재료와는 상이한 재료로 만들어지는, 히터 어셈블리.
  9. 제1항에 있어서, 상기 커플링 인클로저는,
    근위 단부 부분 및 원위 단부 부분을 포함하는 하우징;
    상기 근위 단부 부분에 배치되며 2개의 개구들을 갖는 요소 캡(cap)으로서, 상기 가열 섹션들의 쌍의 각각의 가열 섹션은 상기 2개의 개구들 중 하나를 통해 연장되는, 상기 요소 캡; 및
    상기 하우징의 상기 원위 단부 부분에 고정되는 커플링 캡을 포함하는, 히터 어셈블리.
  10. 제9항에 있어서, 상기 요소 캡은 밀봉된 인터페이스를 형성하기 위해 상기 가열 섹션들의 쌍에 용접되는, 히터 어셈블리.
  11. 제10항에 있어서, 상기 요소 캡은 상기 2개의 개구들의 각각으로부터 연장되며 이를 둘러싸는 플랜지(flange)를 더 포함하며, 상기 플랜지는 상기 가열 섹션들 중 인접한 가열 섹션과 접촉하는, 히터 어셈블리.
  12. 제11항에 있어서, 상기 가열 섹션들의 쌍의 각각의 가열 섹션의 상기 외피는 상기 플랜지들 중 하나에 용접되는, 히터 어셈블리.
  13. 제9항에 있어서, 상기 하우징 및 상기 요소 캡은 단일 일체형 부품을 형성하는, 히터 어셈블리.
  14. 제1항에 있어서, 상기 전도성 부분들은 상기 커플링 부재에 용접되는, 히터 어셈블리.
  15. 제1항에 있어서, 상기 가열 섹션들은 약 480 볼트보다 더 큰 전압들에서 동작하는, 히터 어셈블리.
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