가열기의 결합공법 및 그 구조체

가열기의 결합공법 및 그 구조체{ASSEMBLING METHOD OF HEATER AND ASSEMBLY THEREOF}

본 발명은 가열기의 결합공법 및 그 구조체에 관한 것으로서, 특히 기체 가열기에 응용되며, 그 결합은 사전에 각 유닛을 모듈화하여, 후속되는 접합 과정에서 신속하게 조립이 이루어지고, 제작 에너지를 절감할 수 있도록 하기 위한 것이다.

팬에 의해 구동되는 공기가열기는 일반적으로 평판 형태의 외형을 갖추고 있으며, 발열유닛 및 방열유닛이 연결되어 구성된다. 그 연결방식은 기계 부품을 끼워 압박하거나 또는 접합방식으로 결합하는데, 그 조립 부품은 도 1을 참조하면, 가열기(10)는 발열부품(1) 양측에 전극판(11)을 결합시키고, 전극판(11)을 통하여 전력을 도통시켜 발열부품(1)을 경유하도록 하면, 발열부품(1)에서 발생되는 열에너지가 간접적으로 전극판(11)을 거쳐 방열기판(12)을 향해 발산되며, 방열기판(12)은 대류하여 통과되는 공기로 열교환을 함으로써 공기 가열 목적을 달성하게 된다.

종래의 접합 조립 방식은 도 2를 참조하면, 작업대(16)의 상방에 커버(14)가 설치되고, 커버(14) 내부에 열건조장치(15)가 설치되어 건조환경공간(140)을 형성하며, 상기 작업대(16)에서 건조환경공간(140) 맞은편의 상부 표면에 발열부재(1), 전극판(11), 방열기판(12)과 같은 구성부재들이 배열됨과 아울러 필요한 부품들의 수량 및 대응관계에 따라 순서대로 배열된다. 그 접합 조작은 각 접합면에 접착제를 도포하고, 양측의 지그(13)를 이용하여 고정 압력 p로 압박한다. 압박 과정 중 열건조장치(15)는 열복사파 R을 방출하여 접착제를 건조시키게 되는데, 그 건조 방식은 외표면으로부터 순서대로 각 부품의 중심부로 도입된다. 이러한 방식은 다음과 같은 결점이 있다.

1. 건조 과정 중 바깥으로부터 부품 중심부로 도입될 때, 그 전달 시간이 길고 응고 상태가 균일하지 않다.

2. 그 구성부재가 느슨하게 배열되어 있어, 고정 압력 p에서 만약 역선(line of force)이 한쪽으로 치우칠 경우, 그 구성 정밀도를 잃을 우려가 있다.

3. 부품이 느슨하고 고정 압력이 지나치게 클 때, 부품이 이로 인하여 변형될 수 있다.

4. 접합이 완성된 후, 만약 발열부재에 하자가 발생했을 경우, 접착제가 이미 응고되어 교체할 수가 없기 때문에 전체를 버리게 되므로 자재의 낭비를 초래할 수 있다.

5. 응고 결합과정 중 반드시 열건조장치가 열복사파를 발산해야 하므로, 조립 과정의 에너지 소비를 초래한다.

6. 지그 및 건조공간이 대형 공간이고, 지그는 반드시 강성을 지니고 있어야 하므로, 일반적으로 금속재질을 사용하는데, 이는 상당한 열함량(enthalpy)을 지니고 있으며, 열함량이 열복사파를 흡수할 수 있기 때문에, 열건조장치에 에너지 부담이 증가하게 된다.

7. 지그가 열함량 효과를 지녀 열복사파를 흡수하므로, 조작 시 손을 데이기 쉽다.

8. 커버에 비록 단열작용이 있지만, 완전하게 단열할 수 없어 외부로 열복사가 전달되어 소모될 수 있고, 커버를 열 때 건조공간 내부의 열에너지가 공기의 브라운 운동을 따라 생산라인의 작업환경으로 발산될 수 있기 때문에, 특히 여름에 열오염을 발생시킨다.

9. 방열기판 및 전극판은 금속재질로 되어 있어, 열에 대하여 열팽창 냉수축 효과가 있을 수 있으며, 따라서 결합 과정 중 열에 의해 팽창되고, 냉각되었을 때 수축될 수 있을 뿐만 아니라, 게다가 열을 받는 시간이 길기 때문에 변형량이 커 냉각 후의 수축에 의한 위치 이동이 상대적으로 증가될 수 있으며, 과정 중 접착제의 분자가 쉽게 찢어져 그 결합면의 접합 고정력을 상실할 수 있다.

본 발명의 목적은 공기 가열기에 응용되는 결합공법 및 그 구조체를 제공함에 있어서, 가열기를 구성하는 각 본체 유닛을 먼저 분리하여 완성하며, 상기 유닛은 열교환유닛 및 발열유닛으로서, 결합 후 비교적 높은 결합력을 지니도록 하여 조립 생산이 신속하게 이루어질 수 있도록 하고, 접합과정에서 통전 테스트를 동시에 실시하여, 통전 테스트 과정에서 발생되는 열에너지를 이용하여 접착제 응고 반응의 촉진 에너지로 인용함으로써, 종래의 건조 과정의 에너지 낭비를 막고, 아울러 접합 생산이 신속히 이루어지도록 하는데 있다.

본 발명의 두 번째 목적은 열교환 모듈을 통전 전극의 일단에 장착하고, 절연 지그를 고정시킴으로써 방열기판의 전기적 성능을 격리시키고, 단자를 꼽거나 뽑을 때의 기계력이 완충작용을 얻을 수 있도록 하며, 아울러 그 형체의 개입을 통하여 압력에 견디도록 하는 등의 물리적 작용을 돕고자 하는데 있다.

본 발명의 세 번째 목적은 각 유닛을 결합시킨 후, 가열기의 전체적인 외부표면에 절연 보호막을 피복하여 물리적 또는 화학적 성질에 견딜 수 있도록 하거나, 또는 차량에 응용하는 등과 같은 기타 사용 환경의 부재와 전기적으로 격리되도록 함으로써, 차량 내부의 기타 이웃한 부품들에 대하여 전류 차단 효과를 지니도록 하는데 있다.

본 발명의 네 번째 목적은 상기 접합과정과 동시에 통전 테스트를 실시함으로써, 상기 발열에너지를 발열유닛에 이용하여, 그 통전 테스트의 열을 직접 접합 계면에 전달하고, 또한 접합면 상태로 전달하기 때문에 각 접합유닛의 면적의 접합상태가 일정하도록 하는데 있다.

본 발명의 다섯 번째 목적은 각 부품을 접합 방식으로 결합하고, 통전 테스트를 거치도록 하여, 통전 테스트 과정에서 접착제가 아직 응고되기 전, 만약 전기적 성질이 불량인 부품이 있을 경우, 응고되기 전 불량 부품을 제거함으로써, 자재 및 공정 시간의 낭비를 방지할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 여섯 번째 목적은 열교환유닛에 열전도성 절연판을 끼워 넣어, 방열기판에 전류를 차단시키고자 하는데 있으며, 상기 절연판은 높은 기계적 강도를 지니는 산화알루미늄 등 광물재질을 사용한다.

본 발명의 일곱 번째 목적은 각 유닛의 수량 변화에 따라 수량을 다르게 선택하여 각기 다른 공률 생산에 신속히 대응할 수 있도록 함으로써 시장의 수요에 민첩하게 대처하고, 생산라인의 부품 안전과 재고량에 대한 우려를 방지하고자 하는데 있다.

본 발명의 여덟 번째 목적은 제조과정 중 상기 압박 지그는 내고온성 재질을 사용할 필요가 없으므로, 지그의 원가를 절감시키거나 또는 열차단 재료를 사용하여 열손실을 방지하도록 하는데 있다.

본 발명의 아홉 번째 목적은 본 발명의 실시를 통하여 생산라인의 조립 작업 공간을 대폭 절감할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 열 번째 목적은 조립 생산 과정 중 열건조 에너지의 사용을 완벽하게 없애고, 또한 손을 데이지 않으며, 조작 공간은 개방식으로 손을 움직이기 유 리하도록 하는데 있다.

전술한 본 발명의 목적은 가열기의 결합공법, 특히 모듈화로 독립 생산되는 주요 구성유닛을 신속하게 가열기로 결합시킬 수 있는 공법에 있어서, 하나 이상의 플레이트형 발열유닛 및 두 개 이상의 열교환유닛을 제작하고, 상기 열교환유닛에 각각 전극판을 결합시키는 단계; 각 유닛의 마주하는 접합면의 표면에 접착제를 도포하는 단계; 열교환유닛에 전기적 배치에 따라 발열유닛을 삽입설치하고, 개방공간의 작업대에 평면으로 올려놓은 후, 발열단일체의 초보 형태로 조립하는 단계; 상기 발열단일체의 양측 외부를 지그로 압박하여 고정시키는 단계; 상기 단계 중 통전 테스트를 동시에 실시하여 전기적 파라미터를 추출하는 단계; 통전테스트의 열작용을 이용하여 접착제를 접합시키는 단계; 및 접착제 응고 후 완제품을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열기의 결합공법에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 일반적인 생산라인의 작업대에서 쉽게 조립이 가능할 뿐만 아니라, 접합 과정에서 기타 열건조 에너지의 부담을 없앨 수 있고, 커버 설비를 사용하지 않아도 되며, 조작 과정에서 작업자의 신체를 데일 우려가 없고, 열오염원이 발생하지 않는다. 또한 조작 공간이 개방형이므로 조립하는 신체 조작에 지장을 받지 않으며, 접합 응고과정에서 통전테스트를 동시에 실시하므로, 유효한 파라미터를 얻을 수 있음과 동시에, 통전테스트로 발생하는 열파를 직접 접착제 응고 과정을 촉진하는 역할을 할 수 있어, 접합 응고시간을 단축시키고 생산률을 향상시 킬 수 있다. 그 접착제의 응고상태는 결합면의 각 유닛의 면적마다 균일하여 결합 견고성이 고르게 강화된다. 또한 사전에 구성된 유닛들이 독립적으로 개체의 독립 형태를 이루어, 발열유닛과 결합하는 과정에서 비교적 높은 지그의 압력을 견딜 수 있어, 전도, 전열 경계면이 더욱 밀착 결합되고, 또한 각 유닛은 규격화 생산방식으로 독립화된 대량의 사전 제작을 통하여 부품의 재고량 우려를 없앨 수 있다. 여러 종류의 생산을 실시할 수 있는 장점이 있어, 본 발명의 방법 및 구조체와 관련된 균등한 실시는 본 발명의 권리 범위에 포함되어야 함을 밝혀둔다.

본 발명의 실시는 우선 도 3을 참조하면, 가열기(10)를 구성하는 유닛을 사전에 발열유닛(2) 및 짝을 이루는 열교환유닛(3)으로 제작하고, 열교환유닛(3)에 각각 전극판(31)을 설치하고 일단에 단자(4)를 구비한다. 열교환유닛(3)은 기판(32)을 이용하여 공기의 열교환을 실행하며, 그 바깥 둘레는 프레임(33)으로 고정한다. 발열유닛(2)은 플레이트 형태의 발열부재(21)로서, 상기 발열부재(21)는 플러스온도계수 세라믹 저항 발열편을 사용하여도 되고, 플레이트 형상으로 직렬 연결되는 다수의 발열유닛(2) 방식을 사용하여도 된다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 가열기(10)는 독립적으로 사전에 완성된 발열유닛(2) 및 열교환유닛(3)을 접합하여 구성되며, 열교환유닛(3)과 발열유닛(2)의 결합면은 사전에 접착제를 바르고, 양 외측에는 지그(도시되지 않음)에 의해 발생되는 고정압력 P로 압착하여 고정시키게 되는데, 열교환유닛(3) 및 발열유닛(2)은 사전에 제작 완성된 것이기 때문에, 각 부품 간에 이미 먼저 위치가 정해져 결합 기 계력을 갖추고 있다. 따라서 비교적 높은 고정압력 P의 압박을 받을 수 있고, 열교환유닛(3)과 발열유닛(2)의 접촉면이 비교적 높은 고정압력에 대항할 수 있으며, 아울러 도포된 접착제(도시되지 않았음)를 압박하여 비교적 단단하게 압착 도포될 수 있다.

압착과정 중 동시에 단자(4)로부터 전력을 도입하여 통전테스트를 실시함으로써, 그 전열 작업이 정상적인지 여부를 검측하고, 아울러 동시에 테스트 파라미터를 추출할 수 있다. 만약 발열유닛(2)에 하자가 발생했을 경우, 접착제가 아직 응고되기 전에 신속하게 열교환유닛(3)을 떼어내어 발열유닛(2)을 꺼내 교체하거나, 또는 고정압력 P가 인가되는 과정에서, 열교환유닛(3)이 기계적 저항력을 상실하여 허물어질 때, 열교환유닛을 교체할 수 있다. 상기와 같은 즉시 교체는 접착제가 응고되기 전의 상황이므로, 자원의 충분한 수집과 이용이 가능하다.

통전 테스트 과정 중, 발열유닛(2)에 열파(熱波)가 발생하면, 직접 각 유닛의 접합면의 접착제에 작용하여 열촉진화되어 신속하게 접착제를 응고시킨다. 따라서 본 발명에서 동시에 실시하는 통전 테스트는 한편으로는 즉시 부품의 정상여부를 검측할 수 있고, 둘째는 검측된 열에너지를 직접 접착제의 응고와 촉진에 이용할 수 있으며, 또한 그 열은 각 유닛의 접촉면에 고르게 발생하기 때문에 접착제가 응고되는 상태는 각 유닛의 면적에 균일하게 나타난다. 상기 지그는 열의 작용을 받을 필요가 없이 기계적인 압력만 가해지므로, 지그는 내고온성 재료를 사용할 필요가 없고, 심지어 단열 성능이 있는 재료를 이용하여 발열유닛(2)과 통전테스트 과정 중의 열이 흡수되면서 소모되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명은 평면 테이블을 갖춘 생산라인이라면 어디든지 조립 작업을 실행할 수 있으며, 특수한 건조 제작 환경이 필요 없고, 조립 조작 역시 공간에 구애를 받지 않는다. 열교환유닛(3)과 발열유닛(2)이 조립된 후 하나의 발열단일체(100)를 형성한다. 본 발명은 단일한 발열단일체(100) 유닛 수량의 수요에 따라, 다수개의 열교환유닛(3) 및 짝을 이루는 발열유닛(2)을 선택하여 병렬 배열하거나 또는 포개지는 방식으로 결합함으로써, 가열기(10)가 발열유닛(2)의 수량 증가에 대응하여 그 열작업 공률을 변경할 수 있도록 할 수 있다. 따라서 신속하게 각기 다른 공률의 수요에 대응하여 신속한 생산이 가능하다.

통전 테스트과정에서 발열유닛(2)은 전체적으로 동시에 발열하기 때문에 접합계면이 동시에 열작용을 받게 된다. 따라서 열평형 시간이 필요 없으며, 신속히 응고될 수 있어 상대적으로 생산 속도가 향상된다.

열교환유닛(3)은 방열기판(32)을 작용주체로 하며, 상기 방열기판(32) 바깥 둘레를 형틀(33)로 고정시킨다. 방열기판(32)과 형틀(33) 사이의 결합은 주석도금 방식으로 결합하거나 또는 접합방식으로 결합할 수 있으며, 상기 접합방식은 상온에서 응고되는 접착제를 사용할 수 있는데, 완성 후 열전도 조건을 갖추게 된다.

통전 테스트 과정에서 발생되는 열에너지는 접합되는 접착제의 응고 속도를 촉진시킬 수 있으며, 만약 상기 접착제가 대량의 열에너지 촉진작용을 필요로 할 경우 통전테스트 시간을 연장함으로써 비교적 많은 열에너지로 상기 접착제의 응고를 촉진시키는 효과를 얻을 수 있다.

도 5를 참조하면, 상기 발열유닛(2)은 플레이트 형태의 발열부재(21)이며, 발열부재(21)의 전후 양면에 전류가 통과할 수 있도록 전도면(210)을 설치한다. 상기 발열부재(21)는 전열 재질의 부품으로서, 기본적으로는 플러스 온도계수 세라믹 저항플레이트인 PTC와 같이 기계 강도가 비교적 높은 재질을 이용할 수 있다. 그 바깥 둘레는 프레임(22)으로 고정시킨다. 상기 프레임(22)은 내물리성 재료를 사용하며, 내부에 발열부재(22)가 끼워맞춤되도록 수납홈(220)을 구비한다. 발열부재(21)는 건식 결합방식을 이용하여 삽입홈(220)에 끼워맞춤하거나 또는 끼워맞춤 경계면에 접착제를 도포하여 접착제가 응고되면서 결합되도록 할 수 있다. 프레임(22)의 이용은 발열부재(21)가 다수인 경우에 실시하며, 프레임(22)을 규칙적으로 조합하여 단일한 플레이트 형상의 발열유닛(2)을 형성한다.

도 6을 참조하면, 상기 열교환유닛(3)의 전극판(31)과 방열기판(32) 사이에 열전도 절연판(5)으로 간격을 둘 수 있으며, 상기 열전도 절연판(5)이 전극판(31)을 격리시키기 때문에 방열기판(32)이 이로 인해 전기와 차단된다. 상기 방열기판(32) 바깥 둘레는 형틀(33)로 고정하며, 형틀(33)과 절연판(5) 및 전극판(31) 사이는 마찬가지로 접합 응고 방식으로 결합하되, 상온 또는 기타 방식으로 결합하며, 기본적으로는 반드시 먼저 완성하여, 절연판(5)이 전극판(31)과 방열기판(32) 또는 설치된 프레임(33) 사이에 끼워질 수 있도록 하여야 한다.

도 7을 참조하면, 열교환유닛(3)은 방열기판(32) 및 형틀(33)을 열전도 절연판(5)을 거쳐 전극판(31)에 결합시켜 구성된다. 상기 전극판(31)의 일측에 단자(4)가 뻗어 나오도록 설치하고, 절연판(5)은 전극판(31) 및 발열기판(32)을 효과적으로 격리시켜 전기적 절연 상태를 형성한다. 단자(4)는 외부에 노출된 형태로서, 기 본적으로는 반드시 고정되는 의지물이 있어야 하며, 플러그의 위치에 따라 간격을 두고 배치하여야 한다. 전극판(31)의 일단에 굴절부(310)를 설치하며, 상기 굴절부(310)는 굴절면(311)에 의해 형성되는 것으로, 본 발명에서는 더 나아가 상기 굴절면(311)에 독립된 단자(4)가 간접적으로 연결되도록 하였다. 굴절부(310)와 마주하는 상기 단자(4)의 내부에 굴절판(41)을 설치한다. 상기 굴절판(41)은 굴절면(311)을 감싸도록 하며, 리베팅 또는 스탬핑 방식으로 기계적인 결합이 이루어지도록 한다. 결합 후, 굴절부(310)와 형틀(33)의 마주하는 단면(330)에 절연재료를 설치하여 굴절부(310)와 단면(330)의 전류가 차단되도록 한다.

본 발명은 더 나아가 절연끼우개(6)를 이용하여 단면(330)의 전류를 차단하고, 상기 절연끼우개(6)의 기계적 체결력을 이용하여 굴절부(310)를 체결함으로써, 단자(4)가 기계적으로 정위치될 수 있도록 한다. 상기 절연끼우개(6)는 두 개의 꺾임판(62)을 설치하여 단면(330)의 가장자리(331)에 체결되도록 하며, 절연끼우개(6)의 일측에 체결홈(61)이 뻗어 나오도록 설치한다. 상기 체결홈(61)은 굴절부(310)의 맞은편 가장자리에 체결되며, 체결되는 상태는 전극판(31)과 절연판(5) 및 프레임(33)의 각 부재들의 상대면이 이미 결합된 상황에서 이루어진다. 전극판(31) 중 바깥쪽을 향하는 일면은 발열유닛(2)의 발열부재(21)가 접촉되는 전도면(210)으로서, 전류를 통하게 하는 역할을 한다.

상기 절연끼우개(6)를 갖춘 실시예는 상기 절연끼우개(6)의 형체로 형성된 간격을 통하여 맞은편 단자(4) 일단의 전기적 성질을 차단시키게 되고, 절연끼우개(6)의 두께를 통하여 단자(4)와 방열기판(32) 사이의 연면거리(creepage distance)를 연장시켜, 이를 소멸시킬 수 있으며, 상기 절연끼우개(6)를 설치함으로써 염기성 테스트를 견디는 능력이 증가된다. 즉 시스템 응용에서 비교적 양호한 내화학적 또는 물리적 저항력을 얻을 수 있다.

도 8을 참조하면, 상기 절연끼우개(6)는 프레임(33)의 단면(330)에 끼우며, 설치된 체결홈(61)은 굴절부(310)의 일측 가장자리에 체결한다. 따라서 단자(4)는 체결홈(61)에 의해 체결되어, 한쪽만 고정되고, 타측은 굴절부(310)에서 뻗어 나온 전극판(31)을 거쳐 절연판(5)의 하부에 연결되면서 두 점이 고정되고, 게다가 절연끼우개(6)가 직사각형 형태를 이루어 또 다른 축 방향의 고정이 이루어지므로, 단자(4)는 삼차원적으로 고정된다. 즉 절연끼우개(6)의 간격을 이용하여 방열기판(32) 또는 프레임(33)을 전류로부터 차단해주고, 아울러 전원을 끼웠다 뺐다 하는 과정에서 단자(4)에 기계적인 완충력을 제공해준다. 완성된 열교환유닛(3)은 전극판(31), 절연판(5) 및 절연끼우개(6)와 단자(4)를 갖추며, 그 각 부재들 사이의 결합은 고도의 기계적 결합력을 지님과 아울러 규격화 생산 방식을 이용할 수 있으며, 열교환부재(3) 또는 발열유닛(2)의 생산이 빨라, 완성 후 도 4와 같은 조립방식을 제공하여 가열기(10)의 생산을 가속화시킬 수 있다.

상기 각 완성된 가열기는 관련 금속 표면의 외부에 보호막을 도포함으로써 전류가 차단되도록 하고, 심지어 화학적 부식을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 가열기 구성부재의 관계 입체도,

도 2는 종래의 가열기 조립상태 설명도,

도 3은 본 발명의 각 유닛의 독립적인 관계도,

도 4는 본 발명을 조합한 외관 입체도,

도 5는 본 발명의 발열유닛의 구체적인 실시예 입체도,

도 6은 본 발명의 열교환유닛을 사전에 완성한 외관도,

도 7은 본 발명에 절연끼우개를 실시하여 관계를 형성하는 입체도 및

도 8은 본 발명에 절연끼우개를 실시하여 열교환유닛을 완성한 관계도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1, 21: 발열부재 2: 발열유닛

3: 열교환유닛 4: 단자

5: 열전도 절연판 6: 절연끼우개

10: 가열기 11: 전극판

12, 32: 방열기판 13: 내열 지그

14: 커버 15: 열건조장치

16: 작업대 22: 프레임

31: 전극판 33: 형틀

61: 체결홈 62: 꺾임판

100: 발열단일체 140: 건조환경공간

210: 전도면 220: 끼워맞춤홈

310: 굴절부 311: 굴절면

330: 단면 331: 측변

P: 고정압력 R: 열복사파