KR0145097B1 - 마이크로 웨이브를 이용한 가열장치 - Google Patents

마이크로 웨이브를 이용한 가열장치

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Abstract

본 발명은 마이크로 웨이브를 이용한 가열장치에 관한 것으로 약 1000℃ 이상의 온도로 가열할 수 있고, 매우 높은 온도에서 낮은 온도까지 넓은 범위의 온도를 제어함을 특징으로 한다. 이 가열장치는 탄소분말로 구성되어 있으며, 벌집형 구조에 소결된 가열부품과 마이크로 웨이브를 가열부품에 방사시키는 마이크로 웨이브 발생기와, 가열부품에 공기를 송풍하는 공기송풍기로 구성되어 높은 온도의 열기를 얻는다.

Description

마이크로 웨이브를 이용한 가열장치
제1도는 본 발명의 실시예의 고온가열장치를 도시한 측면도.
제2도는 제1도의 벌집형 구조를 지닌 가열부품을 도시한 정면도.
제3도는 배기가스 정제장치를 도시한 측면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1:벌집형 구조 2:마그네트론
4:변성기 5:콘덴서
7:필터 8:송풍기
본 발명의 목적은 열기를 발생시키고, 배기가스를 재연소하며, 정제하고, 산화성 물질을 연소하며, 피열물을 가열하는 마이크로 웨이브를 이용한 가열장치에 관한 것이다.
지금까지 니크롬선을 지닌 열기전기히터 또는 열기를 발생시키는 가열장치와 같은 가스를 이용하는 가스열기히터가 공지되어 있다.
그러나, 이 열기전기히터 및 가스열기히터는 1000℃ 이상의 온도까지 쉽게 가열할 수 없었다.
또한, 마이크로 웨이브를 이용하여 피연소 물체를 연소시키는 장치가 JP-A-4-301122 및 JP-1-4-298623 에 공지되어 있으며, 필터, 벌집형 구조의 세라믹, 마이크로 웨이브 발생기 및 도파관으로 구성되어 있다. 이 장치는 내연기관에서 발생한 연소가스에 포함된 미립자(매우 작은 입자)를 연소하는데 이용된다. 이 미립자는 필터에 의해 잡히고 마이크로 웨이브로 연소된다. 필터 및 마이크로 웨이브 흡수재를 포함하는 벌집형 구조의 세라믹은 마이크로 웨이브가 방사되지만 일반적인 흡수재가 고온까지 가열되지 않기 때문에 온도 1000℃ 까지 가열되지 않는다.
이 장치의 목적은 필터가 잡은 배기가스의 미립자 (매우 작은 입자)를 마이크로 웨이브로 직접연소시킨다. 필터에 의해 잡히지 않은 나머지 배기가스는 정제없이 배기되고, 이 필터에 의해 잡힌 미립자라도 필터가 1000℃ 이상가지 가열되지 않기 때문에 완전 연소되지 않는다.
본 발명은 온도를 1000℃ 이상으로 가열할 수 있고, 본 발명의 목적은 매우 높은 온도 (약 2000℃)에서 매우 낮은 온도(약 30℃)의 온도를 제어하는 가열 장치를 제공하는 것이다.
마이크로 웨이브를 흡수하는 본 발명의 가열부품은 마이크로 웨이브를 이용하여 고온까지 가열하고, 이러한 온도로 피열물을 가열할 수 있다.
벌집형 구조에 형성되었기 때문에 가열부품은 열교환율을 높일 수 있다. 또한, 전자기 마이크로 웨이브 발생기의 출력을 제어하여 고온에서 저온까지의 넓은 범위의 온도를 제어할 수 있다.
탄소 분말로 주로 만들어진 가열부품은 마이크로 웨이브에 의해 높은 온도로 가열되고, 고온과 접촉하게 공기 또는 배기가스와 같은 가스를 가열한다. 상기 가스 등은 매우 근접하게 면과 접촉하는 가열부품을 통과하고, 가열부품의 벌집형 구조로 인해 열 교환율이 높은 고온으로 가열된다.
본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고로 설명할 것이다.
제1도는 본 발명의 한 실시예의 매우 높은 온도 가열장치를 도시한다. 제1도 및 제2도에 도시된 벌집형 구조 (1)를 지닌 가열부품은 2450MHz의 마이크로 웨이브를 발생시키는 마그네트론 (2)이 발생시킨 마이크로 웨이브가 도파관 (3)을 통해 방사되므로써 높은 온도를 발생시킨다.
벌집형 구조(1)를 지닌 가열부품은 알루미늄 분말이 혼합된 탄소분말로 만들어져 있다.
전자레인지 등에 보통 이용되는 약 2450MHz 의 고주파수를 지닌 마이크로 웨이브가 가열부품 (1)에 방사되면, 탄소분말이 고온이 될 때까지 유전가열 기능으로 인해 주로 가열된다. 탄소분말과 알루미늄 분말의 혼합비를 조정함으로써 발생한 온도를 약 30℃에서 약 2000℃로 조절할 수 있다. 위에서 언급했듯이, 가열소자의 온도는 혼합비에 따라 변하며, 다음의 표는 약 3gr의 혼합물이 약 600℃~약 700℃의 온도로 가열될 때의 경과시간과 혼합비 (용적비)간의 관계를 도시한 실험 결과를 나타낸다.
위의 표에서 알 수 있듯이, 알루미늄 분말이 없다면 가열소자는 단지 1분내에 600℃~700℃의 고온이 되지만, 알루미늄 분말이 증가함에 따라 소정의 온도에 도달하는 경과시간이 또한 증가한다. 이것은 알루미늄 분말이 가열부품의 갑작스런 증가를 제한하고, 가열부품의 온도를 높게 유지한다는 것을 의미한다. 또한, 알루미늄 분말의 양이 탄소분말의 양보다 많으면 온도의 증가속도가 후에 일어날 뿐 아니라, 얻어진 온도는 약 400℃~약 500℃로 제한된다.
벌집형 구조 (1)를 지닌 가열부품은 고온 및 고압하에서 소결 단조공정으로 만들어지고, 안쪽에 많은 벌집형의 작은 침투구멍을 지니고 있다. 하나의 침투구멍의 직경이 약 1mm, 길게는 약 20mm인 많은 침투구멍을 지닌 직경이 약 100mm인 벌집형 구조를 지닌 가열부품을 만들 수 있다.
침투구멍의 단면은 원형, 로그엔지 (logenze), 직사각형, 육각형 및 삼각형으로 할 수 있다.
마그네트론 (2)에는 변성기 (4) 및 콘덴서 (5)를 이용하는 전기회로원에서 전력이 공급된다. 벌집형 구조 (1)를 지닌 가열부품의 외측에는 단열재 (6)로 덮여 있다. 송풍기(8)는 바람을 가열부품(1)에 불어넣는다. 마이크로 웨이브의 누출을 방지하는 메쉬 필터 (7)가 벌집형 구조 (1)를 지닌 가열부품의 앞 및 뒤에 설치되어 있다. 마그네트론 (2)에 의해 발생한 마이크로 웨이브가 바깥측에서 중앙으로 벌집형 구조 (1)를 지닌 가열부품에 방사된다. 벌집형구조 (1)를 지닌 가열부품에 의해 가열된 공기는 최대 약 2000℃ 까지 가열된다.
따라서, 위에서 언급한 고온의 열기를 발생시키는 고온가열장치는 팬 히터, 드라이어, 건조기, 배기가스 정제장치, 오일 크리너, 물과 오일 분리기 및 연소로에 이용될 수 있다.
가열부품 (1)의 온도는 마그네트론 (2)이 발생시킨 마이크로 웨이브의 방사의 용적을 조절함으로써 제어된다.
제3도는 본 발명의 또 다른 실시예인 배기가스 정제장치를 도시한다. 예를 들면, 내연기관에서 발생한 배기가스는 바닥에서 나오고, 원통형 배기가스 정제장치를 통과하여 상부분으로 나간다. 가열부품 (A) 또는 가열부품 (B)이 배기가스 정제장치의 내측에 포함되어 있다.
제1실시예에서 언급했듯이, 마그네트론 (2)이 발생시킨 마이크로 웨이브는 도파관 (3)을 통해 약 1350℃로 가열되는 가열부품 (A)도는 (B)에 방사된다. 가열부품 (A)은 벌집형 구조를 지닌 가열부품과 유사하고, 많은 직선 침투구멍을 지닌다. 배기가스는 가열부품 (A)의 침투구멍을 직선으로 이동한다. 가열부품 (B)은 많은 풍구 (winding hole)를 지니고 있다. 이것은 배기가스가 구멍에 더 오래 머물기 때문에 배기가스를 소진시키고 정제하는 효율이 향상되고, 풍구로 인해 더 오래 가열된다. 배기가스는 고온의 가열부품 (A)또는 (B)과 접촉하여 고온으로 가열되어 배기가스 연소의 인화 조성물, 질소 산화물, 악취 조성물이 제거된다. 가열부품에 마이크로 웨이브가 누출되는 것을 방지하는 메쉬 필터 (7)가 장치되어 있다.
물 배기가스 정제장치 위에 설치된 물 공급장치 (도시되지 않음)로 부터 자동적으로 공급된다. 증기가 메쉬 (10)의 작은 구멍에서 분사되고, 배기가스와 혼합한다. 이러한 혼합물은 질소 산화물을 제거하는데 이용된다.
배기가스가 가열부품 (A)또는 (B)을 통과할지라도 배기가스 연소의 인화 조성물 및 악취가 제거될 수 있다. 열적 산화를 방지하는 재료가 가열부품 (1)의 면에 피복되어 있다. 즉, 가열부품이 금속 산화물의 소량의 분말 또는 기타 가열저항재를 함유하는 혼합 용액으로 면에 피복되어 있고, 혼합 용액의 용매를 증발시키도록 건조되어 있다. 따라서, 열적 산화를 방지하는 재료가 가열부품 (1)의 면을 피복한다. 재료가 열적 산화물을 방지하는데 가장 이상적인 두께는 약 20마이크론 이상으로 하면 된다. 이 재료는 금속 산화물과 같은 지르코늄, 알루미늄, 실리카, 질소 알루미늄이 있고, 이들 재료의 열저항 온도는 각각 2600℃, 2050℃, 1760℃ 및 2700℃~2800℃이다.
탄소 또는 탄소와 알루미늄의 혼합물의 산화를 방지하는 수단의 하나로서 실리콘 카바이드를 탄소분말 또는 알루미늄 분말과 혼합한다. 만일, 탄소분말이 산화되면, 이들은 산화막으로 피복된다. 따라서, 탄소분말자체의 화합 또는 탄소분말과 알루미늄 분말의 화합이 약해진다. 이로 인해 고온 및 고압에서 소결된 벌집형 구조는 쉽게 변형된다. 이러한 산화를 방지하기 위해 실리콘 카바이드 분말을 탄소분말 또는 탄소분말과 알루미늄 분말의 혼합물을 혼합하면 된다. 또한, 위에서 언급한 알루미늄 분말의 에에 설명되어 있듯이, 온도의 속도를 후에 안정하게 증가시킬 수 있다.
다음 표는 혼합물이 약 600℃~ 약 700℃로 가열될 때의 경과시간과 탄소분말, 알루미늄 분말 및 실리콘 카바이드 분말의 혼합비 (용적비)간의 관계를 도시한 실험 결과를 나타낸다.
위에서 언급했듯이, 본 발명에 따라 고온은 마이크로 웨이브를 방사함으로써 매우 효율적으로 발생한 고온을 지닌 가열부품을 이용함으로써 쉽고 신속하게 얻어진다. 히터 또는 드라이어용 열풍 뿐 아니라, 인화물질의 연소용 고온을 하는 열기가 쉽게 얻어진다. 또한, 배기가스를 신속히 소진 및 정제할 수 있다. 예를 들면, 레스토랑, 호텔 및 가정에서 배출되는 쓰레기를 건조 및 연소시킬 수 있고, 연소기로 폴리스틸렌에 의해 파괴될 수 있다.
본 발명의 가열부품은 냉장고 또는 냉동장치, 거실가열용 팬 히터, 세탁 및 건조기, 물과 오일의 분리기, 물 가열장치, 용액가열장치, 살균기 및 요리장치를 가열하는 공급원과 같은 여러 응용에 마이크로 웨이브가 이용된다. 이러한 이유는 고온 (약 2000℃)에서 저온 (Celcius의 10)까지의 광범위한 온도를 제어할 수 있기 때문이다.

Claims (8)

  1. 가열부품은 주로 탄소분말로 만들어져 있고, 벌집형 구조에 소결되어 있으며, 마이크로 웨이브 발생기는 마이크로 웨이브를 상기 가열부품에 방사시키고, 공기 송풍기는 공기를 상기 가열부품에 송풍시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 웨이브를 이용한 가열장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가열장치는 탄소분말과 알루미늄 분말을 함유하는 것을 특징으로 하는 마이크로 웨이브를 이용한 가열장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가열부품은 탄소분말, 알루미늄 분말 및 실리콘 카바이드 분말을 함유하는 것을 특징으로 하는 마이크로 웨이브를 이용한 가열장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가열부품의 면은 열적산화를 방지하기 위해 막으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 웨이브를 이용한 가열장치
  5. 탄소분말로 만들어져 있고, 벌집형 구조에 소결되어 있는 가열부품과; 마이크로 웨이브를 상기 가열부품에 방사시키고, 상기 가열부품에 공급된 배기가스가 가열부품에 의해 고온으로 소진 및 정제되는 마이크로 웨이브 발생기가 제공됨을 특징으로 하는 마이크로 웨이브를 이용한 가열장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 가열장치는 탄소분말과 알루미늄 분말을 함유하는 것을 특징으로 하는 마이크로 웨이브를 이용한 가열장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 가열장치는 탄소분말, 알루미늄 분말 및 실리콘 카바이드 분말을 함유하는 것을 특징으로 하는 마이크로 웨이브를 이용한 가열장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 가열부품의 면은 열적산화를 방지하기 위해 막으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 웨이브를 이용한 가열장치.
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