KR100837189B1 - 무화염 실리카 매트 제조방법 및 그 무화염 가열장치 - Google Patents

무화염 실리카 매트 제조방법 및 그 무화염 가열장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무화염 원적외선 가열되는 실리카 매트의 제조방법 및 그 실리카 매트를 이용한 무화염 가열장치에 관한 것으로, 소정 두께의 내열성 실리카 매트를 산(酸) 수용액에 담구어 표면의 유분과 이물질을 제거한 다음 정류수로 세척 건조하고, 소정온도로 소성시키면서 수증기를 분사시켜 표면적을 팽창시킨 다음 귀금속 촉매를 코팅 건조하고, 산화과정 및 환원과정을 거쳐 소성한 후 보조촉매를 코팅시켜 귀금속 촉매가 코팅된 실리카 매트를 제조하고,
토르마린을 입자를 습식 분쇄하여 전기석 분말을 얻은 다음 진한 염산과 질산 혼합용액에 섞어 200℃까지 가온하면서 용해하고 귀금속 촉매와 보조촉매가 코팅된 상기 실리카 매트를 3-5시간 함침한 후 600℃에서 7시간 소성한 다음 냉각시켜 전기석 실리카 매트를 제조하고,
상기 귀금속 촉매가 코팅된 실리카 매트와, 전기석 실리카 매트를 이용하여 무화염 원적외선 열이 발생되는 다양한 구성의 무화염 가열장치를 제공하도록 한 것이다.
귀금속 촉매, 백금, 실리카, 실리카 매트, 토르마린, 가열장치, 원적외선

Description

무화염 실리카 매트 제조방법 및 그 무화염 가열장치{MANUFACTURING METHOD OF NON-FLAME SILICA MAT AND ITS NON-FRAME HEATING DEVICE}
도 1 : 본 발명 일 예로 도시한 실리카 매트의 평면도.
도 2 : 본 발명 일 예로 도시한 무화염 가열장치의 단면도.
도 3 : 본 발명 다른 실시예의 무화염 가열장치 단면도.
도 4 내지 도 11 : 본 발명 무화염 가열장치의 다양한 구성도.
도 12 : 본 발명 일 예로 도시한 제어기의 회로블럭도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(1)--무화염 가열장치 (2)--케이스
(3)--개방부 (4)(11)--보호망
(5)(7)--실리카 매트 (6)--전기석 실리카 매트
(8)--점화용 전열히터 (9)--단열매트
(10)--가스확산매트 (12)--가스실
(13)--가스공급관 (14)--개폐밸브
(15)--유량계 (16)--솔레노이드밸브
(17)--가스공급원 (18)--점화전원
(19)--제어기 (20)(21)--온도센서
(23)--브라켓 (A)--경보부
(C)--이송 컨베이어 (D)--표시부
(S)--설정부 (W)--가열 대상물(식품)
본 발명은 무화염 가열이 가능한 실리카 매트의 제조방법 및 그 실리카 매트를 이용한 무화염 가열장치에 관한 것이다.
다양한 형태의 가열장치(또는 연소장치)가 안출되고 있으나, 대부분 화염을 이용하여 직접 가열하는 직화방식(直火方式)에 의존하고 있어서 가열 대상물(예컨대, 농.수산 식품)이 골고루 익지 않을 뿐 아니라, 가열시 이들 식품 표면이 쉽게 타는 문제점이 있어서 근접 가열이 사실상 불가능하며, 따라서 식품이 타지 않는 거리(또는 식품이 눌지 않는 거리) 만큼 이격시켜 가열하게 되므로 가열시간이 많이 소요되고 에너지 낭비가 많아 전체 열효율이 떨어지고, 연소에 필요한 공기 소모량이 많아 실내를 자주 환기시켜 주어야 하는 문제점이 있다.
또한, 원적외선이 발생되는 알루미나(세라믹) 매트를 이용한 가열장치의 경우, 원적외선에 의해 근접가열이 가능하나 사용에 의해 알루미나의 산화가 진척되면서 알루미나 매트의 표면으로부터 발생되는 가루가 주변으로 날려 환경 위해 요인이 있을 뿐 아니라 비위생적이어서 식품구이기(식품조리기)로 사용하기에는 부적절한 문제점이 있다.
또한, 1,000℃ 이상의 고온 화염으로 세라믹(알루미나)판을 가열시켜 다량의 적외선이 발생되게 구성한 가열장치가 있으나, 1,000℃ 이상의 고온에서 주로 발생되는 낙스(NOX)의 작용에 의해 눈이 따가워지고 주변공기가 오염되는 문제점이 있으며, 또한 열원으로부터 가까운 곳은 뜨겁고 열원으로부터 거리가 멀어지면 가열온도가 크게 떨어지는 열편차가 크서 열효율이 떨어지며, 마찬가지로 연소에 필요한 공기 소모량이 많아 실내를 자주 환기시켜 주어야 하는 등의 문제점이 있다.
한편, 화성암의 일종인 토르마린(Tourmaline)은 육방정계(六方晶系)의 결정구조를 갖는 전기석(電氣石)으로 비중이 2.90 ~ 3.10g/㎠이고, 경도는 7.0 ~ 7.5이며, 화학성분은 철, 마그네슘, 알칼리 금속 등과 알루미늄의 복잡한 붕규산염으로서 우라늄광, 자철광 등과 같이 스스로 에너지를 축척하여 끊임없이 방출하는 광물 중의 하나이며, 원적외선과 음이온을 방사하여 인체(人體)에 활력(活力)을 주는 건강보석의 일종이기도 하다.
특히, 토르마린은 결정의 양단에 양극(+)과 음극(-)이 상존하면서 약 100만 볼트(Volt)의 전위차(電位差)를 갖는 0.06㎃ 정도의 미약한 전류(電流)가 영구히 흐르는 성질이 있어 전기석(電氣石)으로도 불리우며, 투명ㆍ핑크색ㆍ청색ㆍ자색ㆍ 담녹색ㆍ적색 등의 다양한 색을 띤다.
토르마린으로부터 자연 발생되는 미약한 전류(0.06㎃)는 인체의 경혈(經穴)을 자극하여 말초순환계를 개선하고 혈류를 촉진시키므로 고혈압과 소추(消推)질병에 효과가 있으며, 광물의 특성상 원적외선이 다량으로 방출되면서 세포활성화 작 용과 체질개선ㆍ혈액정화작용 등의 전위 치료효과가 있고, 혈행과 신진대사를 촉진하므로 피로회복ㆍ위장활성화ㆍ통증과 숙면 및 냉증을 완화시켜주며, 수분과 접촉하면서 전기분해에 의해 다량의 음이온이 발생되어 항균ㆍ탈취ㆍ세정효과와 더불어 산성화 된 체액을 약 알칼리성 체질로 개선시켜 인체에 안정감을 줌은 물론 각종 전기ㆍ전자제품으로부터 발생되는 유해전자파를 중화시켜주기도 한다.
또한, 토르마린은 세포의 활성화와 심장강화에 좋은 마그네슘(Mg), 피부의 점막관계 및 성장촉진을 돕는 붕소(B), 미용에 좋은 규소(Si), 혈액관계ㆍ심장강화 등 미네랄을 활용하여 건강을 증진시키는데 효과가 있는 철(Fe) 및 신경안정효과가 있는 칼슘(Ca) 등 인체에 좋은 영향들을 주는 원소와 미네랄이 다량으로 함유되어 있다.
또한, 상기 원적외선과 음이온은 신경통ㆍ관절염ㆍ요통의 완화ㆍ피부의 진정효과ㆍ당뇨ㆍ변비통ㆍ탈취ㆍ항균ㆍ탈습ㆍ물의 연수화ㆍ공기청정 등의 작용을 하므로 일부 국가에서는 보석 외에 속옷ㆍ이불ㆍ공기정화기ㆍ정수기ㆍ의료기ㆍ주방제품 등에 이용하고 있으며, 토르마린 원석을 분말화하여 플라스틱과 건축자재, 화장품 첨가제 등 2차 가공품의 원료로 사용하는 등 그 응용범위가 넓다.
따라서 본 발명은 귀금속 촉매로 코팅되어 무화염의 원적외선 열을 발생시키는 실리카 매트(또는 실리카 가열매트)의 제조방법을 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 토르마린 분말이 코팅되어 무화염의 원적외선 열을 발생시키는 전기석(토르마린) 실리카 매트(또는 실리카 가열매트) 제조방법을 제공함에 특징이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 귀금속 촉매가 코팅된 상기 무화염 실리카 매트를 이용한 무화염 가열장치를 제공함에 특징이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 귀금속 촉매가 코팅된 상기 무화염 실리카 매트와 토르마린이 코팅된 전기석 실리카 매트를 이용한 다양한 구성의 무화염 가열장치를 제공함에 특징이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 소정 두께의 내열성 실리카 매트를 산(酸) 수용액에 담구어 표면의 유분과 이물질을 제거한 다음 정류수로 세척 건조하고, 소정온도로 소성시키면서 수증기를 분사시켜 표면적을 팽창시킨 다음 귀금속 촉매를 코팅 건조하고, 산화과정 및 환원과정을 거쳐 소성한 후 보조촉매를 코팅시켜 귀금속 촉매가 코팅된 실리카 매트를 제조하고,
토르마린 입자를 습식 분쇄하여 전기석 분말을 얻은 다음 진한 염산과 질산 혼합용액에 섞어 200℃까지 가온하면서 용해하고, 귀금속 촉매와 보조촉매가 코팅된 상기 실리카 매트를 3-5시간 함침하고 600℃에서 7시간 소성한 다음 냉각시켜 전기석 실리카 매트를 제조하고,
상기 귀금속 촉매가 코팅된 실리카 매트와, 전기석 실리카 매트를 이용하여 무화염 원적외선 열이 발생되는 무화염 가열장치를 구성하여서 된 것이다.
본 발명 무화염 가열장치는, 케이스 전면 개방부에 내열성 보호망과, 귀금속 촉매가 코팅된 실리카 매트와, 점화용 전열히터가 내설된 단열매트와, 가스실로 공 급되는 가스를 실리카 매트로 골고루 확산 공급시키는 가스확산매트와, 가스확산매트의 고정상태를 유지하는 보호망이 차례로 접하여 고정되고, 내부 보호망과 케이스 사이에 가스공급관이 연결된 소정 용적의 가스실이 형성되고, 상기 실리카 매트의 표면이나 개방부에 온도센서가 설치되고, 단열매트의 내부에 온도센서가 설치된 것을 특징으로 하며, 상기 보호망과 실리카 매트 사이에 토르마린 분말이 코팅된 전기석 실리카 매트와, 귀금속 촉매가 코팅된 실리카 매트를 부가 설치할 수 있다.
상기 가스공급관에는 개폐밸브와, 유량계와, 솔레노이드밸브와, 가스공급원이 차례로 연결되어 연소에 필요한 연료가스를 공급하도록 구성된다.
그리고, 케이스의 형상은 사각형, 원형, 타원형, 삼각형, 다각형, 마름모형, 하트형, 이들의 복합 형상 중 하나이고, 각각의 매트와 보호망의 형상은 상기 케이스와 같은 형상이다.
그리고, 보호망의 메쉬 형상은 삼각형, 사각형, 마름모형, 타원형, 원형 중 하나이거나, 이들의 복합 형상이다.
그리고, 무화염 실리카 매트의 표면온도는 300~400℃이고, 가열분위기 온도는 100~300℃의 원적외선 열이며, 온도를 가변함에 따라 원적외선의 파장은 20㎛~2㎛로 조절된다.
상기 실리카 매트는 판상이거나 반원형이거나 사각형으로 구성될 수 있다.
또한 본 발명 무화염 가열장치는 개방부가 바깥이나 안으로 향하는 한 쌍의 무화염 가열장치를 좌.우 또는 상.하로 이격 설치하여 이송컨베어에 의해 이송되는 가열 대상물(식품)이 가열되게 구성하거나, 난방 및 건조기로도 적용할 수 있다.
또한 직화방식의 종래 가열기는 연료가 과다하게 소모되는 반면 본 발명은 원적외선에 의한 무화염 방식으로 근접가열이 가능하여 열효율이 높고, 열침투가 우수한 원적외선과 열로만 굽게 되므로 구이물이 딱딱해지는 단점이 없다.
즉, 본 발명은 종래 건조기나 구이기에 비하여 자연스러운 향미가 뛰어나며, 육류의 경우 육질이 부드럽게 구어진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략한다.
본 발명은 귀금속과 전기석 촉매를 이용한 무화염 실리카 매트를 제조하고, 상기 무화염 실리카 매트를 이용하여 원적외선과 음이온이 발생되는 무화염 가열장치를 제공함에 특징이 있다.
본 발명에서 실리카(SiO2)는 그 표면적이 적기 때문에 촉매 코팅에 매우 불리하다. 따라서 본 발명에서는 전처리 공정을 통해 실리카 매트의 표면적을 크게 확장함으로써 귀금속 촉매 코팅이 쉬워진다.
상기 실리카 매트의 제조공정은 다음과 같다.
<실시예 1 : 실리카 매트의 제조>
1. 탈지 공정
재단이 용이한 소정두께, 예컨대, 0.8 ~ 1.5m/m 두께의 내열성 실리카 매트를 산(酸) 수용액에 2 ~ 5시간 담구어 실리카 매트 표면에 묻어 있는(잔류하는) 각종 유분(기름성분)이나 이물질 등을 제거한다. 상기 산(酸)은 진한 염산을 약 50% 전후로 희석시킨 염산을 예로 들 수 있다.
상기 실리카 매트는 내열성이 1,000℃ 이상의 고온에 견딜수 있는 내열성 소재로 실리카(SiO2) 함량이 99.5% 이상이며, 도 1에 예시한 것처럼 실리카 (방적) 섬유 또는 실리카 실로 제직되어 필요한 크기로 절단 사용할 수 있는 판상의 제직물이며, 가스(연료가스)가 잘 투과될 수 있게 기공율은 80~90%(300㎜Aq 일 때의 가스 투과율)이다.
2. 세척 및 건조공정
탈지된 실리카 매트를 증류수로 깨끗이 세척하고 200℃ 전후의 열풍으로 소정시간 건조시켜 증류수를 제거한다.
3. 열처리 공정
탈지, 세척, 건조된 실리카 매트를 800 ~ 900℃의 온도로 2 ~ 3시간 소성시키면서 수증기를 분사시켜 표면적을 팽창시킨다.
상기 열팽창에 의해 약 1~2㎡/g의 표면적이 약 150㎡/g 으로 크게 팽창되어 촉매 담지량이 크게 향상되며 촉매 코팅이 쉬워진다. 즉, 수증기의 물분자가 800 ~ 900℃의 고온에 의해 기화되면서 실리카 매트의 조직 표면이 급격히 팽창하여 표면 적이 크게 확장된다.
4. 1차 촉매(귀금속 촉매) 코팅공정
표면적이 크게 확장된(팽창된) 실리카 매트를 촉매 용액에 소정시간 침지시켜 코팅한다.
촉매 용액으로는 촉매의 활성이 우수한 귀금속 촉매, 이를테면, 백금(Pt)ㆍ로듐(Rh)ㆍ팔라듐(pd)이 주 촉매로 이용되고, 코발트(Co)-망간(Mn)-바륨(Ba) 등이 보조촉매로 이용된다.
귀금속 촉매로 백금(Pt)을 이용하는 경우, 담체 무게비로 1Wt%의 백금(Pt)-구연산(CA) 용액(25℃)에 실리카 매트를 약 10분간 함침시킨 후 50℃에서 약 2시간 진공 건조하고, 350℃가 될 때 까지 1분당 5℃씩 온도를 올리면서 산화과정을 거친 다음 350℃에서 600℃까지 환원과정으로 소성을 한 후에 냉각 블로워로 서서히 냉각시키는 과정을 거쳐 귀금속 촉매를 1차 코팅한다.
귀금속 촉매가 코팅된 후 소성될 때 상기 구연산(CA)이 실리카 매트 표면에서 폭발하면서 촉매 코팅을 도와주게 된다. 백금(Pt)에 함유되는 상기 구연산(CA)의 혼합비율은 무게비로 0.01% ~ 0.1% 범위이다.
상기 환원과정은 수소가스를 불어 넣어 상태 변화없이 촉매가 활성화되는 과정이다. 수소가스는 폭발성이 있으므로 수소가스와 질소가스를 1:10의 부피비로 혼합한 혼합가스이다.
5. 2차 촉매(보조금속 촉매) 코팅공정
귀금속 촉매로 1차 코팅된 실리카 매트를 담체 무게비로 0.1~0.3Wt%의 Co:Mn:Ba=1:1:2(무게비)의 보조촉매 용액에 함침한 후 상기 소성과정을 거쳐 보조촉매가 코팅된 실리카 매트를 완성한다.
전기석 실리카 매트의 제조공정은 다음과 같다.
<실시예 2 : 전기석 실리카 매트의 제조>
1. 토르마린 분쇄공정
전기석(電氣石)인 토르마린을 0.5 ~ 2㎛(1,000~2,000 mesh) 크기의 입자로 습식 분쇄하여 전기석 분말을 얻는다.
2. 토르마린 코팅 및 열처리공정
진한 염산과 질산을 1:1의 부피비로 혼합하여 산(酸)용액을 얻은 다음. 상기 전기석 분말 10g당 100㎖의 산(酸)용액을 섞어서 200℃까지 가온하면서 소정시간 용해하고, 용해된 전기석 용액의 산도를 pH 2로 조정하여 코팅이 잘 이루어질 수 있도록 한 다음 귀금속 촉매가 코팅된 상기 실시예 1의 실리카 매트를 3-5시간 함침한 후 600℃에서 약 7시간 소성한 다음 냉각시켜 전기석 실리카 매트를 완성한다.
본 발명 각 매트상에서의 화학 반응식은 다음과 같다.
1. 백금 촉매매트상에서 반응
(LPG의 경우)
C3 H8 + 5O₂ → 3 CO₂+ 4H₂O + H(열발생)
2. 토르마린 매트상에서의 반응
H₂O → H+ + OH-
H+ → H₂(불안정안 수소 양이온은 수소분자로 급속히 바뀐다.
OH- + H₂O → H₃O- (수산음이온)
3. 백금 촉매매트상에서의 반응
C3 H8 + 5O₂ → 3 CO₂+ 4H₂O + H(열발생)
H₂ + 1/2O₂ → H₂O + H(열발생)
이렇게 완성된 실리카 매트 및 전기석 실리카 매트는 무화염 실리카 매트로 사용하게되며, LPG, 부탄, 도시가스, 수소가스 등의 연료를 활성화시켜 실리카 매트에서의 연소효율이 향상되고 음이온 효과가 배가되며, 특히, 육포등의 각종 구이식품을 구울 때 식품의 잡냄새가 탈취 제거되며, 전기석 실리카 매트에는 우수한 원적외선과 음이온이 다량으로 발생된다.
상기 토르마린이 코팅된 전기석 실리카 매트상에서 발생되는 수산음이온은 온도와 습도, 압력이 증가할 수록 대폭 증가한다. 백금 촉매가 코팅된 실리카 매트 상에서 발생하는 연료가스의 수분과 열 및 압력으로 인해서 수소가스의 발생이 증가하고 이로 인해서 실리카 매트상에서 열발생이 늘어나므로 적은 양의 연료가스로도 목표로 하는 온도에 쉽게 도달할 수 있어서 에너지 절약효과가 우수하다.
또한 전기석 실리카매트의 전기적인 작용으로 가스의 연소가 촉진되어 실리카 매트상에서의 연소효율이 획기적으로 향상된다.
귀금속 및 토르마린 촉매가 코팅된 실리카 실리카 매트로 무화염 가열장치를 구성하여 식품구이에 적용할 때의 장점들을 열거하면 다음과 같다.
1). 무화염 방식의 원적외선으로 굽게되므로 가열되는 조리 식품이 타지 않아 근접가열이 가능하여 에너지를 절약할 수 있고, 원적외선 효과를 최대화할 수 있다.
2). 가스(연료가스)로부터 발생되는 수분에 의해 식품이 가진 육즙의 휘발이 최소화되고 유분이 골고루 퍼지게되어 식품이 가진 고유의 맛이 유지되며, 딱딱하지 않고 부드러운 맛의 식품으로 조리(가열)된다.
3). 식품의 상태에 따라 촉매 가열장치의 온도를 다양하게 조정할 수 있으므로 연료비를 획기적으로 줄일 수 있으며 가열품질을 크게 향상시킬 수 있다. 즉, 온도 가변(200~500℃)에 따라 원적외선 파장이 20㎛~2㎛으로 변화되므로 가열식품으로 작용되는 열 침투깊이를 적절히 제어하는 방법으로 가열시간이나 가열품질을 적절히 조절할 수 있다.
4). 귀금속 촉매(백금)가 코팅된 실리카 매트에서 방출되는 풍부한 원적외선과 토르마린(전기석) 매트로부터 발생되는 음이온에 의한 살균력이 뛰어나다.
도 2는 상기 제조방법에 의해 제조된 귀금속 촉매 코팅의 실리카 매트 및 전기석 실리카 매트를 이용한 무화염 가열장치(1)의 일 예를 도시한 것이고, 도 4 내지 도 11은 상기 무화염 가열장치(1)를 식품구이에 적용한 다양한 실시예이다.
상기 무화염 가열장치(1)는 사각형 케이스(2) 전면에 형성되는 개방부(3)에 내열성 보호망(4)과, 귀금속 촉매가 코팅된 실리카 매트(5)와, 토르마린 분말이 코팅된 전기석 실리카 매트(6)와, 귀금속 촉매가 코팅된 실리카 매트(7)와, 초기 점화용 전열히터(8)가 내설된 단열매트(9)와, 가스실(12)로 공급된 가스를 실리카 매트(5)(6)(7)로 골고루 확산 공급시키는 가스확산매트(10)와, 가스확산매트(10)의 고정상태를 유지하는 보호망(11)이 차례로 접하여 구성된다.
그리고, 내부 보호망(11)과 케이스(2) 사이에 형성되는 소정 용적의 가스실(12)과, 상기 가스실(12)과 연결되는 가스공급관(13)과, 가스공급량을 조절할 수 있는 수동 또는 자동의 개폐밸브(14)와, 유압계 또는 유량계(15)와, 가스실(12)로 공급되는 가스를 공급 및 차단하는 솔레노이드밸브(16)와, 가스공급원(17)이 구비된다.
상기 가스공급관(13)의 말단은 무화염 가열장치(1)의 설치 상태나 설치 구조등에 따라 케이스(2)의 후방이나 케이스(2)의 상부, 또는 케이스(2)의 측부, 또는 케이스(2)의 하부, 또는 케이스(2)의 경사부 등에 설치되어 가스실(12)로 소정량(또는 소정압력)의 연료가스를 공급하게 된다.
상기 전열히터(8)는 제어기(19)의 제어를 받는 점화전원(18)에 접속되며, 실 리카 매트(5)의 표면 또는 개방부(4)에는 제어기(19)에 접속되는 온도센서(20)가 설치되고, 단열매트(9)의 내부에도 점화상태를 감지하여 그 신호를 제어기(19)로 입력하는 또 다른 온도센서(21)가 설치된다.
상기 보호망(4)(11)을 포함한 각 매트들은 케이스(2) 전면 테두리 부분에 절곡된 절곡부 또는 그 테두리 부분에 결합되는 별도의 브라켓이나 내부의 브라켓(23)으로 견고하게 지지된다. 상기 보호망(4)(11)의 메쉬(mesh) 형상은 삼각형이나 사각형, 또는 마름모형이나 타원형 및 원형 등으로 다양화 할 수 있으며, 메쉬의 크기는 실리카 매트(5)(6)(7)의 크기나 지지력을 감안하여 바람직한 크기로 결정된다.
상기 외부 보호망(4)은 실리카 매트(5)의 고정상태를 유지하기도 하지만 식품이나 사용자가 실리카 매트(5)로 과도하게 접근하는 것을 방지하여 화상(火傷)등을 예방하게 된다.
상기 무화염 가열장치(1)의 표면온도는 예컨대, 300~400℃이고, 가열분위기 온도는 예컨대, 100~300℃ 범위이다.
본 발명 무화염 가열장치(1)는 무화염 방식이므로 2~3㎝까지 근접 가열하더라도 식품이 타지 않는다. 그리고 열침투가 깊은 원적외선 효과에 의해 가열효과를 최대화 할 수 있으며, 가열 온도를 가변함에 따라 원적외선의 파장이 20㎛~2㎛ 범위로 달라지므로 가열식품으로 침투하는 열 깊이를 적절히 조절할 수 있게된다.
본 발명에서 가스확산매트(10)에 의해 가스실(12)로 유입된 가스가 실리카 매트(5)(6)(7)로 골고루 확산 공급된다. 그리고, 초기 점화는 단열매트(9)에 내설 된 전열히터(8)에 의해 이루어지며, 점화가 달성되면 온도센서(21)가 이를 감지하여 제어기(19)로 입력하게 되므로, 제어기(19)는 전열히터(8)로 공급되는 전원을 차단하게 된다. 상기 단열매트(9)는 실리카 매트의 열이 가스실(12)로 이동하는 것을 차단시켜 가스폭발이 방지되므로 사용상의 안전성이 확보된다.
본 발명에서 무화염 가열장치(1)는 케이스(2)를 포함한 전체 두께가 얇은 슬림형으로 구성할 수 있다.
그리고, 케이스(2)의 형상은 대체로 사각형이나, 물론, 원형, 타원형, 삼각형, 다각형, 마름모형, 하트형, 이들의 복합형상으로 다양할 수 있으며, 이에 맞쳐 각 매트(5)(6)(7)의 형상도 케이스(2)와 같은 원형, 타원형, 삼각형, 다각형, 마름모형, 하트형, 이들의 복합형상으로 형상화된다.
본 발명 무화염 가열장치(1)를 이용하여 가열하거나 익힐 수 있는 식품에는 꽁치, 고등어, 오징어, 한치, 피데기 등을 포함한 반건조, 건조, 비건조 상태의 수산물을 포함하여 각종 농산물과 육류가 포함된다. 물론, 도 4 내지 도 1에 도시한 것처럼 다양한 실시 예로 구성하여 난방장치, 건조장치 등으로 적용할 수 있다.
한편, 세라믹(알루미나) 소재로 구성되는 종래 직화방식의 가열장치는 가루가 날리고 먼지가 발생하는 등, 비위생적이었으나 본 발명 무화염 가열장치(1)는 그러한 문제점들이 일소된다.
도 3은 본 발명 무화염 가열장치(1)의 다른 실시 예의 단면 구성도로, 도 2에 도시한 샌드위치 구조의 실리카 매트(5)(6)(7) 대신, 1개의 실리카 매트(5 또는 7)와 중간의 전기석 실리카 매트(6)의 구성을 삭제하여 무화염 가열장치(1a)를 구 성한 것이다.
도 4는 본 발명 무화염 가열장치(1b)의 또 다른 실시 예의 단면 구성도로, 실리카 매트를 반원형이나 돔형으로 구성하여 밑부분을 제외한 대부분의 방향으로 무화염의 원적외선 열이 발생되도록 한 것이다. 상기 구조의 무화염 가열장치(1b)는 조리실이나 난방이나 건조를 원하는 실내의 바닥 중앙에 설치하여 사용할 수 있을 것이다.
도 5는 본 발명 무화염 가열장치(1c)의 또 다른 실시 예의 단면 구성도로, 한 쌍의 무화염 가열장치(1)를 좌우 대칭구조로 설치하여 좌우 양측으로 무화염의 원적외선 열이 발생되도록 구성한 것이다.
상기의 경우 가스공급관(13)의 중앙에 분배기를 설치하여 가스공급원(17)으로부터 공급되는 가스가 각각 공급되게 구성한 것이며, 이 때 가스실(12)을 각각 구성할 수 있지만 도 6과 같이 하나의 가스실(12)로 구성할 수 있다.
도 7은 본 발명 무화염 가열장치의 또 다른 실시 예의 단면 구성도로, 3방향 또는 5방향에 무화염 가열장치(1)를 설치하되, 개방부(3)가 각각 바깥 방향으로 향하도록 설치하여 다수의 면으로 무화염의 원적외선 열이 발생되도록 구성한 것이다. 상기 가스실(12)은 도 7과 같이 각각 구성한 다음 분배기를 통하여 가스가 각각의 가스실로 공급되게 구성할 수 있으며, 물론 상기 각각의 가스실을 하나로 연결되게 구성할 수 있다.
무화염 가열장치(1)를 3방향에 설치한 경우 좌.우측면과 상부면 또는 전.후면과 상부면에 설치되며, 무화염 가열장치(1)를 5방향에 설치한 경우 전,후면과 좌.우측면과 상부면에 설치된다.
상기에서 무화염 가열장치(1) 각각의 개방부(3)가 바깥방향으로 향하도록 설치하였으나, 물론 무화염 가열장치(1) 각각의 개방부(3)가 안쪽방향으로 향하도록 설치하여 무화염의 원적외선 열이 안쪽방향으로 발생되게 구성할 수도 있다.
도 8은 본 발명 무화염 가열장치(1e)의 또 다른 실시 예의 단면 구성도로, 한 쌍의 무화염 가열장치(1)를 좌우 대칭구조로 설치하되 하향 또는 상향할 수록 점차적으로 벌어지는 경사형으로 구성할 수 있음을 도시한 것이며, 이 때 가스실(12)은 각각 또는 하나로 구성할 수 있다. 상기 도 8의 경우 가열 대상물이 양측 상부에 위치하거나 이동하면서 가열되도록 하면 될 것이다.
도 9는 본 발명 무화염 가열장치(1c)의 또 다른 실시 예의 단면 구성도로, 한 쌍의 무화염 가열장치(1)를 상하로 마주 보게 이격 설치하고, 그 사이에 가열 대상물(W)을 이송시키는 이송컨베어(C)를 설치하여 무화염 원적외선 열로 가열되게 구성한 것이다.
도 10은 본 발명 무화염 가열장치(1c)의 또 다른 실시 예의 단면 구성도로, 한 쌍의 무화염 가열장치(1)를 좌우로 마주 보게 이격 설치하고, 그 사이에 가열 대상물(W)을 이송시키는 이송컨베어(C)를 설치하여 무화염 원적외선 열로 가열되게 구성한 것이다.
가열 대상물(W)이 가열될 때 기름등이 흘러내리지 않는 경우에는 도 9와 같이 무화염 가열장치(1)를 상하로 마주 보게 이격 설치하는 것이 바람직하며, 가열 대상물(W)이 가열될 때 기름등이 흘러내리는 경우 도 10과 같이 무화염 가열장 치(1)가 좌우로 마주 보게 이격 설치하는 것이 바람직하다.
도 11은 본 발명 무화염 가열장치의 또 다른 실시 예의 단면 구성도로, 좌우측과 상부측에 무화염 가열장치(1)를 설치하되, 각각의 개방부(3)가 안쪽방향으로 향하도록 설치하여 3면으로부터 무화염의 원적외선 열이 발생되도록 구성하고, 그 하부에 가열 대상물(W)을 이송시키는 이송컨베어(C)를 설치하여 3면으로 무화염 원적외선 열이 발생되게 한 것이다.
도 12는 일 예로 도시한 본 발명 제어기(19)의 회로블럭도이다.
중앙처리장치(CPU), 피엘씨(PLC) 등으로 구성되는 제어부의 입력에 각종 데이터를 입력하고 운전상태 및 운전모드의 선택과 온도설정등을 할 수 있게 키패드/터치스크린과 제어기 이상시 초기화(Reset)시키는 리셋부 등으로 구성되는 설정부(S)와, 무화염 가열장치(1)의 가열온도를 감지하는 온도센서(20)와, 점화여부를 감지하는 온도센서(21)가 각각 접속되고, 상기 제어부의 출력에 가스를 초기 점화시키는 점화히터(8)와, 가스공급관(13)을 개폐시키는 솔레노이드밸브(16)와, 설정값이나 현재값/동작상태/경보광 등이 표시되는 표시부(D)와, 이상이 발생된 경우 소리나 빛 또는 소리와 빛으로 경보를 발하는 경보부(A)가 접속된다.
상기 표시부(D)는 전원공급 상태를 표시하는 전원표시등과, 가열중을 표시하는 가열표시등과, 이상 상태를 알리는 경보등과, 가열온도를 표시하는 온도표시부를 포함하며, 사용의 편의를 위하여 터치스크린으로 표시부를 구성할 수도 있다.
본 발명에서 실리카 매트(5)(6)(7)는 내부 및 외부 또는 외부 표면에 설치되는 온도센서(20)(21)에 의해 100℃ ~ 300℃ 범위의 설정온도로 항온 유지되며, 100 ℃ ~ 300℃ 정도의 비교적 저온을 발생시켜 화재에 안전하며 전면적으로 고른열과 열침투가 깊은 원적외선이 발생된다.
본 발명은 연료가스에 포함된 수분은 100℃ ~ 300℃의 열과 상승기류에 의해 자연스럽게 상승 기화되고, 전기석 실리카 매트(6) 등에 코팅되어 있는 토르마린(Tourmaline)의 전기 분해작용에 의해 수소기체와 수산 음이온이 발생되며, 귀금속 촉매에 의해 수소기체의 빠른 산화반응이 유도되어 다량의 원적외선이 발생되고 식품 조리가 은은한 원적외선 열에 의해 효과적으로 이루어지며, 토르마린과 귀금속 촉매에 의해 각종 냄새들이 탈취 제거된다.
그리고, 전기석 실리카 매트(6)는 토르마린이 코팅되고 비표면적이 넓은 편이어서 많은 양의 수분을 머금게 되며, 열에 의해 기화되는 수분이 분해되면서 발생되는 다량의 음이온은 개방부(3)를 통하여 무화염 가열장치(1) 외부로 배출된다.
그리고, 귀금속 촉매가 코팅된 실리카매트(5)(7)에서 발생되는 열에 의해 음이온 발생량은 온도가 10℃ 상승함에 따라 음이온 발생량이 2배로 증가하며, 본 발명 무화염 가열장치(1)에서 기생번식할 수 있는 일부의 세균이나 병원균이 살균된다.
본 발명에서 무화염 가열장치(1)의 개방부(3)에 설치되는 보호망(4)은 각 매트(5)(6)(7)(9)(10)의 이탈 등을 방지하므로 본 발명 무화염 가열장치(1)가 보호되며, 아울러 전체 디자인이 보다 향상된다.
본 발명은 실리카 매트를 이용하여 원적외선을 발생시키고, 토르마린(Tourmaline)과 귀금속 촉매를 이용하여 음이온을 발생시켜 육질을 태우지 않고 부드럽게 익히며, 냄새가 탈취 정화된다.
본 발명은 무화염 가열방식의 발열매트에 의해 열침투가 깊은 원적외선이 다량으로 발생되는 100℃ ~ 300℃의 분위기 온도와, 연료가스로 부터 기화되는 수분은 토르마린(Tourmaline)의 전기 분해작용에 의해 발생된 수소기체와 수산음이온은 귀금속(백금 등) 촉매에 의해 물분자로의 빠른 산화반응을 유도함으로써 다량의 원적외선 열과 음이온이 발생된다.
즉, 본 발명은 토르마린으로부터 자가 발생되는 전기에너지(0.06mA의 전류)에 의해 연료가스 중에 포함되어 있는 수분이 전기분해되면서 수소기체와 수산음이온으로 방출되어 유해물질들이 제거되고, 귀금속 촉매가 코팅된 실리카 매트로부터 원적외선의 열이 발생되고 더불어 원적외선과 음이온이 자연 발생된다.
그리고, 실리카 매트로부터 발생되는 100℃ ~ 300℃의 분위기 온도에 의해 원적외선 및 음이온 발생량이 더욱 향상되며, 수분의 기화(증발) 효과가 상승될 수록 음이온 발생량은 더욱 높아진다.
그리고, 수분의 전기분해에 의해 증발되는 수소기체는 실리카 매트에 코팅된 귀금속 촉매 표면에서 주위의 공기중에 함유된 산소와 산화반응을 일으켜 다시 수분과 열이 발생되며, 상기 열은 실리카 매트 및 토르마린을 더욱 데워 주게 되므로 수분의 기화가 크게 촉진되고 토르마린의 전기분해 반응 또한 더욱 촉진되므로 원적외선 및 음이온 발생량이 보다 획기적으로 향상된다.
한편, 본 발명 무화염 가열장치(1)는 원적외선 열이 발생되는 난방장치로 이용할 수 있으며, 가열식 건조기로 이용할 수도 있다.
또한, 본 발명은 기화가 크게 촉진되어 유기물 분해능력이 매우 우수하므로 악취가 제거되거나 신속히 탈취된다. 즉, 귀금속 촉매와 토르마린이 코팅된 실리카 매트(5)(6)(7)가 활성화되어 상승기류 속에 포함되어 있는 유해 유기물이나 불유쾌한 냄새, 이를테면 악취, 비린내, 생선탄 냄새, 화학약품, 매연 등이 무해한 상태로 신속히 분해 제거된다.
본 발명에서 화학반응으로 살펴보면, 토르마린 분말 표면에서는
-H2O → H + +OH
여기서 분리된 수소이온(H+)은 음전극으로 끌려가 음전극으로부터 방출되는 전자와 결합되고 중화되어 수소가스(H2)가 되어 증발된다.
-OH + H2O → H3 O2 -(hydroxyl ion)
즉, 수산이온(OH -)은 주변의 물분자와 결합하여 히드록실 음이온이라는 계면활성물질이 되며, 이것이 바로 음이온이다.
그리고, 귀금속 촉매 표면에서의 반응과정을 살펴보면,
2H2 + O2 → 2H2O +ΔH(발열반응)
으로 이루어지고 수분과 함께 2㎛ ~ 20㎛의 유익한 원적외선이 동반된 열이 발생되어 토르마린을 데워주게 되므로 음이온 발생 및 발산이 촉진되며, 귀금속 촉매가 수소가스와 연소되면서 활성화되어 주변의 냄새가 대 부분 제거되는 효과가 있다.
그리고, 토르마린은 열(熱), 마찰(摩擦). 충격(衝擊), 압력(壓力) 등이 가해 지면 더 많은 음이온을 발생한다. 온도가 10℃ 정도 상승하면 음이온 발생은 2배가 되며, 토르마린을 곱게 분쇄하더라도 그 성질을 잃지 않는다. 그러므로 같은 양의 토르마린을 미세하게 분쇄한 쪽이 음이온 발생량이 많아지고 전위도 높아진다.
상기 토르마린은 주변의 수분이나 물과 접촉하면 순간적으로 음이온화 함과 동시에 약 알카리로 변화시키는 힘이 있다.
그리고, 본 발명은 토르마린으로부터 자연 발생되는 전기에너지에 의해 수분의 은은한 기화가 촉진된다. 수분의 기화와 같이 발생되는 원적외선과 음이온이 작용되어 더욱 은은하면서 자연스럽다.
또한, 실리카 매트(5)(6)(7)는 가위 등을 이용하여 원하는 형상 및 모양으로 절단 또는 재단하여 사용하면 되며, 비연소식 가열이므로 가열장치(1)로부터 거리가 멀어지더라도 원적외선에 의해 골고루 가열되는 효과가 있으며 저온에 의한 비연소 가열방식이므로 낙스(NOX) 발생과 눈 따가움 현상이 없으며 환기(창이나 문을 통한 환기)를 자주하지 않아도 사용에 큰 지장이 없는 등의 장점이 있다.
또한 기존의 가열장치들은 가열대상물(식품)이 근접하면 타거나 눌게되고, 조금 떨어지면 가열효율이 크게 떨어지는 등의 문제점과, 유지비가 많이 소요되고 초기 점화시 다량의 미연소 물질이 발생하여 눈이 따갑고 자주 환기를 시켜 주어야 하는 등의 문제점이 있었으나, 본 발명에서는 이러한 문제점들이 일소된다.
이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.
이상과 같이 본 발명은 귀금속 촉매와 토르마린의 전기분해작용에 의해 무화염 가열이 가능하고, 다량으로 발생하는 원적외선 및 음이온에 의해 가열이 보다 촉진될 뿐 아니라 식품이 연하게 구워지고, 주변공기가 정화되고, 유해성 유기물질이 제거되며, 냄새등이 탈취되는 효과가 있다.
또한 본 발명은 100℃ ~ 300℃ 범위의 분위기 온도(저온)에 의한 가열방식이므로 열이용 효율이 높고 낙스(NOX)의 발생이나 눈 따가움 현상이 없다.
또한, 본 발명에서 사용하는 가열원으로 가스(연료가스)를 이용하므로 구조가 간단하고 설치조립이 용이할 뿐 아니라 100℃ ~ 300℃ 정도의 저온을 발생시키므로 소비전력이 절약되는 등의 효과가 있다.

Claims (17)

  1. 소정 두께의 내열성 실리카 매트를 산(酸) 수용액에 2 ~ 5시간 담구어 실리카 매트 표면의 유분과 이물질을 제거한 다음 정류수로 세척 건조하고,
    800 ~ 900℃의 온도로 2 ~ 3시간 소성시키면서 수증기를 분사시켜 표면적을 팽창시키고,
    표면적이 팽창된 상기 실리카 매트를 1Wt%의 귀금속 촉매 용액(25℃)에 10분간 함침시킨 후 50℃에서 2시간 진공 건조하고,
    350℃가 될 때 까지 1분당 5℃씩 온도를 올리면서 산화과정을 거친 다음 350℃에서 600℃까지 소성한 후 냉각시켜 귀금속 촉매를 코팅하여서 된 무화염 실리카 매트.
  2. 청구항 1에 있어서 : 귀금속 촉매가 코팅된 실리카 매트를 담체 무게비로 0.1~0.3Wt%의 Co:Mn:Ba=1:1:2(무게비)의 보조촉매 용액에 함침한 후 상기 소성과정을 거쳐 실리카 매트를 완성하여서 된 무화염 실리카 매트.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서 : 귀금속 촉매는 백금(Pt)ㆍ로듐(Rh)ㆍ팔라듐(pd) 중 하나임을 특징으로 하는 무화염 실리카 매트.
  4. 토르마린을 0.5 ~ 2㎛(1,000~2,000 mesh) 크기의 입자로 습식 분쇄하여 전기 석 분말을 얻고,
    진한 염산과 질산을 1:1의 부피비로 혼합한 산 용액을 얻고,
    상기 전기석 분말 10g당 100㎖의 산(酸)용액을 섞어서 200℃까지 가온하면서 용해하고,
    귀금속 촉매가 코팅된 실리카 매트를 상기 산 용액에 3-5시간 함침한 후 600℃에서 7시간 소성한 다음 냉각시켜서 된 전기석 무화염 실리카 매트.
  5. 케이스 개방부에, 내열성 보호망과, 귀금속 촉매가 코팅된 실리카 매트와, 점화용 전열히터가 내설된 단열매트와, 가스실의 가스를 실리카 매트로 골고루 확산 공급시키는 가스확산매트와, 상기 가스확산매트의 고정상태를 유지하는 내부 보호망이 차례로 접하여 고정되고, 상기 내부 보호망과 케이스 사이에 가스공급관이 연결된 소정 용적의 가스실이 형성되고, 상기 실리카 매트와 상기 단열매트에 온도센서가 각각 설치되어 무화염 원적외선 열이 발생되게 한 것을 특징으로 하는 무화염 가열장치.
  6. 청구항 5에 있어서 : 상기 내열성 보호망과 귀금속 촉매가 코팅된 실리카 매트 사이에 토르마린 분말이 코팅된 전기석 실리카 매트와, 귀금속 촉매가 코팅된 다른 실리카 매트를 부가 설치하여서 된 무화염 가열장치.
  7. 청구항 5에 있어서 : 귀금속 촉매가 코팅된 실리카 매트는 청구항 1 내지 청 구항 3 중 어느 한 항에 의해 제조된 것임을 특징으로 하는 무화염 가열장치.
  8. 청구항 6에 있어서 : 귀금속 촉매가 코팅된 실리카 매트는 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 의해 제조된 것이고, 토르마린 분말이 코팅된 전기석 실리카 매트는 청구항 4에 의해 제조된 것임을 특징으로 하는 무화염 가열장치.
  9. 청구항 5 내지 청구항 8중 어느 한 항에 있어서 : 케이스(2)의 형상은 사각형, 원형, 타원형, 삼각형, 다각형, 마름모형, 하트형, 이들의 복합 형상 중 하나이고, 매트(5)(6)(7)(9)(10)의 형상은 상기 케이스(2)와 같은 형상임을 특징으로 하는 무화염 가열장치.
  10. 청구항 5 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서 : 가스공급원으로부터 공급되는 가스 공급량을 조절할 수 있는 개폐밸브를 가스공급관에 설치하여 실리카 매트(5)(6)(7)의 가열 온도가 가변되게 함으로써 원적외선 파장이 조절되도록 함을 특징으로 하는 무화염 가열장치.
  11. 삭제
  12. 청구항 5 내지 청구항 10중 어느 한 항으로 구성된 한 쌍의 무화염 가열장치(1)를 좌.우 대칭구조로 이격 설치하여서 된 무화염 가열장치.
  13. 상기 청구항 5 내지 청구항 10 중 어느 한 항으로 구성된 무화염 가열장치를 상.하 대칭구조로 이격 설치하여서 된 무화염 가열장치.
  14. 상기 청구항 5 내지 청구항 10 중 어느 한 항으로 구성된 복수의 무화염 가열장치를 좌.우측면과 상부면에 각각 설치하여서 된 무화염 가열장치.
  15. 상기 청구항 5 내지 청구항 10 중 어느 한 항으로 구성된 복수의 무화염 가열장치를 좌.우측면과 전.후면과 상부면에 각각 설치하여서 된 무화염 가열장치.
  16. 청구항 12에 있어서 : 무화염 가열장치 사이에 가열 대상물을 이송시키는 이송컨베어를 설치하여서 된 무화염 가열장치.
  17. 청구항 13에 있어서 : 무화염 가열장치 사이에 가열 대상물을 이송시키는 이송컨베어를 설치하여서 된 무화염 가열장치.
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