KR101108797B1 - 마이크로파를 이용한 화학약품 가열 장치 및 화학약품 가열 시스템 - Google Patents

마이크로파를 이용한 화학약품 가열 장치 및 화학약품 가열 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로파를 이용한 화학약품 가열 장치 및 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 습식 제조 공법의 화학약품 가열 장치에 있어서, 내부에 화학약품이 채워지는 약품 배스(bath); 상기 약품 배스를 둘러싸도록 위치하며, 내부에 냉각수가 채워지는 온도조절 배스; 및 상기 약품 배스 내부의 화학약품을 가열하기 위한 마이크로파(microwave)를 발생시키는 마이크로파 발생장치;를 포함하며, 상기 마이크로파 발생장치로부터 발생된 마이크로파가 냉각수를 가열할 수 있도록, 상기 약품 배스 내부가 투명한 강화 플라스틱 재질로 구성되는 화학약품 가열 장치 및 이를 이용한 화학약품 가열 시스템에 대한 것이다.
마이크로파, 화학약품, 가열

Description

마이크로파를 이용한 화학약품 가열 장치 및 화학약품 가열 시스템{CHEMICALS HEATING DEVICE AND SYSTEM USING MICROWAVE}
본 발명은 마이크로파를 이용한 화학약품 가열 장치 및 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 내부에 화학약품이 채워진 약품 배스(bath)를 둘러싸도록 위치하는 온도조절 배스와 마이크로파(microwave)를 발생시키는 마이크로파 발생장치로 이루어진 화학약품 가열 장치 및 이를 이용한 화학약품 가열 시스템에 관한 것이다.
습식 방식을 기반으로 제품을 생산하는데 사용되고 있는 대부분의 설비들은 배스(bath) 내 약품들의 화학 반응을 손쉽게 유지/관리하기 위해서 일정한 온도를 유지하는 것은 필수적이다.
따라서, 배스 내부에서 진행되는 화학반응은 열역학(thermodynamics)에 근거한 다양한 가열/냉각 장치들로 조절된다. 산업 기술력이 점차 높아짐에 따라 약품 온도의 효율적인 조절이 요구되고 있으며, 온도에 민감하게 반응을 하는 약품들이 다양하게 출시가 되면서 이전의 단순 가열 방식에서 벗어나 새로운 방식의 화학약품 가열방식이 필요하다.
기존에 실시되던 대부분 화학약품의 가열 방식은 도 1, 2에 도시된 바와 같이 내부에 금속으로 이루어진 열선(1)과 교반기(2) 등을 통해 화약약품의 전도 및 대류 현상을 이용하였다.
이때 열선은 대체로 100℃ 이상의 높은 반응 온도까지 올라가는 경우가 대부분이다. 그러나 습식 제조법에 사용되는 약품들의 끊는점은 고분자가 아닌 단분자의 경우에는 100~200℃ 정도의 범위가 되기 때문에 열선과 접촉하는 약품의 경우에는 부분적으로 기화 현상이 일어날 수 있을 뿐만 아니라 의도한 것과 다른 화학 반응이 유발될 수도 있다.
또한, 고온으로 인하여 약품 전체의 성질이 변할 수 있는 가능성이 있으며, 열선 근처에만 약품의 가열이 급속도로 이루어지기 때문에 약품 온도의 위치별 균일성(uniformity)을 유지하기 위하여 화학약품의 순환(circulation을) 처리를 충분히 해주어야 하는 단점이 있었다.
따라서, 기존에는 반영구적인 약품이더라도 시일이 지날수록 약품의 질이 점점 떨어지게 되고, 이러한 약품의 변질로 인하여 자주 건욕을 해주어야 하는 불편함이 있었다.
이에, 본 발명자는 약품 전체의 온도를 더욱 빠르고 효율적으로 가열시키고 균일하게 유지할 수 있으면서도, 약품의 수명을 더욱 늘려서 원료 및 관리 비용이 크게 절감될 뿐 아니라 생산되는 제품의 질을 일정하게 유지함으로써 효과적으로 품질 관리를 할 수 있는 마이크로파를 이용한 화학약품 가열 장치 및 시스템을 개발하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 습식 제조 공법에 있어서 배스 내부 전체의 약품 온도를 일정하고 가열하고 균일하게 유지시킬 수 있는 화학약품 가열 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 약품의 사용 수명을 늘려서 원료 및 관리 비용이 크게 절감될 뿐 아니라, 생산되는 제품의 질을 일정하게 유지함으로써 효과적으로 품질 관리를 할 수 있는 화학약품 가열 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같은 목적 달성을 위하여, 본 발명은 습식 제조 공법의 화학약품 가열 장치에 있어서, 내부에 화학약품이 채워지는 약품 배스(bath); 상기 약품 배스를 둘러싸도록 위치하며, 내부에 냉각수가 채워지는 온도조절 배스; 및 상기 약품 배스 내부의 화학약품을 가열하기 위한 마이크로파(microwave)를 발생시키는 마이크로파 발생장치;를 포함하며, 상기 마이크로파 발생장치로부터 발생된 마이크로파가 냉각수를 가열할 수 있도록, 상기 약품 배스 내부가 투명한 강화 플라스틱 재질로 구성되는 화학약품 가열 장치를 제공한다.
또한, 상술한 바와 같은 목적 달성을 위하여, 본 발명은 화학약품이 채워지는 약품 배스, 약품 배스를 둘러싸도록 위치하며, 내부에 냉각수가 채워지는 온도조절 배스, 및 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생장치를 포함하는 화학약품 가열 장치의 온도조절 시스템에 있어서, 마이크로파 발생 장치로부터 마이크로파를 발생시킴으로써, 약품 배스 내부의 화학약품 및 온도조절 배스 내부의 냉각수를 함 께 가열시키는 가열 모드; 상기 온도조절 배스 내부에 채워진 냉각수가 단열재 역할을 함으로써, 상기 약품 배스 내부의 화학약품의 온도를 일정하게 유지시키는 유지 모드; 및 온도조절 배스 내부에 채워진 저온의 냉각수가 모터에 의하여 순환하며 약품 배스 내부의 냉각수를 전체적으로 균일하게 냉각시키는 냉각 모드;를 포함하는 화학약품 온도조절 시스템을 제공한다.
여기서, 마이크로파 발생장치로부터 발생된 마이크로파기 냉각수를 효과적으로 가열할 수 있도록, 약품 배스 내부는 투명한 강화 플라스틱 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 마이크로파 발생장치로부터 발생된 마이크로파가 약품 배스 내부에서 난반사를 일으키면서 화학약품을 균일하게 가열할 수 있도록, 약품 배스 내부에 일정한 요철이 형성될 수 있다.
그리고, 화학약품 가열장치 및 시스템은 온도조절 배스 내부의 냉각수를 회전시키기 위하여 냉각수 회전용 모터를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 마이크로파를 이용한 화학약품 가열 장치 및 시스템은 습식 제조 공법 시 마이크로파(microwave)를 이용해 배스(bath) 내부 전체의 약품 온도를 일정하고 가열하고 균일하게 유지시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 마이크로파를 이용한 화학약품 가열 장치 및 시스템은 약품의 사용 수명을 늘려서 원료 및 관리 비용이 크게 절감될 뿐 아니라 생산되는 제품의 질을 일정하게 유지함으로써 효과적으 로 품질 관리를 할 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 화학약품 가열 장치 및 시스템을 다음의 도면을 참조하여 이하 상세하게 설명하기로 한다.
도 1, 2는 기존의 습식공정에서의 화학약품 가열 방식을 보여주는 단면도이고, 도 3, 4는 본 발명의 마이크로파를 이용한 화학약품 가열 장치의 일 실시예를 보여주는 단면도이다.
본 발명의 마이크로파를 이용한 습식 제조 공법의 화학약품 가열 장치는, 내부에 화학약품이 채워지는 약품 배스(bath)(10); 약품 배스(10)를 둘러싸도록 위치하며, 내부에 냉각수가 채워지는 온도조절 배스(20); 및 약품 배스(10) 내부의 화학약품을 가열하기 위한 마이크로파(microwave)를 발생시키는 마이크로파 발생장치(30);를 포함한다.
기존에 대부분의 화학약품은 도 1, 2에 도시된 바와 같이 내부에 금속으로 이루어진 열선(1)과 교반기(2) 등을 통해 화약약품의 전도 및 대류 현상을 이용하여 가열하였다. 이때, 높은 반응 온도로 인하여, 열선과 접촉하는 약품의 부분적 기화 현상이 일어날 수 있을 뿐만 아니라, 의도한 것과 전혀 다른 화학 반응이 유발될 수도 있다.
또한, 고온으로 인하여 약품 전체의 성질이 변할 수 있는 가능성이 크며 시 간이 지날수록 약품의 질이 점점 떨어지게 될 뿐만 아니라, 열선 근처에만 약품의 가열이 급속도로 이루어지기 때문에 약품 온도의 위치별 균일성을 유지하기가 어려워, 별도로 순환 처리를 해주어야 하였다.
따라서, 기존에는 반영구적인 반응 약품이더라도 이러한 약품의 변질로 인하여 자주 건욕을 해주어야 하는 불편함이 있었으며, 이로 인하여 전체적인 생산 효율이 떨어질 뿐만 아니라 전체적인 반응 설비가 복잡해졌다.
본 발명에서는 기존에 사용되던 열선 대신에 전자레인지 등에서 사용되는 마마이크로파를 화학약품의 가열에 적용하였다. 도 3의 단면도에서 도시된 바와 같이, 분사장치(11)를 통하여 화학약품이 약품 배스(10) 내부로 유입되면, 도 4에서 볼 수 있듯이, 마이크로 발생장치(30)로부터 발생한 마이크로파가 화학 약품(10) 내의 물 분자의 수소, 산소 결합에 진동 모드 에너지를 공급함으로써 물 분자만을 선택적으로 진동시켜 약품 전체의 온도를 더욱 빠르고 효율적으로 가열 및 유지할 수 있다. 이로 인하여 약품이 고온에 노출될 수 있는 상황을 제거함으로써, 약품의 성질을 초기와 동일하게 장시간 유지할 수 있다.
한편, 약품 배스(10) 주위에 냉각수가 흐를 수 있도록, 도 4와 같이 약품 배스(10) 주위를 둘러싸도록 온도조절 배스(20)를 위치시킬 수 있다. 온도조절 배스(20)를 약품 배스(10) 주변에 위치시킴으로써, 마이크로파 발생장치(30)로부터 발생한 마이크로파가 약품 배스(10) 내부의 약품을 가열시킴과 동시에, 약품 배스(10)를 둘러싸고 있는 온도조절 배스(20) 내부의 냉각수까지 함께 가열시키게 할 수 있으며, 이를 통해 약품의 온도를 더욱 단시간 내에, 균일하게 가열되도록 할 수 있다.
또한, 온도를 유지시켜야 할 경우, 냉각수가 약품 배스(10) 전체를 둘러싸며 약품 배스(10) 내부의 약품의 온도를 일정하게 유지시키는 단열재 역할을 하게 된다. 따라서, 약품 온도가 상온보다 높게 유지해야 하는 설비인 경우, 전기 사용량을 현저하게 절감할 수 있다.
반대로, 온도를 낮춰야 할 경우에는 저온의 냉각수가 별도로 형성된 냉각수 모터(21)에 의해 약품 배스(10) 주변을 순환하게 되므로 약품 전체를 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
한편, 약품 배스(10) 내부는 다양한 재질로 이루어질 수 있으나, 온도조절 배스(20) 내부의 냉각수까지 마이크로파가 전달되어 효과적으로 온도 조절을 할 수 있도록, 투명한 강화 플라스틱 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 마이크로파가 약품 배스(10) 내부 벽면에 부딪히면서 난반사를 일으켜 균일하고 효율적인 가열을 할 수 있도록, 약품 배스(10) 내부 벽면에 일정한 요철(12)이 형성되도록 설계하는 것이 바람직하다.
한편, 화학약품 가열 장치를 이용한 본 발명의 화학약품 온도조절 시스템은 마이크로파 발생 장치(30)로부터 마이크로파를 발생시킴으로써, 약품 배스(10) 내부의 화학약품 및 온도조절 배스(20) 내부의 냉각수를 함께 가열시키는 가열 모드; 온도조절 배스(20) 내부에 채워진 냉각수가 단열재 역할을 함으로써, 약품 배스(10) 내부의 화학약품의 온도를 일정하게 유지시키는 유지 모드; 및 온도조절 배스(20) 내부에 채워진 저온의 냉각수가 모터(21)에 의하여 순환하며 약품 배스(10) 내부의 냉각수를 전체적으로 균일하게 냉각시키는 냉각 모드;를 포함한다.
앞서 살펴보았듯이, 약품 배스(10) 주위를 둘러싸도록 온도조절 배스(20)를 위치시킴으로써, 약품 배스(10) 내부의 약품을 가열시키는 가열 모드에서, 마이크로파 발생장치(30)로부터 발생한 마이크로파가 약품 배스(10) 내부의 약품을 가열시킴과 동시에, 약품 배스(10)를 둘러싸고 있는 온도조절 배스(20) 내부의 냉각수까지 함께 가열시키게 하여, 이를 통해 약품의 온도를 더욱 단시간 내에, 균일하게 가열되도록 할 수 있다.
또한, 약품 배스(10) 내부의 약품 온도를 유지시켜야 하는 유지 모드에서, 냉각수가 약품 배스(10) 전체를 둘러싸며 약품 배스(10) 내부의 약품의 온도를 일정하게 유지시키는 단열재 역할을 함으로써, 전기 사용량을 현저하게 절감하면서 효율적으로 약품온도를 유지할 수 있다.
또한, 약품 배스(10) 내부의 약품 온도를 냉각시켜야 하는 냉각 모드에서는 저온의 냉각수가 별도로 형성된 냉각수 모터(21)에 의해 약품 배스(10) 주변을 순환함으로써, 약품 전체를 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
한편, 약품 배스(10) 내부는 온도조절 배스(20) 내부의 냉각수까지 마이크로파가 전달되어 효과적으로 온도 조절을 할 수 있도록, 투명한 강화 플라스틱 재질로 이루어질 수 있으며, 또한 마이크로파가 약품 배스(10) 내부 벽면에 부딪히면서 난반사를 일으켜 균일하고 효율적인 가열을 할 수 있도록, 약품 배스(10) 내부 벽면에 일정한 요철(12)이 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 마이크로파를 이용한 화학약품 가열 장치 및 시스템은, 습식 제조 공법 시 마이크로파(microwave)를 이용해 배스(bath) 내부 전체의 약품 온도를 일정하고 가열하고 균일하게 유지시킬 수 있으며, 또한 약품의 사용 수명을 늘려서 원료 및 관리 비용이 크게 절감될 뿐 아니라 생산되는 제품의 질을 일정하게 유지함으로써 효과적으로 품질 관리를 할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
도 1과 도 2는 종래 습식공정에서의 화학약품 가열 방식을 보여주는 단면도.
도 3과 도 4는 본 발명의 마이크로파를 이용한 화학약품 가열 장치의 일실시예를 보여주는 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1: 열선 2: 교반기
10 : 약품 배스 11 : 약품 분사구
12 : 요철 20 : 온도조절 배스
21: 냉각수 회전 모터 30 : 마이크로파 발생장치

Claims (8)

  1. 습식 제조 공법의 화학약품 가열 장치에 있어서, 내부에 화학약품이 채워지는 약품 배스(bath); 상기 약품 배스를 둘러싸도록 위치하며, 내부에 냉각수가 채워지는 온도조절 배스; 및 상기 약품 배스 내부의 화학약품을 가열하기 위한 마이크로파(microwave)를 발생시키는 마이크로파 발생장치;를 포함하며,
    상기 마이크로파 발생장치로부터 발생된 마이크로파가 냉각수를 가열할 수 있도록, 상기 약품 배스 내부가 투명한 강화 플라스틱 재질로 구성되는 화학약품 가열 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로파 발생장치로부터 발생된 마이크로파가 상기 약품 배스 내부에서 난반사를 일으키면서 화학약품을 균일하게 가열할 수 있도록, 상기 약품 배스 내부에 일정한 요철이 형성된 화학약품 가열 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 온도조절 배스 내부의 냉각수를 회전시키는 모터를 더 포함하는 화학약품 가열 장치.
  5. 화학약품이 채워지는 약품 배스, 상기 약품 배스를 둘러싸도록 위치하며, 내부에 냉각수가 채워지는 온도조절 배스 및 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생장치를 포함하는 화학약품 가열 장치의 온도조절 시스템에 있어서,
    상기 마이크로파 발생 장치로부터 마이크로파를 발생시킴으로써, 상기 약품 배스 내부의 화학약품 및 상기 온도조절 배스 내부의 냉각수를 함께 가열시키는 가열 모드;
    상기 온도조절 배스 내부에 채워진 냉각수가 단열재 역할을 함으로써, 상기 약품 배스 내부의 화학약품의 온도를 일정하게 유지시키는 유지 모드; 및
    상기 온도조절 배스 내부에 채워진 저온의 냉각수가 모터에 의하여 순환하며 상기 약품 배스 내부의 냉각수를 전체적으로 균일하게 냉각시키는 냉각 모드;
    를 포함하는 화학약품 온도조절 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 마이크로파 발생장치로부터 발생된 마이크로파가 냉각수를 효과적으로 가열할 수 있도록, 상기 약품 배스 내부가 투명한 강화 플라스틱 재질로 이루어지는 화학약품 온도조절 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 마이크로파 발생장치로부터 발생된 마이크로파가 상기 약품 배스 내부에서 난반사를 일으키면서 화학약품을 균일하게 가열할 수 있도록, 상기 약품 배스 내부에 일정한 요철(12)이 형성된 화학약품 온도조절 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 온도조절 배스 내부의 냉각수를 회전시키는 모터를 더 포함하는 화학약품 온도조절 시스템.
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