KR101547014B1 - 마이크로파 축열식 열풍기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로파 축열식 열풍기에 관한 것으로, 더욱 상세히는 마이크로파 축열기를 통과하여 뜨거워진 열풍을 외기와 혼합하여 열풍을 공급하도록 함으로써 가장 효율적인 에너지 효율을 발휘할 수 있는 마이크로파 축열식 열풍기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 마이크로 축열식 열풍기는 마이크로파발산기와, 상기 마이크로파발산기에 의해 가열되는 가열재와, 상기 가열재의 내측에 외기가 흐르면서 열교환이 이루어지는 유로구조물 및 상기 유로구조물에 의해 데워진 기체를 온도는 낮아지면서 부피는 늘어나도록 다시 외기와 혼합하는 혼합기를 포함한다.

Description

마이크로파 축열식 열풍기 {heat-accumulate type fan heater heated from microwave plasma}

본 발명은 마이크로파 축열식 열풍기에 관한 것으로, 더욱 상세히는 마이크로파 축열기를 통과하여 뜨거워진 열풍을 외기와 혼합하여 열풍을 공급하도록 함으로써 가장 효율적인 에너지 효율을 발휘할 수 있는 마이크로파 축열식 열풍기에 관한 것이다.

일반적으로, 열풍기는 전기에너지나 화석연료를 태워 그 열로 유체를 데우고 압력을 가하여 원하는 곳에 공급하는 장치를 말한다.

열풍기는 공간이 작은 장소에서는 전기에너지를 사용하여 열풍을 만들어 공급할 수도 있으나, 산업용으로 또는 체육관과 같이 공간이 아주 큰 장소에서는 전기에너지를 이용하는 종류는 사용이 거의 불가능하다. 그 이유는 전기에너지가 고급에너지로서 매우 비싸기 때문이다. 더불어 전기에너지를 사용하는 열풍기의 경우에는 유체를 신속하게 데울 수 없는 문제점도 포함하고 있다.

따라서, 대용량으로 열풍을 필요로 하는 경우에는 화석연료를 태우는 방식의 열풍기가 적용되는 것이 일반적이다. 화석연료 열풍기는 전기에너지를 사용하는 열풍기보다는 신속하게 유체를 데울 수 있기 때문에 사용이 매우 편리한 이점이 있다. 그러나 화석연료를 사용하는 열풍기는 많이 알려진 바와 같이 환경을 오염시킨다. 더불어 대표적인 화석연료인 원유가격의 상승으로 열량당 가격이 상승하여 사용자에게 비용 증대를 가져다주고 있는 실정이다.

본 발명의 출원인이 출원한 마이크로파 축열보일러가 대한민국 등록특허공보 제10-1060709호로 등록 공지되어 있다. 상술한 종래 마이크로파 축열보일러는 마이크로파발진기를 사용하여 가열재를 가열하고 그 열원을 축열재를 사용하여 보관하되, 극부지역 온도 급상승을 방지코자 보일러 가운데 공기순환수단을 설치하여 구성한 보일러입니다. 이러한 마이크로파발진기를 사용하는 보일러는 물을 데워 순환시켜 작동하도록 되어 있는 물을 매체로 하는 보일러로서, 열풍기에 적용하기에는 개량이 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-1060709호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 마이크로파발진기를 사용하여 가열재를 가열하고 축열재를 사용하여 열을 축적하는 동시에 외기를 흡입하여 특수한 열교환구조의 통로를 통과하면서 가열재와 축열재의 열을 전달받아 열풍으로 변화된 다음 외부로 공급될 수 있는 마이크로파 축열식 열풍기를 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 목적은 열풍기로부터 내부 유로 구조물을 통과하여 전달되어 나오는 열풍뿐만 아니라 마이크로파발산기에 의해 생산된 열원을 장치 내부에 축열하는 동시에 외부로 가는 통로에도 새로운 구성요소를 추가하여 축열하고 배기되는 열원도 재활용할 수 있는 마이크로파 축열식 열풍기를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 마이크로파발산기와, 상기 마이크로파발산기에 의해 가열되는 가열재와, 상기 가열재의 내측에 외기가 흐르면서 열교환이 이루어지는 유로구조물과, 상기 유로구조물을 통과하면서 데워진 기체를 데워지지 않은 새로운 외기와 혼합하는 혼합기를 포함한다.

바람직하게는, 상기 유로구조물 내부 외기가 흐르는 공간에 와류팬이 구비되어 상기 가열재와의 열교환을 돕는다.

바람직하게는, 상기 가열재의 내측에는 축열재가 구비될 수 있다.

바람직하게는, 상기 유로구조물은 외기가 유입되는 유입관과, 상기 유입된 외기가 일시 저장되어 혼합되는 하부 리저버와, 상기 하부 리저버의 기체가 나뉘어져 다수개의 통로를 통하여 상부로 이송되는 가지관들과, 상기 가지관을 통하여 이송된 기체가 일시 저장되어 혼합되는 상부 리저버 및 상기 하부 리저버로부터 데워진 기체가 배출되는 배출관을 포함하고, 상기 유입관으로 유입된 기체가 상기 가지관을 통하여 상기 상하부 리저버 사이를 여러 번 왕복하도록 구비될 수 있다.

바람직하게는, 상기 가열재 내부에는 중앙온도센서가 구비될 수 있다.

바람직하게는, 상기 배출관에는 배출되는 기체의 온도를 감지하는 배기온도센서가 구비될 수 있다.

바람직하게는, 상기 혼합기의 배출구에는 온풍온도센서가 설치되어 배출되는 온풍의 온도가 측정되고, 그 측정된 온도에 따라 온풍의 양이 제어될 수 있다.

바람직하게는, 상기 마이크로파발산기 외부에는 하우징이 설치되고, 상기 하우징에는 마이크로파발산기를 냉각시키는 배기팬이 설치된 배기구가 구비될 수 있다.

바람직하게는, 상기 하우징 배기구와 상기 혼합기 사이에는 바이패스관이 설치되어 상기 하우징 배기구에서 배기되는 기체가 혼합기로 공급될 수 있다.

바람직하게는, 상기 바이패스관에는 이송되는 기체를 외부로 배출시키는 배기구가 구비되고, 이송되는 기체를 배기구 또는 상기 혼합기로 선택적으로 제어하는 밸브가 구비될 수 있다.

바람직하게는, 상기 배출관과 상기 혼합기 사이에는 축열을 위하여 열매가 흐르는 열교환기가 구비될 수 있다.

바람직하게는, 상기 배출관과 상기 혼합기 사이에는 가습장치가 구비될 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 본 발명에 의한 마이크로파 축열식 열풍기는 상온의 외기를 흡입하여 마이크로파발산기에 의해 발생된 열원과 열교환 후 열풍으로 배출되는 구성이기 때문에 적은 비용으로 많은 열량을 얻어낼 수 있는 효과를 제공한다.

(2) 본 발명에 의한 마이크로파 축열식 열풍기는 전기를 공급받아 마이크로파발산기에 의해 가열재를 가열한 다음 열교환을 통해 열풍을 공급하는 구조이기 때문에 청정 에너지를 사용하는 자연 친환경적이다.

(3) 본 발명에 의한 마이크로파 축열식 열풍기는 흡입된 상온의 외기가 상하부 리저버와 가지관을 통하여 상하로 이동되면서 열교환이 이루어진 다음 배기되는 구조이기 때문에 가열재에 의해 발생된 열과 충분한 열교환이 이루어지게 되기 때문에 열효율이 극대화되는 효과를 제공한다.

(4) 본 발명에 의한 마이크로파 축열식 열풍기는 외기가 열풍기 내부에서 데워진 다음 혼합기로 들어가서 새로운 외기와 함께 섞여 공급되는 구성이기 때문에 적절한 온도의 열풍을 대용량으로 공급할 수 있는 길을 열게 되는 효과를 제공한다.

(5) 본 발명에 의한 마이크로파 축열식 열풍기는 열풍기의 과열 방지를 위한 배기구조물로부터 열원과 재열교환이 가능하게 되는 구성이기 때문에 장치의 열효율을 극대화할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 마이크로파 축열식 열풍기마이크로파 축열식 열풍기의 개략적인 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 의한 마이크로파 축열식 열풍기마이크로파 축열식 열풍기의 개략적인 모식도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 의한 마이크로파 축열식 열풍기마이크로파 축열식 열풍기의 개략적인 모식도이다.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 마이크로 축열식 열풍기는 도 1을 참고하면, 마이크로파발산기(30)와, 상기 마이크로파발산기(30)에 의해 가열되는 가열재(50)와, 상기 가열재(50)의 내측에 외기가 흐르면서 열교환이 이루어지는 유로구조물 및 상기 유로구조물에 의해 데워진 기체를 온도는 낮아지면서 부피는 늘어나도록 다시 외기와 혼합하는 혼합기(80)를 포함한다.

여기서, 상기 가열재(50) 내부에는 기체의 급속한 열교환을 돕도록 와류팬(70)이 구비된다. 와류팬(70)은 다수개가 하나의 축(71)에 의해 연결되어 함께 회전되도록 구성되어 있다. 또, 상기 가열재(50)의 내측에는 축열재가 추가로 구비될 수도 있다.

또, 상기 유로구조물은 팬(59)에 의해 외기가 유입되는 유입관(61)과, 상기 유입된 외기가 일시 저장되어 혼합되는 하부 리저버(60a)와, 상기 하부 리저버(60a)의 기체가 나뉘어져 다수개의 통로를 통하여 상부로 이송되는 가지관(60)들과, 상기 가지관(60)을 통하여 이송된 기체가 일시 저장되어 혼합되는 상부 리저버(60b) 및 상기 하부 리저버(60a)로부터 데워진 기체가 배출되는 배출관(62)을 포함하고, 상기 유입관(61)으로 유입된 기체가 상기 가지관(60)을 통하여 상기 상하부 리저버(60a,60b) 사이를 여러 번 왕복하도록 구비된다.

상기 가열재(50) 내부에는 중앙온도센서(201)가 구비된다.

상기 배출관(62)에는 배출되는 기체의 온도를 감지하는 배기온도센서(202)가 구비된다.

상기 혼합기(80)의 배출구(81)에는 온풍온도센서(203)가 설치되어 배출되는 온풍의 양을 제어할 수 있다.

상기 마이크로파발산기(30) 장착용 내부하우징이 설치되고 외부에는 외부 하우징(10)이 설치되고, 상기 하우징(10)에는 배기팬(40)이 설치된 배기구가 구비된다.

상기 하우징(10) 배기구와 상기 혼합기(80) 사이에는 바이패스관(100,101)이 설치되어 상기 하우징(10) 배기구에서 배기되는 기체가 혼합기(80)로 공급될 수 있다.

상기 바이패스관(100,101)에는 이송되는 기체를 외부로 배출시키는 배기구(101a)가 구비되고, 이송되는 기체를 배기구(101a) 또는 상기 혼합기(80)로 선택적으로 제어하는 밸브(103)가 구비된다.

상기 마이크로파발산기(30)는 외부 하우징(10) 내부와 내부 하우징(20) 내부에 설치되어 전원을 공급받아 마이크로파를 상기 가열재(50)에 발산한다. 상기 마이크로발산기(30)는 통상 연속적으로 계속 마이크로파를 발산하지 않고 일정한 간격으로 마이크로파를 발산하도록 제어된다. 이것은 가열재(50)가 너무 높은 온도까지 과열되지 않도록 하기 위함이다. 마이로파에 의한 가열에 따른 특성이기 때문이다. 이러한 특성에 의해 근래까지 마이크로파를 이용한 보일러나 열풍기가 상업화되지 못하고 있는 이유이기도 하다.

상기 하우징(10,20)은 내외부 하우징으로 구성되고, 상기 마이크로파발산기(30)의 내측에 설치되는 내부 하우징(20)은 상기 마이크로파발산기(30)에서 발산되는 전자기파가 외부로 누설되지 않도록 잘 밀폐 구성되어야 한다.

상기 마이크로파발산기(30)의 내측에는 가열재(50)가 설치된다. 가열재(50)는 마이크로파에 의해 가열되는 구성물이다. 여러 가지 재질로 만들 수 있음은 물론이다.

상기 가열재(50)의 내부에는 가열재(50)와 열교환이 이루어지도록 기체 유로가 형성된다.

상기 유로구조물은 상술한 바와 같이, 유입관(61), 상하부 리저버(60a,60b), 가지관(60) 그리고 배출관(62)으로 구성된다. 유입관(61)은 외기가 유입되는 통로이다. 유입관(61)으로 들어온 기체는 하부 리저버(60a)에 우선 머물게 된다.

상기 상하부 리저버(60a,60b)는 흐르는 유체의 열교환 효율을 배가시킨다. 가지관(60)을 유입관(61)으로부터 배출관(62)까지 순차적으로 형성하게 되면, 열교환이 계속 이루어지면서 외기가 데워져 배출되게 된다. 그러나 그것만으로는 목표하는 열효율 만족하기 어렵기 때문에 유로를 흐르는 기체 중에 일부가 나중에 밀려오는 기체와 혼합되도록 리저버(60a,60b)가 설치된 것이다.

통상 가열재(50) 내부의 온도가 일정한 온도범위에서 제어되기 때문에 항상 동일한 온도로 유지되지는 않는다. 그러나 이러한 상하부 리저버(60a,60b) 구조에 의해 흐르는 기체의 일부가 전후의 기체와 일부가 혼합되기 때문에 배출되는 기체의 온도는 더욱 균일한 온도를 유지하게 된다. 이것에 의해 열효율을 더욱 높일 수 있는 것이다.

상기 유입관(61)으로 들어온 기체는 상하부 리저버(60a,60b)를 여러 번 오가면서 부분적으로 시간적으로 서로 혼합 축열된다.

상기 가지관(60)은 가열재(50) 내부 공간을 상하로 나뉘어 설치된다. 특히 중앙에는 공간이 형성되도록 가지관(60)이 원통형 공간을 따라 배열 설치된다. 그 중앙 공간에는 상기 와류팬(70)이 설치된다.

상기 와류팬(70)은 가열재(50) 내부의 열원을 교반하여 최대한 균일한 온도분포를 나타내도록 하고, 상기 와류팬(70)의 회전 또한 에너지원이기 때문에 그 마찰에너지는 열원을 배가시킨다.

상기 가열재(50) 내부에는 중앙온도센서(201)가 설치되어 그 감지된 온도에 따라 상기 마이크로파발산기(50)의 동작이 제어된다.

상기 배출관(62)의 끝단에는 배기온도센서(202)가 설치되어 있다. 이것에 의해 배출관(202)으로 배기되는 기체의 온도를 알게 되고, 이를 토대로 상기 중앙온도센서(201)와 함께 상기 와류팬(70) 구동을 더욱 정확하게 제어할 수 있게 된다. 즉 중앙온도센서(201)의 온도는 기준보다 높게 나왔으나 배기온도센서(202)의 온도가 낮게 감지되면 상기 와류팬(70)의 회전수를 더욱 높이고, 그와 반대이면 회전수를 낮추도록 제어하게 된다.

상기 배출관(62)은 연결관(63)을 통하여 혼합기(80)에 연결된다. 연결관(63)으로 이송된 데워진 기체는 혼합기(80)로 들어서게 되고, 혼합기(80)는 다시 외기를 유입하여 부피는 크게 하고 온도는 낮추어 실내로 공급한다.

상기 혼합기(80)에서 외기를 다시 유입시켜 혼합하는 것은 마이크로파에 의해 데워진 공기의 온도가 실내에 바로 공급하기에는 매우 높은 온도이기 때문이다. 이러한 고온의 기체와 외기를 혼합함으로써 결국 열풍의 부피가 거대하게 된다.

상기 혼합기(80) 배출구(81)에 설치된 온풍온도센서(203)에 의해 감지된 정보에 따라 혼합기(80)의 팬(90)이 제어된다. 즉 배출관(62)을 통하여 생산된 열풍의 온도가 높으면 더욱 회전수를 높여 외기를 많이 혼합하고 반대이면 회전수를 줄여 온도를 유지하도록 하는 것이다.

이러한 온도센서들(201-203)에 의한 제어에 의해 가장 적절한 전원을 사용하여 열풍을 최적으로 생산해 낼 수 있는 것이다.

상기 하우징(10)의 상부에는 다수개의 배기구가 형성된다. 배기구에는 각각 배기팬(40)이 설치되어 있다. 이러한 구조는 하우징(10) 내부의 과열을 막기 위한 것이다.

상기 하우징(10)의 배기구로부터 혼합기(80)까지 바이패스관(100,101)이 연결되어 있다. 바이패스관(100,101)에는 배기구(101a)가 설치되고, 밸브(103)에 의해 기체는 배기 또는 혼합기(80)로 이송된다. 이러한 바이패스관(100,101) 구조에 의해 외부로 유출될 수 있는 열원도 다시 재활용하게 되는 구조이다.

상기 밸브(103)는 상기 중앙온도센서(201)에 의해 감지된 온도정보에 따라 동작하도록 제어된다.

한편, 본 발명에 의한 제2실시예가 도 2에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 상기 배출관(62)과 상기 혼합기(80) 사이, 연결관(63)에 축열을 위하여 열매가 흐르는 열교환기(303)가 구비된다. 열매는 물을 사용할 수도 있고, 그 외 열교환에 우수한 물질을 사용할 수 있다. 열매는 펌프(301)에 의해 탱크(300)와 열교환기(303) 사이를 흐르면서 축열한다.

도 3에 본 발명에 의한 또 다른 실시예인 제3실시예가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 상기 배출관(62)과 상기 혼합기(80) 사이에는 가습장치가 구비된다. 즉 연결관(63)에 드레인 홀(63a)이 형성되고 그 드레인 홀(63a) 하부에는 컨테이너(400)가 설치되어 있으며 그 컨테이너(400)의 물은 펌프(401)와 이송관(402)과 노즐(403)에 의해 연결관(63) 내부에 분사되고 응축되는 물은 다시 드레인 홀(63a)을 통하여 컨테이너(400)로 순환되도록 되어 있다. 물론 열풍에 증발된 수분은 혼합기(80)를 거쳐 실내로 공급된다. 이러한 구조는 비닐하우스와 같은 습한 공기를 많이 사용하는 농업 분야에 유용하게 사용될 수 있는 구성이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

10 : 내부 하우징 20 : 외부 하우징
30 : 마이크로파발산기 40 : 배기팬
50 : 가열재 60 : 가지관
61 : 유입관 62 : 배출관
63 : 연결관 70 : 와류팬
80 : 혼합기 100 : 바이패스관
103 : 밸브

Claims (12)

1. 마이크로파발산기;
   상기 마이크로파발산기에 의해 가열되는 가열재;
   상기 가열재의 내측에 외기가 흐르면서 열교환이 이루어지는 유로구조물; 및
   상기 유로구조물을 통과하면서 데워진 기체를 데워지지 않은 새로운 외기와 혼합하는 혼합기;
   를 포함하고,
   상기 유로구조물 내부 외기가 흐르는 공간에 와류팬이 구비되어 상기 가열재와의 열교환을 돕는 것을 특징으로 하는 마이크로파 축열식 열풍기.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 가열재의 내측에는 축열재가 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로파 축열식 열풍기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 유로구조물은,
   외기가 유입되는 유입관;
   상기 유입된 외기가 일시 저장되어 혼합되는 하부 리저버;
   상기 하부 리저버의 기체가 나뉘어져 다수개의 통로를 통하여 상부로 이송되는 가지관들;
   상기 가지관을 통하여 이송된 기체가 일시 저장되어 혼합되는 상부 리저버; 및
   상기 하부 리저버로부터 데워진 기체가 배출되는 배출관;을 포함하고,
   상기 유입관으로 유입된 기체가 상기 가지관을 통하여 상기 상하부 리저버 사이를 여러 번 왕복하도록 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로파 축열식 열풍기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 가열재 내부에는 중앙온도센서가 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로파 축열식 열풍기.
6. 제4항에 있어서,
   상기 배출관에는 배출되는 기체의 온도를 감지하는 배기온도센서가 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로파 축열식 열풍기.
7. 제1항에 있어서,
   상기 혼합기의 배출구에는 온풍온도센서가 설치되어 배출되는 온풍의 온도가 측정되고, 그 측정된 온도에 따라 온풍의 양이 제어되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 축열식 열풍기.
8. 제1항에 있어서,
   상기 마이크로파발산기 외부에는 하우징이 설치되고, 상기 하우징에는 배기팬이 설치된 배기구가 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로파 축열식 열풍기.
9. 제8항에 있어서,
   상기 하우징 배기구와 상기 혼합기 사이에는 바이패스관이 설치되어 상기 하우징 배기구에서 배기되는 기체가 혼합기로 공급되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 축열식 열풍기.
10. 제9항에 있어서,
    상기 바이패스관에는 이송되는 기체를 외부로 배출시키는 배기구가 구비되고, 이송되는 기체를 배기구 또는 상기 혼합기로 선택적으로 제어하는 밸브가 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로파 축열식 열풍기.
11. 제4항에 있어서,
    상기 배출관과 상기 혼합기 사이에는 축열을 위하여 열매가 흐르는 열교환기가 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로파 축열식 열풍기.
12. 제4항에 있어서,
    상기 배출관과 상기 혼합기 사이에는 가습장치가 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로파 축열식 열풍기.

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