KR102044489B1 - 마이크로파를 이용하는 보일러 - Google Patents
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Abstract
태양전지를 활용하여 난방수의 온도분포를 균일하게 하고, 일정한 온도까지 상승시키는 시간을 줄이며, 온도조절을 정확하게 하고, 불필요하게 외부로 방출되는 열을 최대한 줄이는 마이크로파를 이용하는 보일러를 제시한다. 그 보일러는 태양전지와, 태양전지와 연결되어 마이크로파를 발생시키는 마그네트론 및 마그네트론과 공간적으로 이격되어 있으며 마이크로파에 의해 발생하는 열을 전도하여 순환 파이프의 유체를 가열하는 내통을 포함하고, 내통은 마이크로파를 수용하여 발열하는 발열체 및 상기 발열체와 접속되어 있으며 발열체의 열을 전도하는 열전도부를 포함한다.
Description
본 발명은 보일러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양 에너지를 수용하는 마이크로파 발열체의 발열을 이용하는 보일러에 관한 것이다.
마이크로파는 파장이 1m 이하로부터 1mm 이하인 원적외선 부근의 서브밀리파까지를 포함하는 전자기파이다. 마이크로파는 초단파보다 주파수가 높고 파장이 짧으므로, 직진성, 반사, 굴절, 간섭 등의 성질은 빛과 거의 비슷하다. 유전체에 마이크로파가 닿으면 물체를 구성하는 쌍극자가 마이크로파의 전계에 의해 그 축의 배열 방향을 급속히 변화시키는 과정에서 마찰열이 발생한다. 마이크로파를 이용하는 보일러는, 마그네트론에서 발진되어 출력되는 마이크로파를 열원으로 하여 난방수를 가열하는 보일러로서, 종래 가스보일러나 기름보일러에 비하여 상대적으로 에너지 소비량이 적어서 근래 많은 관심을 받고 있다.
마이크로파를 열원으로 하는 보일러(이하, 마이크로파 보일러)는 열원으로부터 발생된 열을 이용하여 난방수를 가열하는 열교환기를 가지고 있다. 종래의 마이크로파 보일러는 열원으로부터 가열되는 피가열체인 가열관을 포함한다. 가열관은 대부분 나선형 또는 지그재그 구조 또는 세분화된 통로로 형성된다. 종래의 마이크로파 보일러는 상기 통로로 난방수가 흐르게 하면서 이 통로를 외부에서 가열하는 방식이었다. 이와 같은 구조 및 방식은, 마이크로파는 피가열체의 외부에서부터 가열하는 것이 아니라 내부에서부터 가열시킨다는 특성을 제대로 활용하지 못하는 것이다.
국내공개특허 제2010-0001084호는 마이크로파에 의해 내부에 흐르는 난방수를 가열하는 방식을 제시하고 있다. 하지만, 마이크로파에 의해 내부의 난방수를 가열하는 방식은 난방수의 온도 분포가 균일하지 못해 일정한 온도까지 상승시키는 데 많은 시간이 소요된다. 또한, 난방수의 불균일한 온도 유동으로 인하여, 온도조절을 정확하게 하기 어렵다. 종래의 마이크로파에 의한 가열은 피가열체의 열량을 최대한 활용하지 못하고, 많은 열을 그대로 외부로 방출하게 된다. 이로 인하여, 마이크로파 보일러를 가동하는 데에는 불필요한 전력 소모가 많게 된다. 또한, 종래의 마이크로파 보일러는 마그네트론을 동작시키는 전원을 다양하게 활용하지 못하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 태양전지를 활용하여 난방수의 온도분포를 균일하게 하고, 일정한 온도까지 상승시키는 시간을 줄이며, 온도조절을 정확하게 하고, 불필요하게 외부로 방출되는 열을 최대한 줄이는 마이크로파를 이용하는 보일러를 제공하는 데 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 마이크로파를 이용하는 보일러는 태양전지와, 상기 태양전지와 연결되어 마이크로파를 발생시키는 마그네트론 및 상기 마그네트론과 공간적으로 이격되어 있으며, 상기 마이크로파에 의해 발생하는 열을 전도하여 순환 파이프의 유체를 가열하는 내통을 포함한다. 이때, 상기 내통은 상기 마이크로파를 수용하여 발열하는 발열체 및 상기 발열체와 접속되어 있으며 상기 발열체의 열을 전도하는 열전도부를 포함한다.
본 발명의 보일러에 있어서, 상기 태양전지 및 상기 마그네트론 사이에는 상기 태양전지로부터 획득한 직류를 교류로 변환시키는 직류-교류 변환기를 포함한다. 상기 발열체는 상기 몸체에서 폭이 점점 좁아지는 공간(b)의 측벽에 부착될 수 있다. 상기 공간의 입구에는 마이크로파 관통홀을 포함하는 반사판이 부착될 수 있다. 상기 발열체는 저면이 돌출되어 이루어질 수 있다. 상기 열전도부는 상기 열전도부의 몸체로부터 돌출되는 복수개의 날개를 포함할 수 있다. 상기 발열체는 속이 빈 통형이고, 통형의 열전도부에 내측에 삽입될 수 있다. 상기 발열체의 내부에는 상기 발열체의 길이방향으로 기립된 기둥 및 상기 기둥에 부착된 복수개의 반사핀을 포함할 수 있다.
바람직한 본 발명의 보일러에 있어서, 상기 발열체는 마이크로파에 의해 가열되는 판재에 형성된 복수개의 관통홀 또는 복수개의 삽입홈 또는 그들의 조합에 수용되는 몰리브덴계 유전체를 포함하며, 상기 몰리브덴계 유전체는 몰리브덴실리사이드(Molybdenum Silicide) 또는 몰리브덴설파이드(Molybdenum Sulfide)으로만 이루어지거나, 또는 상기 몰리브덴실리사이드(Molybdenum Silicide) 또는 몰리브덴설파이드(Molybdenum Sulfide)에 다른 유전체가 복합된 복합유전체 중에서 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 몰리브덴계 유전체는 상기 관통홀의 일부를 채울 수 있다. 상기 몰리브덴계 유전체는 원통 또는 띠 형태일 수 있다.
본 발명의 보일러에 있어서, 상기 판재 및 상기 몰리브덴계 유전체는 실리콘 고용체 Si1-xRx(R;은 고용물질; x는 원자량 비) 또는 알루미늄계 인산염에 의해 접합될 수 있다. 상기 발열체는 마이크로파에 의해 가열되는 유전체 분말과 상기 유전체 분말에 몰리브덴계 유전체 분말을 혼합하여 소결된 소결체 또는 모재에 코팅한 코팅물 중의 어느 하나일 수 있다. 상기 열전도부 및 상기 내통 사이에는 액체 상태의 축열체 또는 축열볼 또는 축열 다공체 또는 그들이 조합 중에 선택된 어느 하나의 축열부가 존재할 수 있다.
본 발명의 마이크로파를 이용하는 보일러에 의하면, 태양전지를 전원으로 하는 마그네트론에 의해 발생하는 마이크로파에 의해 가열되는 발열체의 열을 전달하는 축열체를 활용함으로써, 온수 및 증기의 온도분포를 균일하게 하고, 일정한 온도까지 상승시키는 시간을 줄이며, 온도조절을 정확하게 하고, 불필요하게 외부로 방출되는 열을 최대한 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 마이크로파의 제1 발열부를 이용한 보일러의 하나의 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 마이크로파의 제2 발열부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 마이크로파의 제3 발열부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 마이크로파의 제4 발열부를 이용한 보일러의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 적용되는 복합유전체의 시간에 따른 발열특성을 탄화규소 및 몰리브덴실리사이드와 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명에 의한 마이크로파에 의해 가열되는 제5 발열부를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명에 의한 마이크로파에 의해 가열되는 제6 발열부를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명에 의한 마이크로파에 의해 가열되는 제7 발열부를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명에 의한 마이크로파에 의해 가열되는 제8 발열부를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명에 의한 마이크로파 보일러에 적용되는 축열체의 일부를 나타내는 개략적인 도면들이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 마이크로파의 제2 발열부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 마이크로파의 제3 발열부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 마이크로파의 제4 발열부를 이용한 보일러의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 적용되는 복합유전체의 시간에 따른 발열특성을 탄화규소 및 몰리브덴실리사이드와 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명에 의한 마이크로파에 의해 가열되는 제5 발열부를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명에 의한 마이크로파에 의해 가열되는 제6 발열부를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명에 의한 마이크로파에 의해 가열되는 제7 발열부를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명에 의한 마이크로파에 의해 가열되는 제8 발열부를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명에 의한 마이크로파 보일러에 적용되는 축열체의 일부를 나타내는 개략적인 도면들이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 한편, 상부, 하부, 정면 등과 같이 위치를 지적하는 용어들은 도면에 나타낸 것과 관련될 뿐이다. 실제로, 보일러는 임의의 선택적인 방향으로 사용될 수 있으며, 실제 사용할 때 공간적인 방향은 보일러의 방향 및 회전에 따라 변한다.
본 발명의 실시예는 태양전지를 전원으로 마그네트론에 의해 발생하는 마이크로파로 가열되는 발열체의 열을 전달하는 축열체를 활용함으로써, 온도분포를 균일하게 하고, 일정한 온도까지 상승시키는 시간을 줄이며, 온도조절을 정확하게 하고, 불필요하게 외부로 방출되는 열을 최대한 줄이는 보일러를 제시한다. 이를 위해, 태양전지를 전원으로 활용하는 마이크로파 보일러의 구조에 대하여 자세하게 살펴보기로 한다. 또한, 본 발명의 마이크로파에 의해 가열되는 발열체, 축열체의 구조 및 특성을 구체적으로 알아보고, 발열체에서의 열을 활용하는 방안을 상세하게 설명하기로 한다.
설명의 편의를 위하여, 이하에서는 발열부 및 발열체를 구분하여 사용하기로 한다. 발열체는 마이크로파에 의해 발열되는 소재를 말하고, 발열부는 상기 소재 자체 또는 상기 소재에 다른 기능을 구현하는 요소들이 부가된 것이다. 이에 따라, 발열부는 발열체 자체일 수도 있다. 여기서, 도 1 내지 도 5는 상기 발열체의 형상을 기준으로 살펴본 것이고, 도 7 내지 도 11은 하이브리드 발열체를 추가한 것이다. 도 6은 열전도부의 다른 예를 제시한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 마이크로파의 제1 발열부를 이용한 보일러의 하나의 예를 나타내는 도면이다. 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절단한 단면이고, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 보일러(200)는 외통(10), 내통(16)을 포함하고, 외통(10) 및 내통(16)의 상부는 덮개(11)로 밀봉된다. 외통(10)은 외부로 드러나는 케이스이고, 내통(16)은 순환 파이프(70)에 열을 공급하는 요소들이 장착된 것이다. 순환 파이프(70)는 파이프 고정부(71)에 의해 외통(10)에 고정된다. 외통(10), 내통(16) 및 덮개(11)는 금속 물질이면 가능하나, 상대적으로 형상을 구현하기 쉽고 강성이 뛰어난 철, 알루미늄, 스테인레스강 또는 그들의 합금이 바람직하다. 덮개(11) 아래에는 적어도 하나의 마이크로파 발진기(20)가 설치되어 있다.
외통(10)의 하부에는 본 발명의 보일러의 하중을 지탱하는 받침대(13)가 있다. 받침대(13)는 보일러의 하중을 지탱할 정도이면 충분하다. 외통(10) 및 내통(56) 사이에는 단열재(15)로 채울 수 있다. 이때, 단열재(15)는 마이크로파 발진기(20)에서 발생하는 마이크로파가 투과하는 영역(a)에는 배치되지 않는다. 단열재(15)는 상기 마이크로파는 투과하면서, 열의 방출을 차단시키는 물질로 이루어진다. 단열재(15)는 유리 섬유, 콘크리트, 석고, 내열 플라스틱, 내열 세라믹, 내열지 또는 돌가루 등을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 외통(10)의 내벽에는 내화 벽돌, 내열 보드 등과 같은 단열벽(12)이 부착되어 있다. 단열벽(12)은 그 일부가 제거되어, 마이크로파 발진기(20)가 삽입될 수 있는 공간을 제공한다. 다시 말해, 단열벽(12)은 마이크로파 발진기(20)가 장착된 부분을 제외하고, 외통(10)의 내벽 전체를 감싼다.
내통(16)은 고정판(17)이 부착된 지지보드(14a) 및 끼움부(14b)로 이루어진 지지대(14)로 밀봉된다. 지지보드(14a)는 고정판(17), 내통(16) 및 단열재(15)의 단부에 부착되며, 단열재(15)와 더불어 축열부(60)을 담는 기능을 한다. 지지보드(14a)는 내열성이 우수한 고온 및 고강도의 세라믹으로 이루어진다. 끼움부(14b)는 지지보드(14a)로부터 연장되어 단열벽(12)을 통하여 외통(10)에 단단하게 고정된다. 내통(16)의 내부는 축열부(60)가 채워지고, 축열 기능을 한다. 이에 대해서는 추후에 상세하게 설명하기로 한다.
덮개(11)에는 외부의 태양전지(100)가 연결된다. 경우에 따라, 태양전지(100)에는 직류를 교류로 변환시키는 직류-교류변환기(101)가 부가된다. 직류-교류변환기(101)는 공지의 방식이 가능하며, 예를 들어 전자렌지에서의 국내등록특허 제10-0280737호과 같이 회전형 교류변환수단, 고압트랜스 등을 포함할 수 있고, 국내등록특허 제10-0283656호의 커뮤테이터를 포함하는 회전형 인버터 등이 적용될 수 있다. 이와 같이, 직류-교류변환기(101)는 본 발명의 범주 내에서 다양하게 변형되어 활용될 수 있다.
태양전지(100)와 접속되는 마이크로파 발진기(20)에는 전원을 공급하는 전원선(21)이 배치되어 있다. 태양전지(100)의 용량은 본 발명의 마이크로파 보일러(200)에 적용되는 마이크로파 발진기(20)의 용량과 서로 부합된다. 즉, 마이크로파 발진기(20)의 용량이 크면, 이와 접속되는 태양전지(100)의 용량을 크게 할 수 있다. 태양전지(100)의 구성이나 형태, 종류 등에 관련된 원리, 작용, 효과는 널리 알려진 공지의 기술적 사상이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
마이크로파 발진기(20)는 통상적으로 고전압변압기(transformer)와 마그네트론(magnetron, MGT)을 포함하여 구성되며, 추가로 고전압 콘덴서, 고전압 다이오드를 포함할 수 있다. 고전압변압기는 외부로부터 입력되는 상용 교류전압을 고주파 발생에 적합한 고전압(예를 들면, 4kV 정도)으로 변압하여 마그네트론으로 인가하며, 마그네트론은 고전압 변압기로부터 인가되는 고전압에 의하여 고주파 발진을 하여 마이크로파를 발생시킨다. 마이크로파 발진기(20)는 용도에 따라 수십MHz ~ 수백GHz 영역의 주파수를 갖는 마이크로파를 다양하게 변형하여 사용할 수 있다. 마이크로파 발진기(20)에서 발생한 마이크로파는 도파관(22)을 거쳐 제1 발열부(30a)에 전달된다. 즉, 도파관(22)은 마이크로파를 제1 발열부(30a)에 전달하기 위한 경로이다. 도파관(22)은 그 구성이나 형태, 종류 등에 관련된 원리, 작용, 효과는 널리 알려진 공지의 기술적 사상이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제1 발열부(30a)는 각각의 발진기(20)와 일정한 간격만큼 떨어져서 떨어져 배치된다. 도면에서는 평판 형태의 제1 발열체(31a)를 제시하였다. 제1 발열체(31a)는 발진기(20)에서 가해지는 에너지에 의해 발열되는 유전체이다. 탄화규소 및 탄화규소 화합물 중의 어느 하나일 수 있으며, 상기 탄화규소 화합물은 질화물 또는 별도의 산화물이 혼합될 수 있다. 상기 산화물은 산화철, 알루미나(Al2O3), 산화칼슘(CaO), 실리카(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 산화마그네슘(MgO), 산화구리(CuO), 티탄산바륨(BaTiO3) 및 이트리아-안정화 지르코니아(Yttira Stabilized Zirconia, YSZ) 중에서 선택된 어느 하나의 산화물 또는 그들의 복합물일 수 있다. 제1 발열부(30a)는 구조나 형태가 다양하게 변형될 수 있다.
각각의 제1 발열부(30a)는 구리와 같이 열전도성이 큰 금속인 제1 열전도부(50a)와 접속된다. 제1 열전도부(50a)는 제1 몸체(51a) 및 날개(52)로 이루어진다. 제1 열전도부(50a)는 제1 발열부(30a)에서 발생한 열이 전달되며, 외측의 날개(52)는 축열부(60)로의 열전달 효율을 높인다. 제1 발열부(30a)는 열전도부(50) 상에 접합될 수 있고, 제1 열전도부(50a)의 내부로 삽입될 수도 있다. 고정판(17)은 구리와 같이 열전도성이 우수한 금속이 바람직하다. 내통(16)의 축열부(60)에 전달된 열은 순환파이프(70)를 흐르는 물을 가열시켜 온수 또는 고온의 증기를 생산한다. 생산된 온수 또는 증기는 필요한 곳에 공급된다.
본 발명의 실시예에 의한 마이크로파 보일러(200)는 화석연료를 사용하지 않기 때문에, 공해물질을 배출하지 않기 때문에, 환경오염을 야기하지 않는다. 또한, 마그네트론을 사용하기 때문에, 일정한 온도까지 상승시키는 시간을 단축시키며, 온도를 정확하게 조절할 수 있다. 본 발명의 보일러(200)는 축열체를 도입하여, 온도 및 증기의 온도 분포를 균일하게 하며, 불필요하게 외부로 방출되는 열을 최대한 줄인다. 나아가, 본 발명의 실시예에 의한 마이크로파 보일러(200)는 마그네트론을 동작하는 전원을 태양전지를 활용한다. 태양전지는 청정하고 무한한 에너지인 태양광을 활용하는 것이므로, 태양전지를 본 발명의 마이크로파 보일러를 융합하면, 청정하고 무한한 에너지인 태양광을 활용하는 효율을 높일 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 마이크로파에 의해 가열되는 제2 발열부(30b)를 설명하기 위한 도면이다. 이때, 제2 발명부(30b)가 적용되는 마이크로파 보일러(200)는 도 1 내지 도 3을 참조하기로 한다.
도 4에 의하면, 제2 발열부(30b)는 구리와 같이 열전도성이 큰 금속인 제2 열전도부(50b)와 접속된다. 제2 열전도부(50b)는 제2 몸체(51b) 및 날개(52)로 이루어지며, 제2 발열부(30b)를 감싼다. 제2 열전도부(50b)는 제2 발열부(30b)에서 발생한 열이 전달되며, 외측의 날개(52)는 축열부(60)로의 열전달 효율을 높인다. 제2 발열부(30b)는 폭이 점점 좁아지는 공간(b)의 측벽에 제2 발열체(31b)가 부착된 형태이다. 공간(b)는 입체적으로 보면, 다각뿔, 원뿔, 다각뿔대 또는 원뿔대의 형상 중의 어느 하나를 가질 수 있다.
공간(b)는 제2 발열체(31b)로부터 반사되는 마이크로파가 내부에 국한되도록 한다. 반사되는 마이크로파가 공간(b)에 국한되면, 반사된 마이크로파가 도파관(22)을 손상시키는 것을 방지한다. 공간(b)의 입구에는 반사판(40)이 결합될 수 있다. 반사판(40)은 반사판 몸체(40a), 마이크로파 관통홀(40b) 및 선택적으로 반사층(40c)을 포함한다. 반사판 몸체(40a)은 마이크로파에 의해 발열이 일어나지 않은 물질로 이루어지며, 마이크로파 관통홀(40b)는 도파관(22)으로부터 방출된 마이크로파가 통과한다. 반사층(40c)는 마이크로파를 반사하는 물질로 이루어진다. 반사층(40c)은 적어도 약 13 이상의 높은 원자수를 가지는 금속들이 바람직하며, 이를 테면, 니켈, 니켈-철, 구리, 은, 금, 아연, 텅스텐, 우라늄 또는 이들의 합금들로 이루어진 단층 또는 복층일 수 있다.
폭이 점점 좁아지는 공간(b) 및 반사층(40c)은 제1 발열부(30a)에 비해 제2 발열체(31b)의 발열효율을 더욱 높일 수 있다. 여기서, 발열효율은 태양전지(100)로부터 공급되는 전력에 대비되는 제2 발열체(31b)가 발열하는 효율이므로, 동일한 발열량을 얻기 위한 태양전지(100)의 전력을 줄일 수 있다. 태양전지(100)의 전력이 감소하면, 태양전지(100)의 면적을 줄일 수 있어서, 공간을 보다 효율적으로 활용할 수 있다. 마이크로파의 반사를 공간(b)에 국한시키면, 공간(b)을 벗어나 도파관(22)과 충돌하는 마이크로파의 총량을 줄어든다. 이렇게 되면, 도파관(22)이 마이크로파에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 마이크로파에 의해 가열되는 제3 발열부(30c)를 설명하기 위한 도면이다. 이때, 제3 발열부(30c)가 적용되는 마이크로파 보일러(200)는 도 1 내지 도 3을 참조하기로 한다.
도 5에 의하면, 제3 발열부(30c)는 구리와 같이 열전도성이 큰 금속인 제3 열전도부(50c)와 접속된다. 제3 열전도부(50c)는 제3 몸체(51c) 및 날개(52)로 이루어지며, 제3 발열부(30c)를 감싼다. 제3 열전도부(50c)는 제3 발열부(30c)에서 발생한 열이 전달되며, 외측의 날개(52)는 축열부(60)로의 열전달 효율을 높인다. 공간(c)는 구형에서 도파관(22)을 바라보는 부분은 개방되고 저면은 돌출되어 이루어진다. 제3 발열체(31c)는 공간(c)을 이루도록 제3 몸체(51c)에 부착된다. 상기 저면이 돌출되면, 마이크로파의 반사 효율을 보다 높일 수 있다.
공간(c)는 제3 발열체(31c)로부터 반사되는 마이크로파가 내부에 국한되도록 한다. 반사되는 마이크로파가 공간(c)에 국한되면, 반사된 마이크로파가 도파관(22)을 손상시키는 것을 방지한다. 또한, 공간(c)는 제1 발열부(30a)에 비해 제3 발열체(31c)의 발열효율을 더욱 높일 수 있다. 여기서, 발열효율은 태양전지(100)로부터 공급되는 전력에 대비되는 제3 발열체(31c)가 발열하는 효율이므로, 동일한 발열량을 얻기 위한 태양전지(100)의 전력을 줄일 수 있다. 태양전지(100)의 전력이 감소하면, 태양전지(100)의 면적을 줄일 수 있어서, 공간을 보다 효율적으로 활용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 마이크로파의 제4 발열부(30d)를 이용한 보일러의 하나의 예를 나타내는 도면이다. 여기서는 제4 열전도부(50d)를 제외하고 앞에서 설명한 것과 동일하다. 이에 따라, 동일한 참조부호에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 6에 의하면, 제4 열전도부(50d)는 일측은 도파관(20)이 내장되도록 외통(10)의 상부에 결합하고, 타측은 고정판(17)에 고정되며, 속이 빈 통형 제4 발열체(31d)의 내부에 반사지주(53)가 내장된 제4 발열부(30d)를 포함한다. 제4 발열체(31d)가 통형이라는 점에서 제1 내지 제3 발열체(31a, 31b, 31c)와 다르다. 통형 제4 발열체(31d)는 원형 또는 각형 또는 이들이 조합된 형태가 가능하며, 내부에는 요철이 존재할 수 있다. 제4 발열체(31d)가 외통(10)에 결합되기 때문에, 앞에서 설명한 내통(16), 단열벽(12), 단열재(15) 등의 형상이 달라진다. 제4 발열체(31d)는 금속통의 제4 열전도부(50d)의 내측에 삽입되며, 제4 발열체(31d)는 제4 열전도부(50d)의 전체 또는 일부에 배치될 수 있다.
반사지주(53)는 기둥(53a)에 복수개의 반사핀(53b)이 부착되어 있다. 이때, 기둥(53a)는 고정판(17)에 고정되며 제4 발열체(31d)의 길이방향으로 기립되어 있다. 반사핀(53b)은 각각 소정의 각도로 경사지게 부착되어 도파관(22)으로부터 방출된 마이크로파가 제4 발열체(31d)로 반사된다. 각각의 반사핀(53b)의 형상 및 경사도는 마이크로파를 반사되는 효율을 고려하여 적절하게 설정할 수 있다. 예컨대, 반사핀(53b)은 직선이거나 굽어질 수 있고, 단부와 중심부와의 경사를 서로 달리할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 발열부는 몰리브덴계 화합물을 기반으로 하는 몰리브덴계 유전체가 혼합된 하이브리드 발열체를 제시한다. 구체적으로, 몰리브덴계 유전체는 몰리브덴실리사이드(Molybdenum Silicide) 또는 몰리브덴설파이드(Molybdenum Sulfide) 또는 상기 몰리브덴실리사이드(Molybdenum Silicide) 또는 몰리브덴설파이드(Molybdenum Sulfide)에 다른 유전체가 복합된 복합유전체 중에서 선택된 어느 하나의 물질이다. 상기 다른 유전체는 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 구리(Cu), 타이타늄(Ti), 철(Fe), 니켈(Ni) 및 이트륨(Y) 중에 선택된 어느 물질의 산화물 또는 상기 산화물의 화합물 또는 상기 산화물을 기반으로 한 산화염물일 수 있다.
상기 복합유전체의 경우, 마이크로파에 의한 발열(microwave heating or dielectric heating) 특성을 변화시킨다. 마이크로파에 의한 발열은 물질의 유전적(dielectric) 특성과 관련이 있는데, 이 발열 현상은 유전 손실탄젠트(dielectric loss tangent, tan δ)값이 특정한 범위 내에 있는 물질들(주로 유전체)에서 발견된다. 이 범위보다 높은 손실 탄젠트값을 갖는 물질은 마이크로파를 반사하고, 이 보다 낮은 손실 탄젠트 값을 갖는 물질은 이를 투과한다. 손실 탄젠트는 온도 의존적인 함수로 일반적으로 물질의 온도에 비례한다. 따라서 물질의 손실 탄젠트값을 인위적으로 조절한다면, 온도구간에 따라 마이크로파에 의해 순차적으로 급속 발열을 일으키는 발열체로서 적용이 가능하다.
도 7은 본 발명의 실시예에 적용되는 복합유전체의 시간에 따른 발열특성을 탄화규소 및 몰리브덴실리사이드와 비교하여 나타낸 그래프이다. 도면에서 A는 탄화규소의 발열특성, B는 상온에서의 손실 탄젠트값이 마이크로파 흡수범위 보다 낮은 어떤 유전 물질의 발열 특성, C는 본 발명의 몰리브덴계 복합유전체의 발열특성 및 D는 가열로의 온도분포이다.
도 7에 의하면, 탄화규소는 약 700℃가 지나면 마이크로파의 흡수율이 떨어지면서 승온속도가 줄어들기 시작한다(A 참조). 이는 전술한 바와 같이 탄화규소의 손실 탄젠트값이 온도 증가에 따라 증가하면서 마이크로파 흡수범위를 벗어나기 때문이다. 한편 상온에서의 손실 탄젠트값이 마이크로파 흡수범위 보다 낮은 어떤 유전 물질은 1,200℃에서 비로소 손실 탄젠트값이 마이크로파의 흡수범위 안에 위치하여 발열을 시작한다(B 참조). A곡선과 B곡선 사이의 차이로 인한 두 물질의 발열온도 상의 불연속성으로 인해, 두 물질을 동시에 적용하는 고온영역까지의 고속 승온은 이론적으로 불가능하다.
그런데, 본 발명의 실시예에 의한, 몰리브덴 복합유전체는 몰리브덴실리사이드 또는 몰리브덴설파이드가 혼합됨으로써, 기존 유전물질의 발열온도 하강 효과를 얻을 수 있다(C 참조). 이렇게 되면, 도시된 바와 같이, 대략 700℃ 부근에서 마이크로파 흡수 및 발열 효과가 떨어지기 시작한 탄화규소를 대신하여 몰리브덴 복합유전체가 고온영역까지의 발열을 유도하는 발열체로서 역할을 할 수 있게 되며, 물질의 배합을 통해 A와 C 두 물질의 온도 상의 연속성을 조절한다면, 하이브리드 발열체의 고속 승온이 가능하다(D 참조).
본 발명의 하이브리드 발열체는 몰리브덴계 유전체를 모재 발열체의 관통홀 및 패턴에 물리적으로 삽입하여 형성하거나, 몰리브덴계 유전체 분말을 성형되거나 코팅할 수 있다. 이와 같이, 하이브리드 발열체는 몰리브덴계 실리사이드 또는 몰리브덴계 설파이드를 상기 모재 발열체와 물리적으로 혼합하는 제1 실시예와 몰리브덴계 실리사이드 또는 몰리브덴계 설파이드가 다른 발열체와 복합되는 몰리브덴계 복합유전체를 모두 포함한다. 여기서, 몰리브덴계 실리사이드에는 MoSi2가 있고, 몰리브덴계 설파이드는 MoS2가 바람직하다.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 마이크로파에 의해 가열되는 제5 발열부(30e)를 설명하기 위한 도면이다.
도 8에 의하면, 제5 발열부(30e)는 제5 발열체(31e) 및 관통홀(34)에 삽입되는 몰리브덴계 유전체 봉(32)로 이루어진다. 제5 발열체(31e)는 평판 형태이며, 몰리브덴계 유전체 봉(32)은 원통 형태가 바람직하다. 몰리브덴계 유전체 봉(32)은 서로 일정한 간격을 두고, 서로 독립적으로 배열된다. 제5 발열체(31e)는 탄화규소 및 탄화규소 화합물 중의 어느 하나일 수 있으며, 상기 탄화규소 화합물은 그 질화물 및 별도의 산화물이 혼합될 수 있다. 상기 산화물은 산화철, 알루미나(Al2O3), 산화칼슘(CaO), 실리카(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 산화마그네슘(MgO), 산화구리(CuO), 티탄산바륨(BaTiO3) 및 이트리아-안정화 지르코니아(Yttira Stabilized Zirconia, YSZ) 중에서 선택된 어느 하나의 산화물 또는 그들의 복합물일 수 있다.
상기 산화물은 바인더와 혼련, 소결하는 공정으로 제조할 수 있다. 이때, 상기 바인더는 카르복실메틸 셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 폴리에틸렌옥사이드, 트리에탄올아민, 폴리비닐알코올, 전분 및 폴리아크릴산 화합물로부터 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. 제5 발열체(31e) 및 몰리브덴계 유전체 봉(32)은 실리콘 고용체 또는 알루미늄계 인산염으로 이루어진 접합제(33)에 의해 접착되어 소결된다. 이에 대해서는, 추후에 상세하게 설명하기로 한다. 상기 제2 발열물질에서, 상기 탄화규소 또는 탄화규소 화합물은 전체 중량에서 적어도 60중량%를 차지하는 것이 좋다. 상기 중량이 60중량%보다 작으면 상기 봉(32)에 의한 발열온도를 정밀하게 조절하기 어렵고, 실리콘 고용체 또는 알루미늄계 인산염으로 이루어진 접합제(33)에 의한 접합 효과가 저하된다.
제5 발열부(30e)의 변형예는 제5 발열체(31e) 및 삽입홈(37)에 삽입되는 몰리브덴계 유전체 봉(32a)로 이루어질 수 있다. 삽입홈(37)은 제5 발열체(31e)를 관통한 홀(hole)이 아니고, 제5 발열체(31e)의 일부가 리세스된 홈이다. 상기 변형예를 이루는 구성요소는 구조적인 차이를 제외하고, 앞에서 설명한 것과 동일하다.
한편, 제5 발열체(31e)는 탄화규소가 주를 이루기 때문에 상대적으로 낮은 온도인 대략 700℃ 근처에서 최대로 발열하고, 몰리브덴계 유전체는 대략 700℃ 내지 2,000℃ 이상으로 발열된다. 몰리브덴계 유전체의 발열특성은 앞에서 설명한 바와 같다. 본 발명의 실시예에 의한 제5 발열부(30e)는 전체에서 몰리브덴계 유전체 봉(32)이 차지하는 분율을 조절하여, 제5 발열부(30e)의 발열온도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 몰리브덴계 유전체의 분율이 커지면, 제5 발열부(30e)의 발열온도는 높아진다. 이때, 상기 몰리브덴계 유전체 봉(32)이 차지하는 분율은 상기 봉(32)의 개수 또는 개개의 봉(32)의 부피를 달리하여 조절할 수 있다.
제5 발열체(31e) 및 몰리브덴계 유전체의 봉(32)은 실리콘 고용체 또는 알루미늄계 인산염로 이루어진 접합제(33)에 의해 접착된다. 본 발명의 접합제(33)는 접합 부분이 충분한 접합 강도를 유지하는 것이 필요하다. 즉, 제5 발열부(30e)는 제작 또는 운전 중일 때 받을 수 있는 기계적 충격, 열적인 환경 변화에 의한 잔류응력, 고온으로 인한 열충격 등에 의해 접합 부분이 손상되기 때문이다. 종래의 접합재는 종래의 세라믹 접합용 접합제는 규산 탄산나트륨, 실리카, 알루미나, 산화지르코늄 등이 있다. 약 800℃ 이상의 고온 공정에서는 수명이 짧아져서, 약 800℃ 이상의 고온 공정에서 발열하는 제5 발열부(30e)를 제작하는 것은 거의 불가능하다. 왜냐하면, 제5 발열부(30e)를 약 1,200℃ 이상의 고온의 환경에서 사용한다고 할 때, 종래의 접합제는 위의 온도에서 장시간 사용한다면 접합제 조성물은 경시변화를 일으키고, 접합 부분에 큰 응력집중이 발생하게 된다. 이러한 응력집중에 의해 접합 부분에는 크랙(crack)이 발생하게 된다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 의한 제5 발열부(30e)를 접합하는 접합제로서 실리콘 고용체인 Si1-xRx(R;은 고용물질; x는 원자량 비) 및 알루미늄계 인산염(Aluminum base phosphate)을 제시한다. 상기 접합제의 고용물질(R)은 실리콘이 풍부한 영역에서 실리콘과 함께 액상을 유지하고, 융점이 800℃ 이상인 물질이다. 고용물질(R)은 알루미늄, 티타늄, 철, 마그네슘, 구리 및 바륨 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
알루미늄계 인산염은 수소 결합을 갖는 망목구조로 만들어지며 알루미늄과의 이온 결합력의 증대로 활성도가 양호해지고 축적, 침지되며 이로 인해 교반 및 건조 시 고압축화가 진행되어 고밀도 접합제를 형성한다. 상기 알루미늄계 인산염은 제5 발열체(31e) 및 몰리브덴계 유전체(MoSi2)의 봉(32)의 접합에서 기계적 강도 및 압축성, 내열성 등을 높이는 역할을 한다. 알루미늄계 인산염의 예로써, 인산수소알루미늄(Aluminum hydrogen phosphate)이 있다.
본 발명의 제5 발열부(30e)를 이루는 제5 발열체(31e) 및 몰리브덴계 유전체 봉(32)은 실리콘 원자를 함유한다. 실리콘 고용체 Si1-xRx(R;은 고용물질; x는 원자량 비) 접합제(33)의 고용물질(R)은 실리콘과 같은 결정구조를 가지고, 원자반경이 유사하며, 전기음성도가 비슷하고, 가전자가 유사한 물질이다. 그 중에서도 특히 상태도 상에서 실리콘이 풍부한 영역에서 실리콘과 함께 액상을 유지하고 실리콘과 안정적으로 합성될 수 있는 물질이 바람직하다. 이러한 조건을 모두 만족하는 고용물질(R)로는 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 구리(Cu) 및 바륨(Ba) 중에서 선택된 어느 하나이다. 상기 고용물질(R)은 실리콘과 같은 결정구조를 가지고, 원자반경이 유사하며, 전기음성도가 비슷하고, 가전자가 유사한 물질이므로, 제5 발열체(31e) 및 몰리브덴계 유전체 봉(32)을 구성하는 실리콘 원자와의 접합력이 우수하다.
본 발명의 제5 발열부(30e)는 제5 발열체(31e) 및 몰리브덴계 유전체 봉(32)과 접착력이 우수한 실리콘 고용체 및 알루미늄계 인산염 접합제(33)로 접합함으로써, 접합부분의 경시변화가 거의 없고 응력집중이 발생하지 않는다. 이에 따라, 제5 발열부(30e)를 장시간 사용하여도, 제5 발열부(30e)가 손상되지 않는다. 특히, 제5 발열부(30e)를 1200℃ 이상의 고온에 사용하여도, 열적 충격에 의한 손상이 일어나지 않는다. 또한, 제5 발열부(30e)는 전체에서 몰리브덴계 유전체 봉(32)이 차지하는 분율을 조절하여, 제5 발열부(30e)의 발열온도를 자유롭게 조절할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 마이크로파에 의해 가열되는 제6 발열부(30f)를 설명하기 위한 도면이다. 이때, 제6 발열부(30f)는 제6 발열체(31f)에 몰리브덴계 유전체 봉(32)이 채워지지 않은 복수개의 관통홀(34b)이 존재하는 것을 제외하고, 제5 발열부(30e)와 동일하다. 따라서 중복되는 부분에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 9에 의하면, 제6 발열부(30f)는 몰리브덴계 유전체 봉(32) 및 관통홀(34b)을 포함한다. 관통홀(34b)은 제6 발열체(31f)에 형성된 빈 공간을 말한다. 즉, 관통홀(34b)은 마이크로파가 그대로 통과된다. 이렇게 되면, 제6 발열체(31f) 및 몰리브덴계 유전체 봉(32)은 자체적으로 열을 발생하여 피가열체(도 1의 60)를 간접적으로 가열하나, 관통홀(34b)을 통과한 마이크로파는 피가열체(60)를 직접 가열한다. 본 발명의 실시예의 제6 발열부(30f)는 간접가열 및 직접가열이 혼합된다. 몰리브덴계 유전체 봉(32) 및 관통홀(34b)의 개수, 직경 및 배치는 본 발명의 실시예에 의한 제6 발열부(30f)가 사용되는 용도 및 환경에 따라 다르게 설정될 수 있다.
이때, 관통홀(34b)는 제5 발열부(30e)의 관통홀(34, 34a)와는 달리, 마이크로파를 투과하므로, 적절한 최대 직경을 가져야 한다. 통상적으로 마이크로파는 245 내지 915 MHz 정도이므로, 관통홀(34b)는 최대 직경은 5mm보다 커야 하고, 바람직하게는 7mm보다 커야 한다. 최대 직경의 한계는 본 발명의 실시예에 의한 제6 발열부(30f)의 구조 등을 고려하여 설정할 수 있다. 관통홀(34b)은 직경이 동일한 원, 장공 형태 중의 어느 하나이며, 도면에서는 장공 형태를 표현하였다.
도 10은 본 발명의 실시예에 의한 마이크로파에 의해 가열되는 제7 발열부(30g)를 설명하기 위한 도면이다. 이때, 제7 발열부(30g)는 제7 발열체(31g)에 띠 형상의 몰리브덴계 유전체 패턴(35)을 포함하는 것을 제외하고, 제5 발열부(30e)와 동일하다. 따라서 동일한 참조부호에 대한 구체적인 생략하기로 한다.
도 10에 의하면, 제7 발열부(30g)는 제7 발열체(31g) 및 충진홈(37)에 충진되는 띠 형상의 몰리브덴계 유전체(MoSi2) 패턴(35)으로 이루어진다. 이때, 몰리브덴계 유전체 패턴(35) 및 충진홈(37)은 앞에서 설명한 실리콘 고용체 또는 알루미늄계 인산염 접합제(36)에 의해 접합된다. 이에 따라, 여기서의 실리콘 고용체 또는 알루미늄계 인산염 접합제(36)는 상술한 접합제(33)와 그 특성이 실질적으로 동일하다. 본 발명의 실시예에 의한 제7 발열부(30g)는 전체에서 몰리브덴계 유전체 패턴(35)이 차지하는 분율을 조절하여, 제7 발열부(30g)의 발열온도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 몰리브덴계 유전체(MoSi2)의 분율이 커지면, 제7 발열부(30g)의 발열온도는 높아진다. 이때, 상기 몰리브덴계 유전체 패턴(35)이 차지하는 분율은 상기 패턴(35)의 개수 또는 개개의 패턴(35)의 폭 및 삽입홈(37)의 깊이를 달리하여 조절할 수 있다.
본 발명의 제5 내지 제7 발열부를 이루는 몰리브덴계 유전체는 관통홀 또는 삽입홈에 형성된다. 이와 같은 관통홀 또는 삽입홈은 몰리브덴계 유전체 수용부라고 한다. 몰리브덴계 유전체 수용부는 본 발명의 발열체부 적용되는 장치의 형상, 발열온도 등을 고려하여, 관통홀 또는 삽입홈을 적절하게 선택될 수 있다. 경우에 따라, 제5 내지 제7 발열체(31e, 31f, 31g)는 관통홀 및 삽입홈이 서로 조합된 몰리브덴계 유전체 수용부를 둘 수 있다. 상기 몰리브덴계 유전체 수용부에 충진된 몰리브덴계 유전체는 몰리브덴계 유전체 구조체이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 의한 마이크로파에 의해 가열되는 제8 발열부(30h)를 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 제8 발열부(30h)의 몰리브덴계 유전체는 분말형태로 성형하거나 코팅하는 것을 제외하고, 앞에서 설명한 몰리브덴계 유전체와 동일하다. 이에 따라, 중복되는 부분에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 11에 의하면, 몰리브덴계 유전체 분말(39)은 제5 내지 제7 발열부(30e, 30f, 30g)에서 설명한 제5 내지 제7 발열체(31e, 31f, 31g)가 분말화되어 소결되거나 바인더(도시되지 않음)에 의해 모재(41)에 코팅될 수 있다. 만일, 소결되는 경우라면, 모재(41)는 필요하지 않다. 이때, 몰리브덴계 유전체의 특성 및 분율은 제5 내지 제7 발열부(30e, 30f, 30g)에 상세하게 언급되어 있으므로, 이를 참조하기로 한다. 이때, 상기 바인더는 실리콘 고용체 Si1-xRx(R;은 고용물질; x는 원자량 비) 또는 알루미늄계 인산염 중의 어느 하나일 수 있다.
한편, 제5 내지 제8 발열부(30e~30h)는 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 제1 내지 제4 발열부(30a~30d)에 그대로 적용된다. 다시 말해, 제5 내지 제8 발열부(30e~30h)는 실질적으로 유전체이므로, 제1 내지 제4 발열부(30a~30d)의 제1 내지 제4 발열체(31a~31d)를 대체할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 의한 마이크로파 보일러에 적용되는 축열부(60)의 일부를 나타내는 개략적인 도면들이다.
도 12에 의하면, 축열부(60)은 액체 상태의 축열체(61)이거나(a), 축열볼(62)을 활용하거나(b) 또는 축열 다공체(64)를 적용할 수 있다(c). 축열체(61)는 열전도부(51a~51c)로부터 전달된 열 에너지를 내부에 저장하는 물질이다. 액체 상태의 축열체(61)는 주로 미네랄 오일, 실리콘 오일 등이 있다. 축열볼(62)을 활용하는 경우는 열매체(63)가 함께 존재하는 것이 바람직하다. 축열 다공체(64)의 경우, 동공에 열매체(63)가 함침되어 있는 것이 좋다.
열매체(63)는 온도를 일정한 온도로 유지하기 위하여 사용되는 것으로, 오일 형태가 바람직하다. 열매체(63)를 사용하면, 물을 사용하는 것보다 온도가 쉽게 올라간다. 열매체(63)에 의한 열전달 온도는 본 발명의 실시예에 의한 보일러에 따라 달라지나, 300℃ 내지 400℃일 수 있다. 기존의 열매체인 물은 50~90℃ 정도로 열이 전달되나, 본 발명의 열매체(63)는 기존의 열매체보다 보다 높은 열을 전달할 수 있다. 열매체(63)는 다양한 물질이 가능하나, 올레핀(olefin)계, 아로마틱(aromatic)계, 폴리실록산(polysiloxane)계 열매체(63)가 바람직하다. 열매체(63)를 적용하면, 제1 내지 제8 발열부(30a~30h)의 열에너지가 균일하게 분산되고, 골고루 전달된다.
축열볼(62)은 열을 저장하고 방출하는 물질로서, 열매체(63)에 대하여 화학적으로 안정한 세라믹으로 이루진다. 축열볼(62)은 Al2O3, SiC, Si3N4와 같은 세라믹 물질 또는 그들의 혼합물일 수 있다. 바람직하게는, 축열볼(62)은 마이크로파에 의해 발열되는 유전체이면 더욱 좋다. 왜냐하면, 도파관(22)에서 방출되는 마이크로파의 일부는 제1 내지 제8 발열부(30a~30h)를 투과하여 축열볼(62)에 도달할 수 있기 때문이다. 축열볼(62)이 마이크로파 발진기(20)에서 방출되는 마이크로파를 수용하여 발열하면, 마이크로파를 낭비하지 않고 축열의 기능을 발휘할 수 있다. 이때, 마이크로파에 의해 발열하는 유전체는 앞에서 제시하한 발열체들와 같을 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 축열볼(62)은 열매체(63)의 열을 축열을 함으로써, 가열된 열매체(63)의 온도를 오랜 시간동안 유지할 수 있다. 축열볼(62)의 크기 및 개수는 본 발명의 실시예에 의한 보일러의 크기 및 구조, 열매체(63)의 종류 등을 고려하여 적절하게 선정할 수 있다. 축열 다공체(64)는 미세한 동공이 형성된 다공체로써, 재질은 축열볼(62)과 동일하며, 동공에 앞에서 설명한 열매체(63)가 함침되어 있는 것이 좋다.
본 발명의 실시예에 의한 열매체(63)와 축열볼(62) 또는 열매체(63) 및 축열 다공체(64)는 축열 전도체라고 할 수 있다. 상기 축열 전도체는 발열부(30a~30h)에서 발생하는 열을 직접 순환 파이프(70)의 유체, 주로 난방수에 전달하지 않도록 한다. 본 발명의 보일러는 난방수의 온도 분포가 균일하여 일정한 온도까지 상승시키는 데 적은 시간이 소요된다. 또한, 난방수의 온도 유동이 균일하여, 온도조절을 정확하게 이루어진다. 나아가, 마이크로파에 의해 발생한 열을 최대한 활용하여, 마이크로파 보일러를 가동하는 데에는 불필요한 전력 소모를 줄인다.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10; 외통 11; 덮개
12; 단열벽 13; 받침대
14; 지지대 15; 단열재
16; 내통 17; 고정판
20; 발진기 21; 전원선
22; 도파관
30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h; 제1 내지 제8 발열부
31a, 31b, 31c, 31d, 31e, 31f, 31g, 31h; 제1 내지 제8 발열체
32; 몰리브덴계 유전체 봉
33, 36; 접합제
34, 34a, 34b; 관통홀
35; 몰리브덴계 유전체 패턴
37; 충진홈 40; 반사판
41; 모재
50a, 50b, 50c, 50d; 제1 내지 제4 열전도부
52; 날개 60; 축열부
62; 축열볼 63; 열매체
64; 축열 다공체 70; 순환 파이프
100; 태양전지 101; 직류-교류 변환기
200; 보일러
12; 단열벽 13; 받침대
14; 지지대 15; 단열재
16; 내통 17; 고정판
20; 발진기 21; 전원선
22; 도파관
30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h; 제1 내지 제8 발열부
31a, 31b, 31c, 31d, 31e, 31f, 31g, 31h; 제1 내지 제8 발열체
32; 몰리브덴계 유전체 봉
33, 36; 접합제
34, 34a, 34b; 관통홀
35; 몰리브덴계 유전체 패턴
37; 충진홈 40; 반사판
41; 모재
50a, 50b, 50c, 50d; 제1 내지 제4 열전도부
52; 날개 60; 축열부
62; 축열볼 63; 열매체
64; 축열 다공체 70; 순환 파이프
100; 태양전지 101; 직류-교류 변환기
200; 보일러
Claims (14)
- 태양전지;
상기 태양전지와 연결되어 마이크로파를 발생시키는 마그네트론; 및
상기 마그네트론과 공간적으로 이격되어 있으며, 상기 마이크로파에 의해 발생하는 열을 전도하여 순환 파이프의 유체를 가열하는 내통을 포함하고,
상기 내통은,
상기 마이크로파를 수용하여 발열하는 발열체; 및
상기 발열체와 접속되어 있으며 상기 발열체의 열을 전도하는 열전도부가 내장되고, 상기 발열체는 마이크로파에 의해 가열되는 판재에 형성된 복수개의 관통홀 또는 복수개의 삽입홈 또는 그들의 조합에 수용되는 몰리브덴계 유전체를 포함하며, 상기 몰리브덴계 유전체는 몰리브덴실리사이드(Molybdenum Silicide) 또는 몰리브덴설파이드(Molybdenum Sulfide)으로만 이루어지거나, 또는 상기 몰리브덴실리사이드(Molybdenum Silicide) 또는 몰리브덴설파이드(Molybdenum Sulfide)에 다른 유전체가 복합된 복합유전체 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지고, 상기 발열체는 상기 판재 및 상기 몰리브덴계 유전체로 이루어지며, 상기 마이크로파는 상기 판재 및 상기 몰리브덴계 유전체를 모두 가열하는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용하는 보일러. - 제1항에 있어서, 상기 태양전지 및 상기 마그네트론 사이에는 상기 태양전지로부터 획득한 직류를 교류로 변환시키는 직류-교류 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용하는 보일러.
- 제1항에 있어서, 상기 발열체는 상기 열전도부의 몸체에서 폭이 점점 좁아지는 공간(b)의 측벽에 부착된 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용하는 보일러.
- 제3항에 있어서, 상기 공간의 입구에는 마이크로파 관통홀을 포함하는 반사판이 부착된 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용하는 보일러.
- 제1항에 있어서, 상기 발열체는 저면이 돌출되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용하는 보일러.
- 제1항에 있어서, 상기 열전도부는 상기 열전도부의 몸체로부터 돌출되는 복수개의 날개를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용하는 보일러.
- 제1항에 있어서, 상기 발열체는 속이 빈 통형이고, 통형의 열전도부에 내측에 삽입되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용하는 보일러.
- 제7항에 있어서, 상기 발열체의 내부에는 상기 발열체의 길이방향으로 기립된 기둥 및 상기 기둥에 부착된 복수개의 반사핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용하는 보일러.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 몰리브덴계 유전체는 상기 관통홀의 일부를 채우는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용하는 보일러.
- 제1항에 있어서, 상기 몰리브덴계 유전체는 원통 또는 띠 형태인 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용하는 보일러.
- 제1항에 있어서, 상기 판재 및 상기 몰리브덴계 유전체는 실리콘 고용체 Si1-xRx(R;은 고용물질; x는 원자량 비) 또는 알루미늄계 인산염에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용하는 보일러.
- 제1항에 있어서, 상기 발열체는 마이크로파에 의해 가열되는 유전체 분말과 상기 유전체 분말에 몰리브덴계 유전체 분말을 혼합하여 소결된 소결체 또는 모재에 코팅한 코팅물 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용하는 보일러.
- 제1항에 있어서, 상기 열전도부 및 상기 내통 사이에는 액체 상태의 축열체 또는 축열볼 또는 축열 다공체 또는 그들이 조합 중에 선택된 어느 하나의 축열부가 존재하는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용하는 보일러.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180055763A KR102044489B1 (ko) | 2018-05-16 | 2018-05-16 | 마이크로파를 이용하는 보일러 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180055763A KR102044489B1 (ko) | 2018-05-16 | 2018-05-16 | 마이크로파를 이용하는 보일러 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102044489B1 true KR102044489B1 (ko) | 2019-11-13 |
Family
ID=68535072
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180055763A KR102044489B1 (ko) | 2018-05-16 | 2018-05-16 | 마이크로파를 이용하는 보일러 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102044489B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114777546A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-07-22 | 浙江惠笙活科技有限公司 | 一种太阳能光电用的冷热媒介储能热水热风联供装置 |
Citations (5)
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| WO2005079116A2 (en) * | 2004-02-11 | 2005-08-25 | Micro Heat Limited | Mehod and apparatus for heating a fluidic load using radio frequency energy |
| JP2006024502A (ja) * | 2004-07-09 | 2006-01-26 | Nippon Steel Corp | マイクロ波発熱体およびその製造方法 |
| KR101059984B1 (ko) * | 2011-02-08 | 2011-08-26 | 김동규 | 히터조립체 및 보일러 |
| KR101444288B1 (ko) * | 2013-09-10 | 2014-09-26 | 동화상협 주식회사 | 전자파발열체에 의한 보일러 |
| KR20150142567A (ko) * | 2014-06-12 | 2015-12-22 | 유대형 | 태양전지와 마그네트론을 이용한 온수 보일러 |
-
2018
- 2018-05-16 KR KR1020180055763A patent/KR102044489B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005079116A2 (en) * | 2004-02-11 | 2005-08-25 | Micro Heat Limited | Mehod and apparatus for heating a fluidic load using radio frequency energy |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114777546A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-07-22 | 浙江惠笙活科技有限公司 | 一种太阳能光电用的冷热媒介储能热水热风联供装置 |
| CN114777546B (zh) * | 2022-06-21 | 2022-09-13 | 浙江惠笙活科技有限公司 | 一种太阳能光电用的冷热媒介储能热水热风联供装置 |
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