KR102404955B1

KR102404955B1 - 연소용 촉매버너와 전기히터를 이용한 복합 가열시스템

Info

Publication number: KR102404955B1
Application number: KR1020210101151A
Authority: KR
Inventors: 방재원
Original assignee: 방재원
Priority date: 2020-08-19
Filing date: 2021-08-02
Publication date: 2022-06-02
Also published as: KR20220022547A; KR20220022858A; KR102404954B1

Abstract

본 발명은 촉매 연소버너의 표면에 전기히터를 장착하여 전기와 가스를 단독 또는 복합적으로 사용할 수 있도록 한 연소용 촉매버너와 전기히터를 이용한 복합 가열시스템에 관한 것으로, 상부가 개방된 내열성 챔버(11)와, 챔버(11) 상부에 설치되는 연소촉매매트(12)와, 연소촉매매트(12) 하부에 설치되는 열차단재(15)와, 열차단재(15) 하부에 형성되는 소정 용적의 가스확산실(16)과, 챔버(11) 일측에 연결되고 가스확산실(16)로 연료가스(17)를 공급 및 차단할 수 있도록 개폐밸브(18)를 갖는 가스공급관(19)과, 가스확산실(16)로 공급되는 가스 공급량을 비례제어하는 가스비례제어밸브(20)와, 연소촉매매트(12)의 상부에 소정거리(L1)로 이격 설치되는 복수의 전기히터(14)와, 연소촉매매트(12) 온도를 감지하는 매트온도센서(21)와, 가열 대상물(29)의 온도를 감지하는 가열온도센서(22) 및 제어기(23)를 포함한다.

Description

연소용 촉매버너와 전기히터를 이용한 복합 가열시스템{Combination heating system using combustion catalyst burner and electric heater}

본 발명은 연소용 촉매버너와 전기히터를 이용한 복합 가열시스템에 관한 것으로, 촉매 연소버너의 상부에 전기히터를 장착시켜 전기와 가스를 단독 또는 복합적으로 사용할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 다양한 형태의 버너(가열장치 또는 연소장치)가 안출 및 사용되고 있으나, 대부분 화염을 이용하여 직접 가열하는 직화방식(直火方式)에 의존하고 있어 가열 대상물(예컨대, 농축수산물이나 그 식품)이 골고루 익지 않을 뿐 아니라, 이들 가열 대상물의 표면이 쉽게 타는 문제점이 있어 근접 가열이 사실상 불가능하다.

따라서 가열 대상물이 타지 않는 거리 또는 눌지 않는 거리 만큼 이격시켜 가열하게 되므로 가열시간이 많이 소요되고 에너지 낭비가 심하여 전체 열효율이 떨어지며, 연소에 필요한 공기 소모량이 많아 실내를 자주 환기시켜 주어야 하는 문제점이 있다.

또한, 원적외선이 발생되는 알루미나(세라믹) 매트를 이용한 가열장치의 경우, 원적외선에 의해 근접 가열이 가능한 장점은 있으나, 사용에 의해 알루미나의 산화가 진척되면서 알루미나 매트의 표면으로부터 발생되는 가루가 가열 대상물 및 주변 공간으로 날리면서 오염시키는 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 발생되도록 구성한 가열장치가 있으나, 1,000℃ 이상의 고온에서 주로 발생되는 낙스(NO_X)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 공기소모량이 많아 실내를 자주 환기시켜 주어야 하는 등의 문제점이 있다.

도 1은 종래 사용된 연소용 촉매버너를 예시한 것으로, 상부가 개방된 내열성 챔버(1)와, 챔버(1) 상부에 연소촉매매트(2)가 설치되고, 그 하부에 단열재층(3)이 설치되고, 단열재층(3) 내부에 전기히터(4)가 설치되고, 단열재층(3) 하부에 열차단재(5)가 설치되고, 열차단재(5) 하부에 가스확산실(6)이 형성되고, 챔버(1) 일측에는 가스확산실(6)로 연료가스(7)를 공급 및 차단할 수 있도록 개폐밸브(8)를 갖는 가스공급관(9) 및 연소촉매매트(2)의 온도를 감지하는 온도센서(10)와 제어기를 포함하여 구성된다.

상기한 종래 연소용 촉매버너의 경우 촉매 버너 단독으로 사용되고 있으며, 연소촉매매트(2) 내부에 장착되는 전기히터(4)는 연소용 촉매의 반응개시 온도 상승 역할을 하고 그 이후는 꺼지는 구성, 이를테면 점화 용도로만 사용하고 있어서 효율이 낮을 뿐 아니라, 연소촉매매트(2)가 동작하는 동안 오프(Off) 상태에서 열스트레스를 받게되므로 내구성과 효율이 떨어지고 사용수명이 단축되는 문제점이 있다.

또한 연소용 촉매버너 내부의 연료가스(7)와 촉매반응으로 발생하는 수분에 의해 연소촉매매트(2)에 내장된 전기히터(4)의 내구성이 짧을 뿐 아니라, 전기히터가 연료가스(7)와 직접 접촉하면서 내부 폭발의 위험성이 있다.

또한, 종래 연소용 촉매버너는 연료가스(7)만 사용하는 저온의 무화염 원적외선 복사열 방식으로 가열 대상물(피가열체)을 건조시키고 있지만 저온이어서 전체적인 건조에는 시간이 많이 걸리는 단점이 있다.

한편, 종래 사용된 화염 발생 가스버너의 경우, 고온의 화염발생으로 불완전 연소되면서 다량의 유해물질과 NOx가 발생되며, 직접가열시 온도제어가 어렵고, 화염으로 근접가열이 어려워 열손실이 많은 문제점이 있다.

또한 전기히터를 단독으로 사용하는 전기버너(전기히터)의 경우, 고온의 적외선 열로 가열 대상물의 표면 건조에는 유리하나 가열 대상물(피가열체)의 내부 가열에는 한계가 있고 내부가 익기 전에 표면이 타는 현상이 발생하는 등 가열 제품의 품질이 저하되고 전기히터의 내구성이 떨어지는 등의 여러 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-1591515호(발명의 명칭: 복합가열식 숯불구이기, 2016. 02. 03. 특허공고) 대한민국 등록특허공보 제10-1797393호(발명의 명칭: 복합가열로 시스템, 2017. 11. 14. 특허공고) 대한민국 공개특허공보 제10-2005-0056726호(발명의 명칭: 복합유도가열 조리기, 2005. 06. 16. 특허공개)

본 발명은 연소촉매매트 상부에 전기히터를 장착시켜 전기와 가스를 단독 또는 복합적으로 사용할 수 있는 연소용 촉매버너와 전기히터를 이용한 복합 가열시스템을 제공함에 목적이 있다.

본 발명의 복합 가열시스템(A)은, 좌우로 이격 설치되는 수직프레임(37)과, 상하로 이격 설치되고 중앙에 개방부(39)가 형성되는 수평프레임(38)과, 수직프레임(37) 부분에 2개의 복합 가열시스템(A)을 수직으로 세워 고정시키되 가열면이 마주보도록 이격 설치하여 중앙에 형성되는 가열공간(40)과, 상부에 설치되는 배기덕트(41)와, 하부에 설치되는 기름배출구(42)와, 배기덕트(41)와 수평프레임(38) 사이에 설치되는 호이스트(43)와, 호이스트(43)에 연결되는 와이어(44)와, 와이어(44) 하단부에 가열 대상물(29)을 담는 망체형 용기를 포함한다.

본 발명의 복합 가열시스템(A)은, 좌우로 이격 설치되는 수직프레임(47)과, 상하로 이격 설치되는 수평프레임(48)과, 상하 수평프레임(48)에 2개의 복합 가열시스템(A)을 상하로 마주보도록 구성하여 그 사이에 구성되는 가열공간(49)과, 개방부(50)를 갖는 일측 수직프레임(47) 부분에 기어드모터(59)에 의해 감속 회전하는 턴테이블(52)을 포함하고, 상기 턴테이블(52)은, 지름이 작고 내측에 위치하는 원형프레임(54)과, 지름이 크고 외측에 위치하는 원형프레임(53)과, 내측 원형프레임(54)과 외측 원형프레임(53)을 서로 연결하여 지지하는 연결프레임(55)(56)과, 내측 원형프레임(54)의 저부면을 지지하는 지지판(57)과, 지지판(57)의 저부면에 회전축(58)이 연결되는 기어드모터(59)와, 가열 대상물(29)을 얹어 지지할 수 있도록 내측 원형프레임(54)과 외측 원형프레임(53) 사이 공간에 설치되는 망체(60)를 더 포함한다.

상기 복합 가열시스템(A)은, 상부가 개방된 내열성 챔버와, 챔버 상부에 설치되는 연소촉매매트와, 연소촉매매트 하부에 설치되는 열차단재와, 열차단재 하부에 형성되는 소정 용적의 가스확산실과, 챔버 일측에 연결되고 가스확산실로 연료가스를 공급 및 차단할 수 있도록 개폐밸브를 갖는 가스공급관과, 가스확산실로 공급되는 가스 공급량을 비례제어하는 가스비례제어밸브와, 연소촉매매트의 상부에 소정거리(L1)로 이격 설치되는 복수의 전기히터와, 연소촉매매트 온도를 감지하는 매트온도센서와, 가열 대상물의 가열 온도를 감지하는 가열온도센서 및 제어기를 포함한다.

상기 챔버(11) 양측에 고정되는 브라켓(24)(25)과, 브라켓(24)(25)의 상부로 연장되는 연장부(24a)(25a)와, 연장부(24a)(25a)의 상단부에 상부로 개방되는 복수의 지지홈(24b)(25b)과, 일측 지지홈(24b)에 얹혀 자유회전하는 꽂이대(30)와, 타측 지지홈(25b)에 얹혀 자유 회전하고 꽂이대(30)의 일측 단부에 끼워져 고정되는 회전링(31)의 링형 홈부분(31a)과, 꽂이대(30)의 타측 단부에 고정되는 체인스프로킷(32)과, 체인스프로킷(32)과 기어드모터(34)의 회전축에 고정된 체인스프로킷(35)을 연결하는 엔드레스형 체인(33)을 포함한다.

상기 제어기(23)는, 제어부(C)의 입력에는 동작상태 및 동작모드의 선택과 온도설정, 초기화(Reset) 등을 행할 수 있는 설정부(S)와, 가열 대상물(29)의 온도를 감지하는 가열온도센서(22)와, 연소촉매매트(12)의 온도를 감지하는 매트온도센서(21)와, 연료가스(17)의 누출이나 유출을 감지하는 가스감지센서(63)가 각각 접속되고, 제어부(C)의 출력에는 설정값이나 현재값/동작상태/경보상태 등이 표시되는 표시부(D)와, 이상이 발생된 경우 소리나 빛 또는 소리와 빛으로 경보를 발하는 경보부(B)와, 소정 온도의 열을 발생시키는 전기히터(14)와, 연료가스(17)를 공급 및 차단시키는 개폐밸브(18)와, 연소촉매매트(12)의 발열량에 맞추어 설정온도에 따른 가스량을 비례제어하는 가스비례제어밸브(20)와, 복수의 꽂이대(30)를 적정 속도로 회전시키는 기어드모터(34)가 접속됨을 특징으로 한다.

상기 연료가스(17)는 LPG, LNG, 부탄가스, 수소가스, 액체석유연료 중 어느 하나 일 수 있다.

상기 복합 가열시스템(A)는, 가열기, 숙성기, 건조기, 구이기, 산업용오븐기, 난방기, 산업용건조기, 식품건조기, 다용도 구이기, 가정용보일러 중 어느 하나에 적용할 수 있다.

상기 전기히터(14)와 연소촉매매트(12)의 이격거리(L1)는 5~20㎜일 수 있다.

본 발명의 복합 가열시스템(A)은 연소촉매매트(12)의 상부에 복수의 전기히터(14)가 직접 접하지 않도록 설치되므로 연소촉매매트(12)의 내구성이 향상되고, 원적외선 복사열과 적외선을 동시 사용할 수 있어서 효율이 증대되며, 전기히터(14)의 내구성이 향상되고, 전기와 가스의 단독 또는 복합 사용이 가능하며, NOx의 발생을 줄일 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 연소촉매매트(12)의 산화반응으로 연료가스(17)가 완전 연소되어 유해물질의 배출이 거의 없으며, 가열 대상물(29)의 근접 가열이 가능하여 열손실과 연료가스(17) 및 전기에너지를 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 연소촉매매트(12)의 상부에 가열 및 점화수단인 복수의 전기히터(14)에 의해 연소촉매매트(12)의 반응개시온도 도달과 촉매의 안정적인 반응이 가능하며, 적외선과 음이온 및 열 발생을 겸하는 효과가 있다.

본 발명은 가스비례제어밸브(20)와 전기히터(14)를 제어하는 방법으로 요구 온도에 맞춰 자동으로 비례 제어하므로 가스 및 전기 에너지가 절약되며, 가열 대상물(29)의 특성에 맞는 온도 설정으로 원적외선과 적외선의 강도를 데이터로 입력하여 자동 제어함으로써 가열품질이 향상되는 효과가 있다.

본 발명은 연소용 촉매의 활성을 저하시키는 수분과 불순물을 전기히터(14)의 열로 신속히 증발시켜 제거함으로서 연소촉매매트(12)의 수명단축이 방지되는 효과가 있다.

본 발명은 연소촉매매트(12)를 구성하는 귀금속 촉매와 토르마린의 전기분해작용에 의해 무화염 가열이 가능하고, 다량으로 발생하는 원적외선 및 음이온에 의해 가열이 보다 촉진될 뿐 아니라 가열 대상물(29)이 연하게 구워지고, 주변공기가 정화되고, 유해성 유기물질이 제거되며, 냄새 등이 탈취되는 효과가 있다.

또한 본 발명은 100℃ ~ 300℃ 범위의 분위기 온도(저온)에 의한 가열방식이므로 열이용 효율이 높고 낙스(NO_X)의 발생이나 눈 따가움 현상이 없다.

또한, 본 발명에서 사용하는 가열원으로 LPG, LNG 등의 연료가스(17)를 이용하므로 구조가 간단하고 설치조립이 용이할 뿐 아니라 100℃ ~ 300℃ 정도의 저온을 발생시키므로 소비전력이 절약되는 등의 효과가 있다.

본 발명은 전기와 가스를 상호 보완적으로 사용하므로 전기히터(14)와 연소촉매매트(12)의 내구성이 증대되며, 다양한 제품에 적용할 수 있는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

도 1 : 종래 연소용 촉매버너의 단면도.
도 2 : 본 발명 일 예로 도시한 복합 가열시스템의 단면도.
도 3 : 본 발명 일 예로 도시한 복합 가열시스템의 평면도.
도 4 : 본 발명 다른 예로 도시한 복합 가열시스템의 단면도.
도 5 : 본 발명 다른 예로 도시한 복합 가열시스템의 평면도.
도 6 : 본 발명 다른 예로 도시한 복합 가열시스템의 일측 브라켓 정면도.
도 7 : 본 발명 다른 예로 도시한 복합 가열시스템의 타측 브라켓 정면도.
도 8 : 본 발명 또 다른 예로 도시한 복합 가열시스템의 단면도.
도 9 : 본 발명 또 다른 예로 도시한 복합 가열시스템의 단면도.
도 10 : 본 발명 또 다른 예로 도시한 복합 가열시스템의 단면도.
도 11 : 본 발명 일 예로 도시한 복합 가열시스템의 제어기 회로 블럭도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략하며, 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.

도 2는 본 발명 일 예로 도시한 복합 가열시스템(A)의 단면 구성도이고, 도 3은 그 평면도로, 상부가 개방된 내열성 챔버(11)와, 챔버(11) 상부에 설치되는 연소촉매매트(12)와, 연소촉매매트(12) 하부에 설치되는 열차단재(15)와, 열차단재(15) 하부에 형성되는 소정 용적의 가스확산실(16)과, 챔버(11) 일측에 연결되고 가스확산실(16)로 연료가스(17)를 공급 및 차단할 수 있도록 개폐밸브(18)를 갖는 가스공급관(19)과, 가스확산실(16)로 공급되는 가스 공급량을 비례제어하는 가스비례제어밸브(20)와, 연소촉매매트(12)의 상부에 소정거리(L1)로 이격 설치되는 복수의 전기히터(14)와, 연소촉매매트(2)의 온도를 감지하는 매트온도센서(21)와, 가열 대상물(29)의 가열온도를 감지하는 가열온도센서(22) 및 제어기(23)를 포함한다.

상기 전기히터(14)는 복수로 구성되며, 연소촉매매트(12) 상부에 등간격으로 이격 설치되어 고른 온도의 연소열을 발생시킨다.

상기 전기히터(14)의 양측 단부는 챔버(11)의 양측면에 상향 고정되는 내열성 브라켓(24)(25)에 절연 고정된다.

상기 전기히터(14)의 가운데 부분은 챔버(11)의 상부면 가운데 부분에 이격 설치되는 복수의 내열성 브라켓(26)에 의해 절연 상태로 지지되면서 연소촉매매트(12)와의 이격거리(L1)가 유지된다. 상기 전기히터(14)는 브라켓(26)에 형성되는 구멍에 끼워져 고정 및 지지된다.

상기 전기히터(14)와 연소촉매매트(12)의 이격거리(L1)는 5~20㎜를 예로 들 수 있으며, 연료가스(17)에 포함된 수분 및 연소촉매매트(12)의 촉매반응시 발생되는 수분을 신속히 증발시켜 전기히터(14)와 연소촉매매트(12)의 수명 단축이 방지되고, 연료가스(17)와의 반응을 방지시켜 폭발 등이 방지된다.

상기 브라켓(24)(25)(26)은 챔버(11) 부분에 체결부재(27)(28)로 체결되거나 용접 등의 방법으로 고정된다.

상기 가열온도센서(22)는 가열 대상물(29)의 가열온도를 감지하여 제어부(C)로 입력함으로써 설정온도와 비교되어 자동 제어되며, 전기히터(14)로부터 5~20㎜ 이격 설치시켜 전기히터(14)로부터 발생되는 고열의 온도에 직접 접촉하지 않도록 함으로써 수명단축을 방지하도록 함이 바람직하다.

상기 전기히터(14)는 제어기(23)의 제어를 받으며, 일측 전원단자 또는 양측 전원단자를 통하여 동작전원이 공급된다.

상기 연료가스(17)는 LPG, LNG, 부탄가스, 수소가스, 액체석유연료 등을 이용할 수 있으며, 연소촉매매트(12)에서의 연소효율이 향상되고 원적외선과 음이온 효과가 배가되며, 특히, 육포, 어묵 등의 각종 구이식품과 가열 대상물(29)을 구울 때 잡냄새가 탈취 제거되며, 연소촉매매트(12)에 코팅되는 전기석 실리카에는 우수한 원적외선과 음이온이 다량으로 발생된다.

상기 연소촉매매트(12)의 발열온도는 촉매 반응에 의해 연료가스(17)가 LPG의 경우 300~400℃의 온도로 가열되고, LNG의 경우 340~450℃의 온도가 가열된다.

상기 매트온도센서(21)의 경우 연소촉매매트(12)의 온도를 감지하여 제어기(23)로 입력하도록 연소촉매매트(12)의 상부면에 접촉하거나 약간 상승 이격하여 설치되며, 가열온도센서(22)의 경우 가열 대상물(29)의 가열온도를 감지하여 제어부(C)로 입력할 수 있도록 전기히터(14) 부근에 이격 설치된다.

상기 열차단재(15)는 내열성이 우수한 실리카 섬유 등으로 구성되며, 가스확산실(16)의 연료가스(17)를 연소촉매매트(12)로 전달하며, 연소촉매매트(12)에서 발생하는 열은 가스확산실(16)의 연료가스(17)로 전달되지 않도록 함으로써 가스폭발을 방지한다.

상기 연소촉매매트(12)는 1층(단층) 보다 상하부층(복층)으로 구성하여 연료가스(17)가 하부층에서 1차 연소되고, 상부층에서 완전 연소되도록 구성함이 바람직하다.

한편, 화성암의 일종인 토르마린(Tourmaline)은 육방정계(六方晶系)의 결정구조를 갖는 전기석(電氣石)으로 비중이 290 ~ 310g/㎠이고, 경도는 70~75이며, 화학성분은 철, 마그네슘, 알칼리 금속 등과 알루미늄의 복잡한 붕규산염으로서 우라늄광, 자철광 등과 같이 스스로 에너지를 축척하여 끊임없이 방출하는 광물 중의 하나이며, 원적외선과 음이온을 방사하여 인체에 활력을 주는 건강보석의 일종이기도 하다.

따라서 본 발명에서 연소촉매매트(12)는 토르마린 분말을 코팅시켜 무화염의 원적외선 열을 다량으로 발생시킬 수 있도록 구성된다.

즉, 소정 두께의 내열성 알루미나 실리카 매트를 산(酸) 수용액에 담구어 표면의 유분과 이물질을 제거한 다음 정류수로 세척 건조하고, 토르마린 입자를 습식 분쇄하여 전기석 분말을 얻은 다음 진한 염산과 질산 혼합용액에 섞어 200℃까지 가온하면서 용해하고, 상기 알루미나 실리카매트에 3-5시간 함침하고, 450℃에서 6~8시간 소성한 다음 냉각시킨 후 귀금속 촉매와 보조촉매를 코팅 건조하고, 산화과정 및 환원과정을 거쳐 소성한 후 귀금속 촉매가 코팅된 전기석 알루미나 실리카 매트를 제조하고, 상기 귀금속 촉매가 코팅된 실리카 매트와 전기석 실리카 매트를 상하로 밀착 또는 접합시켜 무화염 원적외선 열이 발생되는 연소촉매매트(12)가 제조된다.

본 발명은 전기히터(14)가 연소촉매매트(12)의 상부(외부)에 설치되므로, 촉매의 연소개시온도까지 올리는 역할과 지속적인 열을 발생시켜 연소촉매매트(12)의 낮은 열을 보완하게 된다.

본 발명의 복합 가열시스템(A)은 제어부(C)를 통하여 입력된 프로그램 데이터로 가스비례제어밸브(20)와 전기히터(14)를 자동 제어하는 자동화 시스템으로 가열기, 숙성기, 건조기, 구이기, 산업용오븐기, 난방기, 산업용건조기, 식품건조기, 다용도 구이기, 가정용보일러 등에 적용할 수 있다.

도 4, 도 5는 본 발명 다른 실시 예로 도시한 복합 가열시스템(A)의 단면도 및 평면도이고, 도 6, 도 7은 브라켓(24)(25)의 정면도로, 챔버(11) 양측에 고정되는 브라켓(24)(25)을 상부로 연장시킨 연장부(24a)(25a)를 구성하고, 상기 연장부(24a)(25a)의 상단부에 상부로 개방된 "U" 형상이나 반원 형상의 지지홈(24b)(25b)을 소정 간격으로 복수로 형성하여 꽂이식품 등의 가열 대상물(29) 등을 꽂을 수 있는 꽂이대(30)를 수평으로 설치할 수 있도록 하고, 일측 지지홈(24b)에는 침상부(30a)가 형성된 꽂이대(30)의 일측 단부가 얹혀 자유 회전하도록 하고, 타측 지지홈(25b)에는 꽂이대(30)의 일측 단부에 끼워져 고정되는 회전링(31)의 링형 홈부분(31a)을 얹혀 자유 회전하도록 하고, 꽂이대(30)의 타측 단부에는 체인스프로킷(32)을 각각 끼운 다음 고정하고, 체인스프로킷(32)은 엔드레스형 체인(33)으로 연결하되, 기어드모터(34)의 회전축에 고정된 체인스프로킷(35)에 연결시켜 저속회전력이 전달되도록 구성된다.

상기 전기히터(14)와 가열 대상물(29)의 방향은 서로 평행하도록 구성하거나, 서로 직각방향으로 구성될 수 있음은 물론이다.

상기 지지홈(24b)(25b)의 상부 양측은 꽂이대(30)가 쉽게 출입할 수 있도록 만곡형이거나 경사형이 바람직하다.

도 8은 본 발명 복합 가열시스템(A)의 또 다른 실시예의 단면 구성도로, 복합 가열시스템(A)의 상부에 기어드모터에 의해 회전하는 체인컨베어(36)나 회전 망체를 설치하여 가열 대상물(29)을 천천히 이동시키면서 가열시킬 수 있도록 구성할 수 있도록 구성한 것이다. 상기 체인컨베어(36)와 전기히터(14)의 방향은 서로 평행하도록 구성하거나, 서로 직각방향으로 구성될 수 있음은 물론이다.

도 9는 본 발명 복합 가열시스템(A)의 또 다른 실시예의 단면 구성도로, 좌우로 이격 설치되는 수직프레임(37)과, 상하로 이격 설치되고 중앙에 개방부(39)가 형성되는 수평프레임(38)으로 구성되는 기대와, 수직프레임(37) 부분에 2개의 복합 가열시스템(A)을 수직으로 세워 고정시키되 가열면, 이를테면 전기히터(14)가 서로 마주보도록 이격 설치하여 중앙부에 가열공간(40)을 형성하고, 상부에는 배기덕트(41)를 설치하고, 하부에는 기름배출구(42)를 설치하고, 배기덕트(41)와 수평프레임(38) 사이에 천정형 컨베어, 또는 트롤로이 컨베어, 또는 호이스트(43) 등을 설치하고, 호이스트(43)에 연결되는 와이어(44)의 하단부에는 가열 대상물(29) 또는 가열 대상물(29)을 담는 망체형 용기를 이용하여 가열 대상물(29)을 보다 효율적으로 가열시킬 수 있도록 구성한 것이다.

상기 배기덕트(41)를 통하여 가열 대상물(29)이 가열될 때 발생하는 유해 가스 등이 외기로 배출된다.

상기의 경우 2개의 복합 가열시스템(A)이 양측에 수직으로 설치되고, 하부에 기름배출구(42)가 구성되므로 가열 대상물(29)이 가열 및/또는 구이 과정에서 발생되는 기름이 낙하 배출되므로 가열 및/또는 구이 과정에서 기름이 많이 발생되는 가열 대상물(29)을 가열 및/또는 구이하는데 적합하다.

상기에서 좌우 양측에 2개의 복합 가열시스템(A)을 마주보도록 구성하였으나, 보다 효율적인 가열을 위하여 수직프레임(37) 및 수평프레임(38)의 전후 좌우측에 4개의 복합 가열시스템(A)을 마주보게 설치하여 가열효율을 2배 이상 향상되게 구성할 수 있으며, 물론 가열 여건이나 상황에 맞춰 복합 가열시스템(A)을 1개 내지 4개를 선택하거나 복합 운용할 수 있음은 물론이다.

도 10은 턴테이블(turntable)을 이용하여 가열 대상물(29)을 효율적으로 가열시킬 수 있게 구성한 본 발명 복합 가열시스템(A)의 단면 예시도로, 좌우로 이격 설치되는 수직프레임(47)과 상하로 이격 설치되는 수평프레임(48)으로 구성되는 기대와, 상하 수평프레임(48)에 2개의 복합 가열시스템(A)을 상하로 마주보도록 구성하여 그 사이에 가열공간(49)을 구성하고, 개방부(50)를 갖는 일측 수직프레임(47) 부분에 기어드모터(59)에 의해 감속 회전하는 턴테이블(52)이 설치된다.

상기 턴테이블(52)은, 지름이 작고 내측에 위치하는 원형프레임(54)과, 지름이 크고 외측에 위치하는 원형프레임(53)과, 내측 원형프레임(54)과 외측 원형프레임(53)을 서로 연결하여 지지하는 연결프레임(55)(56)과, 내측 원형프레임(54)의 저부면을 지지하는 지지판(57)과, 지지판(57)의 저부면에 회전축(58)이 연결되는 기어드모터(59)와, 가열 대상물(29)을 얹어 지지할 수 있도록 내측 원형프레임(54)과 외측 원형프레임(53) 사이 공간에 설치되는 망체(60)를 포함하여 구성된다.

상기 복합 가열시스템(A)과 턴테이블(52)의 상부에는 배기덕트(61)가 설치되어 가열 중에 발생하는 유해가스 등이 외기로 배출된다.

상기 턴테이블(52)의 무게가 가벼운 경우 기어드모터(59)에 의해 지지될 수 있으며, 턴테이블(52)의 무게가 무거운 경우 별도의 도시안된 지지수단에 의해 턴테이블(52)의 회전이 지지되게 구성할 수도 있다.

본 발명에서 복합 가열시스템(A)의 주변, 이를테면 상부나 하부 또는 측부에 가스감지센서(63)가 설치되어 누설가스 또는 유출가스를 감지하여 제어기(23)로 입력되어 경보되도록 구성함으로써 신속한 조치가 이루어질 수 있다.

도 11은 본 발명 일 예로 도시한 복합 가열시스템(A)의 제어기(23)의 회로 블럭도로, PLC(Programmable Logic Controller), 중앙처리장치(CPU), 마이컴(MICOM), MCU [Micro Controller Unit] 등으로 구성되는 제어부(C)의 입력에는 동작상태 및 동작모드의 선택과 온도설정, 초기화(Reset) 등을 행할 수 있는 설정부(S)와, 가열 대상물(29)의 온도를 감지하는 가열온도센서(22)와, 연소촉매매트(12)의 온도를 감지하는 매트온도센서(21)와, 연료가스(17)의 누출이나 유출을 감지하는 가스감지센서(63)가 각각 접속되고, 제어부(C)의 출력에는 설정값이나 현재값/동작상태/경보상태 등이 표시되는 표시부(D)와, 이상이 발생된 경우 소리나 빛 또는 소리와 빛으로 경보를 발하는 경보부(B)와, 소정 온도의 열을 발생시키는 전기히터(14)와, 연료가스(17)를 공급 및 차단시키는 개폐밸브(18)와, 연소촉매매트(12)의 발열량에 맞추어 설정온도에 따른 가스량을 비례제어하는 가스비례제어밸브(20)와, 복수의 꽂이대(30)를 적정 속도로 회전시키는 기어드모터(34)와, 턴테이블(52)을 적정 속도로 회전시키는 기어드모터(59)와, 호이스트(43), 체인컨베어(36)의 구동부가 각각 접속되어 제어부(C)의 제어를 받게된다.

상기 개폐밸브(18)와 가스비례제어밸브(20)는 내장된 솔레노이드 등을 제어하는 방법으로 해당 플러저의 회전각도나 이송위치를 변위시켜 연료가스(17)의 공급이나 차단 및 공급량 제어를 달성하게되며, 호이스트(43)와 체인컨베어(36)의 경우 구동수단이나 구동부를 제어하게 된다.

상기 표시부(D)는 전원공급 상태를 표시하는 전원표시등과, 가열중을 표시하는 가열표시등과, 이상 상태를 알리는 경보등과, 가열온도를 표시하는 온도표시부 등을 포함하며, 사용의 편의를 위하여 터치스크린으로 구성할 수도 있다.

본 발명에서 연소촉매매트(12)는 설정부(S)와 매트온도센서(21)에 의해 250℃ ~ 450℃ 범위의 설정온도로 항온 유지되며, 250℃ ~ 450℃ 정도의 비교적 저온을 발생시켜 화재에 안전하며 전면적으로 고른열과 열침투가 깊은 원적외선이 발생된다.

본 발명은 연료가스(17)에 포함된 수분은 연소촉매매트(12)에 의한 250℃ ~ 450℃의 열과 전기히터(14)에 의한 2차 열에 의해 자연스럽게 상승 기화되므로 연료가스(17)와의 반응에 의한 폭발이 방지되며, 또한 연소촉매매트(12)와 전기히터(14)의 효율저하 및 수명단축 등이 방지된다.

또한, 본 발명은 기화가 크게 촉진되어 유기물 분해능력이 매우 우수하므로 악취가 신속히 탈취된다. 즉, 귀금속 촉매와 토르마린이 코팅된 연소촉매매트(12)가 활성화되어 상승기류 속에 포함되어 있는 유해 유기물이나 불유쾌한 냄새, 이를테면 악취, 비린내, 생선 탄 냄새, 화학약품, 매연 등이 무해한 상태로 신속히 분해 제거된다.

그리고, 본 발명은 토르마린으로부터 자연 발생되는 전기에너지에 의해 수분의 은은한 기화가 촉진된다. 수분의 기화와 같이 발생되는 원적외선과 음이온이 작용되어 더욱 은은하면서 자연스럽다.

또한 기존의 가열장치들은 가열 대상물(식품)이 근접하면 타거나 눌게 되고, 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.

상기 연소촉매매트(12)는, 귀금속과 전기석 촉매를 이용한 무화염 실리카 매트일 수 있다. 상기 무화염 실리카 매트는 원적외선과 음이온이 다량으로 발생된다. 상기 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.

본 발명의 연소촉매매트(12)는 LPG, LNG, 부탄, 수소가스, 액체석유연료 등의 연료가스(17)를 활성화시켜 사용함으로써 연소촉매매트(12)에서의 연소효율이 향상되고 원적외선과 음이온 효과가 배가되며, 특히, 육포 등의 각종 구이식품을 구울 때 식품의 잡냄새가 탈취 제거된다.

본 발명의 복합 가열시스템(A)으로 가열 대상물(29)을 구이에 적용할 때의 장점들을 예시하면, 무화염 방식의 원적외선으로 굽게되므로 가열되는 조리 식품이 타지 않아 근접가열이 가능하여 에너지가 절약되고, 원적외선 효과를 극대화할 수 있으며, 연료가스(17)로부터 발생되는 수분에 의해 식품이 가진 육즙의 휘발이 최소화되고 유분이 골고루 퍼지면서 식품 고유의 맛이 유지되며, 딱딱하지 않으면서 부드러운 맛의 식품으로 조리되며, 식품의 종류와 상태 및 소비자의 기호 등에 따라 연소촉매매트(12)의 온도를 다양하게 조정할 수 있으므로 연료비를 획기적으로 줄일 수 있을 뿐 아니라, 가열품질을 크게 향상시킬 수 있다.

본 발명에서 가열 대상물(29)로, 식품의 경우 꽁치, 고등어, 오징어, 한치, 피데기, 어묵 등을 포함한 반건조, 건조, 비건조 상태의 수산물을 포함하여 각종 농산물과 육류 등이 포함된다.

한편, 세라믹(알루미나) 소재로 구성되는 종래 직화방식의 가열장치는 가루가 날리고 먼지가 발생하는 등, 비위생적이었으나 본 발명의 복합 가열시스템(A)은 이러한 문제점들이 일소된다.

본 발명은 연료가스(17)에 포함된 수분은 100℃ ~ 300℃의 열과 상승기류에 의해 자연스럽게 상승 기화되고, 연소촉매매트(12) 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.

본 발명의 연소촉매매트(12)의 가열에 의해 열침투가 깊은 원적외선이 다량으로 발생되는 100℃ ~ 300℃의 분위기 온도와, 연료가스(17)로 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.

또한 수분의 전기분해에 의해 증발되는 수소기체는 연소촉매매트(12)에 코팅된 귀금속 촉매 표면에서 주위의 공기 중에 함유된 산소와 산화반응을 일으켜 다시 수분과 열이 발생되며, 상기 열은 연소촉매매트(12) 및 토르마린을 더욱 데워 주게 되므로 수분의 기화가 크게 촉진되고 토르마린의 전기분해 반응 또한 더욱 촉진되므로 원적외선 및 음이온 발생량이 보다 획기적으로 향상된다.

또한, 본 발명의 연소촉매매트(12)는 기화가 크게 촉진되고 유기물 분해능력이 매우 우수하므로 악취가 제거되거나 신속히 탈취된다. 즉, 귀금속 촉매와 토르마린이 코팅된 연소촉매매트(12)가 활성화되어 상승기류 속에 포함되어 있는 유해 유기물이나 불유쾌한 냄새, 이를테면 악취, 비린내, 생선탄 냄새, 화학약품, 매연 등이 무해한 상태로 신속히 분해 제거된다.

또한, 연소촉매매트(12)는 비연소식 가열이므로 가열 대상물(29)과의 거리가 다소 멀어지더라도 원적외선에 의해 골고루 가열되는 효과가 있으며 저온에 의한 비연소 가열방식이므로 낙스(NO_X) 발생과 눈 따가움 현상이 없으며 환기(창이나 문을 통한 환기)를 자주하지 않아도 사용에 큰 지장이 없는 등의 장점이 있다.

본 발명의 동작 상태를 설명하면, 제어기(23)에 의해 복수의 전기히터(14)로 전원이 공급되어 가열되고, 매트온도센서(21)에 의해 감지된 온도가 연소개시온도에 도달하면 제어기(23)가 개폐밸브(18)를 개방시켜 연료가스(17)가 가스확산실(16)과 열차단재(15)를 통하여 연소촉매매트(12)로 공급되면 점화 및 연소되면서 열이 발생된다.

이때 매트온도센서(21)가 감지한 온도값이 제어부(C)로 계속 입력되며, 제어부(C)는 촉매연소 개시온도보다 온도가 낮지 않도록 전기히터(14)를 제어하는 방법으로 자동 제어하게된다.

또한 필요한 가열 대상물(29)의 가열에 필요한 온도는 제어부(C)의 설정부(S)를 통하여 설정된 온도에 따라 가스비례제어밸브(20)로 가스 공급량을 제어하는 방법으로 자동 제어된다.

본 발명은 연소촉매매트(12)의 상부에 가열 및 점화수단인 전기히터(14)를 설치시켜 연소촉매매트(12)의 반응개시온도 도달과 연소촉매매트(12)의 안정적인 반응이 가능할 뿐 아니라, 적외선과 음이온 및 열 발생을 겸하는 효과가 있다.

본 발명은 연료가스(17)와 전기를 요구 온도에 맞춘 자동비례제어로 적절하게 제어하므로 가스 및 전기 에너지가 절약되며, 가열 대상물(29)의 특성에 맞는 온도 설정으로 원적외선과 적외선의 강도를 데이터로 입력하여 자동 제어함으로써 가열 품질이 향상되는 효과가 있다.

본 발명은 연소촉매매트(12)의 연소용 촉매의 활성을 저하시키는 수분과 불순물을 전기히터(14)의 열로 신속히 증발시켜 제거함으로서 연소촉매매트(12)의 내구성이 증대되는 효과가 있다.

본 발명은 전기히터(14)를 이용하여 연소촉매매트(12)의 재료인 알루미나-실리카 매트를 항시 가열해 주게 되므로 원적외선 복사열이 지속적으로 방출되면서 가열효율이 높은 효과가 있다.

본 발명은 전기와 가스를 상호 보완적으로 사용하므로 전기히터(14)와 연소촉매매트(12)의 내구성이 증대되며, 전기와 가스를 복합적으로 사용하는 구성이므로 다양한 제품에 적용할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 복합 가열시스템(A)은 산업용 제품 제조의 경우에 원적외선, 적외외선의 온도에 따른 열파장 데이터를 활용하여 예비건조 - 건조 - 소성 등의 과정을 가열 대상물(29) 특성에 따른 데이터를 입력하여 프로그램화 된 자동시스템으로 구현할 수 있다.

본 발명의 복합 가열시스템(A)을 생활용품에 적용하는 경우, 원적외선, 적외선의 온도에 따른 열파장을 이용하여 쾌적 난방, 찜질 등의 선택사항에 따른 특성을 데이터로 입력하여 프로그램화된 자동시스템에 적용하여 구현할 수 있다.

본 발명의 복합 가열시스템(A)을 무전원 지역이나, 야외 등에서 사용하는 경우 태양전지모듈이나 태양광발전장치에서 얻어지는 전원을 직접 이용하거나, 또는 상기 전원을 배터리에 충전시켜 사용하는 방법으로 전기히터(14)를 동작시킬 수 있다.

이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.

(A)--복합 가열시스템 (11)--챔버
(12)--연소촉매매트 (14)--전기히터
(15)--열차단재 (16)--가스확산실
(17)--연료가스 (18)--개폐밸브
(19)--가스공급관 (20)--가스비례제어밸브
(21)--매트온도센서 (22)--가열온도센서
(23)--제어기 (24)(25)(26)--브라켓
(24a)(25a)--연장부 (24b)(25b)--지지홈
(27)(28)--체결부재 (29)--가열 대상물
(30)--꽂이대 (30a)--침상부
(31)--회전링 (31a)--홈부분
(32)(35)--체인스프로킷 (33)--체인
(34)(59)--기어드모터 (36)--체인컨베어
(37)(47)--수직프레임 (39)(50)--개방부
(38)(48)--수평프레임 (40)(49)--가열공간
(41)(61)--배기덕트 (42)--기름배출구
(43)--호이스트 (44)--와이어
(52)--턴테이블 (53)(54)--원형프레임
(55)(56)--연결프레임 (57)--지지판
(58)--회전축 (60)--망체
(63)--가스감지센서

Claims

좌우로 이격 설치되는 수직프레임(47);
상하로 이격 설치되는 수평프레임(48);
상하 수평프레임(48)에 2개의 복합 가열시스템(A)을 상하로 마주보도록 구성하여 그 사이에 구성되는 가열공간(49);
개방부(50)를 갖는 일측 수직프레임(47) 부분에 기어드모터(59)에 의해 감속 회전하는 턴테이블(52); 을 포함하고,
상기 복합 가열시스템(A)은,
상부가 개방된 내열성 챔버(11);
챔버(11) 상부에 설치되는 연소촉매매트(12);
연소촉매매트(12) 하부에 설치되는 열차단재(15);
열차단재(15) 하부에 형성되는 소정 용적의 가스확산실(16);
챔버(11) 일측에 연결되고 가스확산실(16)로 연료가스(17)를 공급 및 차단할 수 있도록 개폐밸브(18)를 갖는 가스공급관(19);
가스확산실(16)로 공급되는 가스 공급량을 비례제어하는 가스비례제어밸브(20);
연소촉매매트(12)의 상부에 소정거리(L1)로 이격 설치되는 복수의 전기히터(14);
연소촉매매트(12) 온도를 감지하는 매트온도센서(21);
가열 대상물(29)의 가열 온도를 감지하는 가열온도센서(22); 및
제어기(23); 를 포함하고,
상기 턴테이블(52)은,
지름이 작고 내측에 위치하는 원형프레임(54);
지름이 크고 외측에 위치하는 원형프레임(53);
내측 원형프레임(54)과 외측 원형프레임(53)을 서로 연결하여 지지하는 연결프레임(55)(56);
내측 원형프레임(54)의 저부면을 지지하는 지지판(57);
지지판(57)의 저부면에 회전축(58)이 연결되는 기어드모터(59);
가열 대상물(29)을 얹어 지지할 수 있도록 내측 원형프레임(54)과 외측 원형프레임(53) 사이 공간에 설치되는 망체(60);
를 포함하는 연소용 촉매버너와 전기히터를 이용한 복합 가열시스템.
청구항 1에 있어서;
챔버(11) 양측에 고정되는 브라켓(24)(25);
브라켓(24)(25)의 상부로 연장되는 연장부(24a)(25a);
연장부(24a)(25a)의 상단부에 상부로 개방되는 복수의 지지홈(24b)(25b);
일측 지지홈(24b)에 얹혀 자유회전하는 꽂이대(30);
타측 지지홈(25b)에 얹혀 자유 회전하고 꽂이대(30)의 일측 단부에 끼워져 고정되는 회전링(31)의 홈부분(31a);
꽂이대(30)의 타측 단부에 고정되는 체인스프로킷(32);
체인스프로킷(32)과 기어드모터(34)의 회전축에 고정된 체인스프로킷(35)을 연결하는 엔드레스형 체인(33);
을 더 포함하는 연소용 촉매버너와 전기히터를 이용한 복합 가열시스템.
청구항 2에 있어서;
제어기(23)는,
제어부(C) 입력에 동작상태 및 동작모드의 선택과 온도설정, 초기화(Reset)를 행할 수 있는 설정부(S)와, 가열 대상물(29)의 온도를 감지하는 가열온도센서(22)와, 연소촉매매트(12)의 온도를 감지하는 매트온도센서(21)와, 연료가스(17)의 누출이나 유출을 감지하는 가스감지센서(63)가 각각 접속되고,
제어부(C) 출력에 설정값이나 현재값/동작상태/경보상태가 표시되는 표시부(D)와, 이상이 발생된 경우 소리나 빛 또는 소리와 빛으로 경보를 발하는 경보부(B)와, 소정 온도의 열을 발생시키는 전기히터(14)와, 연료가스(17)를 공급 및 차단시키는 개폐밸브(18)와, 연소촉매매트(12)의 발열량에 맞추어 설정온도에 따른 가스량을 비례제어하는 가스비례제어밸브(20)와, 복수의 꽂이대(30)를 적정 속도로 회전시키는 기어드모터(34)가 접속됨을 특징으로 하는 연소용 촉매버너와 전기히터를 이용한 복합 가열시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서;
연료가스(17)는, LPG, LNG, 부탄가스, 수소가스, 액체석유연료 중 어느 하나 임을 특징으로 하는 연소용 촉매버너와 전기히터를 이용한 복합 가열시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서;
복합 가열시스템(A)은, 가열기, 숙성기, 건조기, 구이기, 산업용오븐기, 난방기, 산업용건조기, 식품건조기, 다용도 구이기, 가정용보일러 중 어느 하나에 적용함을 특징으로 하는 연소용 촉매버너와 전기히터를 이용한 복합 가열시스템.