KR20090007259U - 마이크로웨이브 누설 방지 및 고온발열체를 이용한 연속식마이크로웨이브 건조 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 마이크로웨이브 누설 방지 및 고온발열체를 이용한 연속식 마이크로웨이브 및 그 방법에 관한 것으로서 ,해결하고자하는 기술적 과제로는 마이크로웨이브를 이용한 유전가열에 있어서 마이크로웨이브가 건조기 밖으로 누설되는 것을 방지하고, 피건조물에 흡수되어 유전가열을 발생시키지 못하는 잔류 마이크로웨이브들을 고온발열체에 흡수하도록하여 고온을 발생시켜 품질이 우수한 피건조물들을 건조하는 방법에 있다. 이를 위해 본 고안에서는 피건조물들이 뭉쳐져 있는 것을 방지하기 위한 투입 분해부와 투입된 피건조물들을 건조의 효율성을 높이기 위해 일정한 크기로 만들어 주는 정량공급부, 그리고 이를 운반할 수 있는 운반부와 피건조물의 건조시 발생되는 마이크로웨이브의 외부로의 누설을 방지하고 또한 이 누설된 마이크로웨이브를 이용하여 고온을 발생시키는 1차 건조를 위한 고온가열부, 그리고 직접적인 마이크로웨이브를 이용하여 피건조물을 건조시키는 마이크로웨이브 조사부로 구성되어 있으며, 마지막으로 다시 마이크로웨이브의 외부로의 누설을 막고 마이크로웨이브에서 가열된 피건조물들이 갑자기 냉각되는 것을 막고 또한 대기 중의 수분을 재 흡수하는 것을 막기 위해 다시 고온가열부로 구성되어 있으며, 이렇게 건조 된 피건조물이 원활하게 배출 되도록 한 배출부로 이루어진 마이크로웨이브 누설 방지 및 고온발열체를 이용한 연속식 마이크로웨이브이다.

마이크로웨이브, 정량공급장치, 나팔형 도파관, 고온발열체

Description

마이크로웨이브 누설 방지 및 고온발열체를 이용한 연속식 마이크로웨이브 건조 장치 {Microwave leakage prevention and contiguous microwave drying system using high temperature heating source}

본 고안은 건조 장치로 많이 이용되고 있는 마이크로웨이브 건조 장치의 하나로서 현재 챔버 외부로의 마이크로웨이브의 누설이 심하고 또한 이 누설된 마이크로웨이브로 인하여 인체에 해를 끼치는 것을 방지하면서 보다 우수한 품질의 건조물을 얻기 위한 마이크로웨이브 누설 방지 및 고온발열체를 이용한 연속식 마이크로웨이브 및 그 방법에 관한 것이다.

종래의 건조방식인 열풍 및 열전도의 방식들은 가열속도가 느리고, 온도의 제어가 힘들므로 열적 손실이 매우 많고, 이로 인하여 건조 효율이 상당히 떨어지며, 이를 건조시키기 위해 사용되는 화석 에너지의 소비가 극심한 단점이 있다.

마이크로웨이브를 이용한 건조는 마이크로웨이브의 특징 중 하나인 유전가열적 특성을 이용하여 순간적으로 마이크로웨이브가 피건조물내에 침투하여 가열시킴으로 인하여 고속가열이 가능하고, 피건조물 스스로가 발열됨으로 인하여 공기나 챔버를 데워주는 등의 화석에너지의 사용이 필요가 없어 에너지 절약에 상당히 큰 장점을 지니고 있다. 또한 마이크로웨이브의 출력을 조절함으로서 피건조물의 건조효율을 제어 할 수 있음으로 인하여 온도제어가 용이하고, 기존의 건조 장비에 비하여 장치가 간단한 장점을 지니고 있다.

하지만 마이크로웨이브를 이용하여 피건조물을 가열시키기 위해서는 적게는 수KW에서부터 많게는 수백KW의 강한 마이크로웨이브를 사용하기 때문에 이 마이크로웨이브가 누설 시에는 백내장, 두통, 암, 뇌졸중, 중추신경계 장해 등 인체에 악영향을 미치게 된다. 따라서 아직 국내에서는 뚜렷한 관련 법규가 존재하지는 않으나 외국의 경우 마이크로웨이브의 사용에 관하여 엄격하게 규제하고 있다.

표1. 직업인에 대한 전자파강도기준(제3조 제1항 관련)

주파수 범위	전기장강도 (V/m)	자기장강도 (A/m)	자속밀도 (μT)	전력밀도 (W/㎡)
1㎐ 이하	-	1.63 x 105	2 x 05
1㎐ 이상~8㎐ 미만	20,000	1.63 x 05/ f2	2 x 05/ f2
8㎐ 이상~25㎐ 미만	20,000	2 x 04/f	2.5 x 04/f
0.025㎑이상~0.82㎑ 미만	500/f	20/f	25/f
0.82㎑ 이상~65㎑ 미만	610	24.4	30.7
0.065㎒ 이상~1㎒ 미만	610	1.6/f	2.0/f
1㎒ 이상~10㎒ 미만	610/f	1.6/f	2.0/f
10㎒ 이상~400㎒ 미만	61	0.16	0.2	10
400㎒ 이상~2,000㎒ 미만	3 f1 /2	0.008 f1 /2	0.01 f1 /2	f/40
2㎓ 이상~300㎓ 미만	137	0.36	0.45	50

이와 같이 마이크로웨이브의 경우 수많은 장점을 가지고 있으나, 마이크로웨이브의 결정적인 단점인 누설로 인하여 건조 장치를 건조물의 생산량과는 전혀 상관없이 뱃치 형태로 제작되어 진다던가, 혹은 연속형으로 장비를 제작하더라도 피건조물이 건조기 내에 투입되고 나서 건조기의 투입구와 배출구를 막아버리는 방식을 채택하기 때문에 건조효율이 저하되는 단점을 지니고 있다. 또한 일부 회사에서는 건조효 율을 높이기 위해 마이크로웨이브의 누설을 차단하지 않고 그냥 사용하는 등 굉장히 위험한 상태에서 마이크로웨이브를 사용하기도 한다.

따라서 본 고안은 누설되는 마이크로웨이브를 이용하여 고온발열체에 흡수하도록 장치를 구성하여 외부로 누설되는 마이크로웨이브를 차단하고 고온발열체가 마이크로웨이브를 흡수하면 열을 발생하는 특성을 이용하여 장치의 투입부분과 배출부분에 장착하여 피건조물의 투입과 배출 시에 보조 열원을 가하여 보다 건조효율을 상대적으로 높이고, 또한 투입과 배출 부분을 막지 않고 연속적으로 건조를 할 수 있기 때문에 피건조물의 건조량을 충분히 높을 수 있는 마이크로웨이브 연속장치에 관한 것이다.

현재까지 이러한 마이크로웨이브의 누설 문제와 비 연속식의 문제를 해결하기 위해 한국 특허 등록번호 10-0414935(건조 장치), 한국 특허 등록 번호 10-0344569(농산물 건조기), 한국 특허 등록번호 10-0306617(폐기물 처리 방법 및 장치), 한국 특허 등록번호 10-0216341(유기물 처리 방법과 그 장치), 한국 공개 특허 10-2004-0061441(마이크로파 연속건조 장치), 한국 공개 특허 10-2003-0037759(생대두 분말 제조장치), 한국 실용신안 등록 번호 0359559(연속식 건조 장치), 일본 특허 공개 번호 2004-71520 (마이크로파 유도 가열 장치), 일본 특허 공개 번호 2003-21460(유기물 건조 장치), 일본 특허 등록번호 2514231(마이크로파 연속 건조 장치), 일본 특허 공개 번호 2000-245420(연속 건조 장치), 일본 특허 공개 번호

2001-330369(마이크로파 회전건조기의 마이크로파 누출방지구조), 미국 특허 등록 번호 6,442,866 b2(건조 내지 열처리 방법과 장치), 미국 특허 등록 번호 6,344,638 b1(의료 폐기물의 연속 살균법), 미국 특허 등록 번호 6,128,831(약제건조 공정), 미국 특허 등록 번호 5,869,816(그래뉼의 연속 처리 장치 및 방법), 미국 특허 등록 번호 5,400,524(그래뉼의 연속 처리 설비), 미국 특허 등록 번호 5,037,560(슬러지 처리공정), 미국 특허 등록 번호 4,762,484(폐고무의 연속 건조재활용 장치), PCT 특허 출원 번호 97/36140(그래뉼의 건조방법 및 장치)에서는 다단쵸크 접속, 도전성 실링재, 희석 터널(attenuation tunnel), 워터트랩(water trap), 알루미늄 커텐(aluminum curtain), 한국 공개 특허 10-2004-0028324(마이크로파를 이용한 건조장치), 한국 공개 특허 10-2004-0086619(마이크로파 에너지를 이용한 가열·건조특성 측정시스템의 제어방법) 등을 사용하여 마이크로웨이브의 효율 향상 및 누설 차단에 대하여 다양한 시도가 진행되어왔다. 하지만 이러한 건조 장치는 제품의 건조가 간헐적으로 이루어지고 있으며, 마이크로웨이브의 효율이 저하됨으로 인하여 피건조물의 건조시간이 오래 걸리고, 처리비용이 비싸다는 단점을 지니고 있다. 또한 마이크로웨이브의 누설을 효과적으로 차단하지 못하여 작업자의 안전을 위협하고 초기 설치비용이 매우 비싸 상용화에 큰 어려움을 겪고 있는 실정이다.

현재 상용화되어 작동되고 있는 마이크로웨이브 건조 장치를 살펴보면, 크게 두 가지 양상으로 나뉘고 있다. 하나는 마이크로웨이브의 누설을 차단하기 위하여, 비 연속식으로 장치를 구성하여 사용하고 있고, 또 다른 하나는 마이크로웨이브의 누설과는 상관없이 장치를 연속식으로 제작하여 건조효율을 높이는 대신 마이크로웨이브의 누설을 차단하지 않아 작업자의 안전을 위협하는 방식으로 장치가 제작·사용되어지고 있다.

따라서 본 고안에서는 마이크로웨이브의 누설을 차단하고 건조효율을 증가시키고자 한다.

본 고안의 목적은 연속식으로 마이크로웨이브 장치를 구성하여 건조효율을 향상시키고, 피건조물의 투입부와 배출부에 마이크로웨이브를 흡수하여 발열할 수 있는 고온발열체를 구성하여 마이크로웨이브의 누설을 차단하고, 또한 이렇게 차단되는 마이크로웨이브를 이용하여 고열을 발생시켜 피건조물의 보조 건조 열원으로 사용하여, 상대적으로 건조효율을 증가시키는 특징을 이용한 마이크로웨이브 누설 방지 및 고온발열체를 이용한 연속식 마이크로웨이브 및 그 방법을 제공하는데 있다.

본 고안에 의한 연속식 마이크로웨이브 건조장치를 이용하여 피건조물을 건조하며, 특히 마이크로웨이브의 누설을 차단하여 안전하게 작업자가 작업할 수 있는 분위기를 구성할 수 있으며, 또한 마이크로웨이브의 누설파를 흡수하여 발열할 수 있는 1차 고온발열체(9)와 2차 고온발열체 (13)를 투입부와 배출부에 구성하였으며, 투입부의 1차 고온발열체(9)로 부터 수분이 함유된 피건조물에 1차 건조를 행할 수 있고, 건조기 내부에서는 마이크로웨이브의 유전 가열 특성을 이용하여 본질적인 건조를 2차로 행하고, 마지막으로 배출부의 2차 고온발열체(13)에서는 피건조물이 건조되어 배출될 때 손실되는 열을 보존할 수 있고, 2차 건조에서 완전히 건조가 이루어지지 못한 피건조물에 대하여 3차 건조를 행함으로서 건조효율이 향상되고, 특히 1차 고온발열체(9)와 2차 고온발열체(13)에서 발생되는 고온은 LNG, LPG, 벙커씨유와 같은 연료가 없이 고온을 발생시킴으로서 에너지의 효율이 기존의 마이크로웨이브 건조 장치에 비하여 월등히 높은 특성을 가지고 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징에 의하면, 마이크로웨이브를 이용하여 피건조물을 보다 효율적으로 건조하기 위해서는 피건조물이 일정한 두께와 일정한 양으로 투입되어야 보다 우수한 건조효율을 가질 수 있다. 따라서 본 고안은 피건조물의 투입을 간편화하기 위하여 투입호퍼(1)내에 피건조물을 일정량 투입하고 이를 스크류 이송장치(2)가 피건조물을 이송시켜, 피건조물이 정량적으로 그리고 일정한 두께와 크기를 지닐 수 있게 정량공급 장치(3)내에 투입시켜주도록 설치하는 것을 특징으로 하는 정량공급 투입부로 구성한다. 이렇게 일정한 크기와 일정량 을 지닌 피건조물은 테플론 벨트 이송장치(4)위로 떨어지게 되며, 마이크로웨이브 조사부 내로 들어가게 된다. 테플론 벨트 이송장치(4)는 테플론 벨트를 구동시켜 주는 테플론 벨트 이송 구동 모터(5)와 벨트의 이탈을 방지하고 또한 원활한 피건조물의 이송을 위하여 테플론 벨트에 일정한 장력이 계속 유지되도록 테플론 벨트 1차 장력 조절장치(6)와 테플론 벨트 2차 장력 조절 장치(7)로 구성되어 있으며, 테플론 벨트 이송장치(4)에 묻은 이 물질을 제거하기 위하여 벨트 clear 장치(8)로 설치되는 것을 특징으로 하는 테플론 벨트 이송부로 구성한다.

이렇게 피건조물은 정량공급 투입부와 테플론 벨트 이송부를 거쳐 챔버 내로 투입되기 시작한다.

마이크로웨이브 조사부는 마이크로웨이브 발진장치(10)로 구성되어 있으며, 피건조물이 챔버로 투입되는 투입부 부터 배출부 까지 피건조물이 지나감에 따라 순차적으로 작동하게 설치된다.

초기 피건조물이 챔버로 유입되기 시작하면 1차 고온발열체 (9) 위의 마이크로웨이브 발진장치(10)가 작동되기 시작하면서 마이크로웨이브가 1차 고온발열체(9)에 흡수되어 고온을 형성시켜, 아래에 지나가는 피건조물에 1차 건조를 시작하게 된다.

마이크로웨이브 발진장치(10)는 마그네트론(21), 트랜스(22), 커패시터(23), 송풍기(24)로 구성 설치된다.

이렇게 만들어진 마이크로웨이브는 도파관(11)과 나팔형 도파관(12)을 거쳐 챔버로 주사되고, 피건조물에 흡수되지 못한 마이크로웨이브의 잔류파가 다시 마그네트론(21)으로 유입되는 것을 방지하기 위하여 반사파 방지막(25)으로 구성하 였으며, 유전가열에 의해 피건조물로부터 증발되는 수증기가 다시 도파관(11)내로 유입되어 마그네트론(21)에 손상을 주는 것을 방지하기 위하여 나팔형 도파관(12) 끝부분에 보호덮개를(26)로 구성되어져 있다.

1차 건조를 시작한 피건조물들은 챔버의 중앙으로 유입되면서부터 마이크로웨이브 발진장치(10)에서 주사되는 마이크로웨이브에 의하여 유전 가열되어 스스로 발열을 일으키며 2차 건조가 되기 시작한다. 이때 챔버 내의 마이크로웨이브는 약 80% 정도가 피건조물에 흡수되어 유전가열을 일으키지만 나머지 20%는 챔버 내에 잔류하면서 다시 마그네트론(21)으로 역류하는 현상을 일으키고, 혹은 잔류 마이크로웨이브가 챔버 밖으로 빠져나와 작업자의 안전을 위협하게 된다. 이때 피건조물이 투입되는 투입부에서는 1차 고온발열체(9)가 이 잔류 마이크로웨이브를 흡수하면서 온도가 약 700℃ 이상의 고온을 발생시켜 계속해서 유입되는 피건조물에 1차 건조를 계속 수행하게 된다.

마이크로웨이브의 조사부에서 유전 가열된 피건조물들은 스스로가 가열되어 건조된 만큼 빨리 식어버리는데, 이렇게 식을 때 열적 삼투압 현상으로 인하여 대기 중에 존재하는 수분을 흡수하여 피건조물의 외부에 물방울이 맺히는 결로현상이 발생되게 된다. 이런 결로현상을 방지하고 또한 마이크로웨이브 조사부에서 발생된 잔류 마이크로웨이브가 배출부로 빠지는 것을 방지하기 위하여 배출부에도 투입부와 마찬가지로 2차 고온발열체(13) 를 설치하여 잔류 마이크로웨이브를 흡수하여 고온을 형성시켜 배출부를 통과하면서 급격히 냉각되는 피건조물에서 발생되는 결로현상을 차단하고 유전가열에 의한 2차 건조에서 다 건조되지 못한 피건조물들을 2차 고온 발열체(13)구간을 통과하면서 건조가 이루어지는 제3차의 건조가 이루어지기 시작한다.

이하 각 도면에서 일반적인 기술로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 고안과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다.

도 1은 본 고안에 마이크로웨이브 누설 방지 및 고온발열체를 이용한 연속식 마이크로웨이브 건조 장치에 대한 개략적인 구성도.

도 2는 도 1에서의 정량공급 장치에 대한 상세 구성도.

도 3는 도 1에서의 1차 고온발열체(9) 와 2차 고온발열체(13)에 대한 상세 형상도.

도 4은 도 1에서의 마이크로웨이브 도파관(11) 및 나팔형 도파관(12), 반사파 방지막(25), 보호덮개(26)에 대한 상세 구성도.

도 5는 도 1에서의 마그네트론(21) 및 트랜스(22), 커페시터(23), 송풍기(24)로 이루어진 마이크로웨이브 발진 장치 박스(10)에 대한 상세 구성도.

Claims (6)

1. 마이크로웨이브 연속 건조 장치에 있어서 피건조물에 흡수되어 유전가열을 일으키는 80%의 마이크로웨이브 이외에 흡수되지 못하고 잔류되는 20%의 마이크로웨이브가 챔버 밖으로 누설되는 것을 방지하고 이 누설되는 잔류 마이크로웨이브를 고온발열체가 흡수해서 발열하도록 하여 피건조물의 효율을 높일 수 있는 마이크로웨이브 누설 방지 및 고온발열체를 이용한 연속식 마이크로웨이브 건조 장치에 있어서, 피건조물의 투입을 원활하게 하기위한 투입호퍼(1)와 이를 이송시켜주는 스크류 이송장치(2)와 건조효율을 높이기 위해 피건조물을 일정한 크기와 일정한 양이 투입되도록 만들어주는 정량공급 장치(3)으로 구성되는 피건조물 정량공급 투입부와; 테플론 벨트 이송장치(4)와 테플론벨트 이송 구동모터(5), 테플론 벨트 1차 장력 조절장치(6)와테플론 벨트 2차 장력 조절 장치(7), 테플론 벨트 이송장치(4)에 묻은 이 물질을 제거하기 위하여 벨트 clear 장치(8)로 설치되는 것을 특징으로 하는 테플론 벨트 이송부와; 상기 테플론 벨트 이송부 위에 구성되는 1차 고온발열 체(9)를 통한 1차 건조부, 마이크로웨이브 발진 장치(10), 도파관(11)과 나팔형 도파관(12)을 이용하여 마이크로웨이브의 유전가열적 특성을 이용한 2차 건조부; 상기 1,2차에 걸친 건조부를 지나면서 발생된 마이크로웨이브가 배출부를 통하여 밖으로 누설되는 것을 2차 고온발열체(13)가 흡수하여 고온의 열을 발생시켜 2차 건조부인 유전가열에 의해 건조되어 배출되는 피건조물이 급속히 냉각되면서 발생되는 결로현상을 없애고, 또한 1,2차를 통한 건조부에서 이루어지지 못한 피건조물을 재건조 시키는 역할을 하는 3차 건조부 및 배출부로 구성되는 것을 특징으로 마이크로웨이브 누설 방지 및 고온발열체를 이용한 연속식 마이크로웨이브 건조 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   마이크로웨이브를 흡수하여 스스로 발열이 되는 고온발열체를 투입부와 배출부에 구성하여 챔버 내부에서 발생되는 마이크로웨이브의 누설을 방지하는 것을 특징으로 하는 것으로서 1차 고온발열체(9)와 2차 고온발열체(13)재료는 SiC, Al2O3, 페라이트, 탄소로 제작되어지며, 열적 효율을 증대시키기 위해 타공 형태로 제작되어지는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 누설 방지 및 고온발열체를 이용한 연속식 마이크로웨이브 건조 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 정량공급 투입부 중 스크류 이송장치(2)이외의 정량공급 장치(3)에 있어서 원 통에 일정한 크기의 홈을 만들어 내고 두 개의 원통이 서로 맞물려 회전함으로서 일정한 크기와 일정한 량의 피건조물들이 만들어지는 것을 특징으로 하며, 이때 두 개의 원통중 하나의 원통은 장치에 고정시키고 다른 하나의 원통은 좌우로 움직일 수 있게 하여, 투입량을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 누설 방지 및 고온발열체를 이용한 연속식 마이크로웨이브 건조 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 테플론 벨트 이송부는 테플론 벨트 이송장치(4)위에 떨어지는 피건조물들로 인하여 테플론 벨트가 구동축 위로 혹은 한쪽으로 편중되는 현상을 방지하게 하기위한 것으로서 1차와 2차에 걸쳐 테플론 벨트 1차 장력 조절장치(6)와 테플론 벨트 2차 장력 조절 장치(7)로 구성하는 것을 특징으로 하며, 피건조물의 이물질들이 테플론 벨트 이송장치 위에 남아 있는 것을 방지하기 위해 벨트 clear 장치(8)를 설치하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 누설 방지 및 고온발열체를 이용한 연속식 마이크로웨이브 건조 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 2차 건조부인 마이크로웨이브 조사부는 마이크로웨이브의 한곳의 집중현상을 방지하고 넓은 면적에 퍼지게 하기위해 나팔형 도파관(12)으로 구성하는 것을 특징으로 하며, 나팔형 도파관(12)의 안쪽에는 반사파가 마그네트론(21)에 다시 들어가는 것을 막기 위해 반사파 방지막(25)을 설치하고, 나팔형 도파관(12)의 끝 부분에 는 마이크로웨이브는 투과하고 발생되는 수증기들이 다시 나팔형 도파관(12) 및 도파관(11)내로 들어오는 것을 막기 위해 PP, PE, 테플론 등 고분자 엔지니어링 플라스틱으로 보호덮개(26)를 만들어 설치하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 누설 방지 및 고온발열체를 이용한 연속식 마이크로웨이브 건조 장치.
6. 제 1항 및 5항에 있어서,

   마이크로웨이브가 조사되도록 하는 마이크로웨이브 발진 장치 박스(10)를 도파관(11)에 일체형으로 부착시킴으로 인하며, 전기적인 손실이 발생하지 않고 효율을 증대 시키도록 하고 또한 마그네트론(21)에서 누설되는 마이크로웨이브가 인체에 주사되지 못하도록 안전장치를 구성하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 누설 방지 및 고온발열체를 이용한 연속식 마이크로웨이브 건조 장치.

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