KR20120120579A - 마이크로파를 이용한 발열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로파를 이용한 발열장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기; 복수의 슬롯을 가지며, 상기 마이크로파 발생기로부터 마이크로파를 전달받아 상기 슬롯을 통해 발열부로 안내 및 전달하는 도파관; 및 상기 도파관으로부터 전달되는 마이크로파를 흡수하여 열을 발생시키고, 이 열에 의해 가열 대상의 표면을 가열하는 발열부를 포함하여 구성되는 마이크로파를 이용한 발열장치를 제공한다.
본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열장치는 마이크로파에 의해 균일하고 급속하게 발열될 수 있는 특징이 있다. 따라서 이러한 특징을 사용하여 모르타르, 콘트리트 등의 무기 조성물 및 이를 이용한 2차 가공물에 사용할 경우 마이크로파에 의해 급속하게 발열될 수 있어 도로, 온실, 온돌, 용기, 축사, 철도궤도, 전열기기 등 발열이 필요한 다양한 용도로 사용될 수 있으며, 특히 적은 전력소모량으로도 기존 난방시설을 대체할 수 있을 뿐만 아니라 도로가 적설된 경우에도 염화칼슘 등의 제설 재료나 제설 장비의 사용 없이 마이크로파의 조사만으로도 적설을 제거할 수 있는 특징이 있다.

Description

마이크로파를 이용한 발열장치{Heating device using microwave}

본 발명은 마이크로파를 이용한 발열장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 결빙구간의 도로나 교량, 철도궤도, 건축물바닥 또는 벽체, 전열기기 등에 함입시켜 이를 가열할 수 있는 마이크로파를 이용한 발열장치에 관한 것이다.

일반적으로 도로에 눈이 내리거나 결빙될 경우 노면이 미끄러워져 교통사고와 같은 사고 위험이 높으며, 특히 고속도로나 언덕길, 커브길, 교량 등에서는 그 위험도가 더 커지게 된다.

이에 종래에는 차량이나 보행자가 다니는 노면에 모래나 염화칼슘을 뿌려 차나 도로 보행자가 노면으로부터 미끄러지는 것을 방지하였다.

그러나, 눈이 올 때마다 뿌리기 위해 상기 모래나 염화칼슘을 노면에 항시 비치하는 경우에 평소에 모래나 염화칼슘을 보관하는 보관함이 도로나 보행로에 별도의 공간을 차지함에 따라 도로나 보행로가 좁아져 통행에 불편함을 주고, 모래나 염화칼슘이 떨어졌을 경우에 다시 채워 넣어야 하는 번거로움이 있다.

또한, 눈이 올 때마다 상기 모래나 염화칼슘을 뿌리기 위해 원하는 장소까지 운반해야 하기 때문에 운반비용이 발생하고, 모래나 염화칼슘을 뿌릴 때 차량 등의 통행을 통제해야 하므로 교통체증을 더욱 악화시키는 문제점이 있다.

아울러 염화칼슘의 경우는 강설량이 많았던 2010년의 경우 약 5000여 톤이 뿌려져 그 수급이 문제시될 정도로 다량이 소모되었고 이에 따라 차량의 부식 문제와는 별도로 토양 오염, 하천 오염 등의 환경적인 문제가 발생할 가능성이 높아졌다. 그러나, 염화칼슘 외에 현실적으로 이를 대체할 수 있는 재료는 그 필요성은 절감하면서도 아직 개발되지 않고 있는 상황이다.

또한, 철도 궤도는 적설이 결빙되면 자칫 대형 사고의 원인이 될 수 있음에도 불구하고 제설장비가 쉽게 접근하기 어려운 면이 있어 특히 겨울철에는 항상 대형 사고의 위험을 안고 철도, 고속철도 등이 운행되고 있는 실정이고, 건축물 등의 바닥이나 벽체의 경우에는 기존에 코일 방식의 난방 장치를 사용하기 때문에 전력 소비가 지나치게 많은 문제점이 있었다.

아울러, 겨울철 지속적인 난방을 해야 하는 축사, 양어장, 온실, 화훼용 비닐 하우스 등에는 대부분 기름 보일러나 가스보일러 또는 전기보일러를 사용해야 하는 관계로 국제유가가 계속 오르는 가운데서 농민들의 시름이 더욱 깊어지고 있는 바, 이러한 높은 난방 유지 비용을 절감할 수 있는 대책이 하루 빨리 강구되어야 하는 상황에 있다.

또한, 최근 여름철 뿐만 아니라 겨울철에도 전력 소모량이 한계점까지 오르는 상황에서, 특히 일본 대지진으로 인한 원자력 발전소의 안정성 문제 등이 대두되고 있어 전력 수요를 충족시키기 위해 무작정 원자력 발전소를 확대하기 어려운 상황이므로, 전력소모량을 줄이고자 하는 정부의 국가 에너지 정책 차원에서의 고심도 깊다고 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 상황 및 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 도로, 교량 등의 지표 하부에 마이크로파를 이용한 전자발열부를 매설하여 지표 등 표면을 가열함으로써, 별도의 모래나 염화칼슘 등을 뿌리지 않고도 겨울철에 도로 등에 쌓인 눈을 녹여 결빙으로 인한 미끄럼을 방지하고, 차량 바퀴의 미끄럼으로 인한 교통사고를 미연에 방지할 수 있는 마이크로파를 이용한 발열장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

아울러, 본 마이크로파를 이용한 발열장치를 도로나 교량에만 국한시키지 않고 축사, 양어장, 화훼용 비닐 하우스, 온풍기와 같은 전열기기 등 기존의 난방 비용이 큰 부담이 되었던 분야에도 소량의 전력 소모만으로도 충분한 발열 효과를 달성할 수 있는 발열장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열장치는 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기; 복수의 슬롯을 가지며, 상기 마이크로파 발생기로부터 마이크로파를 전달받아 상기 슬롯을 통해 발열부로 안내 및 전달하는 도파관; 및 상기 도파관으로부터 전달되는 마이크로파를 흡수하여 열을 발생시키고, 이 열에 의해 도로 등의 가열 대상의 표면을 가열하는 발열부;로 구성되는 것을 특징으로 한다. 이 때 상기 마이크로파 발생기, 도파관 및 발열부는 도로 등의 가열 대상물의 표면 하부에 설치되는 것이 바람직하나, 용도에 따라 매립 설치되지 않을 수도 있다. 본 발명의 마이크로파를 이용한 발열장치는 상기 마이크로 발생기에 전원을 인가하여 마이크로파를 발생시키기만 하면 발열부를 통해 도로 등의 가열 대상의 표면을 신속하게 가열할 수 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 도파관과 발열부는 하우징의 내부에 장착된 형태로 모듈화되어 도로 또는 교량 하부 또는 건축물 바닥 또는 벽면, 전열기기 등 가열 대상물에 매립 설치되는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 도파관은 유입구를 가지며, 상기 유입구를 통해 마이크로파 발생기로부터 마이크로파를 전달받는 유입부; 상기 유입부와 연통되게 길이방향으로 형성되고, 양측면 또는 상부면에 복수의 슬롯을 가지며 상기 슬롯을 통해 측방향으로 또는 상부 방향으로 마이크로파를 배출시키는 가이드부; 및 상기 가이드부의 내부에 길이방향으로 형성되어 상기 가이드부를 제1챔버와 제2챔버로 구획하고, 상기 유입부로 유입된 마이크로파를 상기 제1챔버와 제2챔버로 분배하는 제1격벽;으로 구성되고, 상기 제1 및 제2챔버로 유입된 마이크로파는 가이드부에 형성된 슬롯을 통해 별개로 배출되어 발열부에 균일하게 전달되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 슬롯은 가이드부의 양측면 또는 상부면에 서로 엇갈리게 형성됨으로써, 슬롯을 통해 배출되는 마이크로파가 길이방향으로 서로 겹치지 않고 마이크로파를 효율적으로 전달할 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 하우징은 상기 도파관이 상부(제1챔버)와 하부(제2챔버)로 구성되며, 격벽이 수평방향으로 제1챔버와 제2챔버를 분할하도록 설계된 2층 구조의 도파관(수평형 도파관)일 경우에는 가운데 격벽이 존재하지 않고 계단식으로 도파관이 구성되므로 그 높이를 비교적 낮게 할 수 있어 직사각형, 정사각형 또는 반원통형 등의 모양으로 구성할 수 있다. 또한, 상기 도파관이 좌측부(제1챔버)와 우측부(제2챔버)로 구성되어 있으며, 격벽이 수직 방향으로 제1챔버와 제2챔버를 분할하도록 설계된 구조의 도파관(수직형 도파관)일 경우에는, 가운데 격벽이 도파관의 양측면에서 폭방향으로 간격을 두고 대칭되며 상방향으로 갈수록 서로 폭방향 간격이 넓게 형성되도록 설계하는 것이 바람직하나, 반드시 이렇게 해야 하는 것은 아니고 이 경우에도 직사각형 또는 정사각형 형태의 하우징도 가능하다. 상기 하우징은 또한, 상기 도파관에서 측방향 또는 상방향으로 배출되는 마이크로파를 발열부로 반사시키는 반사부와; 상기 반사부의 상단에서 폭방향으로 넓게 형성되어, 발열부를 지지하는 지지부;를 포함하여 구성되고, 상기 반사부를 통해 발열부의 폭방향으로 균일하게 마이크로파를 전달할 수 있다.

본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열장치의 장점을 설명하면 다음과 같다.

1. 마이크로파를 이용하여 발열시키는 발열부를 도로, 철도 궤도, 교량 등의 지면 하부에 설치하여 발열부를 통해 지표를 가열시킴으로써, 동절기에 눈이 도로에 내려 결빙되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 도로 상에서 자동차 주행 시 차량 바퀴의 미끄러짐을 최소화하여 안전사고를 방지할 수 있다.

2. 한 개 또는 수 개의 마이크로파 발생기로부터 발생되는 마이크로파를 격벽에 의해 구획되는 도파관을 통해 발열부의 전반부와 후반부에 각각 균등하게 분배하고, 도파관의 형태를 적용 대상물에 따라 수평형, 수직형, 원통형, 반원통형, 삼각형 등 다양하게 구성할 수 있다. 이러한 도파관을 통한 마이크로파의 분배로 인해 마이크로파를 발열부에 균등하게 조사함으로써 균일하게 발열시킬 수 있다.

3. 한 개 또는 수 개의 마이크로파 발생기로부터 발생된 마이크로파를 도파관과 하우징의 구조 변경에 의해 발열부에 최적으로 분할 유도하고, 한정된 마이크로파의 발생량을 최대한 멀리 보냄으로써, 마이크로파 발생기의 설치비용 및 사용에너지를 절감할 수 있고, 마이크로파를 이용한 발열효율을 극대화할 수 있다.

4. 아울러 건축물의 바닥재나 벽체에도 사용이 가능하며, 이 경우에는 기존의 코일 방식을 이용한 난방기구에 비하여 전력 소비량을 최대 90% 이상 줄일 수 있으므로 에너지 효율이 극대화될 수 있다.

5. 예컨대, 겨울철에 도로에 적설이 발생하면 현재는 염화칼슘과 같은 제설제를 도로에 살포하여 적설을 녹이거나 덤프트럭 등의 장비를 이용하여 적설을 제거하고 있으나, 이 경우 염화칼슘에 의해 차량이 부식되는 등 2차적 문제가 발생할 수 있고, 장비를 이용하는 경우에도 시간적, 인적 제약이 따르고 도로 파열 등 2차적 문제가 발생한다. 그러나, 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열장치를 아스팔트, 콘크리트 등에 적용하면 소량의 전력만 소비하면서도 적설을 단시간에 녹일 수 있으므로 종래와 같은 2차적 문제가 수반되지 않으며, 특히 야간에도 일정 시간 간격으로 마이크로파를 조사할 수 있는 장비에 전원을 공급하기만 하면 별도의 제설제나 장비를 투입하지 않아도 제설이 이루어질 수 있다. 본 발명자들은 본 발명에 따른 적용 용도에 마이크로파에 의해 발열될 수 있는 재료 및 그 시공방법에 관해서도 별도의 출원을 통하여 그 기술을 제안하며, 이에 관해서는 본 발명에서는 구체적으로 기술하지 않는다.

6. 또 하나의 예로서, 구제역, 조류 독감 등 겨울철 동물 독감을 방지하기 위하여 현재 농업용 축사에는 기름, 가스, 전기 등을 사용하여 겨울철 축사 등을 난방하고 있으나, 이 경우 난방에 따른 비용이 과대하게 발생하여 낙농인들에게는 큰 부담이 아닐 수 없다. 그런데 본 발명에 따른 마이크로파에 의해 발열되는 금속산화물 함유 조성물 소재를 축사용 벽체 재료, 바닥재 등에 적용하면 종래의 기름, 가스 뿐만 아니라 가장 저렴한 난방 방식인 전기를 이용하는 것에 비해서도 경우에 따라 약 1/10의 전력만 소비하면서도 축사를 훈훈하게 유지할 수 있기 때문에 낙농 농민 및 관련 업계에서는 획기적인 기술이 될 수 있고, 이에 따라 농민들이 비용 부담 없이 축사 등을 난방할 수 있으므로 구제역, 조류 독감 등 겨울철 동물 독감을 방지할 수 있는 획기적 방안이 될 수 있다.

7. 이는 겨울철 난방을 해야 하는 모든 분야, 예를 들어 원예용 시설, 식물원, 비닐하우스, 전열기기 등의 분야에서는 괄목할 정도로 획기적인 대안이 될 수 있다. 또한, 기름, 가스 등의 원료를 전량 수입에 의존해야 하는 국가 에너지 산업 측면에서도 큰 변화의 전기를 마련할 수 있는 획기적 대안이라고 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 도파관이 함입된 마이크로파를 이용한 발열장치의 분해사시도이다.
도 2는 도 1의 조립사시도이다.
도 3은 도 2의 일부 절개사시도이다.
도 4는 도 1에서 도파관의 사시도이다.
도 5는 도 4에서 도파관의 절개사시도이다.
도 6은 지표의 하부에 도 2의 발열장치가 매립 설치된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 7은 도 4의 도파관에서 마이크로파의 이동경로를 보여주는 평면도이다.
도 8은 도 7의 A부를 보여주는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 수평형 도파관을 나타내는 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 도파관이 함입된 마이크로파를 이용한 발열장치의 분해사시도이고, 도 2는 도 1의 조립사시도이고, 도 3은 도 2의 일부 절개사시도이다.

본 발명은 마이크로파를 이용하여 도로 등의 지표를 가열함으로써, 겨울철에 도로 등에 수분의 결빙을 방지하여 미끄러짐으로 인한 교통사고를 예방할 수 있는 마이크로파를 이용한 발열장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 발열장치는 마이크로파를 발생하는 마이크로파 발생기(10)와, 마이크로파를 안내 및 전달하는 도파관(12)과, 마이크로파를 받아 발열 및 지표에 열을 전달하는 발열부(23)와, 도파관(12) 및 발열부(23)를 감싸는 하우징(15)을 포함하여 구성된다.

마이크로파 발생기(10)는 고전압변압기와 마그네트론으로 구성될 수 있다. 고전압변압기는 외부로부터 입력되는 상용교류전압을 고주파 발생에 적합한 고전압(예를 들면, 2 킬로볼트[kV] 정도)으로 변압하여 마그네트론으로 인가하며, 마그네트론은 고전압변압기로부터 인가되는 고전압에 의하여 고주파발진을 하여 마이크로파를 발생시킨다.

마이크로파 주파수는 ISM(Industrial, Scientific and Medical)주파수(Frequency)를 사용하되, 부품수급의 원활성 등 장점을 살려 주로 2,450MHz대역을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니고, 용도에 따라 300MHz ~ 300GHz 영역의 주파수를 갖는 마이크로파를 다양하게 변형하여 사용할 수 있다.

상기 마그네트론이 구동될 때 마그네트론에서 발생되는 고열을 냉각시키기 위해 마그네트론의 하부에는 냉각팬(11)이 설치되고, 냉각팬(11)은 팬모터와 연결되며, 외부로부터 상용교류전압이 팬모터에 인가되면 팬모터가 가동되면서 팬모터에 의해 냉각팬(11)이 구동되어 외부의 찬공기를 마그네트론에 송풍함으로써, 마그네트론에서 발생되는 고열을 냉각시킬 수 있다.

상기 마이크로파 발생기(10)는 도파관(12)의 일단부 또는 양단부 측면에 고정브라켓(13)에 의해 고정되고, 마이크로파 발생기(10)의 배면에 돌출된 연결관에 의해 도파관(12)의 일단부 측면에 연통가능하게 결합됨으로써, 마이크로파 발생기(10)로부터 발생된 마이크로파를 도파관(12)의 일단부 또는 양단부로 전달할 수 있다. 마이크로파 발생기가 도파관의 양단부 측면에 고정될 경우에는 도파관은 격벽에 의해 챔버가 구분될 필요 없이 슬롯이 고르게 분포된 관형 도파관을 그대로 사용할 수 있다. 다만, 마이크로파 발생기가 2개 이상 포함될 경우에는 전력 소모량이 많아지므로 가능하면 1개의 마이크로파 발생기에 의해 마이크로파가 조사되도록 하는 것이 바람직하다.

첨부한 도 4는 도 1에서 도파관의 사시도이고, 도 5는 도 4에서 도파관의 절개사시도이다.

이 때, 수직형 도파관(12)은 길이가 길고 내부에 중공부가 형성된 직사각체의 관 구조로 이루어지고, 마이크로파 발생기(10)로부터 발생된 마이크로파를 유도하여 발열부(23)로 전달하는 역할을 한다.

수직형 도파관(12)은 양쪽 측면에 다수의 슬롯(24)이 형성되어, 슬롯(24)을 통해 마이크로파를 도파관(12)의 양측방으로 배출시킨다.

여기서, 도파관(12)에서 측방향으로 배출된 마이크로파를 상방향으로 반사시켜 발열부(23)에 전달하기 위해 하우징(15)이 도파관(12)의 외측에 구비되어 도파관(12)을 감싼다. 하우징 내부에는 배출되는 마이크로파의 분산을 더 효율적으로 하기 위해 교반기가 적절한 위치에 추가적으로 설치될 수도 있다.

첨부한 도 6은 지표의 하부에 도 2의 도로가열장치가 매립 설치된 상태를 보여주는 단면도이다.

하우징(15)은 길이가 긴 관 구조로서, 관의 일단부면에 삽입홀(16)이 형성되어, 삽입홀(16)을 통해 도파관(12)을 길이방향으로 삽입 장착할 수 있다.

이때, 마이크로파 발생기(10)를 도파관(12)의 일단부에 고정하기 위해 도파관(12)의 일단부는 하우징(15)의 외측에 노출되고, 노출된 도파관(12)의 일단부 일측면에 마이크로파 발생기(10)가 설치된다.

하우징(15)의 구조를 살펴보면, 하우징(15)은 도파관(12)의 저면을 접촉에 의해 받쳐주는 바닥부(27)와, 도파관(12)의 슬롯(24)에서 배출된 마이크로파를 발열부(23)로 반사시키기 위한 반사부(17)와, 반사부(17)의 상단에 일체로 형성되어 발열부(23)를 지지하기 위한 지지부(18)로 구성된다.

바닥부(27)는 길이가 긴 직사각형의 판 구조로서 도파관(12)의 저면과 접촉하여 도파관(12)을 받쳐주며, 바닥부(27)의 폭이 도파관(12)의 폭보다 더 넓다.

반사부(17)는 바닥부(27)의 폭방향 양단부에서 상방향으로 갈수록 폭방향 간격이 서로 넓어지게 형성되고(테이퍼드 구조), 반사부(17)가 도파관(12)의 양쪽 측면과 측방향으로 이격되어 도파관(12)의 슬롯(24)에서 측방으로 배출된 마이크로파를 상방향으로 반사시킴으로써 마이크로파를 발열부(23)에 길이방향 및 폭방향으로 균일하게 전달한다. 이 때 균일한 마이크로파 전달을 위해서는 테이퍼드된 구조가 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니고 용도에 따라 사각형 구조, 원통형 구조, 반원통형 구조, 삼각형 구조 등 용도에 맞게 다양하게 변형이 가능하며, 이 모두 본 발명의 범위에 포함된다.

지지부(18)는 반사부(17)의 상단에서 직상방으로 형성된 중간부(28)와, 중간부(28)의 상단에서 직상방으로 폭이 넓게 박스 구조로 이루어진 상단부로 구성된다.

이때, 하우징(15)의 길이방향 양쪽 단부는 막혀 있고, 하우징(15)의 길이방향 양쪽 단부 중 한쪽 단부에 도파관(12)을 삽입하기 위한 삽입홀(16)이 바닥부(27)에서 상방향으로 반사부(17) 및 지지부(18)의 중간부(28)에 걸쳐 형성되어 있다.

상기 지지부(18)의 중간부(28)에는 보강판(19)이 길이방향으로 소정간격을 두고 폭방향으로 세워지게 배치되어, 보강판(19)에 의해 지지부(18)의 강도를 보강해 준다.

지지부(18)의 상단부는 상방향으로 개구된 박스구조로 이루어지고, 박스 내부에 발열부(23)를 삽입하여 발열부(23)의 저면과 접촉으로 발열부(23)를 받쳐주고, 발열부(23)의 전후좌우 측면을 감싸는 구조로 발열부(23)를 지지한다.

발열부(23)는 내열성을 가지며, 길이가 길고 세라믹 재질의 내열성 판 구조로 이루어지고, 유전손실계수(dielectric loss factor)가 높은 세라믹 재질의 판에 마이크로파가 조사되면 + - 쌍극자회전에 의한 열을 발생시킨다. 본 발명자들은 발열부에 사용되는 세라믹 재료에 관해서는 별도의 출원에 의해 새로운 재료를 제안하며, 본 발명에서는 이에 관해서는 구체적으로 기재하지 않는다.

본 발명의 일실시예에 따른 발열부(23)의 구조를 살펴보면, 아래와 위로 적층되는 세라믹 재질의 상판(22) 및 하판(20)과, 두개의 상판(22) 및 하판(20) 사이에 삽입되는 타공판(21)으로 구성된다.

다시 말해서, 아래에서 위쪽으로 세라믹 재질의 하판(20), 타공판(21) 및 세라믹 재질의 상판(22)이 순서대로 적층된 구조를 가진다.

여기서, 아래쪽에 위치한 세라믹 재질의 하판(20)은 하우징(15)의 반사부(17)에 의해 반사된 마이크로파를 흡수하여 열을 발생시키는 역할을 하고, 위쪽에 위치한 세라믹 재질의 상판(22)은 지표와 직접 접촉하여 세라믹 재질의 하판(20)에서 발생된 열을 지표에 전달하는 역할을 한다.

타공판(21)은 다수의 구멍을 가지는 금속판 구조로 이루어지며, 아래에 위치한 세라믹 재질의 하판(20)이 깨질 경우 깨진 틈으로 마이크로파가 하우징(15) 외부로 누설되는 것을 방지하는 역할을 한다.

타공판의 천공된 구멍의 크기 및 간격 등은 마이크로파 누설량을 극소화할 수 있는 규격으로 제작되어야 하며, 이는 용도에 따라 변형이 가능하다.

또한, 타공판(21)은 적층된 세라믹 재질의 판 사이에 삽입되고, 세라믹 재질의 상판(22) 또는 하판(20)에 상하방향으로 힘이 가해지는 경우에 타공판(21)에 의해 세라믹 재질의 상판(22)과 하판(20)을 면접촉으로 받쳐줌으로써, 세라믹 재질의 상판(22)과 하판(20)의 강도를 보강하여 깨짐을 방지할 수 있다.

한편, 상기와 같이 마이크로파 발생기(10)가 도파관(12)의 일단부 측면에 설치되어 마이크로파를 공급하는 경우에 도파관(12)의 측면에 길이방향으로 간격을 두고 형성된 슬롯(24)이 복수개로 설치될 경우 마이크로파 발생기(10)로부터 먼 거리에 위치할수록 슬롯(24)을 통해 방출되는 마이크로파의 양은 점점 줄어들게 된다.

따라서, 마이크로파 발생기(10)에서 발생된 마이크로파를 발열부(23)의 길이방향 및 폭방향을 따라 균일하게 최대한 멀리 보내기 위해, 도파관(12)은 다음과 같은 구조를 가지는 것이 바람직하다.

첨부한 도 7은 도 4의 도파관(12)에서 마이크로파의 이동경로를 보여주는 평면도이고, 도 8은 도 7의 A부를 보여주는 평면도이다.

도파관(12)은 마이크로파 발생기(10)와 연결되어 마이크로파가 연결관을 통해 유입되는 유입부(12a)와, 유입된 마이크로파를 두개의 챔버로 분배한 후 측방향으로 배출시키는 가이드부(12b)로 구성된다.

유입부(12a)는 하우징(15)의 삽입홀(16)로부터 외부로 노출되는 부분으로서, 유입부(12a)의 일측면에 유입구(14)를 가지며, 유입구(14)를 통해 마이크로파 발생기(10)의 연결관을 삽입하여 마이크로파 발생기(10)에서 발생된 마이크로파를 연결관을 통해 도파관(12)의 내부로 유입시킨다.

가이드부(12b)는 유입부(12a)와 연통되도록 일체로 형성되고, 가이드부(12b)의 폭을 길이방향으로 가로지르는 선 상에 제1격벽(25)이 형성되어, 가이드부(12b)의 내부는 제1격벽(25)에 의해 제1 및 제2챔버(31,32)(마이크로파 발생기(10)를 기준으로 보는 경우 제1격벽(25)을 사이에 두고 왼쪽에 제1챔버(31)가 위치하고 제2챔버(32)가 오른쪽에 위치한다.)로 구획된다.

또한, 제1격벽(25)의 길이를 폭방향으로 가로지르는 선상에 제2격벽(26)이 형성되어, 제2격벽(26)에 의해 제1챔버(31)가 제3 및 제4챔버(29,30)(마이크로파 발생기(10)와 가까운 쪽에 제3챔버(29)가 위치하고, 마이크로파 발생기(10)와 먼 쪽에 제4챔버(30)가 위치한다.)로 구획된다.

그리고, 제2격벽(26)에서 마이크로파 발생기(10)와 가까운 방향으로 복수의 슬롯(24)이 도파관(12)의 한쪽 측면에 제3챔버(29)와 연통되게 형성되고, 제2격벽(26)의 폭방향 연장선에서 마이크로파 발생기(10)와 멀어지는 방향으로 복수의 슬롯(24)이 도파관(12)의 다른 쪽 측면에 제2챔버(32)와 연통되게 형성된다.

이와 같은 도파관(12)의 내부 구조에 따르면, 도파관(12)의 유입부(12a)를 통해 유입된 마이크로파는 제1챔버(31)와 제2챔버(32)로 각각 유입된 후, 제1챔버(31)에 유입된 마이크로파가 제2격벽(26)에 의해 막히면서 제3챔버(29)와 연통되게 형성된 복수의 슬롯(24)을 통해 마이크로파가 배출됨과 동시에, 제2챔버(32)에서 제2격벽(26)의 폭방향 연장선 이후로 제2챔버(32)와 연통되게 형성된 복수의 슬롯(24)을 통해 마이크로파가 배출된다.

이때, 제1격벽(25)은 가이드부(12b)의 폭의 중심부를 길이방향으로 가로지르는 선 상에 위치하여 제1 및 제2챔버(31,32)에 유입되는 마이크로파의 유입량이 제1격벽(25)에 의해 1 대 1로 동일하게 유입될 수 있지만, 제1격벽(25)의 위치가 가이드부(12b)의 폭의 중심부를 가로지르는 길이방향 중심선 상에 반드시 있어야 하는 것은 아니며, 구획되는 비율에 비례하여 마이크로파 유입량이 분할되므로 제1격벽(25)의 위치를 필요에 따라 가이드부(12b)의 폭방향으로 간격 조절할 수 있다.

또한, 제2격벽(26)은 가이드부(12b)의 길이의 중심부를 폭방향으로 가로지르는 선 상에 위치하지만, 제2격벽(26)의 위치가 가이드부(12b)의 길이의 중심부를 가로지르는 폭방향 중심선 상에 반드시 있어야 하는 것은 아니고, 제2격벽(26)의 위치를 필요에 따라 가이드부(12b)의 길이방향으로 간격 조절할 수 있다.

그리고, 복수의 슬롯(24)은 타원형으로 일정한 간격을 두고 도파관(12)의 양측면에 지그재그 형태로 배열되어 있으나, 슬롯(24)의 배열상태, 형상, 크기 및 간격 등의 요소(Factor)에 따라 배출(Radiating)되는 전계강도 세기(E-field value)가 달라지므로 당업자가 필요에 따라 조절할 수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 도파관(12)은 제1격벽(25)에 의해 제1 및 제2챔버(31,32)로 구획되어 유입부(12a)를 통해 유입된 마이크로파를 두개의 전자기파 통로로 각각 분배하고, 제2격벽(26)에 의해 제1챔버(31)가 다시 제3 및 제4챔버(29,30)로 구획된다.

이에 따라, 마이크로파의 이동경로 및 그 작용을 살펴보면 마이크로파 발생기(10)에서 발생된 마이크로파는 유입구(14)를 통해 유입부(12a)에 유입되고, 이어서 마이크로파는 유입부(12a)에서 제1챔버(31)와 제2챔버(32)로 각각 분배되어 이동되고, 제1챔버(31)에서 마이크로파 발생기(10)와 가깝게 위치한 제3챔버(29)에 유입되는 마이크로파는 슬롯(24)을 통해 측방향으로 배출되고, 동시에 제2챔버(32)에서 마이크로파는 제2챔버(32)의 중간지점(제2격벽(26)의 폭방향 연장선)까지는 측방향 배출없이 그대로 지나가고, 상기 중간지점 이후로 형성된 복수의 슬롯(24)을 통해 측방향으로 배출된다.

그 다음, 슬롯(24)을 통해 도파관(12)의 양측방향으로 배출되는 마이크로파는 하우징(15)의 반사부(17)에 반사되어 하우징(15)의 상단부에 설치된 발열부(23)에 조사되며, 조사된 마이크로파의 에너지에 의해 발열부(23)의 하판(20)에 직접 열을 발생시키고, 이 열이 발열부(23)의 상판(22)에 열전도 되어 지표를 가열시킨다.

여기서, 상기 하우징(15)의 반사부(17) 및 도파관(12)의 구조에 따른 작용을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

전술한 바와 같이 하우징(15)의 반사부(17)가 바닥부(27)의 폭방향 단부에서 상하방향 중심선을 기준으로 경사지게, 즉 상방향으로 갈수록 반사부(17)의 폭방향 간격이 넓어지게 형성됨에 따라 도파관(12)의 측방으로 배출된 마이크로파가 발열부(23)에 폭방향으로 균일하게 조사된다.

예를 들면, 복수의 슬롯(24)이 도파관(12)의 측면의 상측과 하측에 지그재그 형태로 형성된 경우에 도파관(12)의 하측에 형성된 슬롯(24)을 통해 배출되는 마이크로파는 발열부(23)의 폭방향 중심부에 가깝게 조사되고, 도파관(12)의 상측에 형성된 슬롯(24)을 통해 배출되는 마이크로파는 발열부(23)의 폭방향 가장자리부에 가깝게 조사됨으로써, 하우징(15)의 반사부(17)의 경사진 구조에 의해 마이크로파가 발열부(23)의 폭방향으로 균일하고 신속하게 조사되어 발열부(23)의 발열효율을 극대화시킬 수 있다.

또한, 도파관(12)의 내부는 길이방향으로 길게 배치된 제1격벽(25)에 의해 마이크로파의 이동통로인 제1챔버(31) 및 제2챔버(32)로 구획되어, 한개의 마이크로파 발생기(10)로부터 유입부(12a)를 통해 도파관(12)의 일단부에 유입된 마이크로파를 제1 및 제2챔버(31,32)로 분배하여 유입시키고, 상기 제1챔버(31)는 폭방향으로 짧게 배치된 제2격벽(26)에 의해 제3챔버(29) 및 제4챔버(30)로 구획되어 제1챔버(31)의 체적을 줄이며, 도파관(12)의 일측면에 제3챔버(29)(제1챔버(31)에서 마이크로파 발생기(10)와 인접하게 위치한 챔버)와 연통되게 형성된 슬롯(24)을 통해 배출되는 마이크로파는 발열부(23)의 길이방향 전반부 저면에 조사되고, 도파관(12)의 타측면에 제2챔버(32)와 연통되게 형성된 슬롯(24)을 통해 배출되는 마이크로파는 발열부(23)의 길이방향 후반부 저면에 조사되어, 결국 발열부(23)의 길이방향으로 전체면에 균일하게 마이크로파가 조사되어 발열부(23)의 발열효율을 극대화시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 발열장치에 관하여 수직형 도파관을 함입한 장치를 예를 들어 구체적으로 설명하였다. 그러나, 본 발명의 범위는 상기 수직형 도파관을 함입한 장치 외에도, 수평형 도파관, 원통형 도파관, 반원통형 도파관, 삼각형 도파관 등 형태를 달리하여 용도에 맞게 다양한 응용이 가능하다. 또한, 발열장치 하우징의 경우에도 하부에 마이크로파 발생기를 두고 상부에 발열부를 두는 형태 외에 중심에 마이크로파 발생기를 두고 바깥쪽에 발열부를 두는 형태 등 다양한 응용이 가능하며, 이 모두 본 발명의 범위에 포함된다.

또한, 마이크로파 발생기는 하나만 설치할 수 있는 것이 아니라 하우징의 길이에 따라 한 개 내지 수개를 설치할 수도 있으며, 이는 용도에 맞게 적절한 변형이 가능하다. 다만, 전력 소모량을 최소화하기 위해서는 도파관의 구조를 적절히 설계하여 하나의 마이크로파 발생기가 사용되도록 하는 것이 더 바람직하다.

또한, 본 발명에서 사용될 수 있는 마이크로파 발생장치 하우징은 용도에 맞게 그 높이, 길이, 폭을 적절히 변형하여 사용할 수 있다. 예를 들어 건축 내부의 난방 장치의 경우 그 높이가 지나치게 높을 경우 건축물이 내부 높이가 제한되는 결과가 발생할 수 있으므로 가능하면 그 높이를 최소화하는 것이 좋다. 또한, 하중을 많이 받는 도료, 교량 등의 경우에는 하우징을 설계함에 있어 하중에 잘 견디는 재료 및 구조를 선택하여 사용하는 것이 필요하다.

이상과 같이, 본 발명을 도면을 참조하여 그 특징에 관하여 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 마이크로파 발생기 11 : 냉각팬
12 : 도파관 12a : 유입부
12b : 가이드부 13 : 고정브라켓
14 : 유입구 15 : 하우징
16 : 삽입홀 17 : 반사부
18 : 지지부 19 : 보강판
20 : 하판 21 : 타공판
22 : 상판 23 : 발열부
24 : 슬롯 25 : 제1격벽
26 : 제2격벽 27 : 바닥부
28 : 중간부 29 : 제3챔버
30 : 제4챔버 31 : 제1챔버
32 : 제2챔버

Claims (20)

1. 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기;
   복수의 슬롯을 가지며, 상기 마이크로파 발생기로부터 마이크로파를 전달받아 상기 슬롯을 통해 발열부로 안내 및 전달하는 도파관; 및
   상기 도파관으로부터 전달되는 마이크로파를 흡수하여 열을 발생시키고, 이 열에 의해 가열 대상의 표면을 가열하는 발열부
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 마이크로파 발생기, 도파관 및 발열부는 가열 대상물의 표면 하부에 설치되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 도파관과 발열부는 하우징의 내부에 장착된 형태로 모듈화 되어 가열 대상물에 매립 설치되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열장치.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 도파관은 수직형, 수평형, 원통형, 반원통형 또는 삼각형 형태인 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 도파관은 유입구를 가지며, 상기 유입구를 통해 마이크로파 발생기로부터 마이크로파를 전달받는 유입부;
   상기 유입부와 연통되게 길이방향으로 형성되고, 양측면 또는 상부면에 복수의 슬롯을 가지며 상기 슬롯을 통해 측방향으로 또는 상부 방향으로 마이크로파를 배출시키는 가이드부; 및
   상기 가이드부의 내부에 길이방향으로 형성되어 상기 가이드부를 제1챔버와 제2챔버로 구획하고, 상기 유입부로 유입된 마이크로파를 상기 제1챔버와 제2챔버로 분배하는 제1격벽;
   으로 구성되고, 상기 제1 및 제2챔버로 유입된 마이크로파는 가이드부의 양측면 또는 상부면에 각각 형성된 슬롯을 통해 별개로 배출되어 발열부에 균일하게 전달되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열장치.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 슬롯은 가이드부의 양측면 또는 상부면에 서로 엇갈리게 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열장치.
   
7. 청구항 3에 있어서,
   상기 하우징은 상기 도파관이 상부(제1챔버)와 하부(제2챔버)로 구성되며, 격벽이 수평방향으로 제1챔버와 제2챔버를 분할하도록 설계된 2층 구조의 수직형 도파관일 경우에는 가운데 격벽이 존재하지 않고 계단식으로 도파관이 구성되고, 상기 도파관이 좌측부(제1챔버)와 우측부(제2챔버)로 구성되어 있으며 격벽이 수직 방향으로 제1챔버와 제2챔버를 분할하도록 설계된 구조의 수평형 도파관일 경우에는 가운데 격벽이 도파관의 양측면에서 폭방향으로 간격을 두고 대칭되며 상방향으로 갈수록 서로 폭방향 간격이 넓게 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열장치.
   
8. 청구항 3에 있어서,
   상기 하우징은 상기 도파관에서 측방향 또는 상방향으로 배출되는 마이크로파를 발열부로 반사시키는 반사부와; 상기 반사부의 상단에서 폭방향으로 넓게 형성되어, 발열부를 지지하는 지지부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열장치.
   
9. 청구항 3에 있어서,
   상기 하우징은 상기 도파관에서 측방향 또는 상방향으로 배출되는 마이크로파를 발열부로 반사시키는 반사부와; 상기 반사부의 상단에서 폭방향으로 넓게 형성되어, 발열부를 지지하는 지지부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열장치.
   
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기는 고전압변압기와 마그네트론을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열장치.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 마그네트론의 하부에는 냉각팬이 설치되고, 냉각팬은 팬모터와 연결되며, 외부로부터 상용교류전압이 팬모터에 인가되면 팬모터가 가동되면서 팬모터에 의해 냉각팬이 구동되어 외부의 찬공기를 마그네트론에 송풍함으로써, 마그네트론에서 발생되는 고열을 냉각시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열장치.
    
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 마이크로파 발생기는 도파관의 일단부 또는 양단부 측면에 고정브라켓에 의해 고정되고, 마이크로파 발생기의 배면에 돌출된 연결관에 의해 도파관의 일단부 측면에 연통가능하게 결합됨으로써, 마이크로파 발생기로부터 발생된 마이크로파를 도파관의 일단부 또는 양단부로 전달할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열장치.
    
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 마이크로파 발생기가 도파관의 양단부 측면에 고정될 경우에는 도파관은 격벽에 의해 챔버가 구분될 필요 없이 슬롯이 고르게 분포된 관형 도파관을 그대로 사용하는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열장치.
    
14. 청구항 3에 있어서,
    상기 하우징은 일단부면에 삽입홀이 형성되어 있어 삽입홀을 통해 도파관을 길이 방향으로 삽입 장착하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열장치.
    
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 마이크로파 발생기를 도파관의 일단부에 고정하기 위해 도파관의 일단부는 하우징의 외측에 노출되고, 노출된 도파관이 일단부 일측면에 마이크로파 발생기가 설치되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열장치.
    
16. 청구항 3에 있어서,
    상기 하우징은 도파관의 저면을 접촉에 의해 받쳐주는 바닥부와, 도파관의 슬롯에서 배출된 마이크로파를 발열부로 반사시키기 위한 반사부와, 반사부의 상단에 일체로 형성되어 발열부를 지지하기 위한 지지부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열장치.
    
17. 청구항 16에 있어서,
    상기 바닥부는 폭방향 양단부에서 상방향으로 갈수록 폭방향 간경이 넓게 형성된 테이퍼드 구조이거나, 사각형 구조 또는 원통형 구조인 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열장치.
    
18. 청구항 16에 있어서,
    상기 지지부의 중간부에는 보강판이 길이방향으로 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열장치.
    
19. 청구항 16에 있어서,
    상기 발열부는 아래와 위로 적층되는 세라믹 재질의 상판 및 하판과 상기 상판 및 하판 사이에 삽입되는 타공판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열장치.
    
20. 청구항 3에 있어서,
    상기 하우징이 하부에 마이크로파 발생기를 두고 상부에 발열부를 두는 형태이거나 중심에 마이크로파 발생기를 두고 바깥쪽에 발열부를 두는 형태인 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 발열장치.

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