KR20140007667A - 세라믹 발열체 조성물, 유전가열식 가열장치 및 이를 이용한 유전가열식 가열방법 - Google Patents
세라믹 발열체 조성물, 유전가열식 가열장치 및 이를 이용한 유전가열식 가열방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20140007667A KR20140007667A KR1020120075076A KR20120075076A KR20140007667A KR 20140007667 A KR20140007667 A KR 20140007667A KR 1020120075076 A KR1020120075076 A KR 1020120075076A KR 20120075076 A KR20120075076 A KR 20120075076A KR 20140007667 A KR20140007667 A KR 20140007667A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- heat
- heating element
- element composition
- heating
- ceramic heating
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 296
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 110
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 105
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims abstract description 106
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 26
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims abstract description 15
- 239000012210 heat-resistant fiber Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 claims description 19
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 13
- 239000005662 Paraffin oil Substances 0.000 claims description 10
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 claims description 10
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 6
- 239000013464 silicone adhesive Substances 0.000 claims description 6
- 150000004996 alkyl benzenes Chemical class 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 abstract description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 6
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 5
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 238000002094 microwave spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000009928 pasteurization Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
- C04B35/522—Graphite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
- C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
- C04B2235/3817—Carbides
- C04B2235/3826—Silicon carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
- C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
- C04B2235/3873—Silicon nitrides, e.g. silicon carbonitride, silicon oxynitride
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
- F24H1/10—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
- F24H1/12—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium
- F24H1/14—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium by tubes, e.g. bent in serpentine form
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
- H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
- H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
- H05B3/148—Silicon, e.g. silicon carbide, magnesium silicide, heating transistors or diodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)
Abstract
본 발명은 세라믹 발열체 조성물, 유전가열식 가열장치 및 이를 이용한 유전가열식 가열방법에 관한 것으로서, 세라믹 발열체 조성물을 내열성 섬유로 포장하는 단계(단계 1); 상기 내열성 섬유로 포장된 세라믹 발열체 조성물을 유전가열식 가열장치의 발열용기에 투입하는 단계(단계 2); 상기 발열용기에 열매체유를 충진시키는 단계(단계 3); 마그네트론에 전력을 인가하는 단계(단계 4); 상기 세라믹 발열체 조성물 및 발열용기에 마이크로파를 조사하여 발열시키는 단계(단계 5); 및 상기 세라믹 발열체 조성물로 및 발열용기로부터 발열한 열을 열매체유에 열전도하는 단계(단계 6); 를 포함하는 것을 기술적 특징으로 하며, 탄화규소, 질화규소 및 폴리실리콘으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나에 그라파이트를 혼합하여 세라믹 발열체 조성물로 사용하고, 세라믹 발열체 조성물 뿐만 아니라 발열용기에서도 발열함으로 인해 승온 속도를 증가시키는 효과가 있으며, 열매체유 안에서 세라믹 발열체 조성물이 발열반응을 하도록 함으로써 핫스팟(hot spot)의 발생을 감소시키는 효과와 열저장시간을 증가시킬 수 있는 장점이 있고, 상기 열매체유의 열에너지를 공기 또는 물과 열교환하여 난방기, 온풍기, 온수기, 전기자동차용 난방장치 등에 사용할 수 장점이 있다.
Description
본 발명은 세라믹 발열체 조성물, 유전가열식 가열장치 및 이를 이용한 유전가열식 가열방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 핫스팟(hot spot)의 발생을 감소시키며 승온속도 및 열저장시간을 증가시킬 수 있는 세라믹 발열체 조성물, 유전가열식 가열장치 및 이를 이용한 유전가열식 가열방법에 관한 것이다.
일반적으로 보일러는 밀폐된 용기 내의 물을 가열함으로써 온수 또는 고온의 증기를 발생시켜 이를 필요한 곳에 공급하기 위한 장치로서, 온수나 증기 발생을 위해 여러 가지 형식이 사용되고 있다.
종래 사용되는 통상의 보일러는, 피가열 물질을 수용하는 용기와 버너 등을 구비하여, 버너로부터 발생된 열원을 이용하여 열교환기를 가열함으로서 스팀과 온수를 발생시키는 구조로 되어 있다.
그러나 종래의 보일러는 연소열을 이용함에 따라 에너지 효율이 떨어질 뿐만 아니라, 대부분이 화석연료를 열원으로 사용하기 때문에 공해물질 배출로 인해 대기를 오염시키는 문제점이 있으며, 한정된 자원으로 인하여 점차 고비용으로 보일러를 운용해야 하는 단점이 있다.
이에 따라 공해물질이 적게 발생되고 비용이 저렴하며 열효율이 우수한 보일러 개발이 요구되는 상황이다.
대한민국공개특허 제10-2012-0001443호(2012.01.04)에는 마이크로파를 이용한 전자보일러가 개시되어 있다. 상기 전자보일러는 마그네트론에 의해 발생되는 마이크로파를 이용하여 발열체를 가열하고 여기에서 발생되는 열 에너지를 이용하여 온수를 대량으로 생산할 수 있는 장점이 있지만, 핫스팟(hot spot)이 발생하여 케이스인 금속이 손상되는 문제가 있으며, 초기 승온시 시간이 많이 소요되는 문제가 있다.
이에, 본 발명자는 핫스팟(hot spot)의 발생을 감소시키며 승온속도 및 열저장시간을 증가시킬 수 있는 세라믹 발열체 조성물, 유전가열식 가열장치 및 이를 이용한 유전가열식 가열방법을 개발하였다.
본 발명의 목적은 핫스팟(hot spot)의 발생을 감소시키며 승온속도 및 열저장시간을 증가시킬 수 있는 세라믹 발열체 조성물, 유전가열식 가열장치 및 이를 이용한 유전가열식 가열방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다음과 같은 수단을 제공한다.
본 발명은 탄화규소(Silicon Carbide), 질화규소(Silicon Nitride) 및 폴리실리콘(Polysilicon)으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 100중량부에 대하여 그라파이트(graphite) 10~50중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 발열체 조성물을 제공한다.
상기 탄화규소는 50~500㎛, 질화규소는 50~500㎛, 폴리실리콘은 50㎛~2㎜, 그라파이트는 1~100㎛ 크기로 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 세라믹 발열체 조성물 100중량부에 대하여 바인더(binder) 10~20중량부를 추가적으로 포함하되, 상기 바인더는 실리콘 접착제인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 외부 공진실, 상기 외부 공진실 내측에 위치하는 내부 공진실 및 상기 내부 공진실 내에 위치하는 발열용기를 포함하여 구성하고; 상기 발열용기에 제 1항의 세라믹 발열체 조성물과 열매체유가 충진되며; 상기 외부 공진실과 상기 내부 공진실 사이에는 단열재를 구성하여 외부로의 열 유출이 차단되도록 하고; 마그네트론에서 발생되는 마이크로파를 상기 세라믹 발열체 조성물에 전달하기 위한 전달경로인 도파관을 구성하여; 상기 도파관을 통해 전달된 마이크로파에 반응하여 상기 발열용기 및 상기 세라믹 발열체 조성물이 발열하여 상기 열매체유에 열전달하는 것을 특징으로 하는 세라믹 발열체 조성물을 이용한 유전가열식 가열장치를 제공한다.
상기 발열용기 내에 열교환기를 구비하여, 상기 열매체유에 열전달된 열을 상기 열교환기 내부 공간을 통과하는 열전달 유체에 열교환할 수 있다.
상기 발열용기는 붕규산유리를 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 세라믹 발열체 조성물을 내열성 섬유로 포장하는 단계(단계 1); 상기 내열성 섬유로 포장된 세라믹 발열체 조성물을 상기 유전가열식 가열장치의 발열용기에 투입하는 단계(단계 2); 상기 발열용기에 열매체유를 충진시키는 단계(단계 3); 마그네트론에 전력을 인가하는 단계(단계 4); 상기 세라믹 발열체 조성물 및 발열용기에 마이크로파를 조사하여 발열시키는 단계(단계 5); 및 상기 세라믹 발열체 조성물 및 발열용기로부터 발열한 열을 열매체유에 열전도하는 단계(단계 6); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 발열체 조성물 및 유전가열식 가열장치를 이용한 유전가열식 가열방법을 제공한다.
상기 단계 3에서, 상기 열매체유 100중량부에 대하여 상기 세라믹 발열체 조성물 5~30중량부인 것을 특징으로 한다.
상기 열매체유는 파라핀계 오일 또는 알킬벤젠계 오일 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유전가열식 가열방법은 탄화규소, 질화규소 및 폴리실리콘으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나에 그라파이트를 혼합하여 세라믹 발열체 조성물로 사용하고, 세라믹 발열체 조성물 뿐만 아니라 발열용기에서도 발열함으로 인해 승온 속도를 증가시키는 효과가 있으며, 열매체유 안에서 세라믹 발열체 조성물이 발열반응을 하도록 함으로써 핫스팟(hot spot)의 발생을 감소시키는 효과와 열저장시간을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에서는 열매체유의 열에너지를 공기 또는 물과 열교환하여 난방기, 온풍기, 온수기, 전기자동차용 난방장치 등에 사용할 수 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유전가열식 가열장치(100)의 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유전가열식 가열장치(200)의 정면 투시도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유전가열식 가열장치(200)의 정면 투시도.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
마이크로파는 300MHz~300GHz 사이의 주파수 영역에 존재하며 길게는 1m에서 작게는 1㎜ 까지의 파동을 갖는 전자기장파로 정의할 수 있다. 고선명 레이더로 제2차 세계대전 동안 마이크로파 주파수의 개발은 많은 진척이 이루어졌고 뛰어난 효율을 가진 높은 파워의 마이크로파 발생장치인 마그네트론 밸브가 개발되었다. 전쟁 이후 낮은 주파수 영역의 마이크로파는 가열을 목적으로 가정 및 산업에서 이용되기 시작하였으며 현재 산업용 마이크로파 가열 시스템은 음식물 산업, 해동, 진공건조, 저온살균, 소독, 플라스틱 산업, 화학 산업 등 많은 분야에서 이용되고 있다.
이러한 마이크로파에 의한 유전체 가열의 주요한 메커니즘은 두 가지로 나눌 수 있다. 첫 번째는 유전체가 DC(Direct current)에서 측정 가능한 유한 고유저항을 가지고 약한 전기전도체와 같이 거동할 때, 마이크로파 전기장 내에서 유전체의 저항에 의해 발생된 줄열이 온도를 상승시키는 유도가열(Induction heating)이다.
두 번째는 유전가열(Dielectric heating)이다. 많은 유전체에서 분자의 쌍극 성분들은 마이크로파 전기장과 정전기적으로 결합하여 정렬되어 진다. 마이크로파는 교류전류(Alternating current)를 가지고 변하므로 그 쌍극자들은 시간에 따라 다시 반대로 재배치될 것이다. 이러한 마이크로파 주파수에서 기계적인 진동의 일정한 상태가 유지되면 분자 사이의 마찰에 의해 열이 발생하게 된다.
단순히 유전가열 원리에서만 보면, 마이크로파 주파수가 증가할수록 쌍극자의 재배치 횟수증가에 의한 마찰열 발생량이 커지는 것이 맞으나, 실제적으로 마이크로파 영역 내에서 분자들 사이의 기계적 동조(Resonance)가 존재하고 이 결과 주파수 스펙트럼에서 파워 흡수량의 최대점이 발생한다. 물질의 유전적 특성 데이터는 파워밀도로 구성된 예측값을 구하거나 유전 가열 방정식에서 나타나는 것처럼 전기장 스트레스 및 물질에 따른 마이크로파 침투 깊이를 구하는데 중요한 자료로 활용된다. 각각의 화학적 화합물은 마이크로파 주파수 영역에서 스펙트럼 응답이 잘 정의되어져 있고 마이크로파 분광학은 이러한 현상을 이용하기 위한 분석적 기술로 잘 알려져 있다.
본 발명은 이러한 마이크로파에 의한 가열원리를 이용한 것으로, 마이크로파를 이용하여 열을 발생시키는 세라믹 발열체 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 세라믹 발열체 조성물은 탄화규소(Silicon Carbide; SiC), 질화규소(Silicon Nitride) 및 폴리실리콘(Polysilicon)으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 100중량부에 대하여 그라파이트(graphite) 10~50중량부를 포함한다.
상기 탄화규소(Silicon Carbide;SiC), 질화규소(Silicon Nitride) 및 폴리실리콘(Polysilicon)으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 100중량부에 대하여 그라파이트(graphite)가 10중량부 미만 포함되면 초기 승온에 시간이 많이 소요되는 문제가 있고, 50중량부 초과 포함되면 밀도가 증가하여 열매체유가 급속한 승온을 하게 됨으로써 열매체유를 분해하여 열매체유의 성능 저하를 초래하는 문제가 있다.
상기 탄화규소를 단독으로 사용하면 초기에 온도를 상승시키는 데 시간이 많이 소요되므로, 그라파이트를 혼합하여 초기 승온 시간을 단축시킨 것에 본 발명의 특징이 있다.
상기 그라파이트는 발열성이 매우 우수하여 수분 안에 고온으로 발열하므로 고온발열재로 사용하며 열전도가 우수하다.
상기 그라파이트 대신 카본 블랙(carbon black)이나 탄소나노튜브(Carbon nanotube; CNT)를 사용하는 것도 가능하다.
상기 탄화규소는 50~500㎛, 질화규소는 50~500㎛, 폴리실리콘은 50㎛~2㎜, 그라파이트는 1~100㎛ 크기로 사용하는 것이 바람직하며, 상기 범위를 초과한 크기를 사용하면 핫스팟(hot spot)이 발생할 가능성이 높아질 수 있다.
본 발명에 따른 세라믹 발열체 조성물은 소성을 하지 않아도 되며, 분말 또는 과립 상태로 사용할 수도 있고, 상기 세라믹 발열체 조성물 100중량부에 대하여 바인더(binder) 10~20중량부를 혼합하여 분말 또는 과립 상태의 조성물을 응고시켜 판상으로 성형하여 사용할 수도 있다. 상기 바인더는 실리콘 접착제를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 실리콘 접착제는 특별히 한정되지 않는다. 상기 세라믹 발열체 조성물 100중량부에 대하여 바인더를 10중량부 미만 혼합하면 응고가 잘 되지 않을 수 있으며, 20중량부 초과 혼합하면 발열에 영향을 줄 수 있다.
또한, 본 발명은 발열용기로 붕규산유리(borosilicate glass)를 사용한 것에 특징이 있다. 마이크로파를 조사하는 경우 발열체 조성물이 발열할 뿐만 아니라 붕규산유리에서도 발열함으로 인해 발열 속도를 더욱 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
종래에는 공기 중에서 세라믹 발열체가 발열 반응을 함에 따라 핫스팟(hot spot)이 발생하게 되고, 핫스팟이 발생하면 순간 고온으로 인하여 케이스인 금속을 손상시키는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 세라믹 발열체 조성물을 발열용기 하부에 위치시키거나, 위에서 아래로 입상으로 매달아 놓은 후에, 상기 발열용기에 열매체유를 용기 용량의 75~85% 까지 충진하고 마이크로파를 조사하여, 상기 열매체유 안에서 상기 세라믹 발열체가 발열을 일으키므로 핫스팟의 발생을 줄이는 것에 특징이 있다.
상기 열매체유는 특별히 한정되지 아니하나, 파라핀계 오일 또는 알킬벤젠계 오일을 사용할 수 있다.
본 발명에서는 마그네트론에 의해 발생되는 마이크로파를 이용하여 세라믹 발열체 조성물을 가열하고 여기에서 발생되는 열 에너지를 열매체유에 전달함으로 인해, 오랜 시간 동안 열을 저장하는 것에 특징이 있다.
다음은 도 1을 참조하여 본 발명의 세라믹 발열체 조성물을 이용한 유전가열식 가열장치(100)를 설명한다.
본 발명에 따른 세라믹 발열체 조성물을 이용한 유전가열식 가열장치(100)는 세라믹 발열체 조성물(10), 열매체유(20), 마그네트론(30), 발열용기(40), 내부 공진실(50), 단열재(60) 및 외부 공진실(70)을 포함한다.
상기 마그네트론(Magnetron)(30)은 소정의 전압이 인가되면 마이크로파를 발생시키는 것으로, 이 마이크로파는 도파관(35)을 통해 발열용기(40) 및 발열용기(40) 내부로 조사된다. 상기 도파관(35)은 마그네트론(30)에서 발생되는 마이크로파를 발열용기(40) 및 세라믹 발열체 조성물(10)에 전달하기 위한 전달경로이다.
상기 세라믹 발열체 조성물(10)은 내열성 섬유로 포장한 후에 상기 발열용기(40) 하부에 위치시키거나, 위에서 아래로 입상으로 매달아 놓을 수 있다. 상기 세라믹 발열체 조성물(10)을 내열성 섬유로 포장하면 발열반응시 핫스팟의 발생을 억제할 수 있는 효과가 있다. 상기 세라믹 발열체 조성물(10)은 마그네트론(30)에서 발생된 마이크로파에 반응하여 발열한다. 상기 세라믹 발열체 조성물(10)은 탄화규소(Silicon Carbide), 질화규소(Silicon Nitride) 및 폴리실리콘(Polysilicon)으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 100중량부에 대하여 그라파이트(graphite) 10~50중량부를 포함하여 이루어진다. 상기 세라믹 발열체 조성물 100중량부에 대하여 바인더(binder) 10~20중량부를 추가적으로 포함하여 응고시켜 판상으로 성형하여 사용할 수도 있다. 상기 바인더는 실리콘 접착제를 사용할 수 있다. 상기 세라믹 발열체 조성물(10)의 발열온도 및 발열시간은 조절이 가능하다.
상기 발열용기(40), 내부 공진실(50) 및 외부 공진실(70)은 다양한 형태가 가능하며, 육면체 형상이나 원통 형상을 이룰 수 있다.
상기 발열용기(40)는 마이크로파를 조사받으면 발열을 하는 붕규산유리를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 발열용기(40)의 상부는 발열용기 덮개(42)로 밀폐하며, 상기 발열용기 덮개(42)에는 주유구(45)가 구비되어 있어 주유구(45)를 통해 열매체유를 발열용기(40)에 충진하게 된다. 상기 발열용기(40)에는 급유관(46)과 환유관(47)이 연결되어 있는데, 세라믹 발열체 조성물(10)로부터 발열된 열에너지가 전달된 열매체유(20)는 급유관(46)을 통해 열교환기 또는 방열기에 공급되며, 열교환기를 통과한 열매체유(20)는 환유관(47)을 통해 다시 발열용기(40)에 충진되게 된다. 상기 발열용기(40)와 발열용기 덮개(42)의 접합 부분은 열매체유(20)의 누출이 없도록 내열성 패킹(49)이 구비된다. 상기 발열용기(40)의 내부 공간에 세라믹 발열체 조성물(10)과 열매체유(20)를 내부 공간에 넣되, 상부측에 공기층을 형성하도록 세라믹 발열체 조성물(10)과 열매체유(20)를 하부의 내부 공간에 넣으므로, 공기층의 압력을 조절하기 위한 에어콕(43)을 공기의 유출입을 단속 가능하게 상부측에 구비한다.
상기 공진실은 내부 공진실(50)과 외부 공진실(70) 이중의 구조를 가지며, 상기 내부 공진실(50)은 상기 발열용기(40)를 수용하고, 상기 외부 공진실(70)은 상기 내부 공진실(50)의 외부에 설치되고, 상기 내부 공진실(50)과 외부 공진실(70) 사이에는 단열재(60)가 충진된다. 외부 공진실 덮개(72)은 이중으로 되어 있으며, 내부에 단열재(60)가 충진된다. 내부 공진실(50)은 마이크로파 가열의 수율을 높이기 위하여 스테인레스로 이루어진다. 상기 내부 공진실(50)와 내부 공진실 덮개(52)의 접합 부분은 마이크로파의 누출이 없도록 내열성 패킹(59)이 구비된다. 상기 내부 공진실(50)에는 일정한 간격을 이격하여 상기 발열용기(40)를 수용하게 된다. 상기 내부 공진실(50)은 밀폐형으로 하고, 저압이 형성되도록 하며, 상기 내부 공진실 덮개(52)에 에어콕을 형성하여 열에 의한 압력이 초과하는 경우에는 에어콕으로 초과압력을 배출할 수 있다.
본 발명은 제어부(미도시)의 제어에 따라 마그네트론(30)이 작동되지 않도록 하여 세라믹 발열체 조성물(10)의 온도가 일정 온도 이상 올라가지 않도록 할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 세라믹 발열체 조성물(10)의 온도를 측정하기 위한 발열체 온도측정기(미도시)를 구비하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 유전가열식 가열장치(100)는 도파관(35)을 통해 전달되어 온 마이크로파가 발열용기(40) 및 세라믹 발열체 조성물(10)에 조사되고, 세라믹 발열체 조성물(10)에 침투된 마이크로파에 의하여 세라믹 발열체 조성물(10)이 발열할 뿐만 아니라 발열용기(40)에서도 발열하며, 이 발열된 열은 열매체유(20)에 열전달된다.
상기 열매체유(20)의 열에너지를 공기 또는 물과 열교환하여 난방기, 온풍기, 온수기, 전기자동차용 난방장치 등에 사용할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 세라믹 발열체 조성물(10)을 이용한 유전가열식 가열장치(100)의 작용에 대해 설명한다.
전원이 인가되면 트랜스포머(미도시)에서 승압된 고전압이 마그네트론(30)에 인가되고, 마그네트론(30)은 마이크로파를 발생시킨다.
마그네트론(30)으로부터 발생된 마이크로파는 도파관(35)을 통해 발열용기(40) 및 세라믹 발열체 조성물(10)에 전달된다.
그러면 발열용기(40) 및 세라믹 발열체 조성물(10)은 마이크로파에 의하여 발열하게 되고, 이 발생된 열은 열매체유(20)에 전달되어 열매체유(20)가 데워지게 된다.
상기 발열용기(40) 및 세라믹 발열체 조성물(10)에서 발생된 열에 의해 데워진 열매체유(20)는 급유관(46)을 통해 배출되어 공기 또는 물의 열매체와 열교환하여 난방기, 온풍기, 온수기, 전기자동차용 난방장치 등에 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 마그네트론(30)을 제어함에 따라 발열 온도를 제어할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 세라믹 발열체 조성물(10) 및 유전가열식 가열장치(100)를 이용한 유전가열식 가열방법에 대해 설명한다.
본 발명의 세라믹 발열체 조성물(10) 및 유전가열식 가열장치(100)를 이용한 유전가열식 가열방법은,
상기 세라믹 발열체 조성물(10)을 내열성 섬유로 포장하는 단계(단계 1);
상기 내열성 섬유로 포장된 세라믹 발열체 조성물(10)을 상기 유전가열식 가열장치(100)의 발열용기(40)에 투입하는 단계(단계 2);
상기 발열용기(40)에 열매체유(20)를 충진시키는 단계(단계 3);
마그네트론에 전력을 인가하는 단계(단계 4);
상기 세라믹 발열체 조성물(10) 및 상기 발열용기(40)에 마이크로파를 조사하여 발열시키는 단계(단계 5); 및
상기 세라믹 발열체 조성물(10) 및 상기 발열용기(40)로부터 발열한 열을 열매체유(20)에 열전도하는 단계(단계 6); 를 포함한다.
상기 단계 1에서 상기 세라믹 발열체 조성물(10)은 탄화규소(Silicon Carbide), 질화규소(Silicon Nitride) 및 폴리실리콘(Polysilicon)으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 100중량부에 대하여 그라파이트(graphite) 10~50중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 세라믹 발열체 조성물 100중량부에 대하여 바인더(binder) 10~20중량부를 추가적으로 포함하여 응고시켜 판상으로 성형하여 사용할 수도 있다. 상기 바인더는 실리콘 접착제를 사용할 수 있다.
상기 단계 2에서 상기 내열성 섬유로 포장된 세라믹 발열체 조성물(10)을 상기 발열용기(40)의 하부에 위치시키커나, 위에서 아래로 입상으로 매달아 놓을 수 있다. 상기 발열용기(40)는 붕규산유리를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 단계 3에서 상기 열매체유(20)는 상기 발열용기(40) 용량의 75~85% 까지 충진하는 것이 바람직하다. 상기 열매체유(20)가 상기 발열용기(40) 용량의 75% 미만 충진되면 열매체유(20)에 전달되는 열량이 적어지는 문제가 있으며, 상기 열매체유(20)는 300℃의 온도에서 부피가 15% 정도 증가하므로 상기 발열용기(40) 용량의 85%까지 충진하는 것이 바람직하다. 상기 열매체유(20)는 특별히 한정되지 아니하나, 파라핀계 오일 또는 알킬벤젠계 오일을 사용할 수 있다. 상기 열매체유 안에서 상기 세라믹 발열체 조성물(10)이 발열을 일으키므로 핫스팟의 발생을 줄일 수 있다.
상기 열매체유(20) 100중량부에 대하여 상기 세라믹 발열체 조성물(10) 5~30중량부가 되도록 상기 열매체유(20)를 충진하는 것이 바람직하다. 상기 열매체유 100중량부에 대하여 상기 세라믹 발열체 조성물이 5중량부 미만 충진되면 승온속도가 늦어지는 문제가 있고, 30중량부 초과 충진되면 핫스팟이 발생할 수 있다.
상기 단계 4 이전에 외부 공진실의 덮개(72)을 덮고 밀봉하는 단계가 추가될 수 있다.
상기 단계 5에서는 세라믹 발열체 조성물(10)에서 발열될 뿐만 아니라 발열용기(40)에서도 발열되는 장점이 있다.
상기 단계 6 이후에, 상기 열매체유(20)에 열전도된 열을 공기 또는 물과 열교환하여 난방기, 온풍기, 온수기, 전기자동차용 난방장치 등에 사용할 수 있다.
다음은 도 2를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹 발열체 조성물을 이용한 유전가열식 가열장치(200)를 설명한다.
다른 실시예에 따른 세라믹 발열체 조성물을 이용한 유전가열식 가열장치(200)는 발열용기(140) 안에 열교환기(150)를 포함하고 있어, 마그네트론에 의해 발생되는 마이크로파를 이용하여 세라믹 발열체 조성물(110)을 가열하고 여기에서 발생되는 열 에너지를 열매체유(120)에 전달하고, 열매체유(120)에 전달된 열을 열교환기(150) 내부공간을 통과하는 열전달 유체와 열교환 하는 것에 특징이 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 유전가열식 가열장치(200)는, 유입관(102) 및 유출관(101)에 의해 외부기기와 배관 연결되어서 유입관(102)을 통해 공급받는 열전달 유체를 내부공간에 통과시킨 후에 유출관(101)으로 흘러가게 형성된 열교환기(150)와; 상기 열교환기(150)를 내부에 수용하는 발열용기(140)와; 상기 발열용기(140)를 내부에 수용한 상태로 밀폐하는 공진실(170)과; 상기 공진실(170)과 상기 발열용기(140) 사이에 충진되는 단열재(160)와; 상기 발열용기(140)에 충진되는 세라믹 발열체 조성물(110) 및 열매체유(120)와; 마이크로파를 방사함으로써 상기 세라믹 발열체 조성물(110)과 발열용기(140)를 유전가열하여 상기 열교환기(150)의 내부공간을 통과하는 열전달 유체에 열을 전달하게 하는 마그네트론(130); 및 마이크로파를 발열용기(140) 내부로 조사하는 도파관(135)을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 공진실(170)의 외측에는, 마이크로파의 파장 및 파워를 조절하며 상기 마그네트론(130)에 전기를 공급하여 원하는 마이크로파가 방사되게 제어하는 마그네트론 컨트롤러와; 상기 공진실(170)의 내부온도 또는 열전달 유체의 온도변화에 따라 마그네트론 컨트롤러의 동작을 제어하고, 디스플레이부에 온도 및 가동상태를 보여주는 등의 가열장치에 필요한 제어동작을 수행하는 제어반;이 설치되며, 아울러, 유출관(101)의 끝단에는 분배기도 설치할 수 있고, 이와 같이 형성되는 유전가열식 가열장치(200)는 프레임의 내부에 수용되어 필요한 장소에 설치될 수 있다.
여기서, 상기 유입관(102)으로 공급받는 열전달 유체는 유동성을 갖는 액상 또는 기상의 유체로서, 예를 들면 물 또는 공기일 수 있으며, 본 발명에 따른 유전가열식 가열장치에 배관 연결된 외부기기의 종류에 따라 결정된다.
상기 공진실(170)은 내부 공간을 밀폐하도록 구성되되, 유입관(102) 및 유출관(101)이 관통되어서 내부 공간에 설치되는 열교환기(150)에 배관 연결하게 한다.
또한, 상기 공진실(170)은 밸브(104')가 설치되는 열매체유 배출구(104)를 저면에 구비하여서 발열용기(140)에 충진된 열매체유(120)를 밸브(104')를 열어 배출할 수 있게 한다. 한편, 발열용기(140)에 열매체유(120)를 넣어야 하므로 상판을 개폐가능한 덮개로 구성하여서 공진실 덮개(172)를 열고 열매체유(120)를 후술하는 주유구(145)를 통해 발열용기(140)에 넣을 수 있게 하는 것이 바람직하다.
상기 발열용기(140)는 마이크로파를 조사받으면 발열을 하는 붕규산유리를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 발열용기(140)의 상부는 발열용기 덮개(142)로 밀폐하며, 상기 발열용기 덮개(142)에는 주유구(145)가 구비되어 있어 주유구(145)를 통해 열매체유(120)를 발열용기(140)에 충진하게 된다. 상기 발열용기(140)와 발열용기 덮개(142)의 접합 부분은 열매체유(120)의 누출이 없도록 내열성 패킹(149)이 구비된다. 상기 발열용기(140)의 내부 공간에 상기 열교환기(150)를 설치한 후에 세라믹 발열체 조성물(110)과 열매체유(120)를 내부 공간에 넣되, 상부측에 공기층을 형성하도록 세라믹 발열체 조성물(110)과 열매체유(120)를 하부의 내부 공간에 넣으므로, 공기층의 압력을 조절하기 위한 에어콕(143)을 공기의 유출입을 단속 가능하게 상부측에 구비한다.
상기 공진실(170)과 상기 발열용기(140) 사이에는, 내부 공간의 열이 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해서 단열재(160)가 충진되는 것이 바람직하다. 또한, 두개의 판 사이에 공기층이 형성된 이중구조의 판으로 상기 공진실(170)을 제작하는 것도 좋다.
상기 열교환기(150)는 열전도율이 양호한 금속(예를 들면 스테인레스, 철)으로 형성되어 상기 열매체유(120)의 열을 열전달 유체에 전달하는 열전달 효율을 높이는 것이 바람직하다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과를 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시 예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실험예 1]
발열용기로 수정 내열 비이커(quarts crystal)을 사용하였고, 수정 내열 비이커 안에 열매체유와 세라믹 발열체 조성물을 충진하지 않은 상태에서 마이크로파를 조사하였으며, 가열 특성을 표 1에 나타내었다. 마그네트론, 공진실, 온도측정장치가 구비된 최대 정격고주파출력 700W인 마이크로파 처리장치를 사용하였다.
| 시간(분) | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 |
| 온도(℃) | 38 | 49 | 58 | 65 | 70 |
표 1을 보면, 수정 내열 비이커는 결정성이므로 마이크로파에 의하여 가열되지 않고 마이크로파를 통과시키나, 약간 승온을 보이는 것은 공진실의 벽체에 도포된 도료의 발열이 열전도된 것으로 유추된다.
[실험예 2]
발열용기로 수정 내열 비이커(quarts crystal)을 사용하였고, 수정 내열 비이커 안에 열매체유만 충진하고 세라믹 발열체 조성물은 충진하지 않은 상태에서 마이크로파를 조사하였으며, 가열 특성을 표 2에 나타내었다. 상기 열매체유는 파라핀계 오일을 사용하였고, 실험예 1과 동일한 장치를 사용하였다.
| 시간(분) | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 |
| 온도(℃) | 39 | 43 | 50 | 55 | 57 |
표 2를 보면, 열매체유는 결정질로서 마이크로파에 의하여 가열되지 않는 것을 알 수 있으며, 약간의 승온은 수정 내열 비이커의 승온이 열전도된 것으로 유추된다.
[실험예 3]
발열용기로 붕규산유리를 사용하였고, 붕규산유리 안에 열매체유와 세라믹 발열체 조성물을 충진하지 않은 상태에서 마이크로파를 조사하였으며, 가열 특성을 표 3에 나타내었다. 실험예 1과 동일한 장치를 사용하였다.
| 시간 (분) |
2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 | 22 | 24 | 26 | 28 | 30 |
| 온도 (℃) |
40 | 71 | 98 | 124 | 154 | 169 | 183 | 194 | 201 | 205 | 208 | 211 | 212 | 213 | 213 |
표 3을 보면, 발열용기로 붕규산유리를 사용하는 경우에 10분에 154℃로 승온하고 20분에 205℃로 승온하며, 30분에 임계온도 213℃에 도달하고 항온을 유지하는 것을 확인하였다.
따라서, 발열용기로 붕규산유리를 사용하는 경우에는 마이크로파에 의하여 발열하는 것을 알 수 있다.
[실험예 4]
발열용기로 붕규산유리를 사용하였고, 붕규산유리 안에 열매체유만 충진하고 세라믹 발열체 조성물을 충진하지 않은 상태에서 마이크로파를 조사하였으며, 가열 특성을 표 4에 나타내었다. 상기 열매체유는 파라핀계 오일을 사용하였고, 실험예 1과 동일한 장치를 사용하였다.
| 시간 (분) |
2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 |
| 온도 (℃) |
44 | 73 | 103 | 131 | 154 | 173 | 188 | 201 | 211 | 221 |
표 4를 보면, 열매체유를 충진한 경우에는 발열용기만 가열한 경우에 비해 승온 온도가 약간 높은 것을 알 수 있는데, 이는 열매체유가 가열되기 시작하면 밀도와 점도가 점차 낮아지고 비열은 점점 높아져 열흡수량이 증가되기 때문이다.
[실험예 5]
발열용기로 붕규산유리를 사용하였고, 붕규산유리 안에 열매체유 150g 충진하고, 탄화규소 13.5g을 충진한 상태에서 마이크로파를 조사하였으며, 가열 특성을 표 5에 나타내었다. 상기 열매체유는 파라핀계 오일을 사용하였고, 실험예 1과 동일한 장치를 사용하였다.
| 시간 (분) |
2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 | 22 | 24 |
| 온도 (℃) |
37 | 69 | 101 | 130 | 152 | 171 | 188 | 202 | 215 | 228 | 242 | 255 |
표 5를 보면, 탄화규소는 전체적으로 발열성이 우수하나, 초기 승온 속도가 늦은 것을 알 수 있다.
초기 승온 속도를 높이기 위하여 탄화규소를 과다 사용하면 발열속도를 다소 빠르게 할 수 있으나, 핫스팟의 발생 가능성이 커지게 된다.
[실험예 6]
발열용기로 붕규산유리를 사용하였고, 붕규산유리 안에 열매체유 150g 충진하고, 그라파이트 3g을 충진한 상태에서 마이크로파를 조사하였으며, 가열 특성을 표 6에 나타내었다. 상기 열매체유는 파라핀계 오일을 사용하였고, 실험예 1과 동일한 장치를 사용하였다.
| 시간 (분) |
2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 | 22 |
| 온도 (℃) |
44 | 84 | 120 | 150 | 175 | 195 | 211 | 223 | 235 | 246 | 257 |
표 6을 보면, 그라파이트는 초기에 열매체유를 고온으로 승온시킬 수 있으며, 승온 속도를 빨리할 수 있는 것을 알 수 있다. 열매체유에 그라파이트를 혼합하면 일부는 침잠하고 일부는 열매체유에 골고루 분포하여 부유하며, 열매체유 전체를 흑체화한다. 부유하는 분말은 마이크로파가 조사되었을 때 즉각 발열하여 열매체유에 열전달함으로서 가열효과를 높힌다.
탄화규소(SiC) 100중량부에 대하여 그라파이트(graphite) 10중량부를 혼합하여 세라믹 발열체 조성물을 제조하였다. 상기 탄화규소는 50~500㎛, 그라파이트는 1~100㎛ 크기로 사용하였다.
[실험예 7]
발열용기로 붕규산유리를 사용하였고, 실시예 1의 세라믹 발열체 조성물 16.5g을 마이크로파가 통과하는 내열성 섬유로 포장하여 상기 발열용기의 하부에 위치시키고, 상기 발열용기에 열매체유 150g 충진한 후, 마이크로파를 조사하였으며, 가열 특성을 표 7에 나타내었다. 상기 열매체유는 파라핀계 오일을 사용하였고, 실험예 1과 동일한 장치를 사용하였다.
| 시간 (분) |
2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 | 22 | 24 | 26 | 28 | 30 |
| 온도 (℃) |
69 | 112 | 144 | 167 | 186 | 201 | 214 | 225 | 234 | 242 | 249 | 256 | 262 | 268 | 274 |
표 7을 보면, 실시예 1의 세라믹 발열체 조성물 중에서 탄화규소는 주발열체로 발열시키고, 그라파이트는 초기발열 효과를 높이고 가열시간을 단축하는 것을 알 수 있다. 실시예 1의 세라믹 발열체 조성물을 열매체유에 혼합하면 탄화규소는 전량 침잠하고, 그라파이트는 일부는 탄화규소와 같이 침잠하고 일부는 열매체유에 부유하게 된다. 마이크로파가 조사되면 열매체유 중에 부유하는 그라파이트 미립자와 침잠되어 있는 탄화규소와 그라파이트 그리고 발열용기가 동시에 발열하게 된다. 발열된 열은 열매체유에 직접 열전달되며, 열매체유는 전체가 빠른 시간 안에 균일하게 가열되게 된다.
폴리실리콘(SiC) 100중량부에 대하여 그라파이트(graphite) 20중량부를 혼합하여 세라믹 발열체 조성물을 제조하였다. 폴리실리콘은 50㎛~2㎜, 그라파이트는 1~100㎛ 크기로 사용하였다.
[실험예 8]
발열용기로 붕규산유리를 사용하였고, 실시예 2의 세라믹 발열체 조성물 9g을 마이크로파가 통과하는 내열성 섬유로 포장하여 상기 발열용기의 하부에 위치시키고, 상기 발열용기에 열매체유 150g 충진한 후, 마이크로파를 조사하였으며, 가열 특성을 표 8에 나타내었다. 상기 열매체유는 파라핀계 오일을 사용하였고, 실험예 1과 동일한 장치를 사용하였다.
| 시간 (분) |
2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 | 22 | 24 | 26 | 28 |
| 온도(℃) | 38 | 71 | 109 | 134 | 166 | 187 | 203 | 214 | 222 | 229 | 236 | 244 | 252 | 260 |
표 8을 보면, 폴리실리콘은 초기발열 온도가 탄화규소에 비하여 낮은 것을 알 수 있다. 하지만 폴리실리콘은 고순도이므로 핫스팟이 전혀 발생하지 않는 장점이 있다.
[실험예 9]
실험예 7에서, 실시예 1의 세라믹 발열체 조성물에 마이크로파를 조사하여 발열한 열이 전달된 열매체유를 개방된 상태에서 자연 서냉시켰으며, 열매체유의 냉각 특성을 표 9에 나타내었다.
| 시간 (분) |
0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 |
| 온도 (℃) |
274 | 199 | 150 | 118 | 96 | 80 | 68 | 60 | 54 |
표 9를 보면, 열매체유가 274℃에서 54℃로 냉각되는데 소요된 시간은 80분이 소요되었다. 열매체유의 승온 온도 및 열매체유의 양에 따라 열교환량을 조절할 수 있으므로, 난방기, 온풍기, 온수기, 전기자동차용 난방장치 등의 물 또는 공기와 열교환하여 사용할 수 있음을 알 수 있다.
100 : 유전가열식 가열장치
10 : 세라믹 발열체 조성물 20 : 열매체유
30 : 마그네트론 35 : 도파관
40 : 발열용기 42 : 발열용기 덮개
43 : 에어콕 45 : 주유구
46 : 급유관 47 : 환유관
49 : 패킹
50 : 내부 공진실 52 : 내부 공진실 덮개
59 : 패킹 60 : 단열재
70 : 외부 공진실 72 : 외부 공진실 덮개
200 : 유전가열식 가열장치
101 : 유출관 102 : 유입관
104 : 열매체유 배출구 104': 밸브
110 : 세라믹 발열체 조성물 120 : 열매체유
130 : 마그네트론 135 : 도파관
140 : 발열용기 142 : 발용용기 덮개
143 : 에어콕 145 : 주유구
149 : 패킹
150 : 열교환기 160 : 단열재
170 : 외부 공진실 172: 외부 공진실 덮개
10 : 세라믹 발열체 조성물 20 : 열매체유
30 : 마그네트론 35 : 도파관
40 : 발열용기 42 : 발열용기 덮개
43 : 에어콕 45 : 주유구
46 : 급유관 47 : 환유관
49 : 패킹
50 : 내부 공진실 52 : 내부 공진실 덮개
59 : 패킹 60 : 단열재
70 : 외부 공진실 72 : 외부 공진실 덮개
200 : 유전가열식 가열장치
101 : 유출관 102 : 유입관
104 : 열매체유 배출구 104': 밸브
110 : 세라믹 발열체 조성물 120 : 열매체유
130 : 마그네트론 135 : 도파관
140 : 발열용기 142 : 발용용기 덮개
143 : 에어콕 145 : 주유구
149 : 패킹
150 : 열교환기 160 : 단열재
170 : 외부 공진실 172: 외부 공진실 덮개
Claims (9)
- 탄화규소(Silicon Carbide), 질화규소(Silicon Nitride) 및 폴리실리콘(Polysilicon)으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 100중량부에 대하여 그라파이트(graphite) 10~50중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 발열체 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 탄화규소는 50~500㎛, 질화규소는 50~500㎛, 폴리실리콘은 50㎛~2㎜, 그라파이트는 1~100㎛ 크기로 사용하는 것을 특징으로 하는 세라믹 발열체 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 세라믹 발열체 조성물 100중량부에 대하여 바인더(binder) 10~20중량부를 추가적으로 포함하되,
상기 바인더는 실리콘 접착제인 것을 특징으로 하는 세라믹 발열체 조성물.
- 외부 공진실, 상기 외부 공진실 내측에 위치하는 내부 공진실 및 상기 내부 공진실 내에 위치하는 발열용기를 포함하여 구성하고;
상기 발열용기에 제 1항의 세라믹 발열체 조성물과 열매체유가 충진되며;
상기 외부 공진실과 상기 내부 공진실 사이에는 단열재를 구성하여 외부로의 열 유출이 차단되도록 하고;
마그네트론에서 발생되는 마이크로파를 상기 세라믹 발열체 조성물에 전달하기 위한 전달경로인 도파관을 구성하여;
상기 도파관을 통해 전달된 마이크로파에 반응하여 상기 발열용기 및 상기 세라믹 발열체 조성물이 발열하여 상기 열매체유에 열전달하는 것을 특징으로 하는 세라믹 발열체 조성물을 이용한 유전가열식 가열장치.
- 제 4항에 있어서,
상기 발열용기 내에 열교환기를 구비하여,
상기 열매체유에 열전달된 열을 상기 열교환기 내부 공간을 통과하는 열전달 유체에 열교환하는 것을 특징으로 하는 세라믹 발열체 조성물을 이용한 유전가열식 가열장치.
- 제 4항에 있어서,
상기 발열용기는 붕규산유리를 사용하는 것을 특징으로 하는 세라믹 발열체 조성물을 이용한 유전가열식 가열장치.
- 제 1항의 세라믹 발열체 조성물을 내열성 섬유로 포장하는 단계(단계 1);
상기 내열성 섬유로 포장된 세라믹 발열체 조성물을 제 4항의 유전가열식 가열장치의 발열용기에 투입하는 단계(단계 2);
상기 발열용기에 열매체유를 충진시키는 단계(단계 3);
마그네트론에 전력을 인가하는 단계(단계 4);
상기 세라믹 발열체 조성물 및 발열용기에 마이크로파를 조사하여 발열시키는 단계(단계 5); 및
상기 세라믹 발열체 조성물 및 발열용기로부터 발열한 열을 열매체유에 열전도하는 단계(단계 6);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 발열체 조성물 및 유전가열식 가열장치를 이용한 유전가열식 가열방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 단계 3에서,
상기 열매체유 100중량부에 대하여 상기 세라믹 발열체 조성물 5~30중량부인 것을 특징으로 하는 세라믹 발열체 조성물 및 유전가열식 가열장치를 이용한 유전가열식 가열방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 열매체유는 파라핀계 오일 또는 알킬벤젠계 오일 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 세라믹 발열체 조성물 및 유전가열식 가열장치를 이용한 유전가열식 가열방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120075076A KR20140007667A (ko) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | 세라믹 발열체 조성물, 유전가열식 가열장치 및 이를 이용한 유전가열식 가열방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120075076A KR20140007667A (ko) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | 세라믹 발열체 조성물, 유전가열식 가열장치 및 이를 이용한 유전가열식 가열방법 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130128360A Division KR101406285B1 (ko) | 2013-10-28 | 2013-10-28 | 유전가열식 가열장치 및 이를 이용한 유전가열식 가열방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20140007667A true KR20140007667A (ko) | 2014-01-20 |
Family
ID=50141950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120075076A KR20140007667A (ko) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | 세라믹 발열체 조성물, 유전가열식 가열장치 및 이를 이용한 유전가열식 가열방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20140007667A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190126667A (ko) | 2018-05-02 | 2019-11-12 | (주)오앤케이테크 | 다공성 세라믹 발열체 조성물 및 상기 조성물로 제작된 세라믹 발열 구조체 |
-
2012
- 2012-07-10 KR KR1020120075076A patent/KR20140007667A/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190126667A (ko) | 2018-05-02 | 2019-11-12 | (주)오앤케이테크 | 다공성 세라믹 발열체 조성물 및 상기 조성물로 제작된 세라믹 발열 구조체 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Quantitative measurement of energy utilization efficiency and study of influence factors in typical microwave heating process | |
| CN105263295B (zh) | 一种微通道散热器 | |
| KR101406285B1 (ko) | 유전가열식 가열장치 및 이를 이용한 유전가열식 가열방법 | |
| US20050139594A1 (en) | Water heater | |
| CN104136849A (zh) | 冷却电极以及包含冷却电极的燃烧器系统 | |
| CN105071011B (zh) | 一种用于有源相控阵天线的冷却板 | |
| KR20110069570A (ko) | 마이크로파를 이용한 보일러 | |
| KR20140007667A (ko) | 세라믹 발열체 조성물, 유전가열식 가열장치 및 이를 이용한 유전가열식 가열방법 | |
| KR20120001443A (ko) | 마이크로파를 이용한 전자보일러 | |
| KR200190758Y1 (ko) | 열매체유의 유전가열을 이용한 난방장치 | |
| RU2356187C1 (ru) | Устройство для свч нагрева жидких диэлектрических сред в емкостях | |
| RU2455579C2 (ru) | Способ получения тепловой энергии из электрической и устройство для его осуществления кутэр петрова | |
| KR101334110B1 (ko) | 유전가열식 가열장치 | |
| CN209655799U (zh) | 坩埚及坩埚加热系统 | |
| CN206330277U (zh) | 一种管道式微波加热装置 | |
| KR102164933B1 (ko) | 마이크로파 유전가열용 붕규산유리 관로를 갖는 유전발열기 | |
| GB2140258A (en) | Microwave heating apparatus | |
| JP4154606B2 (ja) | マイクロ波焼成炉 | |
| JP4518427B2 (ja) | マイクロ波加熱式温水器 | |
| KR20190035364A (ko) | 전자파 발열체를 이용한 난방 장치 | |
| CN216488264U (zh) | 一种微波加热和磁感应加热的复合加热装置及液热系统 | |
| CN110186106A (zh) | 改良型快速加热内胆及应用该内胆的加热器 | |
| Alimoradi et al. | Hot Spot‐Dependent Zeolitization of NaY Precursor Gel with High Dissipation Factor in Microwave Heating | |
| CN108645640A (zh) | 一种加热板装置及散热测试系统 | |
| CN106852089A (zh) | 热压转换均温板、散热器均温散热方法及产品、制作工艺 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| A107 | Divisional application of patent | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| J201 | Request for trial against refusal decision | ||
| J301 | Trial decision |
Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20140403 Effective date: 20160120 |
|
| S901 | Examination by remand of revocation | ||
| S601 | Decision to reject again after remand of revocation |