KR20200024688A - 마이크로파와 친환경 제설제를 이용한 제설장치 - Google Patents

Abstract

폐열유입구로 모인 폐열은 압력을 증가시키는 증폭장치(1-6)에의해 고압의 폐열가스를 눈위에 노즐(1-9)을 통해 뿌려주어 얼음을 녹이게 된다.
또한 얼음을 녹이는 동시에 마이크로파 장치(1-8)에서 마이크로 파를 눈위에 보내서 제설효과를 한층 더 강화시키는 방법을 채택했다.
마이크로파를 이용해 얼음을 녹이는데 물의 양이 많아질수록 얼음이 녹는 시간이 단축되었다. 고체의 경우 진동운동 밖에 할 수 없기 때문에 회전 운동을 활발히 할 수 있는 액체인 물이 주변에 많을수록 고체인 얼음이 상태 변화 하는데 큰 도움이 되었던 것으로 판단된다.

Description

마이크로파와 친환경 제설제를 이용한 제설장치{Eco-friendly De-icing Method For Gas Blowing and Micro Wave}

제설제, 친환경기술.

전자레인지는 음식물을 뜨겁게 하는 데 마이크로파(micro wave)를 이용한다. 그래서 전자레인지를 영어로 ‘microwave oven’이라고 한다. 마이크로파는 주파수(진동수) 300MHz~300 GHz, 파장으로 보면 1mm~1m인 전자기파의 한 영역을 말한다. 전자기파의 영역은 진동수에 의해 임의로 구분되어지는데 진동수는 1초 동안 파동이 진동하는 횟수이다. 진동수의 단위는 Hz로 나타내며 1Hz는 1초에 파동이 1번 진동한 것을 나타낸다. 진동수(f), 파장(λ), 빛의 속도(c)의 관계는 다음과 같다. 즉, 파장이 짧을수록 진동수가 크고 파장이 긴 전자기파는 진동수가 작다.

전자레인지에는 2.45GHz의 진동수를 가진 전자기파가 사용된다. 이 마이크로파는 통신용으로 쓰이지 않는 범위의 주파수이며 비용적으로 저렴하고 전 세계적으로 사용이 가능하다. 이러한 마이크로파에 의한 음식물의 가열 원리는 유전가열(dielectric heating) 방식이라 불린다. 유리나 종이, 플라스틱과 같은 물질은 이 마이크로파에 의해 영향을 받지 않고 파를 통과시키지만 음식물 속 대부분을 이루는 물 분자나 그 외 지방, 당과 같은 분자에 흡수되어 음식물을 덥히는 작용을 한다.

물 분자는 수소와 산소 원자로 이루어져 있는데, 수소 원자 쪽이 양전하를 띠고 있고 산소 원자 쪽이 음전하를 띠고 있는 극성분자이다. 음식물에 마이크로파를 쪼이면 이와 같은 극성 분자는 전자기파의 전기장이 양과 음으로 진동할 때 분자가 양과 음의 방향을 바꾸며 매우 빠르게 회전하여 전자기장을 따라 정렬한다. 분자의 회전에 의해 분자들이 서로 밀고 당기거나 충돌하는데 이러한 운동에너지가 음식물의 온도를 높이게 된다. 전자레인지에서 만들어지는 전자기파의 진동수는 물 분자의 고유 진동수에 가까워 물 분자는 매우 강하게 진동한다.

전자레인지의 핵심적인 구조는 마이크로파를 만들어내는 마그네트론(magnetron)이다. 마그네트론은 높은 주파수의 진동을 만들어내는 장치로 기본 구조는 음극, 필라멘트로 된 양극, 안테나, 그리고 자석이다. 가정 내 교류 전압인 220V를 4000V 이상의 고전압으로 바꾸어 마그네트론에 전류를 흘리면 마그네트론에서 2.45GHz의 높은 주파수로 진동하는 마이크로파가 만들어진다. 이 마이크로파가 웨이브가이드를 따라 전자레인지 용기 내부에 쏘이게 되면 금속으로 된 벽에 반사되어 식품에 흡수된다.

전자레인지 내부는 금속인 철로 만들어져 있고 투시 창을 통해 전자기파가 외부로 나오는 것을 막기 위해 설치한 그물망도 금속 망이다. 전자레인지 용기 밖으로 전자기파가 유출되는 것을 막기 위해 2.45GHz의 마이크로파가 투과하지 못하고 반사되는 금속을 사용한 것이다. 그런데 보통 전자레인지에는 금속 용기의 사용을 금하고 있다. 그 이유는 우선 마이크로파가 금속을 통과하지 못하므로 금속 용기에 음식물을 넣어 사용할 경우 음식물을 데울 수 없기 때문이다. 또한 내부 벽면도 금속이므로 금속을 넣을 경우 금속과 금속의 접촉에 의한 마찰 부위에서 전자기파의 간섭이 일어나 스파크나 화재가 발생할 수 있다. 특히 금속의 뾰족한 모서리나 꼭짓점과 같은 부분에는 전자기파의 집중도가 커지므로 주의해야 한다. 또한 유리문에 금속 망이 있어 전자기파의 유출을 막아주지만 안전을 위해 전자레인지가 작동하는 동안 너무 가까이에 있지 않도록 한다.

전자레인지는 빠른 속도로 전기장의 방향을 바꾸기 위해 마그네트론을 사용하여 1초에 무려 24억5천만번이나 전기장의 방향이 바뀌는 전자기파를 이용하여 식품을 가열한다. 전기장의 방향이 1초에 10억 번에서 300억 번까지 바뀌는 전자기파를 마이크로파라고 부르는데, 마이크로파는 통신이나 텔레비전 방송 등에 이용된다. 통신에 이용되는 전자기파와의 간섭을 피하기 위해서 전자레인지에서는 정해진 진동수의 마이크로파만 사용하도록 하고 있다.

음식물은 대부분 물로 구성되어 있다. 전자레인지는 음식물에 포함되어 있는 물의 특이한 성질을 이용하여 음식을 익힌다. 특이한 성질이란 물 분자가 극성을 띠고 있다는 것이다. 즉 수소이온 쪽은 상대적으로 양전하를, 산소이온 쪽은 음전하를 띤다. 이들 각각의 물 분자들은 평소에는 무질서하게 배열되어 있다. 그러나 여기에 마그네트론에서 발생하는 극초단파를 이용하여 전기장을 걸어주면 양전하를 띤 부분은 음극을 향하고, 음전하를 띤 부분은 양극을 향해 정렬하게 된다.

이때 전기장의 방향이 바뀌면 앞서 정렬돼 있던 물 분자들은 전기장의 방향에 따라 회전하여 재 정렬한다. 이것은 나침반 주위에 자석을 가까이 가져가면 나침반의 바늘이 회전하는 것과 같은 이치이다. 나침반에서는 자기력이 바늘을 회전하도록 만들고 음식물에서는 전기력이 물 분자들을 회전하도록 만든다. 이처럼 물 분자들이 재 정렬하는 과정에서 분자간의 충돌이 일어나며 충돌된 분자는 운동에너지를 얻어 운동을 하게 되어 열이 발생된다.

전자레인지에서 가열이란 온도를 높이는 것이고 온도란 분자들이 얼마나 활발하게 움직이고 있는 지의 정도를 나타낸 것이다. 따라서 물질의 온도를 높이려면 분자들이 활발하게 운동하도록 해주면 된다. 마그네트론에서 발생하는 극초단파가 전기장의 방향을 빠른 속도로 바꾸어 주면 물 분자는 빠른 속도로 회전 운동하게 되고, 이 운동속도는 주위의 또 다른 물 분자와 충돌하는 식으로 물 분자의 운동에너지가 빠른 속도로 주위의 물 분자로 전달된다. 이렇게 하여 음식물은 빠른 속도로 가열되는 데, 이것이 전자레인지의 작동 원리이다.

음식물은 일반적으로 열전도도가 낮아서 단시간 내에 중심까지 가열하려면 표면과 중심 사이의 온도 차이를 크게 해주어야 한다. 이 때문에 표면은 가열되어 타기 쉬우며 영양분을 잃게 된다. 그러나 전자레인지는 열전도 및 열복사 등을 이용한 외부 가열방식의 조리기구와는 달리 음식물의 내부에서 발열하므로 표면이 타는 일이 없으며 열효율이 높고 조리시간이 단축되며 비타민이 적게 파괴되는 장점이 있다.

본 발명에서는 유해성이 입증된 염화칼슘이나 친환경 제설제 라고 염화칼슘만 을 다른 염소계 제설제로 대체한 실제 환경에 큰 장점이 없는 기존 친환경 제설제의 문제점을 파악하고 제설제를 사용하지 않고 자동차 의 폐열과 전기를 이용한 마이크로 파를 가하는 물리적인 방법으로 제설 할 수 있는 방법을 강구 하는 것이 본 발명의 목적이 있다.

자동차의 폐열을 이용하기 위해서 열전도율이 배기구에서 어느 정도 떨어질 때마다 감소하는지를 알아보고 가장 효과적인 방안을 세우도록 하였다. 또한 열전달을 타이어에 망사와 같은 철사에 전달하여 제설효과가 얼마나 되는지를 시험해보았다. 열전달을 얼음 표면에 효과적으로 하기위해 마이크로파를 이용해 얼음을 녹이는데 시간이 단축 되는 현상을 관찰 하였다. 고체의 경우 진동운동 밖에 할 수 없기 때문에 회전 운동을 활발히 할 수 있는 액체인 물이 주변에 많을수록 고체인 얼음이 상태 변화 하는데 큰 도움이 되었던 것으로 생각되어 이 마이크로파의 에너지를 제설 방안으로 활용 하는 것도 필요 할 것이다.

첫째, 자동차의 폐열을 이용하여 에너지가 따로 소모되지않는다.

둘째, 화학적 제설제와 같이 식물이나 어패류에 유해한 영향을 주지 않기 때문에 환경 친화적이다.

셋째, 필요시 즉각적으로 대처 할 수 가있다. 체인 구입및 장착의 번거로움이 없이 안전운행을 꾀할 수 있다.

넷째, 제설제와 마이크로파를 동시에 가 할 경우 배의 효과를 나타 낼 수 있다.

다섯째, 제설및 해빙기능을 통해 동절기 자동차 운행시 스노우체인등 안전장비 장착없이도 운행이 가능하여도로의 파손, 타이어의 손상을 방지하며, 무었보다 안전운행을 할수 있어 사고를 예방할 수 있다.

도면.1 은 본발명의 실시예

자동차의 엔진에서 배출된 뜨거운 배기가스는 소음기를 통해 보통 배출구로 나가는데 눈을 녹이기위한 제설 모드에서는 개폐장치가 작동되어 폐열 유입구로 나가가된다.

폐열유입구로 모인 폐열은 압력을 증가시키는 증폭장치에의해 고압의 폐열가스를 눈위에 노즐을 통해 뿌려주어 얼음을 녹이게 된다.

또한 얼음을 녹이는 동시에 마이크로파 장치에서 마이크로 파를 눈위에 보내서 제설효과를 한층 더 강화시키는 방법을 채택했다.

마이크로파를 이용해 얼음을 녹이는데 물의 양이 많아질수록 얼음이 녹는 시간이 단축되었다. 고체의 경우 진동운동 밖에 할 수 없기 때문에 회전 운동을 활발히 할 수 있는 액체인 물이 주변에 많을수록 고체인 얼음이 상태 변화 하는데 큰 도움이 되었던 것으로 판단된다.

생략

Claims (1)

1. 고체의 경우 진동운동 밖에 할 수 없기 때문에 회전 운동을 활발히 할 수 있는 액체인 물이 주변에 많을수록 고체인 얼음이 상태 변화 하는데 큰 도움이 되었던 것으로 생각되어 이 마이크로파의 에너지를 제설 방안으로 활용 하는 제설 방안에 한 한다.

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