대면적 난방용 SiC 섬유 발열 시스템

대면적 난방용 SiC 섬유 발열 시스템 {HEATING SYSTEM USING SiC FIBER FOR LARGE AREA HEATING}

본 발명은 SiC 섬유를 발열체로 사용한 발열 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 하나 이상의 발열실의 외측에 위치한 공간에 마이크로웨이브를 조사하는 마그네크론을 설치하고, 마그네트론에서 조사하는 마이크로웨이브를 다수의 도파관을 통해 조사하여 상기 발열실 내의 SiC섬유를 발열할 수 있도록 한 대면적 난방용 SiC 섬유 발열 시스템에 관한 것이다.

SiC섬유 즉 실리콘카바이드 섬유는 대표적인 초고온 세라믹스 섬유강화 복합재의 강화소재로 고온?고압의 열악한 환경에서 고강도, 고인성, 내식성 및 고신뢰도의 구조적 특성을 유지하는 소재이다. 특히 장섬유 강화 복합소재는 입자, 휘스커 강화 등 여타의 복합소재에 비해 가장 큰 인성증진 효과를 나타내기 때문에 우주?항공, 방위산업, 원자력 등 고신뢰도가 요구되는 극한환경용 산업분야의 필수 소재이다. 최근에는 복합재의 소재로써 뿐만 아니라 국방산업, 자동차 및 우주항공 산업 등에 그 응용이 확대되고 있다.

또한 나노도핑된 SiC섬유는 마이크로파에 대응하여 공기 중 1400℃까지 급가열이 가능하고, 발열된 열은 방사(radiation)특성이 좋아 매우 경제적이기 때문에 최근에 SiC섬유를 발열체로 사용한 발열 시스템이 주목받고 있다.

SiC를 발열체로 사용한 종래기술의 경우 특허출원 10-2013-0078223호의 구성을 간략히 살펴보면,

외부 공기를 흡입하기 위한 공기 흡입 팬과, 공기 흡입 팬에 의하여 흡입된 공기는 SiC 소재의 허니컴 형태의 원통형 관을 통과하도록 구성되고, 허니컴 형태의 원통형의 SiC 소재를 가열하기 위하여 극초단파 에너지를 발생 공급하기 위한 마그네트론과, 마그네트론에 부착 설치되어 마그네트론에서 발생 공급되는 극초단파에너지에 의하여 발열되는 허니컴 형태의 원통형 SiC 발열소재와, 허니컴 형태의 원통형 SiC 발열소재를 통과하면서 가열된 공기를 배출하기 위한 공기배출구를 구비한 마그네트론과 SiC 소재를 이용한 전기고온발생장치에 관한 것이다.

이러한 상기의 전기고온발생장치는 마그네트론이 원통형의 SiC 소재를 가열하기 위해 설치되어 마그네트론에서 발생하는 극초단파에너지에 의하여 발열되고 가열된 공기는 공기배출구를 통해 배출하게 된다.

그러나, 상기 종래의 전기고온발생장치는 하나의 원통형 관에서 원통형 SiC 발열소재를 가열하기 위해 다수의 마그네트론으로 조사하며, 다수의 구획된 난방구역에 대해 적용할 경우 각각의 전기고온발생장치가 필요하게 되어 대면적 난방에 부적합하고 다수의 마그네트론이 필요하게 되어 제조원가가 상승되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로 본 발명의 목적은 SiC 섬유 발열 시스템에서 SiC 섬유를 가열하기 위하여 소모되는 에너지를 절약함과 동시에 대면적 난방을 효과적으로 제어할 수 있는 SiC섬유 발열 시스템을 제공함에 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 실시예를 포함한다.

본 발명의 일실시예는, SiC섬유를 발열체로 사용한 발열 시스템에 있어서, 발열 시스템의 챔버 내부의 하부 일측에 설치되어 하나 이상의 도파관을 통해 마이크로웨이브를 조사하는 마그네트론; 상기 하나 이상의 도파관에 설치되는 개폐도어; 상기 하나 이상의 도파관에 각각 연통되는 하나 이상의 발열실; 상기 각각의 발열실에 내장되어 상기 마그네트론에서 출력된 마이크로웨이브에 반응하여 발열하는 발열체; 상기 하나 이상의 발열실에 연결되는 하나 이상의 배출구 및 상기 각각의 배출구에 설치되는 송풍기; 및 상기 발열실의 온도를 감지하는 온도센서의 감지신호를 수신하여 상기 마그네트론을 제어하는 제어부; 상기 제어부에 발열실을 선택 제어하도록 입력하는 모니터링부를 포함한다.

본 발명의 다른실시예는, 상기 일실시예에 있어서, 상기 마그네트론이 상기 발열 시스템의 상기 챔버 내부의 상부 일측에 설치되고 하부로 연장되는 하나 이상의 도파관을 포함하며, 상기 하나 이상의 도파관은 하나 이상의 발열실에 연통된다.

본 발명은 상술한 바와 같이 SiC섬유를 발열체로 사용한 발열 시스템에 있어서 다수의 도파관을 분기하고 상기 도파관을 선택하여 마이크로웨이브를 조사할 수 있으며, 하나의 마그네트론으로 선택적으로 발열실에서 열을 발생할 수 있으므로 종래에 비하여 소모되는 에너지를 절약할 수 있고 대면적 난방을 효율적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 대면적 난방용 SiC 섬유 발열 시스템의 일실시예를 도시한 측면되이다.
도 2는 본 발명에 따른 대면적 난방용 SiC 섬유 발열 시스템의 다른 실시예를 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 대면적 난방용 SiC 섬유 발열 시스템의 블록도이다.

이하에서는 본 발명에 따른 대면적 난방용 SiC 섬유 발열 시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 대면적 난방용 SiC 섬유 발열 시스템의 바람직한 일실시예를 도시한 측면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 대면적 난방용 SiC 섬유 발열 시스템의 블록도이다.

도 1과 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 SiC섬유를 발열체로 사용한 발열 시스템은, 발열 시스템의 챔버(100) 내부의 하부 일측에 설치되어 하나 이상의 도파관(120)을 통해 마이크로웨이브를 조사하는 마그네트론(110); 상기 하나 이상의 도파관(120)에 설치되는 개폐도어(141, 142, 143, 144); 상기 하나 이상의 도파관(120)에 각각 연통되는 하나 이상의 발열실(131, 132, 133, 134); 상기 각각의 발열실(131, 132, 133, 134)에 내장되어 상기 마그네트론(110)에서 출력된 마이크로웨이브에 반응하여 발열하는 발열체(150); 상기 하나 이상의 발열실(131, 132, 133, 134)에 연결되는 하나 이상의 배출구(161, 162, 163, 164) 및 상기 각각의 배출구(161, 162, 163, 164)에 설치되는 송풍기(171, 172, 173, 174); 및 상기 발열실(131, 132, 133, 134)의 온도를 감지하는 온도센서(181, 182, 183, 184)의 감지신호를 수신하여 상기 마그네트론(110)을 제어하는 제어부(190); 상기 제어부(190)에서 발열실(131, 132, 133, 134)을 선택 제어하도록 입력하는 모니터링부(120)를 포함한다.

상기 도파관(120)은 도시된 바와 같이 상기 챔버(100)의 내측에서 마그네트론(110)에 연결되며, 상기 마그네트론(110)에서 조사하는 마이크로파를 발열실에 전달하도록 설계되며, 하나 이상의 발열실(131, 132, 133, 134)에 연통되도록 분기되어 설치된다.

상기 도파관(120)이 분기되는 지점에서는 도시된 바와 같이 하나 이상의 개폐도어(141, 142, 143, 144)가 분기되는 도파관(120)에 대응되어 설치되며 제어부(190)의 제어에 의해 전자적으로 개폐할 수 있는 구조로 설치되며, 상기 개폐도어(141, 142, 143, 144)가 닫혔을 경우는 마이크로웨이브가 누설되지 않도록 상기 도파관(120)에 밀착되는 구조를 가진다.

상기 하나 이상의 도파관(120)에 각각 연통되는 하나 이상의 발열실(131, 132, 133, 134)은 밀폐된 구조로 내부에 SiC섬유가 충진되어 발열체(150)로 사용되며, 상기 발열실(131, 132, 133, 134)의 내부 또는 외부 일측에는 온도센서(181, 182, 183, 184)가 설치되어 발열실의 온도를 감지하도록 한다.

상기 하나 이상의 발열실(131, 132, 133, 134)에는 각각 배출구(161, 162, 163, 164)가 통되어 발열실(131, 132, 133, 134)로부터 가열된 공기가 배출될 수 있도록 하며, 상기 배출구(161, 162, 163, 164)에는 송풍기가 설치되어 배출효과를 높일 수 있다.

상기 온도센서(181, 182, 183, 184)는 상술한 바와 같이 상기 발열실(131, 132, 133, 134)의 온도를 감지하여 상기 제어부(190)에 온도감지신호를 송신한다.

상기 제어부(190)는 상기 온도센서(181, 182, 183, 184))로부터 감지된 각각의 발열실(131, 132, 133, 134)의 온도감지신호를 수신하여 상기 마그네트론(110)을 구동하며, 상기 도파관(120)에 내설된 개폐도어(141, 142, 143, 144)의 개폐를 제어하여 상기 발열실(131, 132, 133, 134)의 온도를 조절한다.

여기서 상기 제어부(190)는 초기구동시에 적정된 온도에 도달하기까지 상기 마그네트론(110)을 제어하여 상기 발열체(150)를 가열하도록 한다. 이후에 상기 제어부(190)은 상기 온도센서(181, 182, 183, 184)의 감지신호를 수신하여 상기 발열실(131, 132, 133, 134)이 설정된 온도에 도달되면 상기 마그네트론(110)을 오프시켰다가 다시 설정된 온도 이하가 되면 다시 온시켜 마이크로파의 출력을 조절하는 방법으로 에너지를 절감하는 것이 가능하다.

또한 상기 제어부(190)는 조작자가 모니터링부(200)를 통해 가열할 발열실(131, 132, 133, 134)중 일부를 선택하면 상기 개폐도어(141, 142, 143, 144)를 조작하여 해당되는 발열실만을 구동하도록 제어하는 것이 가능하다.

본 발명은 상기와 같은 구성을 포함하며, 하기에서는 상기와 같은 구성을 통해 달성되는 작용을 설명한다.

먼저 제어부(190)는 조작자에 의해 상기 SiC 섬유 발열시스템의 구동신호가 인가되고, 모니터링부(200)를 통해 가열할 발열실이 선택되면, 상기 마그네트론(110)을 구동시켜 상기 개폐도어(141, 142, 143, 144)를 조작하여 개방된 발열실에 마이크로웨이브를 조사하도록 제어한다. 따라서 상기 발열실(141, 142, 143, 144) 중 개방된 발열실 내의 발열체(150)는 상기 도파관(120)을 통해 조사되는 마이크로웨이브에 반응하여 발열한다.

상기 발열실(141, 142, 143, 144) 중 개폐도어가 개방된 발열실은 상기 발열체(150)의 발열에 의해 가열되면서 설정된 온도에 도달하게 된다. 이때 상기 온도센서(181, 182, 183, 184)중 상기 개방된 발열실의 내부 또는 외부 일측에 설치된 온도센서는 상기 개방된 발열실의 온도를 감지하여 상기 제어부(190)에 인가한다.

따라서 상기 제어부(190)는 상기 개방된 발열실의 내부 또는 외부 일측에 설치된 온도센서의 감지신호를 수신하여 상기 개방된 발열실이 설정된 온도에 도달되면 상기 마그네트론(110)을 제어하여 오프시킨다. 이후에 상기 제어부(190)는 상기 개방된 발열실의 감지된 온도를 통하여 상기 마그네트론(110)을 온오프하며, 조작자에 의해 상기 개폐도어(141, 142, 143, 144)를 선택적으로 조작하므로 연속적인 출력으로 인하여 불필요한 에너지의 소모를 방지하며, 필요한 구역만 효과적으로 난방이 가능하다.

상기 발열실(141, 142, 143, 144)중 마이크로웨이브가 조사된 발열실에서 발생한 열기는 상기 배출구(161, 162, 163, 164)중 마이크로웨이브가 조사된 발열실과 연통된 배출구를 통해 배출되며, 이때 배출효과를 높이기 위해 상기 송풍기(171, 172, 173, 174)중 열기가 배출되는 배출구에 설치된 송풍기를 구동할 수 있다.

또한 본 발명은 상세한 설명 및 도면에는 상기 챔버(130)의 내측에 다수의 도파관과 연결된 하나의 마그네트론(110)을 일실시예로 설명했지만 마그네트론의 복수를 설치하여 가변적으로 운용할 수 도 있다. 이렇게 다수의 마그네트론을 사용할 경우 마그네트론의 출력을 좀더 폭넓게 제어할 수 있으며, 다수의 도파관과 연동하여 대면적 난방을 효과적으로 실시할 수 있는 점도 본 발명의 기술적사상의 범위에 해당되는 것으로서 본 발명의 다양한 응용예 중 하나이다.

아울러 본 발명에서 상기 챔버의 내측에 마그네트론이 하부 일측 또는 상부 일측에 설치되는 예를 설명했지만 상기 마그네트론은 상기 발열 시스템의 설계에 따라 측면 등 다양한 위치에 설치될 수 있는 것도 물론 가능하다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

100 : 챔버 110 : 마그네트론
120 : 도파관 131, 132, 133, 134 : 발열실
141, 142, 143, 144 : 개폐도어
150 : 발열체 161, 162, 163, 164 : 배출구
171, 172, 173, 174 : 송풍기 181, 182, 183, 184 : 온도센서
190 : 제어부 200 : 모니터링부