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제품소개

마이크로웨이브 가열로

가열판(발열체)의 원리

원리

MoSi2를 첨가하여 임의로 손실탄젠트 값을 조정한 산화물유전체(Al2O3, ZnO, ZrO2, CuO, Fe2O3, BaTiO3 등 MW 흡수 발열이 가능한 산화물)와 상온에서 MW 흡수-발열이 가능한 SiC를 복합 적용하여, MW 흡수에 따른 연속적 온도 상승

특징

MW의 흡수가 가능한 재료의 손실탄젠트 범위에 따라 상온에서는 SiC의 발열에 의해 온도상승이 이루어지고, 고온영역에서는 복합유전체의 발열에 의해 온도상승이 이루어지는 발열 시스템으로서, 급속 승온 및 반복 승온이 안정적으로 가능

서로 다른 tan δ를 갖는 MoSi2 첨가 유전체의 온도구간별 배치를 통해 기존 발열체의 승온 한계점과 승온 속도를 동시에 개선한, 효율적이며 안정적인 마이크로웨이브 흡수 발열체
  • [재료 별 tan δ 및 마이크로웨이브 흡수-발열 현상이 일어나는 tan δ 범위]
  • 발열체 승온 곡선 비교
MW가열로의 원리
MW가열로
원리
전자파에의해 흡수된 유전 가열판이 발열하면서 로내에 온도를 상승시킴,
특징
빠른 승온속도로 인한 에너지 절약
기존 가열로와 비교

기존 가열로의 문제점

국내 전기다소비 기기의 하나인 전기로(국내 전기소비의 약12%)의 에너지 과다 사용

• 기존 전기로의 Heating Element는 전기적 저항으로 발열하기 때문에 효율이 매우 낮음(30%이하)
• 봉 타입으로 간격을 두고 설치하기 때문에 연속식인 경우 로(爐)내의 온도 균일도 저하로 품질 저하
• 낮은 승온속도 및 열충격 등의 문제로 다양한 제조공정에 응용 불가(고성능 제품 수입의존도 높음)

기존 가열로와 비교( 실험로 온도상승 비교)
  • 기존 전기가열로(3KW)세지테크 실험용 MW전기가열로(3KW)
  • 기존 전기가열로 승온 비교DATA
    600℃ 까지 도달시간은 세지테크(7분), 기존 가열로(120분) 소요됨
    출력이 클수록 소요 에너지 차이가 많이 발생함
가열로 실험장치(3KW)
  • 세지테크 실험용 MW전기가열로(3KW)
  • 내역 사양
    최대온도 1400도
    용량 10리터
    전기사양 Power supply(3kw, 가변출력)
    Magnetron 3kw(2450MHz)
    Water cooling
    컨트롤판넬 PLC, Touch Screen
    발열방식 가열판 가열방식
    기타장치 3stub-tunner, reflector
    단열재 1400도용 세라믹 보드
    써머커플 접촉식 K타입
    승온속도 1200도/hr
가열로 실험장치(15KW)
  • 15kW MW가열 실험장치 및 실험 장면
  • 내역 사양
    최대온도 1600도
    용량 20리터
    전기사양 Power supply(15kw, 가변출력)
    Magnetron 15kw(2450MHz)
    water cooling
    컨트롤판넬 PLC, Touch Screen
    발열방식 가열판 가열방식
    기타장치 3stub-tunner, reflector
    단열재 2000도용 세라믹 보드
    써머커플 접촉식 K타입,R타입
    승온속도 1600도/hr
15KW 가열로 설계 분석

캐비티 내의 설계 최적화 방안 검토 및 분석 후 제작

• MW가열 캐비티내의 계산조건을 정리하여 계산도메인 형상을 토대로 열유동 상용소프트 웨어(STAR-COM+12.06)를 이용하여 캐비티 내의 열유동 해석을 수행하여 설계에 반영.

  • 전기장(단면)
  • 온도장(단면)
  • 자연대류 속도장(m/s)
  • 전기장(전체)
    도메인 전기장 계산결과
  • 온도장(발열체)
    도메인 온도장 계산결과
  • 경계면 대류 열유속(W/m2)
    속도장 및 대류 열유속 계산결과
세지테크 가열판 성능(가열판 온도)

실험용 MW가열로 중 마이크로웨이브 15KW급 가열로 실험(5kw)

• 세지테크에서 개발 가열판의 승온속도 측정 (R TYPE 열전대 사용)

가열판 성능 (온도상승 시간)

분10 1차 2차 3차 4차
0 10 36 127 31
1 91 164 191 186
2 242 368 379 422
3 435 604 621 610
4 619 792 808 780
5 790 945 948 930
6 925 1078 1062 1042
7 1031 1181 1170 1130
8 1107 1250 1247 1242
9 1177 1312 1344
10 1238 1377
Avg (℃/min) 122.8 141.78 135.22 151.38

인증기관 실험(온도상승 시간)

  0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 승온온도 평균(℃/min)
1회 104 204 408 637 833 987 1119 1233 1330 1395 1451 134.7
2회 92 148 258 423 600 828 981 1104 1228 1333 1435 134.3
3회 99 152 260 425 612 849 1001 1144 1260 1351 1440 134
출력별 승온데이터(내부 온도)

실험용 MW가열로 중 마이크로웨이브 15KW급 가열로 실험(3,5,7kw출력변경)

• 출력별로 가열로 내부의 온도를 측정(시간은 min단위)

시간(MIN) 3KW 5KW 7KW
0 95 95 89
1 162 174 160
2 223 277 262
3 305 401 427
4 406 501 575
5 467 587 686
6 530 667 785
7 592 742 873
8 644 800 954
9 676 847 1023
10 710 894  
11 750 937  
12 780 975  
13 799 1014  
14 816  
15 835  

가열로 적용 실험

MW와 가열판를 이용하여 1600℃ 용 가열로를 제작

• MW 용량 : 8KW (4KW만 사용함),2450MHz
• 가열판(100X100)을 사용함
• 자동 온도 컨트롤, 진공, 내부 분위기 GAS 공급

1600℃ 승온 실험

1600℃ 승온 실험 열화상 카메라(측정시 DOOR를 개방하여 온도가 떨어짐)

대용량 가열로 적용

MW150KW(75KW X 2)를 이용하여 1300℃ (내부온도) 가열로를 제작하여 실험

• MW 용량 : 75KW X 2 (가변출력)

가열로 3D 설계 및 시뮬레이션(CST)

SOLIDWORKS로 설계 분석+CST(MW 시뮬레이션)결과로 제작된 150KW가열로

대용량 가열로 성능(생산장비)

MW150KW(75KW X 2)를 이용하여 1300℃ (내부온도) 가열로를 제작하여 실험

• R 타입 열전대 20개를 적용하여 온도 분포 측정

MW가열로 출력을 설정한 후 30분씩가동 (가열로내 온도 분포 최종C.V값으로 10이하로 매우 우수함)

  av sd c.v
800도대 816.2 57.4 7
900도대 937 54.6 5.8
1000도대 1018.7 67.4 6.6
1100도대 1122.8 58.9 5.2
1200도대 1234.4 61.6 5
1300도대 1326.7 54.6 4.1

MW가열로 균일도 인증시험 결과

구분 평균온도
(℃)
C.V
1회 1349 4.88
2회 1359 5.35
3회 1345 4.82
기존 가열로와 성능비교

MW가열로와 기존 생산 가열로의 사용전력 비교

• 사용조건 상온에서 400℃까지 1차 승온, 2차 승온800℃까지 승온 (동판 사용무게 160kg)
• 연간 생산량은 2.5배 증가 전기사용량은 20% 감소

MW가열로와 일반 생산가열로 비교

구 분 마이크로웨이브 가열로 (개발품) 기존 가열로 (B사)
용량 75kW중 40kW 사용 70kW
전기사용량40kW (1시간) 48.4kW 81.36kW
승온온도#1 (상온에서400℃) 30분 소요(40kW)=24.2kW 2시간 소요(162.7kW)
승온온도#2 (400℃-800℃) 60분 소요(50kW)=59.6kW 2시간 소요(162.7kW)
전기사용량 83.8kW+20kw(냉동기)=103.8kW 325.4kW
일일가동시 103.8kw×5회=519kW 325.4kw x 2회=651kW
160kg 생산 기준 전기사용량 1.5kg/kW 0.49kg/kW
년간 생산량(20일가동/월) 160kg×5회×20일×12개월= 192,000kg 160kg×2회×20일×12개월= 76,800kg
전기사용량 192,000kg/1.5=128,000kW 76,800kg/0.49=156,734kW
세지테크 MW 가열로의 장점
1) 빠른 승온 (가열판 기준 130℃ /min이상)
2) 기존 가열로 대비 에너지 절감 효과 20%이상 동일 시간 가동시 생산성 2.5배이상 향상
3) 마이크로웨이브 시뮬레이션을 통한 가열로 설계 기술
4) 국가 개발 프로젝트로 인한 특허 4건(가열로 관련) 보유 및 국책기관과 공동연구 문제 해결 능력 보유
5) 마이크로웨이브 가열로 시스템 효율 63% (인증 시험결과)
6) Pilot 실험장치 보유 (1600 ℃까지 실험 가능) - TEST 비용 발생
7) 기타 다량의 측정 설비 보유로 생산설비에 대한 정확한 진단 가능
MW 가열로 시제품

최대온도 1600도
용량 5리터
전기사양 Power supply(8kw, 가변출력)
Magnetron 8kw(2450MHz)
water cooling
컨트롤판넬 PLC, Touch Screen
발열방식 가열판 가열방식,진공,gas분위기
기타장치 3stub-tunner, reflector
단열재 2000도용 세라믹 보드
써머커플 접촉식 R타입
승온속도 1600도/hr

최대온도 800도
용량 10리터
전기사양 Power supply(1kw,5개 가변출력)
Magnetron 1kw(2450MHz),5개
공랭방식
컨트롤판넬 PLC, Touch Screen
발열방식 가열판 가열방식
기타장치 3stub-tunner, reflector
단열재 1400도용 세라믹 보드
써머커플 접촉식 K타입, INFRARED
승온속도 500도/30min
주요 실험사진(열화상)