KR100239552B1 - 전자렌지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자 렌지에 관한 것으로, 입력도파관의 급전구를 기준으로 상측방향의 캐비티 벽면 및 하측방향의 캐비티 벽면에 제1출력도파관의 방사구 및 제2출력도파관의 방사구가 각각 형성되어, 제1출력도파관과 제2출력도파관이 서로 반대 위상의 전계를 갖는 마이크로파를 캐비티 내부로 분사함으로써, 음식물의 부하량 변동에 의한 임피던스 변화를 최소화하여 음식물의 부하량에 관계없이 전자렌지의 출력을 일정하게 유지시킴과 동시에 캐비티 내부의 전계 분포를 일정하게 유지시킬 수 있다.

Description

전자렌지

본 발명은 마이크로파를 음식물에 가하여 음식물을 가열조리하는 전자렌지에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 조리하고자 하는 음식물의 부하 변동에 의한 도파관의 임피던스 변화를 최소화하여 음식물의 부하량에 관계없이 전자렌지의 출력을 일정하게 유지시킴과 동시에 캐비티내의 전계분포를 일정하게 유지시키도록 되어 있는 전자렌지에 관한 것이다.

일반적으로, 전자렌지는 마그네트론에서 생성된 마이크로파를 도파관을 통해 캐비티 내부로 분사하여 캐비티 내부에 위치된 음식물을 유전가열하여 조리하도록 되어 있다.

도 1은 종래의 1실시예에 의한 전자렌지 도파관의 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 도파관의 분사 구조 해석도로서, 도파관(1)의 일측면에는 마그네트론(3)이 삽입되는 마그네트론 삽입구(9)가 형성되어 있고, 이 도파관(1)의 타측면에는 상기 마그네트론(3)에서 생성된 마이크로파를 캐비티 내부로 분사하기 위한 직사각형의 개구부(7)가 형성되어 있다.

상기 마그네트론(3)에서 생성된 마이크로파는 도파관(1)을 통해 캐비티(5) 내부로 분사되고, 이 마이크로파가 캐비티(5) 내부의 음식물에 가해져 음식물을 유전가열하게 된다.

여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, 마그네트론(3)의 출력(power)을 P_in 이라고 하고, 캐비티(5) 내부의 특정 위치에 대한 출력을 P_out 이라고 하면 P_out 은 다음의 수학식1 내지 수학식3에 의해 구해진다.

P_in=E_s ²

E_y=E_ssin(x)

P_out=(E_y)²=(E_ssin(x))²=E_s ²sin(x)²

상기 수학식1 내지 수학식3에서, E_s 는 마그네트론(3)에서 생성된 마이크로파에 의해 형성되는 전계 에너지 즉, 입력 전계 에너지이고, E_y 는 캐비티(5) 내부의 특정 위치에서의 전계 에너지 즉, 출력 전계 에너지이다.

상기 마그네트론(3)의 출력은 상기 마그네트론에서 생성되는 마이크로파에 의해 형성되는 전계 세기 E_s 를 제곱한 값으로 얻어진다.

그리고, 상기 마그네트론(3)에서 생성되는 마이크로파는 특정 위상 즉 사인파이므로, 캐비티(5) 내부의 특정 위치에서의 전계 에너지 E_y 는 상기 마이크로파의 의해 형성된 전계 에너지 E_s 에 사인항 sin(x)이 곱해진 형태이며, 이 전계 에너지 E_y 를 제곱한 값이 캐비티 내부의 특정 위치에서의 출력 P_out 이다.

따라서, 캐비티(5) 내부의 특정 위치에서의 출력 P_out 은 마그네트론의 출력 P_in 에 사인항 sin(x)이 곱해진 형태가 되는데, 이 사인항 sin(x)은 조리하고자 하는 음식물의 부하 변동에 따라 그 값 즉, 위상이 달라지므로, 캐비티(5) 내부의 특정 위치에서의 출력 P_out 역시 부하 변동에 따라 변화하게 된다.

상기와 같이 음식물의 부하량 변동에 따른 도파관의 임피던스 특성은 도 3의 극성도(polar chart)와 같이 도시할 수 있 바, 도 3에서는 마이크로파의 주파수 범위가 2.44∼2.47GHz인 상태에서 부하가 2000cc의 물, 1000cc의 물, 500cc의 물, 100cc의 물인 경우의 도파관 임피던스 특성을 도시한 것이다.

도 3에서 도시된 바와 같이, 부하가 2000cc의 물인 경우에는 정재파비(VSWR : Voltage Standing Wave Ratio) 즉, 도파관의 임피던스가 적게 되어 전자렌지의 출력이 크게 되는 반면에, 부하가 100cc의 물인 경우에는 정재파비(VSWR) 즉, 도파관의 임피던스가 크게 되어 전자렌지의 출력이 작게 된다.

즉, 음식물의 부하량이 클 때는 전자렌지의 출력이 다소 높으나 부하량이 적을 때는 도파관의 임피던스가 증가하여 전자렌지의 출력이 낮아지게 되는 문제점이 있었다.

또한, 조리하고자 하는 음식물의 부하량의 변화에 의한 도파관의 임피던스 변화가 크게 발생하여 캐비티 내부의 전계 분포가 일정하지 않게 되는 문제점이 있었다.

그리고, 전자렌지의 출력을 향상시키기 위해서는 도파관의 임피던스와 캐비티의 임피던스를 매칭시켜야 하는데, 상기와 같은 구조의 도파관은 특정 캐비티와 임피던스 매칭을 가지도록 설계되므로, 하나의 도파관을 여러 종류의 캐비티에 적용하지 못하고, 각 캐비티 마다 도파관을 별도로 설계하여야 하는 어려움이 있었다.

한편, 1994년 4월 22일자로 일본국공개특허 특개평6-111933호에 개시된 전자렌지의 웨이브가이드시스템은, 전자렌지의 캐비티내의 음식물의 균일가열성능을 향상시키고, 도파관을 짧게 구성하여 전기부품의 배치를 용이하게 하는 것으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 일측벽에 한쌍의 상위한 전파공급공(11a, 11b)를 가지고, 조리하고자하는 음식물을 수납하는 캐비티(12)와, 상기 전파공급공(11a, 11b)을 가지는 측벽으로부터 격리되고, 상기 전파공급공(11a, 11b)의 사이에 위치되고, λ_g 의 주파수를 가지는 마이크로파를 안테나(13)를 통해서 발생하는 마그네트론(14)과, 안테나(13)로부터 λ_g /4의 거리를 두고 격리되고, 안테나(13)에 대하여 평행한 단락면을 가지고, 상기 전파공급공(11a, 11b)을 커버하고, 상기 마그네트론(14)을 지지하고, 상기 전파공급공(11a, 11b)을 통과한 마이크로파를 상기 캐비티(12)로 안내하는 도파관(15)을 구비하고, 상기 마그네트론(14)으로부터 발생된 전파로 상기 도파관(15)내에서 정재파를 형성한 후, 상기 전파공급공(11a, 11b)을 통하여 상기 캐비티(12) 내부로 방사하여 음식물을 균일하게 가열한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 전자렌지의 웨이프 가이드 시스템은, 캐비티(12)의 일측벽에 한쌍의 상위한 전파공급공(11a, 11b)를 형성하고, 마그네트론(14)에서 발생된 마이크로파를 상기 한쌍의 전파공급공(11a, 11b)으로 통해 캐비티(12) 내부로 방사함으로써, 단지 마이크로파의 분산 성능을 개선하여 음식물의 균일 가열 성능을 향상시킨 것으로, 음식물의 부하량 변동에 따른 전자렌지의 출력 변동에 적절하게 대응하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제 문제점을 해소하기 위한 것으로, 도파관의 구조를 개선하여 조리하고자 하는 음식물의 부하량 변동에 의한 임피던스 변화를 최소화하여 음식물의 부하량에 관계없이 전자렌지의 출력을 일정하게 유지시키는 전자 렌지를 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 음식물의 부하량 변동에 의한 임피던스 변화를 최소화하여 캐비티 내부의 전계 분포를 일정하게 유지시키는 전자렌지를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자렌지는, 마그네트론과 결합되어 상기 마그네트론에서 생성된 마이크로파를 급전구를 통해 공급하는 입력도파관과, 상기 입력도파관의 급전구에 연통되어 상기 입력도파관으로부터 전달된 마이크로파를 서로 상이한 위상으로 분리하여 캐비티 내부로 분사하여 음식물을 유전가열하는 제1및 제2출력도파관을 포함하여 구성된 전자렌지에 있어서,

상기 입력도파관의 급전구를 기준으로 상측방향의 캐비티 벽면 및 하측방향의 캐비티 벽면에 상기 제1출력도파관의 방사구 및 제2출력도파관의 방사구가 각각 형성되어, 상기 제1출력도파관 및 제2출력도파관이 서로 반대 위상의 전계를 갖는 마이크로파를 캐비티 내부로 분사하도록 되어 있어, 음식물의 부하량 변동에 의한 임피던스 변화를 최소화하여 음식물의 부하량에 관계없이 전자렌지의 출력을 일정하게 유지시킴과 동시에 캐비티 내부의 전계 분포를 일정하게 유지시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 1실시예에 의한 전자렌지 도파관의 개략적인 단면도,

도 2는 도 1에 도시된 도파관의 분사 구조 해석도,

도 3은 도 1에 도시된 도파관의 부하별 임피던스 특성을 나타내는 극성도,

도 4는 종래의 2실시예에 의한 전자렌지의 개략적인 단면도,

도 5는 본 발명에 의한 전자렌지의 개략적인 단면도,

도 6은 도 5에 도시된 도파관의 상세도,

도 7은 본 발명에 의한 방사구의 상세도,

도 8은 본 발명에 따른 도파관의 분사 구조 해석도,

도 9은 본 발명에 의한 전자렌지의 임피던스 극성도,

도 10는 종래 기술에 의한 전자렌지의 부하별 임피던스 극성도,

도 11은 본 발명에 의한 전자렌지의 부하별 임피던스 극성도,

도 12는 본 발명의 전자렌지 및 종래 기술에 의한 전자렌지의 효율을 비교한 그래프,

도 13는 본 발명의 전자렌지에서 부하별 마이크로파 분사 형태를 측정한 상태도,

도 14은 본 발명 및 종래 기술에 의한 전자렌지에서 우유 온도의 편차를 비교한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

16 : 캐비티 18 : 마그네트론

20 : 도파관 21 : 입력도파관

23 : 제1출력도파관 25 : 제2출력도파관

27 : 급전구 29, 31 : 방사구

33 : 캐비티 벽면

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 의한 전자렌지의 개략적인 단면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 도파관의 상세도로서, 도 5 및 도 6에 도시된 전자렌지는 캐비티의 측면에서 마이크로파를 캐비티 내부로 분사하는 방식의 도파관이 구비되어 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전자렌지는, 조리하고자하는 음식물을 수납하는 캐비티(16)와, λ_g 의 주파수를 가지는 마이크로파를 발생하는 마그네트론(18) 및, 상기 마그네트론(18)에서 발생된 마이크로파를 상기 캐비티(16)내로 안내하는 도파관(20)을 구비하고 있다.

그리고, 상기 도파관(20)은 도 6에 도시된 바와 같이, 입력도파관(21)과, 제1출력도파관(23) 및, 제2출력도파관(25)으로 이루어지며, 상기 입력도파관(21)은 마그네트론(18)과 결합되어 마그네트론(18)에서 생성된 마이크로파를 제1 및 제2출력도파관(23, 25)으로 공급하도록 되어 있다.

상기 제1출력도파관(23)은 상기 입력도파관(21)의 급전구(27)를 통해 공급된 마이크로파를 방사구(29)를 통해 캐비티 내부로 분사하도록 되어 있고, 상기 제2출력도파관(25)은 상기 입력도파관(21)의 급전구(27)를 통해 공급된 마이크로파를 상기 제1출력도파관(23)을 통해 캐비티 내부로 분사되는 마이크로파와 반대 위상의 전계를 가지도록 하여 방사구(31)를 통해 캐비티 내부로 분사하도록 되어 있다.

그리고, 상기 제1출력도파관(23)의 방사구(29) 및 제2출력도파관(25)의 방사구(31)는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 입력도파관(21)의 급전구(27)를 기준으로 상측방향의 캐비티 벽면(33) 및 하측방향의 캐비티 벽면(33)에 각각 형성되어, 서로 반대 위상의 전계를 갖는 마이크로파를 캐비티(16) 내부로 분사하도록 되어 있다.

이때, 상기 제1출력도파관(23)의 방사구(29) 및 제2출력도파관(25)의 방사구(31)는 상기 입력도파관(21)의 급전구(27) 중심에서 상하로 각각 일정거리(d1, d2) 즉, λ_g /4 의 거리에 각 방사구(29, 31)의 하단 중심이 위치하도록 형성되어 있다.

즉, 상기 제1출력도파관(23)의 방사구(29)와 제2출력도파관(25)의 방사구(31)는 서로 λ_g /2의 길이 만큼 떨어져 형성되어 있다.

또한, 상기 제1출력도파관(23)의 방사구(29) 및 제2출력도파관(25)의 방사구(31)는 서로 동일한 형상으로 형성되고, 좌우측이 서로 대칭되게 형성되어 있어 있다.

이때, 상기 제1출력도파관(23)의 방사구(29) 및 제2출력도파관(25)의 방사구(31)의 좌우측 길이는 각각 a+b= λ_g /4, a'+b'= λ_g /4 이며, 좌우측의 합이 λ_g /2가 되도록 형성되어 있다.

또, 상기 제1출력도파관(23)의 방사구(29) 및 제2출력도파관(25)의 방사구(31)의 상단폭(c)는 λ_g /8으로 형성되고, 좌우측폭(e)은 c/2 즉, λ_g /16으로 형성되어 있다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 작용 및 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 마그네트론(18)에서 발생된 마이크로파가 입력도파관(21)을 통해 제1출력도파관(23) 및 제2출력도파관(25)으로 전달된다.

즉, 마그네트론(18)에서 생성된 마이크로파는 입력도파관(21)의 급전구(27)를 통해 일부는 제1출력도파관(23)으로 전달되고, 나머지 부분은 제2출력도파관(25)으로 전달되는 것이다.

그리고, 상기 제1출력도파관(23)은 상기 입력도파관(21)을 통해 전달된 마이크로파를 방사구(29)를 통해 캐비티 내부로 분사하고, 상기 제2출력도파관(23, 25)은 상기 입력도파관(21)을 통해 전달된 마이크로파를 방사구(31)를 통해 캐비티 내부로 분사한다.

이때, 전자 렌지의 출력은 각 출력도파관(23, 25)의 방사구(29, 31)에서 분사된 마이크로파 에너지의 합으로 나타나는데, 상기 각 방사구(29, 31)를 통해 분사된 마이크로파의 전계 에너지는 서로 대칭적인 크기와 위상을 가지고 있으므로, 마이크로파 에너지의 크기는 각 방사구(29, 31)를 통해 분사된 마이크로파의 합이 되고 위상은 서로 상쇄되어 일정한 출력을 발생하게 되는 것이다.

즉, 도 8에 도시된 바와 같이 제1출력도파관(23)의 방사구(29)에서 분사되는 마이크로파는 입력도파관(21)의 급전구(27)로부터 공급되는 마이크로파 보다 λ_g /4 후에서 점점 커지는 전계의 크기를 갖게 되며, 제2출력도파관(25)의 방사구(31)에서 분사되는 마이크로파는 입력도파관(21)의 급전구(27)로부터 공급되는 마이크로파 보다 λ_g /4 전에서 점점 작어지는 전계의 크기를 갖은 채로 캐비티 내부로 분사되므로, 두 전계는 서로 반대의 위상을 갖게 된다.

한편, 본 발명의 도파관 임피던스는 도 9에 도시된 바와 같이, 제1출력도파관(23)의 방사구(29)와 제2출력도파관(25)의 방사구(31)의 합성임피던스를 갖게 되는데, 제1출력도파관(23)의 방사구(29)를 막으면 임피던스는 ①의 위치에 오며, 제2출력도파관(25)의 방사구를 막으면 임피던스가 ②의 위치에 존재하고, 두 방사구(29, 31)의 합성임피던스는 ③이 된다.

그리고, 부하별 임피던스를 비교하면 도 10에 도시된 바와 같이, 종래의 전자렌지에서는 고부하(1000∼2000cc)와 저부하(100∼500cc)의 임피던스 변화가 큰데 반하여, 본 발명의 임피던스는 도 11에 도시된 바와 같이, 부하변동에 상관없이 일정하게 유지되고 있다.

그리고, 도 12는 본 발명에 의한 전자렌지와 종래 기술에 의한 전자렌지의 효율을 비교한 그래프로써, 본 발명에 의한 전자렌지는 종래 기술에 의한 전자렌지에 비하여 반사파량이 적어 저부하에서도 고효율을 낼 수 있게 되어 있고, 부하량 변화에 따른 효율의 편차가 거의 없음을 알 수 있다.

또한, 본 발명은 부하량에 따라 제1출력도파관(23)의 방사구(29) 및 제2출력도파관(25)의 방사구(31)에서 적절히 마이크로파를 분사시키기 때문에 균일 가열이 가능하다는 잇점이 있다.

즉, 도 13a 내지 도 13d는 부하별 부사형태를 측정한 상태도로써, 적외선 카메라를 이용하여 온도를 측정한 것으로 방사구에 전자파 흡수가 잘되는 페라이트 재질을 벽면에 설치한 후 마그네트론 동작후의 부위별 온도를 측정한 것이다.

도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이, 무부하 및 저부하(150cc)에서는 주로 캐비티의 하부에 위치한 제2출력도파관(25)의 방사구(31)에서 마이크로파를 분사시켜 조리를 행하게 되며, 도 12c에 도시된 바와 같이, 중간부하(500cc)는 제1 및 제2출력도파관(23, 25)의 방사구(29, 31)가 마이크로파를 적절히 나누어 분사시켜 조리를 행하게 되고, 도 12d에 도시된 바와 같이, 고부하(1000cc)에서는 주로 캐비티의 상부에 위치한 제1출력도파관(23)의 방사구(29)에서 마이크로파가 분사된다는 것을 알 수 있다.

도 14는 종래기술에 의한 전자렌지 및 본 발명에 의한 전자렌지에서 우유병에 우유를 넣고 가열하여 적외선 카메라로 우유병에 담긴 우유의 상부와 하부의 최대온도편차를 측정한 것으로, 본발명에 의한 전자렌지가 우유병에 담긴 우유의 상부와 하부의 최대온도편차가 작음을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 마그네트론에서 생성된 마이크로파를 여러갈래로 나누어 캐비티 내부로 분사하되, 이 나누어진 마이크로파가 서로 상이한 위상을 가지도록 하여 캐비티 내부로 분사함으로써, 조리하고자 하는 음식물의 부하 변동에 의한 도파관의 임피던스 변화를 최소화하여 음식물의 부하량에 관계없이 전자렌지의 출력을 일정하게 유지시킴과 동시에 캐비티내의 전계분포를 일정하게 유지시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 마그네트론과 결합되어 상기 마그네트론에서 생성된 마이크로파를 급전구를 통해 공급하는 입력도파관과, 상기 입력도파관의 급전구에 연통되어 상기 입력도파관으로부터 전달된 마이크로파를 서로 상이한 위상으로 분리하여 캐비티 내부로 분사하여 음식물을 유전가열하는 제1및 제2출력도파관을 포함하여 구성된 전자렌지에 있어서,

   상기 입력도파관의 급전구를 기준으로 상측방향의 캐비티 벽면 및 하측방향의 캐비티 벽면에 상기 제1출력도파관의 방사구 및 제2출력도파관의 방사구가 각각 형성되어, 상기 제1출력도파관 및 제2출력도파관이 서로 반대 위상의 전계를 갖는 마이크로파를 캐비티 내부로 분사하는 것을 특징으로 하는 전자렌지.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1출력도파관의 방사구 및 제2출력도파관의 방사구는 서로 동일한 형상으로 형성되고, λ_g /2 만큼 서로 떨어져 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자렌지.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제1출력도파관의 방사구 및 제2출력도파관의 방사구는, 상기 입력도파관의 급전구 중심에서 상하로 각각 λ_g /4 의 거리에 각 방사구의 하단 중심이 위치하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자렌지.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한항에 있어서,

   상기 각 방사구는 좌우측이 서로 대칭되게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자렌지.

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