KR100611493B1 - 마그네트론의 냉각핀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네트론의 냉각핀에 관한 것으로, 냉각핀의 평판부에 난류 촉진형 돌출물들을 유입되는 공기의 주류 방향에 따라 일정간격으로 배열하여, 공기의 유동에 따라 난류를 형성시킬 수 있을 뿐만 아니라, 유입되는 공기가 난류 촉진형 돌출물 상단에 박리되어 평판부에 재 부착되어, 기존 온도 경계층을 박막화하여 마찰계수를 증가시키고 열전달율을 촉진시켜 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 발생한다.

마그네트론, 냉각핀, 돌출물, 난류, 평판, 돌출, 열전달, 마찰계수

Description

마그네트론의 냉각핀 {An cooling fin of magnetron}

도 1은 종래 기술에 따른 마그네트론의 단면도

도 2는 종래 기술에 따른 마그네트론 냉각핀의 사시도

도 3은 본 발명에 따른 난류 촉진형 돌출물의 원리를 설명하기 위한 개념도

도 4는 본 발명에 따른 난류 촉진형 돌출물이 평판 상에 등간격으로 배치한 상태의 사시도

도 5는 본 발명에 따른 마그네트론 냉각핀의 사시도

도 6은 본 발명에 따른 마그네트론의 냉각핀이 적층된 상태를 도시한 사시도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

150 : 평판 151 : 돌출부

150a : 상단 200 : 냉각핀

210,210a,210b,210c,210d,210e,210f : 평판부

211 : 공기유입부 212 : 공기유출부

251 : 난류 촉진형 돌출물

본 발명은 마그네트론의 냉각핀에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각핀의 평판부에 난류 촉진형 돌출물들을 공가의 흐름 주류 방향으로 일정간격으로 배열하여, 공기의 유동에 따라 난류를 형성시킬 수 있을 뿐만 아니라, 유입되는 공기가 난류 촉진형 돌출물 상단에 박리되어 평판부에 재 부착되어 기존 온도 경계층을 박막화하여, 마찰계수를 증가시키고 열전달율을 촉진시켜 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 마그네트론의 냉각핀에 관한 것이다.

일반적으로, 마그네트론(Magnetron)은 전원을 인가함에 따라 음극에서 방출되는 전자가 전계와 자계에 의해 2,450㎒의 고주파 에너지를 생성하고, 이러한 고주파 에너지를 안테나를 통해 출력하여 목표물을 가열하는 열원으로 사용되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 마그네트론의 단면도로서, 마그네트론은 양극부, 음극부 및 자기부 등으로 나눌 수 있는데, 먼저, 양극부는 원통형으로 된 애노드 실린더(11)와, 상기 애노드 실린더(11)의 내벽에 방사상으로 형성된 다수 개의 베인(12)으로 이루어진다.

그리고, 상기 음극부는 상기 양극부의 중심축 상에 텅스텐(W)에 토륨(Th)성분을 첨가하여 나선형으로 형성되어 열전자를 방사하기 위한 필라멘트(13)와, 상기 베인(12)의 끝단과 필라멘트(13)의 사이에 빈공간으로 마련되어 열전자가 회전되도 록 하기 위한 작용공간(14)과, 상기 필라멘트(13)로부터 방사된 열전자의 축방향으로의 이탈을 방지하도록 하기 위하여 상기 필라멘트(13)의 상단과 하단에 마련된 상엔드실드(15)와 하엔드실드(16)와, 상기 필라멘트(13)를 지지하는 동시에 외부전원을 인가하기 위하여 하엔드실드(16)를 관통하여 상엔드실드(15)에 연결되어 있는 센터리드(17)와, 상기 센터리드(17)와 함께 필라멘트(13)에 외부전원을 인가하기 위하여 하엔드실드(16)에 접합되어 있는 사이드리드(18)로 이루어진다.

또한, 상기 자기부는 상기 애노드 실린더(11)의 상단과 하단에 고정되어 자기회로의 통로의 역할이 이루어지도록 하기 위한 상자극(20)과 하자극(21), 상기 작용공간(14)에 자계를 형성하기 위하여 상기 상자극(20)의 상측과 하자극(21)의 하측에 마련되는 마그네트(22)로 이루어진다.

상기의 구성요소 외에도 상기 센터리드(17) 및 사이드 리드(18)의 타단이 세라믹 절연체인 세라믹 스템(31)을 관통하여 연결되어 노이즈 필터회로 역할을 하는 초크코일(32)과, 상기 초크코일(32)이 외부로부터 전류를 인가 받도록 하기 위한 관통형 콘덴서(33)와, 상기 상자극(20)의 상부와 하자극(21)의 하부에 각각 마련되어 자기회로의 통로 역할을 하는 에이실(41) 및 에프시일(42)과, 상기 작용공간(14)에서 생성된 고주파 에너지를 외부로 방사하기 위하여 상기 베인(12)과 연결되어 상자극(20) 및 에이실(41)의 중앙부를 지나 인출되어 있는 안테나 피더(51)와, 상기 작용공간(14)에서 고주파 에너지로 변환되지 못하고 열에너지로 변환되어 상기 베인(12)을 통하여 전도된 열이 외부로 방출될 수 있도록 하기 위한 냉각핀(61) 등이 포함되어 있고, 상기 냉각핀(61)을 내부에 수납함으로써 냉각핀(61)을 통하여 전도된 열이 방열될 수 있도록 하기 위한 요크(19)가 포함되어 진다.

여기서, 상기 요크(19)는 상측에서 내부장치를 수납하기 위한 요크 상판(19a)과 하측에서 내부장치를 수납하기 위한 요크 하판(19b)으로 이루어져 있다.

그리고, 상기 배기관(60)은 마그네트론이 조립된 후, 배기 공정시 마그네트론을 진공 상태로 만들기 위하여 마그네트론 내부의 공기를 뽑아내는 것으로써, 배기 공정 후 상부를 절단하면서 진공 밀봉되는 부분이다.

이렇게 구성된 마그네트론의 작동을 설명하면, 상기 마그네트(22)에서 형성된 자계가 상자극(20)과 하자극(21)을 따라 자기회로를 형성하여 베인(12)과 필라멘트(13) 사이의 작용공간(14)에 자계가 형성되고, 상기 관통형 콘덴서(33)를 통한 외부 전원이 인가되어 필라멘트(13)가 약 2000K의 온도에서 열전자를 방출하게 되고, 방출된 열전자는 필라멘트(13)와 양극부 사이에 인가되어 있는 4.0 ~ 4.4kV의 양극전압과 마그네트(22)의 자계에 의해서 작용공간(14)의 내에서 회전하게 된다.

한편, 상기 센터리드(17)와 사이드리드(18)를 통해 필라멘트(13)에 전원이 공급되어 베인(12)과 필라멘트(13)사이에 2450MHz의 주파수를 갖는 전계가 형성되면, 상기 전계와 자계에 의해서 방사된 열전자는 작용공간(14)에서 사이클로이드 (Cycloid) 운동을 하면서 전자에너지인 고주파 에너지로 변환되게 되고, 이 에너지가 베인(12)으로 전달되어 상기 베인(12)에 연결된 안테나 피더(51)를 통해 외부로 방출된다.

그러나, 이러한 과정으로 통하여서 모든 열전자의 에너지가 고주파 에너지로 방출되는 것은 아니고, 일부의 에너지는 열로 소모되게 되고 경우에 따라 이 소모 되는 열은 전체 소비에너지의 30%에 이른다.

한편, 이와 같은 소모열은 상기 베인(12)과 냉각핀(61)을 경유하여 외부에 마련된 팬에서 불어오는 공기유동에 의해서 방열되는데, 이러한 냉각핀(61)은 상기 요크(19)의 내부에 수납되어 있는 것이다.

도 2는 종래 기술에 따른 마그네트론 냉각핀의 사시도로서, 종래 기술의 냉각핀(100)은 평판부(110)와 상기 평판부(110)의 양측에 다단으로 절곡되게 형성된 복수개의 핀(121a,121b,121c,121d,121e,121f)이 형성되어 있고, 상기 평판부(110)의 중앙에는 원통형의 애노드(Anode)가 관통할 수 있는 통공(130)이 형성되어 있으며, 이 통공(130)에는 그 가장자리를 따라 상향 절곡된 절곡편(131)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 평판부(110) 상의 유체 유입부(151) 양측에는 상호 대향하는 한 쌍의 제 1 에어가이드(161,162)가 돌출되어 형성되어 있고, 유체 유출부(152) 양측에도 상호 대향하는 한 쌍의 제 2 에어가이드(163,164)가 돌출되어 형성되어 있다.

상기 유체 유입부(151)와 유체 유출부(152)는 공기가 유입 및 유출되는 평판부의 영역을 지칭한다.

한편, 마그네트론은 그 출력급에 따라 발생한 열을 냉각시키기에 적합한 냉각핀을 사용하며, 냉각핀의 냉각 성능은 마그네트론의 성능을 향상시키는 것이며, 이를 위하여 보다 냉각성능이 우수한 냉각핀을 필요로 한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 냉각핀의 평판부에 난류 촉진형 돌출물들의 세트(Set)를 유입되는 공기의 주류 흐름 방향으로 일정간격으로 형성하되, 적층된 인접 평판에 닿지 않고 떨어져 있는 구조이어야 하고, 공기의 유동에 따라 난류를 형성시킬 수 있을 뿐만 아니라, 유입되는 공기가 난류 촉진형 돌출물 상단에 박리되어 평판부에 재 부착되어 기존 온도 경계층의 두께를 박막화시키면서, 마찰계수를 증가시키고 열전달율을 촉진시켜 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 마그네트론의 냉각핀을 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 평판부와 상기 평판부의 양측에서 절곡되어 형성된 복수개의 핀이 형성되어 있고, 상기 평판부의 중앙에는 원통형 애노드(Anode)가 관통되도록 통공이 형성되어 있으며, 이 통공의 가장자리를 따라 절곡된 절곡편이 형성되어 있는 마그네트론의 냉각핀에 있어서,

상기 평판부에는, 상기 평판부면으로부터 돌출되고, 공기 흐름의 주류 방향을 따라서 일정간격을 유지하며, 복수개의 세트로 배열되고, 인접하여 적층된 핀과 접촉하지 않게 일정거리 떨어진 높이를 갖는 난류 촉진형 돌출물들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마그네트론의 냉각핀이 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음 과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 난류 촉진형 돌출물의 원리를 설명하기 위한 개념도로서, 상부에 돌출부(151)가 돌출되어 있는 평판(150)에 공기가 'A'에서 'B'방향으로 흐를 때, 상기 돌출부(151)는 공기의 흐름에 교란을 일으킨다.

여기서, 평판(150) 상부에 형성된 돌출부(151)는 공기의 흐름에 교란을 일으키므로, 이런 돌출부를 본 발명에서는 '난류 촉진형 돌출물' 라 정의한다.

한편, 열전달을 촉진하는 가장 근본적인 방법은 박막화법이라고 하는데, 이것은 유체와 고체 표면사이의 열전달이 고체 표면에 형성되는 온도 경계층의 두께에 따라 좌우된다.

즉, 열전달을 잘하는데는 이 온도 경계층의 두께를 얇게 해야 한다.

예를 들어, 유체가 층류의 경우에는 식(1)과 같이, 온도 경계층의 두께(

)는 주류속도(v)의 평방근에 역 비례하여 변화됨으로, 경계층의 두께를 줄이려면 주류 속도를 상승시켜 주든지 아니면 국부적으로 난류를 형성시켜서 흐름을 교란하여 순간적으로 속도를 증가시키는 수 밖에 없다.

h ∝

∝

-------- 식(1)

여기서, h는 열전달 계수이고,

는 온도 경계층의 두께이고, v는 주류속도이다.

본 발명에 적용되는 난류 촉진형 돌출물의 원리를 도 3을 참조하여 설명하면, 평판(150) 상에 돌출된 돌출부(151)는 2차원적인 공기 흐름에서 돌출부(151) 상단(151a)에서 박리된 흐름이 돌출부(151) 높이 10배 정도의 하류에서 평판(151)에 재부착된다.

여기서, 재부착되는 점은 도 3에 '150a'로 표시하였다.

이 때, 평판 표면 온도와 공기의 온도차가 있는 경우, 박리되어 평판에 재부탁되는 흐름이 기존의 평판 표면 위의 온도 경계층을 박막화시켜서 그 부위의 열전달율을 상승시켜 준다, 그리하여 상기 재부착되는 지점(150a)에서 높은 열전달율을 가지게 된다.

그러므로, 본 발명은 전열면상에 적당한 간극으로 돌출물들을 배치하고, 그 돌출물들 사이에 존재하는 박리된 난류의 공기가 재부착 지점의 높은 열전달율을 이용한 것이다.

여기서, 난류 재부착의 효과를 거두기 위해서 돌출물의 돌출 높이는 주류가 박리될 수 있게 인접되어 적층된 핀의 평판과 접촉하지 않고 일정거리 떨어져 있어야 한다.

도 4는 본 발명에 따른 난류 촉진형 돌출물가 평판 상에 등간격으로 배치한 상태의 사시도로서, 평판(150) 상에 난류 촉진형 돌출물(151)들을 등간격으로 배치한 경우, 공기의 유동은 난류 촉진형 돌출물들의 간격(Pitch)(P)과 난류 촉진형 돌출물의 높이(H)비에 의해 결정된다.

즉, (1) P/H

0.5이면, 이웃하는 난류 촉진형 돌출물들 사이에 완전한 와류가 형성되기 어렵다. 그리고, 공기가 재부착되는 지점이 존재하지 않는다.

(2) P/H

1이면, 공기가 유입되는 방향으로 이웃하는 난류 촉진형 돌출물들 사이에 와류가 1개 형성된다.

(3) P/H 〉1이면, 형성된 와류의 형태는 타원형이며, 난류 촉진형 돌출물들 내측 양구석에 작은 와류가 형성된다.

그리고, 공기의 재부착되는 지점이 존재하고, 공기의 재부착되는 지점의 마찰계수는 P/H가 1에서 P/H가 1.3까지 점점 감소하여 P/H가 1.3에서 최소가 된 후, P/H가 1.3이상에서 다시 증가한다.

(4) P/H

6 ~ 8이면, 난류 촉진형 돌출물들 상단에서 박리되어 난류 재부착되는 마찰계수와 열전달율이 최대가 된다.

도 5는 본 발명에 따른 마그네트론 냉각핀의 사시도로서, 냉각핀(200)의 평판부에는 상면으로부터 돌출되고, 공기 흐름의 주류 방향을 따라 일정 간격으로 배열한 상호 이격된 복수개의 난류 촉진형 돌출물들(251)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 평판부 상의 공기유입부(211)와 공기유출부(212) 모두 또는 공기유입부(211)와 공기유출부(212) 중 적어도 하나의 영역에 난류 촉진형 돌출물들을 형성한다.

여기서, 평판부상의 원통형 애노드가 관통되는 통공(230)을 중심으로 공기가 유입되는 평판부 영역을 공기유입부(211)라 정의하고, 공기가 유출되는 평판부 영역을 공기유출부(212)라 정의한다.

한편, 전술된 도 4의 설명을 참조하여, 본 발명의 난류 촉진형 돌출물(251) 들은 난류 촉진형 돌출물들의 간격(Pitch)(P)과 난류 촉진형 돌출물의 높이(H)비인 P/H가 1 ~ 10이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 6 ~ 8이다.

또한, 상기 난류 촉진형 돌출물(251)들은 원기둥 형상인 것이 가장 바람직하다.

그 이유는 난류 재부착 면으로 보면 원기둥 형상이외의 사각기둥 형상, 엠보싱(Embossing) 형상 및 절개된 평판 영역이 들어올려서 세워진 형상 등도 거의 동일한 효과가 있으나, 난류 생성에 있어 세밀한 원주형 주위의 높은 난류 속도 및 열전달율이 다른 것보다 좋기 때문이다. 그러나 다른 것도 효과가 있다.

도 6은 본 발명에 따른 마그네트론의 냉각핀이 적층된 상태를 도시한 사시도로서, 각각의 평판부(210a,210b,210c,210d,210e,210f)들이 적층되는 경우, 하나의 평판부에 형성된 난류 촉진형 돌출물(251)들은 인접하여 적층된 핀의 평판부에 접촉되지 않은 높이를 가지고 있어야만, 유입되는 공기가 난류 촉진형 돌출물(251)의 상단부에서 박리되어 평판부에 재부착된다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 냉각핀의 평판부에 난류 촉진형 돌출물들을 형성하여, 공기 흐름의 주류 방향을 따라서 일정 간격으로 복수개 배열하고 돌출물 상단이 인접 냉각핀과 일정 간격 떨어져 있게 형성되어, 공기의 유동에 따라 난류를 형성시킬 수 있을 뿐만 아니라, 유입되는 공기가 난류 촉진형 돌출물 상단에 박리되어 평판부에 재 부착되어 기존 온도 경계층을 박막화하여, 마찰계수를 증 가시키고 열전달율을 촉진시켜 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (5)

1. 평판부의 양측에는 복수개의 핀이 절곡 형성되어 있고, 상기 평판부의 중앙에는 원통형의 애노드가 관통되도록 통공이 형성되어 있으며, 이 통공의 가장자리를 따라 상향 절곡된 절곡편이 형성되어 있는 마그네트론의 냉각핀에 있어서,

   상기 평판부에는,

   상기 평판부의 판면으로부터 돌출되어 공기 흐름의 주류방향을 따라서 복수개의 세트로 등간격으로 배치되며, 인접하여 적층된 핀과 접촉되지 않게 일정 거리 떨어져 있는 원통형의 난류 촉진형 돌출물이 형성되어 있으며,

   상기 난류 촉진형 돌출물들의 간격(Pitch)(P) 및 높이(Height) 비인 P/H가 6 ~ 8인 것을 특징으로 하는 마그네트론의 냉각핀.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 난류 촉진형 돌출물들은,

   상기 평판부 상의 공기유입부와 공기유출부 모두 또는, 공기유입부와 공기유출부 중 어느 한 영역에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마그네트론의 냉각핀.
5. 삭제

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