KR101298737B1 - 마이크로파를 이용한 시료 가열장치용 반응기 및 시료 가열 방법 - Google Patents

마이크로파를 이용한 시료 가열장치용 반응기 및 시료 가열 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101298737B1
KR101298737B1 KR1020120005128A KR20120005128A KR101298737B1 KR 101298737 B1 KR101298737 B1 KR 101298737B1 KR 1020120005128 A KR1020120005128 A KR 1020120005128A KR 20120005128 A KR20120005128 A KR 20120005128A KR 101298737 B1 KR101298737 B1 KR 101298737B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
microwave
cavity
sample
cavity resonator
reactor
Prior art date
Application number
KR1020120005128A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130084386A (ko
Inventor
이철수
김광수
김명식
Original Assignee
서강대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서강대학교산학협력단 filed Critical 서강대학교산학협력단
Priority to KR1020120005128A priority Critical patent/KR101298737B1/ko
Publication of KR20130084386A publication Critical patent/KR20130084386A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101298737B1 publication Critical patent/KR101298737B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/80—Apparatus for specific applications
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C7/00—Stoves or ranges heated by electric energy
    • F24C7/02—Stoves or ranges heated by electric energy using microwaves
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/023—Industrial applications
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/80—Apparatus for specific applications
    • H05B6/806—Apparatus for specific applications for laboratory use

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

본 발명은 마이크로파를 이용한 시료 가열장치에 사용되는 시료 가열용 초소형 반응기에 대한 것으로, 본 발명의 마이크로파를 이용한 시료 가열장치용 반응기는, 외부로부터 마이크로파를 수신하고, 수신된 마이크로파를 공진시킬 수 있도록 내부에 일정 공간이 형성되며, 상부가 개방된 공동공진부; 및 상기 공동공진부 내부로 마이크로파의 여진을 위한 상기 공동공진부의 측면에 배치된 프로브를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 구성을 갖춘 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 시료 가열장치용 반응기에 의하면, 프로브를 이용하여 마이크로파의 여진에 의해 시료를 가열할 수 있어 다양한 다른 장비에 결합하여 적용할 수 있어 시료 가열장치용 반응기의 활용도를 보다 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

마이크로파를 이용한 시료 가열장치용 반응기 및 시료 가열 방법{REACTOR OF SAMPLE HEATING APPARATUS, SAMPLE HEATING APPARATUS AND SAMPLE HEATING METHOD USING MICROWAVE}
본 발명은 마이크로파를 이용한 시료 가열장치에 사용되는 시료 가열용 초소형 반응기와 시료 가열 방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 케이블을 통해 전달되는 마이크로파를 이용하여 시료를 가열하는 분리형 반응기와 그 반응기를 이용한 시료 가열 방법에 관한 것이다.
마이크로파를 이용하여 시료를 가열하는 장치는 마이크로파의 성질을 이용하여 물질을 가열하거나 화학반응을 일으키기 위한 장치이다. 이러한 장치로 가장 일반적인 것이 전자레인지로, 전자레인지는 마이크로파를 발진시키는 마그네트론과 마그네트론에서 발진된 마이크로파를 가열실 내부로 조사하는 도파관 등으로 이루어진다.
마이크로파가 가열실 내부의 시료를 가열하는 원리는 마이크로파가 시료의 분자를 진동시켜 진동된 분자들의 운동에너지로 인해 발생되는 마찰열에 의해 시료가 가열되는 것이다. 이러한 마이크로파의 주파수는 대체로 0.3 내지 30GHz이고, 파장은 1mm 내지 1m이며, 통신 분야에서도 다양하게 활용되며, 앞서 설명한 전자레인지, 식품가공이나 물질의 건조 등에도 이용되고 있다.
이처럼 마이크로파를 이용하여 시료를 가열하는 장치는 기존의 열전도를 이용한 가열방식에 비해 반응속도를 월등하게 향상시킬 수 있고, 그러므로 다양한 방면에서 많이 사용되고 있으며, 특히 화학실험에서 다양하게 활용되고 있다. 상기와 같은 마이크로파를 이용한 가열장치에 대해서는 대한민국 등록특허 제10-0977542호(동축 도파관 형태의 공진기로 구성되는 마이크로파 반응기 및 그 방법, 이하 선행기술)에 개시된다.
그렇지만, 선행기술과 같이, 공진기 내부에 반응물을 인입하여 가열하는 방식의 연구는 반응물을 내부로 넣기 위한 구조물을 필요로 하고, 반응물에 의한 내부 오염에 취약하기 때문에 상기와 같은 가열장치를 다른 장비에 적용하여 화학실험 등에 사용하는 것에는 한계가 있다. 또한 내부에 반응물을 삽입하는 경우 내부 반응물의 물리적 특성에 따른 내부 공진 특성의 변화가 예상되고, 소형화에 한계가 있어 위험물 차폐를 위해 제한적인 공간을 제공하는 실험실 환경에는 적합하지 않은 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 마이크로파를 이용한 시료 가열장치를 화학실험실이나 다른 장비에 적용할 수 있는 마이크로파를 이용한 가열장치용 분리형 마이크로파 반응기 및 시료 가열 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
먼저 본 발명의 대상이 되는 마이크로파를 이용한 시료 가열장치용 반응기는, 외부로부터 마이크로파를 수신하고, 수신된 마이크로파를 공진시킬 수 있도록 내부에 일정 공간이 형성되며, 상부가 개방된 공동공진부; 및 상기 공동공진부 내부로 마이크로파의 여진을 위한 상기 공동공진부의 측면에 배치된 프로브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 공동공진부의 측면에 설치되고, 상기 프로브를 통해 전달된 마이크로파의 주파수를 튜닝하기 위한 하나 이상의 튜닝용 스크류를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 공동공진부의 내부 공간은 원통형 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 프로브의 형상은 모노폴에 국한되지 않고, 루프 및 다이폴 등 다양한 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공동공진부의 내부 공간에는 유전체가 채워지는 것을 특징으로 하며, 상기 공동공진부의 물리적인 크기는 상기 공동공진부의 내부 공간에 채워지는 유전체의 유전율에 따라 결정되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 공동공진부의 상부에 위치하고, 시료용기를 거치시키는 용기거치부를 더 포함할 수 있고, 상기 공동공진부 내부의 오염을 방지하기 위해 상기 공동공진부의 개방된 상부를 덮는 차단부를 더 포함할 수 있다.
한편, 마이크로파를 이용한 시료 가열방법은, 시료를 가열하기 위한 마이크로파를 마이크로파 발진기에서 발생시키는 1단계; 상기 1단계에서 발생된 마이크로파를 케이블로 전송하는 2단계; 및 상기 2단계에서 케이블로 전송된 마이크로파가 공동공진기에 형성된 내부 공간에 프로브를 통해 전달되어 공동공진기 내부에서 여진이 발생하고, 발생된 여진이 공동공진기의 개방된 상부로 방사되어 시료를 가열하는 3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 3단계에서 공동공진기의 내부 공간에서의 여진은 공동공진기의 내부 공간에 채워진 유전체의 유전율, 공동공진기 내부 공간의 높이와 지름 및 공동공진기 내부로 삽입된 프로브의 길이에 중 어느 하나 이상에 따라 결정되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 3단계에서 공동공진기의 내부 공간에서 공진하는 마이크로파의 주파수는 공동공진기의 내부 공간에 삽입된 튜닝 스크류의 삽입되는 정도에 따라 조절되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖춘 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 시료 가열장치용 반응기에 의하면, 프로브를 이용하여 마이크로파의 여진에 의해 시료를 가열할 수 있어 다양한 다른 장비에 결합하여 적용할 수 있어 시료 가열장치용 반응기의 활용도를 보다 높일 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 시료 가열장치의 반응부에 유전체를 사용함으로써, 시료 가열장치의 반응부의 크기를 더욱 소형화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 시료에 따라 혹은 필요에 따라 반응부에서 공진하는 주파수를 튜닝 스크류를 이용하여 조절할 수 있기 때문에 다양한 시료에 적용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상부에 시료를 거치시켜 가열하는 방식이기 때문에 기존의 실험실에서 사용하는 핫플레이트 등의 전통적인 가열기를 손쉽게 대치할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 마이크로파를 이용한 시료 가열장치용 반응기를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 반응기가 적용된 마이크로파를 이용한 시료 가열장치를 간략히 도시한 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 공지된 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.
본 발명의 마이크로파를 이용한 시료 가열장치(100)에 대해서 도 1 내지 도2에 도시된 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명의 마이크로파를 이용한 시료 가열장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 발진부(110), 반응부(120), 전달부(130), 온도감지부(140) 및 제어부(150)를 포함하여 구성된다.
발진부(110)는 마이크로파를 발진시키는 장치로, 마이크로파 발진기(112) 및 발진회로(미도시)를 포함하여 구성된다.
마이크로파 발진기(112)는 제어부(150)의 제어를 받아 마이크로파를 발진시키며, 통상적으로 마이크로파 발진기(112)는 마그네트론을 이용하여 2.45 GHz의 마이크로파를 발진한다.
발진회로는 도 2에 도시하지는 않았으나, 발진부(110)의 내부에 위치하고, 마이크로파 발진기(112)에서 마이크로파를 발진시킬 수 있도록 하는 전원장치가 포함된다.
반응부(120)는 전달부(130)를 통해 전달된 마이크로파를 받아, 이를 이용하여 상부에 있는 시료를 가열하기 위한 것으로, 반응기(122), 용기거치대(124), 시료용기(126) 및 차단판(128)을 포함하여 구성되다.
반응기(122)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 공동공진기(122a), 프로브(122b), 튜닝용 스크류(122c)를 포함하여 구성된다.
공동공진기(122a)는 내부에 일정 공간이 형성되고, 상부가 개방된 형상으로 형성된다. 그리고 공동공진기(122a)의 외부 형상은 도 1에 도시된 바와 같이, 어떠한 형상으로 형성되든 내부 공간의 형상이 원통형으로 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 공동공진기(122a)는 금속의 재질로 형성되거나 도전체로 제조되는 것이 바람직하다.
이때, 공동공진기(122a)의 내부에서 여진되어 상부로 방사되는 마이크로파의 주파수는 공동공진기(122a) 내부 형상의 높이, 밑면 원형 형상의 지름 및 프로브(122b)의 삽입 위치 및 삽입된 프로브(122b)의 길이에 따라 결정된다.
이때, 공동공진기(122a)의 내부 형상에 따라 세 가지 파장이 존재하는데, 첫 번째 파장은 프로브(122b)로부터 여진된 파장(
Figure 112012004199987-pat00001
)은 공동공진기(122a) 내부로 삽입된 프로브(122b)의 길이와 관련된다. 공동공진기(122a) 내부로 삽입된 프로브(122b)의 길이는 마이크로파 파장의 1/4 배로, 마이크로파의 파장이 2.45 GHz일 때, 프로브(122b)의 길이는
Figure 112012004199987-pat00002
으로, 약 30mm가 된다.
두 번째 파장은 차단 파장(
Figure 112012004199987-pat00003
)으로, 원통형상의 공동공진기(122a) 내부 밑면의 지름에 의해 결정된다. 차단 파장(
Figure 112012004199987-pat00004
)은 지름의 정수배로 TE, TM 모드에 따라 다른 정수 값을 가진다. 이때, 가장 긴 파장은 TM11 모드로 3.412배가 되며, 그 이상의 파장을 가지는 마이크로파는 통과하지 못한다. 이는 다시 말해, 차단 파장을 가지는 마이크로파의 주파수보다 낮은 주파수를 가지는 마이크로파는 통과하지 못한다.
세 번째 파장은 공동공진기(122a) 내부에 정재파의 파장(
Figure 112012004199987-pat00005
)으로, 첫 번째 파장인 여진 파장(
Figure 112012004199987-pat00006
) 및 차단파장(
Figure 112012004199987-pat00007
)에 의해 결정된다.
이때의 계산은 [수학식 1]에 의해 계산된다.
Figure 112012004199987-pat00008
여기서, 정재파 파장(
Figure 112012004199987-pat00009
)에 의해 공동공진기(122a)의 높이가 결정되는데, 공동공진기(122a)의 높이는 정재파 파장(
Figure 112012004199987-pat00010
)의 3/4 배가 되고, 프로브(122b)의 높이는 공동공진기(122a) 바닥면에서부터 1/4 인 위치 즉, 개방된 상부로부터 2/4의 위치가 된다.
공동공진기(122a) 내부 공간의 바닥면 지름이 길어질수록 차단파장(
Figure 112012004199987-pat00011
)은 커지고, 정재파 파장(
Figure 112012004199987-pat00012
)은 작아지므로, 지름이 길어지면 높이가 낮아지고, 높이가 높아질수록 지름은 작아지는 관계를 가진다.
그리고 가열을 위해 사용하는 상용 마그네트론에서 발생된 마이크로파는 2.45 GHz이므로 파장이 약 12cm 이상을 가진다. 그러므로 가장 작은 부피를 가지는 공동공진기(122a)는 내부 공간의 바닥면 지름이 약 90mm, 높이가 약 160mm를 가져야 한다. 게다가 공동공진기(122a)를 구성하는 금속으로 인해 반응기의 크기가 너무 크다. 그렇기 때문에 공동공진기(122a)의 내부 공간에 유전체(D)를 채워 공동공진기(122a)의 크기를 소형화한다.
즉, 공동공진기(122a)의 내부 공간에 유전체(D)를 채우면 유전체(D)의 유전율에 따라 마이크로파의 파장이 긴 경우에도 공동공진기(122a)의 내부 공간에서 공진이 이루어질 수 있다. 이때, 공동공진기(122a)의 크기는
Figure 112012004199987-pat00013
의 비율로 소형화할 수 있으며, 이때의 유전율은 공동공진기(122a)의 내부 공간에 채워지는 유전체(D)의 유전율이다.
마이크로파는 공동공진기(122a)의 개방된 상부로 방사하기 때문에 가열할 시료는 반응기(122)의 상부에 위치하여야 한다. 이때 시료는 시료용기(126)에 인입하고, 시료용기(126)는 반응기(122)의 상부에 거치한다. 그리고 시료용기(126)를 고정하기 위해 용기거치대(124)를 사용할 수 있다. 물론, 따로 용기거치대(124)나 시료용기(126)를 사용하지 않고, 반응기(122) 상부에 공정된 수용공간을 만들어 수용공간에 시료를 인입시키는 것도 가능하다.
또한, 시료 등이 공동공진기(122a) 내부로 들어가 공동공진기(122a) 내부의 오염을 방지하기 위해 차단판(128)으로 반응기(122) 상부를 덮을 수 있다. 이때, 용기거치대(124), 시료용기(126) 및 차단판(128)은 마이크로파의 방사를 방해하지 않기 위해 비도전성으로 낮은 유전율을 가지는 물질로 제조하는 것이 바람직하다.
프로브(122b)는 공동공진기(122a)의 일 측면에 위치하고, 내부로 삽입된다. 이때의 안테나 형상은 제작의 편의를 위해 모노폴 형상으로 도면에 도시하였으나, 필요에 따라 모노폴 이외에 다이폴이나 루프 등의 형상으로 형성할 수 있으며, 이는 주파수 대역에 적합하도록 형상을 변형할 수 있다.
그리고 프로브(122b)의 위치는 이론상 공동공진기(122a)의 높이가 정재파 파장의 3/4으로, 공동공진기(122a) 내부 공간의 바닥면으로부터 1/4 위치에, 그리고 개방된 상부까지는 2/4가 된다. 그렇지만, 공동공진기(122a)의 상부에 차단판(128), 시료거치대 및 시료용기(126)가 위치할 때와, 또한, 시료용기(126)에 시료가 존재하는 경우, 상부에 위치한 유전 물질들에 의해 공동공진기(122a) 내부에서 공진되는 파장이 달라지기 때문에 여진된 마이크로파가 공동공진기(122a)의 개방된 상부를 향해 효과적으로 방사되지 못할 수 있다.
그러므로 공동공진기(122a) 및 프로브(122b)의 위치를 결정할 때, 반응기 상부에 시료가 존재하는 경우를 고려하여 설계하는 것이 바람직하다. 이는 시료가 공기보다 높은 유전율을 가지기 때문에 실제 공동공진기(122a) 내부의 유전체(D)에 의한 효과에 시료의 유전율만큼이 더해지는 효과가 있기 때문이다. 그러므로 2/4인 공동공진기(122a)의 개방된 상부까지의 거리를 줄여 더해지는 시료가 존재하는 경우의 효과를 상쇄한다.
튜닝용 스크류(122c)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 공동공진기(122a)의 외측에서 공동공진기(122a)의 측면을 뚫고 내부 공간으로 삽입되도록 배치된다. 이 튜닝용 스크류(122c)가 공동공진기(122a)의 내부 공간에 삽입됨에 따라서 공동공진기(122a)의 내부 공간에서 이루어지는 마이크로파의 공진 주파수를 조절할 수 있다. 공동공진기(122a)의 내부 공간에 튜닝용 스크류(122c)가 삽입되는 길이가 길어지면, 공동공진기(122a)에서의 공진 주파수는 낮아지며, 튜닝용 스크류(122c)의 삽입된 길이가 짧아지면 공진 주파수는 높아진다.
공동공진기(122a)의 내부 공간에 채워지는 유전체(D)의 유전율이 높으면, 유전체(D)의 총량이 증가하기 때문에 공진 주파수가 낮아지기 때문에 공진 주파수를 높이려면 튜닝용 스크류(122c)의 삽입되는 길이를 줄여 공진 주파수를 높일 수 있다.
또한 많은 양의 시료를 사용하거나 높은 유전율의 시료를 사용하는 경우에도 공진에 영향을 미치는 유전체(D)의 총량이 증가하여 유전율이 낮아지는데, 이 경우에도 튜닝용 스크류(122c)의 삽입되는 길이로 공진 주파수를 조정할 수 있다.
이때, 필요에 따라 튜닝용 스크류(122c)는 다수 개가 사용될 수 있으며, 이는 실시하기에 따라 삽입되는 위치 및 개수는 변할 수 있다. 그리고 튜닝용 스크류(122c)의 설치 위치는 본 발명의 일실시예에서는 공동공진기(122a)의 내부에 삽입된 안테나(136)의 길이 방향과 동일한 방향으로 반대 방향에 설치하였으며, 이는 도 1 및 도 2에 도시된다.
전달부(130)은 발진부(110)에서 발진된 마이크로파를 반응부(120)으로 전달하기 위한 것으로 도파관 변환기(132), 케이블(134) 및 전달 프로브(136)를 포함하여 구성된다.
도파관 변환기(132)는 마이크로파 발진기(112)에서 발진된 마이크로파를 케이블(134)을 통해 반응부(120) 측으로 전달할 수 있도록 마이크로파를 변환한다.
케이블(134)은 도파관 변환기(132)로부터 전달 프로브(136)를 통해 전달된 마이크로파를 반응부(120) 측으로 전달하며, 동축 케이블이 이용될 수 있다.
전달 프로브(136)는 도파관 변환기(132)에서 변환된 마이크로파를 케이블(134)을 통해 전달하기 위한 것으로, 반응기(122)에 이용된 프로브(122b)와 동일한 것이 사용된다.
커넥터(C)는 케이블(134)과 프로브(122b), 케이블(134)과 전달 프로브(136)를 연결하는 것으로, 케이블(134)과 프로브(122b)가 연결된 상태에서 케이블(134)을 반응부(120)에 결합시키고, 케이블(134)과 전달 프로브(136)가 연결된 상태에서 도파관 변환기(132)에 케이블(134)을 결합시킨다. 그리고 본 발명에서는 고압의 마이크로파를 고려하여 N 타입의 커넥터가 사용될 수 있다.
온도감지부(140)는 시료의 온도를 감지하기 위해 구비된다. 그러므로 공동공진기(122a)에서 공진된 마이크로파에 의해 가열되는 시료의 온도를 측정하여 제어부(150) 측으로 출력한다.
제어부(150)는 발진부(110)에서 마이크로파를 발진시킬 수 있도록 발진부(110)를 제어한다. 그리고 제어부(150)는 온도감지부(140)로부터 측정된 시료의 온도에 대한 정보를 수신하고, 이를 바탕으로 발진부(110)에서 마이크로파의 발진을 제어한다. 즉, 발진부(110)에서 마이크로파를 발진할 수 있도록 발진부(110)를 제어한 다음, 온도감지부(140)에서 측정된 시료의 온도에 따라 시료가 일정 온도에 도달하면 발진부(110)를 제어하여 마이크로파의 발진을 중지한다.
상기와 같은 구성을 가지는 마이크로파를 이용한 시료 가열장치(100)는 마이크로파 발진기(112)에서 마이크로파를 발진시키면, 이를 도파관 변환기(132에서 케이블(134)을 거쳐 반응부(120)의 공동공진기(122a) 내부로 전달이 되고, 공동공진기(122a) 내부에서는 전달된 마이크로파에 의해 공진이 발생한다. 이렇게 공동공진기(122a)에서 공진되는 마이크로파는 공동공진기(122a)의 개방된 상부를 통해 시료에 전달되어 시료가 가열된다.
상기와 같은 과정에 의해 발진부(110)와 반응부(120)가 분리된 상태에서도 마이크로파를 이용하여 시료를 가열하는 것이 가능하다. 그렇기 때문에 반응부(120)의 크기는 다른 장비나 화학실험실 등에 간편하게 적용할 수 있다. 그리고 본 발명의 원리를 통해 제조된 반응부(120)의 크기를 보면, 유전율이 9.8인 알루미나 세라믹을 유전체(D)로 사용하면, 공동공진기(122a)의 내부 공간을 원통형으로 형성하였을 때, 밑면은 약 지름 3cm의 원형이며 높이는 3cm 이하가 되도록 할 수 있다.
그러므로 공동공진기(122a)의 크기는 상기와 같은 크기의 내부 공간을 가지도록 제작할 수 있기 때문에 그 크기를 상당히 소형화할 수 있어, 다양한 분야에 응용할 수 있다.
그리고 공동공진기(122a)에서 발생되는 마이크로파의 공진에 대한 공진 주파수는 공동공진기(122a)의 내부로 삽입되는 프로브(122b)의 길이를 공동공진기(122a)의 내부 공간의 크기와 공동공진기(122a) 내부 공간의 벽면과 프로브(122b)의 거리 등에 따라 공진 주파수를 조절한다. 그리고 튜닝용 스크류(122c의 삽입 정도를 이용하여 공진 주파수를 미세하게 조절할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.
100: 시료 가열장치
110: 발진부 112: 마이크로파 발진기
120: 반응부
122: 반응기 122a: 공동공진기
122b: 프로브 122c: 튜닝용 스크류
124: 용기거치대 126: 시료용기
128: 차단판
130: 전달부 132: 도파관 변환기
134: 케이블 136: 전달 프로브
140: 온도감지부 150: 제어부
C: 커넥터 D: 유전체

Claims (11)

  1. 외부로부터 마이크로파를 수신하고, 수신된 마이크로파를 공진시킬 수 있도록 내부에 일정 공간이 형성되며, 상부가 개방된 공동공진부; 및
    상기 공동공진부 내부로 마이크로파의 여진을 위한 상기 공동공진부의 측면에 배치된 프로브를 포함하고,
    상기 공동공진부의 내부 공간에는 유전체가 채워지는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 시료 가열장치용 반응기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공동공진부의 측면에 설치되고, 상기 프로브를 통해 전달된 마이크로파의 주파수를 튜닝하기 위한 하나 이상의 튜닝용 스크류를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 시료 가열장치용 반응기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 공동공진부의 내부 공간은 원통형 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 시료 가열장치용 반응기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로브의 형상은 모노폴, 루프 및 다이폴의 형상 중 어느 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 시료 가열장치용 반응기.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 공동공진부의 물리적인 크기는 상기 공동공진부의 내부 공간에 채워지는 유전체의 유전율에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 시료 가열장치용 반응기.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 공동공진부의 상부에 위치하고, 시료용기를 거치시키는 용기거치부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 시료 가열장치용 반응기.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 공동공진부 내부의 오염을 방지하기 위해 상기 공동공진부의 개방된 상부를 덮는 차단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 시료 가열장치용 반응기.
  9. 시료를 가열하기 위한 마이크로파를 마이크로파 발진기에서 발생시키는 1단계;
    상기 1단계에서 발생된 마이크로파를 케이블로 전송하는 2단계; 및
    상기 2단계에서 케이블로 전송된 마이크로파가 공동공진기에 형성된 내부 공간에 프로브를 통해 전달되어 공동공진기 내부에서 여진이 발생하고, 발생된 여진이 공동공진기의 개방된 상부로 방사되어 시료를 가열하는 3단계를 포함하고,
    상기 3단계에서 공동공진기의 내부 공간에서의 여진은 공동공진기의 내부 공간에 채워진 유전체의 유전율, 공동공진기 내부 공간의 높이와 지름 및 공동공진기 내부로 삽입된 프로브의 길이에 중 어느 하나 이상에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 시료 가열방법.
  10. 삭제
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 3단계에서 공동공진기의 내부 공간에서 공진하는 마이크로파의 주파수는 공동공진기의 내부 공간에 삽입된 튜닝 스크류의 삽입되는 정도에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 시료 가열방법.
KR1020120005128A 2012-01-17 2012-01-17 마이크로파를 이용한 시료 가열장치용 반응기 및 시료 가열 방법 KR101298737B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120005128A KR101298737B1 (ko) 2012-01-17 2012-01-17 마이크로파를 이용한 시료 가열장치용 반응기 및 시료 가열 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120005128A KR101298737B1 (ko) 2012-01-17 2012-01-17 마이크로파를 이용한 시료 가열장치용 반응기 및 시료 가열 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130084386A KR20130084386A (ko) 2013-07-25
KR101298737B1 true KR101298737B1 (ko) 2013-08-21

Family

ID=48995002

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120005128A KR101298737B1 (ko) 2012-01-17 2012-01-17 마이크로파를 이용한 시료 가열장치용 반응기 및 시료 가열 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101298737B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR860000705B1 (ko) * 1982-05-31 1986-06-07 가부시기가이샤 도시바 고주파 가열 조리 장치
KR200398765Y1 (ko) * 2005-07-13 2005-10-18 임현길 다용도 마이크로웨이브 발생장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR860000705B1 (ko) * 1982-05-31 1986-06-07 가부시기가이샤 도시바 고주파 가열 조리 장치
KR200398765Y1 (ko) * 2005-07-13 2005-10-18 임현길 다용도 마이크로웨이브 발생장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130084386A (ko) 2013-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3717403B2 (ja) 核燃料のマイクロ波焼結方法及び装置
US8324540B2 (en) Microwave oven switching between predefined modes
US20180310369A1 (en) Time estimation for energy application in an rf energy transfer device
JP6940220B2 (ja) 誘電共振器アンテナアレイを備えるソリッドステートのマイクロ波加熱装置、ならびに、その動作方法及び製造方法
EP2086285A1 (en) Applicator and Apparatus for heating samples by microwave radiation
JP4703007B2 (ja) ガス・クロマトグラフィック・コラムのためのマイクロ波加熱装置
US6614010B2 (en) Microwave heating apparatus
US8970428B2 (en) Slot antenna and radar device
EP1120017A1 (en) Apparatus for supplying microwave energy to a cavity
TW200803633A (en) Electromagnetic heating
WO2013140266A2 (en) Applying rf energy according to time variations in em feedback
EP1068776A1 (en) Apparatus for supplying microwave energy to a cavity
JP2018006329A (ja) スタックされた誘電共振器アンテナアレイを備えるソリッドステートのマイクロ波加熱装置、ならびに、動作方法及び製造方法
US6316946B2 (en) Microwave leakage field sensor for measuring moisture and/or density
US8759074B2 (en) Device for applying electromagnetic energy to a reactive medium
JP7236739B2 (ja) マイクロ波処理装置、マイクロ波処理方法及び化学反応方法
KR101298737B1 (ko) 마이크로파를 이용한 시료 가열장치용 반응기 및 시료 가열 방법
Sinclair et al. A novel RF-curing technology for microelectronics and optoelectronics packaging
KR102348260B1 (ko) 화합물의 합성을 위한 마이크로파 가열 장치
JP6813175B2 (ja) マイクロ波装置及びこれを備えた加熱処理システム
KR20140024136A (ko) 마이크로파 시료 가열 장치용 가열기 및 이를 포함하는 마이크로파 시료 가열 장치
Neshat et al. Travelling-wave whispering gallery resonance sensor in millimetre-wave range
KR102134683B1 (ko) 라디오파 가열 조리기기
Prapuchanay et al. A single mode cylindrical microwave cavity for heating applications of liquid material
JP2020013759A (ja) 電磁波加熱装置、及び、アンテナ

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160722

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170703

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181226

Year of fee payment: 6