KR101477501B1 - 가열 장치 및 이를 이용한 가열 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CW(Continuous Wave) 모드 또는 PW(Pulse Wave) 모드 중 어느 하나의 모드로 선택적으로 마그네트론을 구동하여 음식물 등을 가열하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명에 의한 가열 장치 또는 가열 방법에 의하면 초기 구동시에만 CW(Continous Wave)형으로 구동하고 이후에는 PW(Pulse Wave)형으로 구동함으로써 기기 내부의 온도가 지속적으로 상승되어 과열에 의한 손상이 생기는 것을 방지하는 동시에 전력 소모를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

가열 장치 및 이를 이용한 가열 방법{Heating Machine AND Methode Using The Same}

본 발명은 마그네트론을 구동하여 음식물 등을 가열하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초단파 전자기파를 발생시키는 마그네트론을 CW(Continous Wave) 모드 방식 외에 PW(Pulse Wave) 모드 방식으로 구동시켜서 구동 전력을 절감시키는 동시에 음식물 등의 영양소 파괴를 최소화할 수 있는 최적의 가열방법을 제공하는 가열 장치 및 그 가열 방법에 관한 것이다.

자전관이라고도 불리는 마그네트론(Magnetron)은 고출력의 2극 진공관으로서 강한 극초단파 전자기파를 만들어내는 장치이다.

1921년 미국 제너럴 일렉트릭사의 앨버트 왈러스 헐이 최초의 자전관을 발명하였으며, 1940 영국 버밍햄 대학의 존 란달 경과 해리 부트 박사가 공동자전관을 개발하였다.

이러한 마그네트론을 이용한 가열 방법은 산업용 오폐수나 슬러지 등의 처리에 사용되고 있으며, 가정용으로는 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 전자레인지에서 극초단파를 발생하기 위한 핵심 부품으로 널리 쓰이고 있다.

전자레인지는 이러한 극초단파 전자기파를 만들어내는 마그네트론을 이용한 조리기구로 주파수 범위가 2,400~2,500 MHz 정도 되는 파장의 전파로 음식 내부의 물과 같은 극성물질을 강하게 진동시켜 분자진동에 의해 열이 발생되어 단시간에 식품의 내부까지 가열하여 조리하는 기구이다.

도 1은 일반적인 전자레인지의 개략적인 사시도이다.

이러한 전자레인지에는 초단파의 전자기파를 발생시키는 장치인 마그네트론(101:Magnetron)과 상기 마그네트론(101:Magnetron)에서 발생된 초단파의 전자기파를 조리실(105:Cooking Cavity)내부로 안내하는 웨이브가이드(102:Waveguide)와 이러한 전자파를 조리실 내부에 구석구석 골고루 전달시키기 위한 팬(104:stirrer)이 구비되어 있다.

또한, 조리실(105:Cooking Cavity)에는 조리대상이 올려지고, 이러한 조리대상에 마이크로웨이브를 골고루 전달되도록 음식물을 회전시키는 회전접시(106:Turntable)가 구비되어 있으며, 이러한 장비들에 전력을 인가시키기 위한 전원(103:Power)가 구비되어 있다.

도 2는 이러한 전자레인지에서 가장 핵심 부품이라 할 수 있는 마그네트론의 단면도와 작동원리에 대하여 설명하고 있는 도면이다.

도 2(a)는 마그네트론의 횡단면도로서, 마그네트론의 중앙에 위치하고 가열시 전자를 방출하는 음극(201:Cathode)과 이러한 음극 주변을 둘러싸고 다수의 공진구(203:Resonating Cavity)를 구비한 양극 블록(202:Anode Block)으로 구성되어 있다.

또한, 상기 음극(201:Cathode)를 가열시킬 수 있는 히터(204:Heater)와 이러한 마그네트론에 발생된 극초단파를 외부로 방사시키기 위한 출력구(205:Output Coupling loop)가 추가로 구비되어 있으며, 상기 음극부(201:Cathode)는 보통 산화 코팅막(Oxide-coating)을 덮혀 있는 것이 일반적이다.

도 2(b)도는 마그네트론의 구조를 종으로 절단하여 보여주는 단면도이다.

도 2(c)도는 이러한 마그네트론의 작동방법을 나타내는 도면이다.

앞서, 살펴본 바와 같이 음극(201)에 열을 가하면 원자가 들뜬 상태가 되면서 자유 전자가 방출되어 나온다.

이러한 자유전자는 음극(201)의 주위의 양극(202)로 끌려 이동하게 되는데 이러한 전자의 흐름으로 자기장이 음극(201)과 양극(202)사이에 생기게 된다.

이러한 자기장의 크기를 더욱 증폭하기 위하여 다수의 공진구를 구비한 양극은 (+),(-)를 교대로 바꾸면서 전자의 흐름을 회전시켜 일정한 전자흐름을 만들게 된다.

통상, (+)는 접지, (-)는 -2 ~ -4 [kV] 정도를 걸어 준다.

즉 이러한 전자흐름이 생기면서, 음극(201)에서 발생된 자유 전자는 양극(202)으로 곧바로 가지 못하고 감속력을 받은 후 일정시간 더 회전 후에 양극(202)으로 들어가게 되는데, 이 경우 전자의 운동에너지가 줄어들므로, 줄어든 에너지 만큼 RF 에너지로 변환되어 외부로 출력되는 것이다.

이것이 마그네트론의 개략적인 구동방법인데, 이러한 마그네트론의 양극을 계속적으로 교대로 반복하여 마이크로파를 만들어 외부로 출력하는 것이 CW(Continous Wave)방식이다.

반면에 이런 전원의 인가를 짧은 시간 교대로 On, Off를 반복하며 짧은 펄스파를 발생시키는 방식이 바로 PW(Pulse Wave)방식이다.

현재 사용되고 있는 전자레인지는 단파장의 전파를 일으키기 위해 마그네트론을 CW(Continuous Wave Magnetron) 모드로 구동하여 연속파를 발생시켜 조리 대상물을 가열한다.

그러나, 이러한 CW형 전자레인지는 작동과 함께 전자파가 일정 시간 지속적으로 방출되어 기기 내부의 온도가 지속적으로 상승되며 장시간 사용 시 과열에 의한 손상이 우려되고 있다.

따라서, 이러한 위험을 막기 위해 장시간 사용시 작동이 멈추도록 하는 타이머 등의 별도 장치를 필요하였다.

또한, 연속적으로 전자파를 계속 발생함으로써 전력소모도 많은 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 본 발명은 현재의 CW(Continuous wave)형 전자레인지를 필요에 따라 PW(Pulse wave)형으로 바꾸어 주고, 또한 조리를 원하는 식품의 온도와 습도를 조절할 수 있는 기능을 부여함으로써 소비전력을 줄이는 동시에 과열에 의한 기기 손상을 방지하는 가열 장치 및 이를 이용한 가열 방법을 제공하고자 한다.

또한, 마그네트론의 초기 구동시에만 CW(Continous wave)형으로 작동하여 가열 대상의 온도를 빨리 상승시키고, 그 이후에는 PW(Pulse wave)형으로 작동하여 가열 대상의 온도를 적절히 유지할 수 있는 가열 장치 및 이를 이용한 가열방법을 제공하고자 한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 마그네트론을 이용한 가열 방법에 있어서, 상기 마그네트론의 구동방식을 CW 모드 또는 PW 모드 중에서 선택하는 1단계, 선택된 구동방식이 CW 모드인 경우 상기 마그네트론을 CW 모드로 구동하고, 선택된 구동방식이 PW방식인 경우 초기 설정 시간 동안만 상기 마그네트론을 CW 모드로 가열하고 나머지 시간 동안은 PW 모드로 가열하는 2단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가열 방법을 전자레인지에 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 초기 설정 시간은 10초인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2단계 이전에 가열 대상의 가열 시간, 온도, 습도를 입력받는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가열 대상의 온도와 습도가 상기 입력 받은 온도와 습도를 만족하는 경우 상기 마그네트론의 동작을 정지하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제3단계에서 상기 가열대상의 습도가 상기 입력 받은 습도를 만족하도록 습도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가열 방법을 산업 폐기물 처리에 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2단계 이전에 센싱부가 가열 대상의 무게, 온도, 습도를 측정하고 이를 기초로 상기 제어부가 상기 마그네트론의 동작 시간 및 동작 모드를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가열 장치는 마그네트론, 상기 마그네트론을 선택적으로 CW 모드, PW 모드로 구동할 수 있는 제어부, 상기 마그네트론의 구동을 CW 모드 또는 PW 모드로 선택할 수 있는 입력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가열 장치는 전자레인지인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 입력부는 작동 시간, 온도, 습도 선택 버튼을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 가열대상의 온도, 습도, 무게를 측정하는 센싱부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가열대상의 습도를 조절할 수 있는 습도 조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가열 장치는 산업 폐기물 처리 장치인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 절전형 CW/PW겸용 가열 장치에 의하면 초기 구동시에만 CW(Continous Wave)형으로 구동하고 이후에는 PW(Pulse Wave)형으로 구동함으로써 기기 내부의 온도가 지속적으로 상승되어 과열에 의한 손상이 생기는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 초기의 일정시간만 CW(Continous Wave) 모드로 작동하고 그 이후에는 PW(Pulse Wave) 모드로 구동함으로써, PW(Pulse Wave) 모드를 가열 방법으로 사용하면서도 CW(Continous Wave) 모드 못지 않게 가열 대상의 온도를 쉽게 목적하는 온도로 상승시킬 수 있다.

또한, 기존의 전자레인지와 다르게 CW(Continous Wave) 모드와 PW(Pulse Wave) 모드 구동방식을 적절히 선택하여 작동과 정지를 반복함으로써 일정 온도를 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 전자레인지 등의 가열 장치에서 사용되는 소비 전력을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 온도에 민감한 음식물 조리시 적정 온도까지 조리 온도를 높임과 동시에 습도조절(HUMINITY) 버튼을 누르고 적정 습도를 맞추어 주어 최적의 조리를 보장할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 전자레인지의 개략적인 구성도.
도 2(a)는 마그네트론의 횡단면도.
도 2(b)은 마그네트론의 종단면도.
도 2(c)는 마그네트론의 개략적인 구동도.
도 3는 본 발명인 가열 장치의 바람직한 일예로서의 전자레인지의 외형도.
도 4은 본 발명인 가열 장치의 바람직한 일예로서의 구성도.
도 5은 본 발명인 가열 장치의 바람직한 일예로서의 순서도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3 및 4은 본 발명인 가열 장치의 바람직한 실시예로서의 전자레인지의 외형도와 구성도를 보여 주는 도면이다.

본 발명의 전자레인지는 사각의 케이스 내에 음식물을 가열할 수 있는 조리실(301)를 구비한 것은 통상의 다른 전자레인지와 외관상 유사하다.

그러나, 마그네트론을 선택적으로 구동할 수 있는 CW 모드 버튼(302)와 PW 모드 버튼(303)을 구비한 점이 다른 일반 전자레인지와는 구별된다.

이러한 본 발명의 전자레인지는 상기 CW 모드(302)와 PW 모드(303) 버튼을 구비한 외에 온도와 습도를 조절할 수 있는 온도버튼(304)와 습도버튼(305)를 구비하고 있다.

사용자는 이러한 버튼을 조작하여 전자레인지를 CW 모드나 PW 모드로 구동할 수 있으며, 또한 가열 대상이 되는 조리물의 가열 시간, 온도, 습도버튼 등을 조작하여 상기 조리물을 원하는 상태로 가열할 수 있다.

그 외의 다른 조작 버튼들도 구비될 수 있고, 이러한 버튼 등의 배열이나 기능은 기존의 통상의 전자레인지로부터 충분히 유추 가능하다.

도 4를 살펴보면, 본 발명의 바람직한 구현예의 하나로서 상기 전자레인지는 제어부(401), 마그네트론(402), 입력부(403), 센싱부(404), 습도조절부(405), 표시부(406) 등을 구비하고 있다.

제어부(401)는 마그네트론(402)을 CW(Continous Wave)나 PW(Pulse Wave)로 구동할 수 있는 알고리즘이나 지시어 등을 구비하고 있는 부분이다.

상기 제어부의 지시에 따라 마그네트론의 양극전극의 각 슬롯에 인가되는 신호를 바꾸어 주어 마그네트론에서 발생하는 극 초단파를 CW(Continous Wave)형 또는 PW(Pulse Wave)형으로 바꾸어 줄 수 있다.

또한, 제어부(401)는 입력부(403)에서 선택된 모드나 시간, 온도, 습도 조건에 맞도록 마그네트론(402)를 구동한다.

또한, 상기 제어부(401)는 센싱부(404)에서 측정한 가열 대상의 온도, 습도, 무게를 기초로 마그네트론을 구동하기에 가장 적합한 방식을 자동으로 결정할 수 있도록 할 수 있는 부분이다.

센싱부(404)는 가열 대상의 온도, 습도, 무게를 측정하는 부분이다.

상기 센싱부(404)의 무게 측정은 회전 접시 밑에 구비된 로드 셀로 구성될 수 있고, 온도는 서미스터나 온도측정저항체, 열전쌍 등을 사용하여 구성할 수 있다.

습도는 마이크로파 습도 센서 등으로 구성되어 측정할 수 있다.

그러나, 반드시 상기 구성으로 한정되는 것이 아니고 다른 센서로도 유사하게 온도, 습도, 무게 등을 측정할 수 있다.

습도조절부(405)는 가열 대상의 습도를 사용자가 입력부(403)을 통하여 입력한 습도에 맞추도록 조절하는 부분이다.

이러한 습도조절부(405)는 전자레인지에 구비된 통풍장치, 즉 팬 등을 통하여 가열로 생긴 내부 수증기를 밖으로 배출시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 가열장치가 조리용으로 사용될 경우에는 음식물을 먹기에 적절한 습도로 유지할 수 있고, 음식물 건조용으로 사용할 경우에는 영양분 손실이 적고 보관성이 높은 건조식품으로 만들 수가 있고, 또한 산업용 폐기물 등의 건조장치로 사용될 경우에는 습도조절부(405)에서 지시한 습도까지 통풍장치가 가열장치 내부의 공기를 밖으로 빼내어 건조를 매우 효과적으로 할 수 있다.

표시부(406)는 전자레인지의 작동 시간, 남은 시간, 온도 등의 작동 상태를 외부로 나타내어 사용자 등이 알 수 있도록 하는 LCD나 LED 등의 장치이다.

도 5은 본 발명인 가열 장치의 바람직한 실시예로서의 순서도를 보여준다.

먼저, 전자레인지 등의 마그네트론을 이용한 가열 장치에 전원 등을 인가한다.(S500)

전원을 인가한 후에 상기 가열 장치는 마그네트론 구동방식을 선택받는다.(S501)

마그네트론 구동방식을 선택 받은 후에, 가열 대상을 가열할 시간, 가열하고자하는 온도, 맞추고자 하는 적정 습도를 입력받는 단계를 거친다.(S502)

상기 입력방식을 다 거친 이후에 상기 가열장치는 현재 가열 모드가 CW 모드인지 PW 모드인지를 판단한다.(S503)

CW 모드인 경우, 기존의 전자레인지 구동방식과 동일한 방식으로 마그네트론을 CW 방식으로 구동하여 가열한다.(S504)

PW 모드인 경우, 초기에 CW 방식으로 구동할 것이 이미 설정되어 있는지 여부를 판단하는 과정을 거친다.(S505)

초기에만 CW 방식으로 구동할 것인지 설정하는 방법은 공장에서 제작하는 단계에서 미리 설정된 기본 초기화 값일 수도 있고, 상기 입력부 등의 조작 버튼을 통하여 사용자가 입력한 값 일 수도 있다.

초기 CW 모드 구동이 설정되어 있는 경우, PW 모드 동작 전에 마그네트론을 CW 모드로 가열한다.(S507)

이러한 초기 CW 모드 가열은 가열 대상의 온도를 빨리 원하는 온도까지 높일 수 있는 장점이 있다.

이러한 초기 CW 모드의 동작 시간은 공장에서 제작하는 단계에서 설정된 값 일 수도 있고, 상기 입력부를 통하여 사용자가 입력한 값 일 수도 있다.

마그네트론을 초기 CW 모드로 구동하는 바람직한 초기 설정 시간은 10초 정도가 될 수 있다.

이는 극성분자인 물 분자의 진동 운동을 통하여 음식물 등이 가열하는 전자레인지에서 약 10초 정도면 조리물을 어느 정도 먹기에 적당한 온도로 상승가능하기 때문이다. 다만, 이는 실험적인 값이므로, 조리 대상에 따라 상기 시간은 자유롭게 조정이 가능하다. 따라서, CW 모드 구동시간을 1초 단위로 자유롭게 조절이 가능하다.

상기 단계가 거친 후에 나머지 시간만큼 PW 모드로 마그네트론을 구동한다.(S506)

이러한 PW 모드로 구동하는 장점은 앞에서도 살펴 봤듯이, 전력을 절감하는 동시에, 가열 대상의 온도를 적절한 온도에서 유지하는 효과가 있다.

가열시간이 상기 입력부를 통하여 입력한 가열시간보다 큰 경우(S508), 가열 온도가 입력 온도와 같은지 판단하는 단계를 가진다.(S509)

만약, 가열온도가 입력 온도만큼 상승하지 않은 경우 동작 시간이 입력 가열 시간을 초과하였더라도 다시 마그네트론을 구동하여 원하는 온도까지 상승시킨다.

이는 사용자가 가열 대상에 대한 사용자의 관심은 상기 가열 장치의 동작 시간보다 적정온도에 더 관심이 많기 때문이다.

이는 상기 가열 장치가 전자레인지의 경우 더 크게 반영될 것이다.

가열온도가 입력 온도와 같은 경우, 상기 가열 장치는 가열 대상의 습도가 입력부를 통해 입력받은 습도와 동일한지 판단하는 단계를 거친다.(S510)

만약, 입력받은 습도에 미치지 않은 경우 습도조절부에서 가열 대상의 습도를 원하는 습도로 조절한다.(S511)

이는, 조리실내 수증기를 분사하는 등의 다양한 방법으로 구현이 가능하다.

가열 대상의 습도까지 만족하는 경우, 상기 가열장치는 마그네트론의 구동을 정지하는 단계를 거친다.(S512)

이러한 과정을 통하여 상기 가열 장치는, 예로 들어 상기 가열 장치가 전자레인지인 경우, 기존의 전자레인지보다 더 먹기에 적절한 온도와 습도로 조리 대상을 가열하면서도 전력을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명의 순서도에서는 사용자가 상기 입력부에 의하여 입력한 온도, 습도 등의 값을 기초로 상기 순서도의 과정을 거쳤으나, 센싱부에 의해서 측정된 가열 대상의 무게, 습도, 온도를 기초로 제어부가 자동으로 가열 시간 또는 CW 모드, PW 모드를 결정하여 가열 과정을 거칠 수도 있다.

한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정하는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다.

따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

101 : 마그네트론
102 : 웨이브가이드
103 : 전원
104 : 팬
105 : 조리실
106 : 회전접시
107 : 문
201 : 음극
202 : 양극 블록
203 : 공진구
204 : 히터
205 : 출력구
301 : 조리실
302 : CW 버튼
303 : PW 버튼
304 : 온도 버튼
305 : 습도 버튼
401 : 제어부
402 : 마그네트론
403 : 입력부
404 : 센싱부
405 : 습도조절부
406 : 표시부

Claims (14)

1. 마그네트론을 이용한 가열 방법에 있어서,
   상기 마그네트론의 구동방식을 CW 모드 또는 PW 모드 중에서 선택하는 1단계;
   선택된 구동방식이 CW 모드인 경우 상기 마그네트론을 CW 모드로 구동하고, 선택된 구동방식이 PW 모드인 경우 초기 설정 시간 동안만 상기 마그네트론을 CW 모드로 가열하고 나머지 시간 동안은 PW 모드로 가열하는 2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 가열 방법을 전자레인지에 사용하는 것을 특징으로 하는 가열 방법.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 초기 설정 시간은 10초인 것을 특징으로 하는 가열 방법.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제2단계 이전에 가열 대상의 가열 시간, 온도, 습도를 입력받는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 방법.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 가열 대상의 온도와 습도가 상기 입력 받은 온도와 습도를 만족하는 경우 상기 마그네트론의 동작을 정지하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 방법.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제3단계에서 상기 가열대상의 습도가 상기 입력 받은 습도를 만족하도록 습도를 조절하는 것을 특징으로 하는 가열 방법.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 가열 방법을 산업 폐기물 처리에 사용하는 것을 특징으로 하는 가열 방법.
   
8. 청구항 3에 있어서,
   상기 제2단계 이전에 센싱부가 가열 대상의 무게, 온도, 습도를 측정하고 이를 기초로 제어부가 상기 마그네트론의 동작 시간 및 동작 모드를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 방법.
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