KR101552125B1

KR101552125B1 - Rf 가열 장치 및 그의 구동방법

Info

Publication number: KR101552125B1
Application number: KR1020140014281A
Authority: KR
Inventors: 이동현
Original assignee: 이동현
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2015-09-11
Also published as: KR20150093466A

Abstract

본 발명의 실시예에 따라 캐비티 내의 피가열체를 전력으로 가열하는 RF 가열 장치는, RF 전력을 방사하고 수신하는 안테나; 및 동작 대역을 복수의 주파수 그룹으로 구분하고, 상기 안테나를 통해 각 주파수 그룹 별로 선택된 주파수들에 대한 반사 계수를 확인하여, 미리 설정된 값과 비교하여 피가열체 유무와 상기 피가열체의 최적 가열 주파수 그룹을 판단하는 제어부;를 포함한다.

Description

RF 가열 장치 및 그의 구동방법{RADIO FREQUENCY HEATING DEVICE AND METHOD FOR DRIVING THEREOF}

본 발명은 RF 가열 장치 및 그의 구동방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 MCC(Multi channel calibration) 및 공간 다중화(Spatial Diversity)를 이용하여 빠르고 정확하게 최적의 가열 주파수를 확인하고 균일성을 확보하며 가열이 집중되는 핫 스팟 영역(hot spot zone)의 위치 및 면적을 제어할 수 있는 적응형 빔 형성(adaptive beam forming) RF 가열 장치 및 그의 구동방법에 관한 것이다.

일반적으로, 가열 장치는 마이크로파를 이용하여 가열하는 장치로서, 고압트랜스포머(high voltage transformer) 및 마그네트론 발진기(magnetron oscillator)를 갖는다. 고압트랜스포머는 일반 전압을 고전압으로 승압시키고, 마그네트론 발진기는 이 고전압으로 구동되어 소정 주파수의 마이크로파를 발진시킨다.

마그네트론 발진기는 전기장과 자기장이 서로 수직으로 인가되는 교차장(Cross field)이 존재하는 고속 진공에서 발생된 전자빔(Electro beam)의 전기에너지를 고출력 전자기파(Electromagnetic wave) 에너지로 변환하여 방사하는 고효율, 고출력의 전자기파 발생장치이다. 하지만 기구적으로 고정된 주파수 및 출력을 제공하므로 균일출력이나 저출력 유지가 어렵고 충격에 약하다는 문제점이 존재한다.

또한 다중화의 변경이 용이하지 않아 핫 스팟이 발생하여 균일하게 가열되지 않기 때문에 턴테이블(turn table)을 사용하고 있으나, 동작 과정에서 상당한 소음이 발생하고 파손이 빈번하며 청소 등 관리가 어려운 문제점이 존재한다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 주파수, 위상 및 출력의 변경을 통해 가열 성능이 향상된 RF 가열 장치 및 그의 구동방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 턴테이블을 위한 모터를 사용하지 않아 소음이 획기적으로 감소된 RF 가열 장치 및 그의 구동방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 MCC를 통한 주파수 채널의 채널화를 이용하여 빠르고 정확하게 최적의 공진 주파수를 확인할 수 있는 RF 가열 장치 및 그의 구동방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 가열되는 도중에도 캐비티(cavity) 내의 반사 전력의 변화를 감지하고 이를 보상하여 최적의 가열 조건을 유지할 수 있는 RF 가열 장치 및 그의 구동방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따라 캐비티 내의 피가열체를 전력으로 가열하는 RF 가열 장치는, RF 전력을 방사하고 수신하는 안테나; 동작 대역을 복수의 주파수 그룹으로 구분하고, 상기 안테나를 통해 각 주파수 그룹 별로 선택된 주파수들에 대한 반사 계수를 확인하여, 미리 설정된 값과 비교하여 피가열체 유무와 상기 피가열체의 최적 가열 주파수 그룹을 판단하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 RF 가열 장치의 구동방법은 제어부가 복수로 분할된 주파수 채널의 각 센터 주파수를 스윕(sweep)하면서 안테나에 공급하여 각 채널에서의 센터 주파수에 대한 반사 계수를 측정하는 단계; 상기 제어부가 상기 각 센터 주파수의 상기 반사 계수를 측정하고, 미리 설정된 임계값과의 차이를 비교하여 피가열체의 존재를 확인하는 단계; 및 피가열체가 존재하는 경우 상기 제어부가 상기 각 센터 주파수의 반사 계수를 비교하여 반사 계수가 가장 낮은 채널을 확인하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 RF 가열 장치 및 그의 구동방법은 주파수 및 위상을 변화시켜 핫 스팟 영역을 제어할 수 있으므로 피가열체의 효과적인 가열이 가능하며 피가열체가 없는 경우 고출력 동작을 중지하여 전력 소모와 불필요한 충격을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 RF 가열 장치 및 그의 구동방법은 전체 주파수를 일괄적으로 스윕하는 방식보다 다채널 교정을 통한 채널을 이용하여 최적의 가열 조건을 보다 빠르고 정확하게 확인할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 RF 가열 장치 및 그의 구동방법은 일정 시간을 주기로 필요에 따라 최적의 가열을 위한 주파수를 재설정함으로써 최적의 가열 조건을 유지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 RF 가열 장치 및 그의 구동방법은 복수 안테나 사용, 주파수 또는 위상의 변화를 통해 핫 스팟 영역을 제어함으로써 캐비티 형상의 자유도가 개선된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 RF 가열 장치 및 그의 구동방법은 턴테이블 구현에 필요한 구성을 생략할 수 있으므로, 소형화 및 경량화가 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 RF 가열 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 RF 가열 장치의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반사 계수를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 RF 가열 장치의 초기(initial) 다채널 교정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 RF 가열 장치의 중간(interim) 다채널 교정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 RF 가열 장치에서 제1 주파수를 사용하는 경우의 제1 핫 스팟 영역을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 RF 가열 장치에서 제1 주파수와 다른 제2 주파수에서의 제2 핫 스팟 영역을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 RF 가열 장치에서 도 6의 제1 핫 스팟 영역에 적용한 주파수의 위상을 변화시킨 제3 핫 스팟 영역을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 제1 안테나 배열을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 안테나 배열을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 캐비티의 여러 형태를 나타내는 도면이다.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 RF 가열 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 RF 가열 장치(100)는, 키 조작부(10), 검출부(20), 제어부(30), 메모리(40), 구동부(50), 안테나(60), 표시부(70), 전원부(80) 및 도어 스위치(90)를 포함한다.

키 조작부(10)는 RF 가열 장치의 전면 패널에 설치되며, 사용자는 키 조작부(10)의 키를 눌러 가열시간이나 가열내용 등과 같은 RF 가열 장치의 작동에 필요한 사항을 입력한다.

키 조작부(10)는 일반적인 키패드를 포함할 수 있으며, 표시부(70)가 터치 입력이 가능한 터치 스크린으로 구비되는 경우 표시부(70)와 일체로 구비될 수도 있다.

검출부(20)는 각 구성요소의 동작여부를 검출하며, 검출된 결과는 제어부(30)에 입력된다.

제어부(30)는 키 조작부(10)에 입력된 사항을 바탕으로 구동부(50)를 제어하는 것으로, 안테나(60)에 인가되는 주파수 및 위상의 변화를 제어할 수 있으며 집적회로(IC)를 포함할 수 있다.

메모리(40)는 RF 가열 장치(100)의 설정, 동작 환경 등을 저장하는 것으로, 저장매체를 포함한다. 또한 메모리(40)는 사용자가 특정 가열내용을 입력하는 경우, 해당되는 가열 시간, 주파수 등을 포함하는 가열 조건을 제어부(30)에 전달하여 구동부(50)에 의해 구동되도록 한다.

구동부(50)는 안테나(60)에 구동 신호를 제공하고 여기되는 신호를 수신하는 것으로, 제어부(30)에 의해 제어된다.

안테나(60)는 RF 가열 장치의 캐비티에 안치되는 피가열체를 조리하기 위하여 고주파를 발생시키는 수단이다. 안테나(60)는 복수로 설정될 수 있으며, 복수로 설정되는 경우 각각의 안테나(60)는 구동 환경(주파수, 위상)이 동일하거나 상이할 수 있다.

표시부(70)는 가열 상황, 남은 시간 등을 표시하는 것으로 키 조작부(10)와 일체로 형성될 수도 있다.

전원부(80)는 RF 가열 장치(100)에 전원을 공급하고, 도어 스위치(90)는 캐비티를 개폐하기 위한 스위치이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 RF 가열 장치의 구조를 나타낸 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 RF 가열 장치(100)는 캐비티(cavity) 내부에 배치된 피가열체(200)를 가열하기 위해 가열원으로 RF 전력을 사용한다. 가열원은 안테나(300)를 통해 방사되는 RF 전력으로 안테나(300)를 이용하므로 방사와 수신이 동시에 가능하며 정밀한 출력, 주파수 및 위상 제어가 가능하다. 안테나(300)는 단수로 형성되었으나 복수 배치될 수 있으며 배열 패턴에 대해 한정하지 않는다.

안테나(300)에서 방사되는 송신 신호는 주파수 및 위상에 따르며, 주파수 및 위상을 변화시킴으로써 가열이 집중되는 핫 스팟 영역(hot spot zone)을 제어할 수 있고 이를 통해 핫 스팟 영역에서의 가열 균일성(uniformity)을 향상시킬 수 있다.

복수 안테나를 이용할 경우, 송신 신호에 주파수 및 위상 변화를 통한 방향성 인가로 원하는 방향으로 전파를 집중시켜 송신함으로써 제한된 전파자원을 효율적으로 사용할 수 있다. 이는 안테나 배열과 전파 방향을 제어할 수 있는 디지털 신호처리 기술을 복합적으로 활용하여 구현되는 빔 형성(Beam Forming) 기술에 의한 것이다.

안테나(300)에서 방사되는 송신 신호는 RF 가열 장치(100) 내부에서 수 회 반사되어 다시 안테나(300)에 수신되는데, 주파수 및 위상이 변화함에 따라 송신 신호의 방향 및 가열이 집중되는 핫 스팟 영역의 배열상태와 위치가 변화된다. 이 중에서 피가열체(200)에 입사된 신호는 일부가 흡수됨에 따라 반사되는 신호가 감소하게 된다. 제어부(30)는 안테나(300)를 통한 송신 신호 대 수신 신호의 비율을 확인함으로써 피가열체(200)의 존재와 최적 주파수를 확인한다. 구체적인 감지 과정 및 최적의 가열 조건 설정에 대해서는 도 3 내지 도 5를 참조하여 후술한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반사 계수(Reflection Coefficient)를 나타내는 그래프이다. 도시된 그래프는 설명의 편의를 위한 모식적 그래프로서 실제로는 피가열체의 물질 구성과 부피에 따라 복잡한 특성이 나타날 수 있다.

반사 계수는 입력량에 대한 반사량이 어느 정도인가를 나타내는 수치로, 반사 계수가 작을수록 안테나에서 출력된 전력이 반사되어 돌아오지 않고 피가열체에 흡수된다는 것을 의미한다. 또한 파인 계곡의 폭이 넓을수록 피가열체에 흡수되는 주파수의 대역폭이 넓다는 것으로, 피가열체(200)에 효율적인 가변 주파수 범위가 넓다는 것을 의미한다.

도시된 바와 같이, 주파수는 복수의 채널(g1, g2...)로 나뉘어진다. 각 채널은 일정한 주파수 범위를 갖는다. 주파수 범위는 설정에 의해 변경될 수 있다. 또한 복수의 채널은 각 채널(g1, g2...)의 중간 주파수를 나타내는 센터 주파수(center frequency)를 갖는다.

안테나(300)에서 각 주파수 채널의 센터 주파수를 스윕(sweep)하면서 각 주파수 채널에서의 센터 주파수에 대한 반사 계수를 측정한다.

이때, 피가열체의 존재 확인과 최적 주파수 검색을 위해 출력은 정상 가열출력이 아닌 저출력을 이용한다.

일정 시간 동안의 연속적인 주파수 변화는 저주파에서 고주파인 업스윕, 또는 고주파에서 저주파인 다운스윕으로 이루어질 수 있으며, 각 채널에서의 센터 주파수에 대한 반사 계수를 비교하여 미리 정해진 값(임계값) 이하인 채널이 존재하는 경우에는 캐비티 내에 피가열체(200)가 존재하는 것으로 판단한다.

만일 전체 채널의 중심 주파수의 반사 계수 확인에서 설정 값 이하인 채널이 발견되지 않는 경우, 캐비티 내에 피가열체(200)가 존재하지 않는 것이므로 정상 가열출력을 가하지 않고 가열을 중단한다.

도면에서는 g7 채널에서 반사 계수가 가장 낮으므로, g7에 대응되는 주파수 범위에서 피가열체(200)의 가열 효율이 가장 높음을 알 수 있다.

피가열체(200)에 대한 유효 주파수 대역이 확인된 채널인 g7에서 피가열체(200)에 더 효율적인 가열 주파수를 확인하기 위해 분해능(resolution)을 높게 단위 주파수를 세분하여 반사 계수를 측정한다. 이는 피가열체(200)의 존재가 확인된 채널인 g7에서 더 세분된 주파수 대역의 중심 주파수를 인가하는 것으로, 반사 계수를 비교하여 가장 낮은 중심 주파수를 확인하여 이를 인가함으로써 최적의 가열 조건을 구현할 수 있게 된다.

이에 따라 대역의 모든 주파수를 스캔하는 방법에 비해 빠르고 정확하게 피가열체(200)를 확인, 가열할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 RF 가열 장치의 초기(initial) 다채널 교정 방법을 나타내는 순서도이다.

처음으로, 복수로 분할된 주파수 채널(g1, g2...)의 각 센터 주파수를 설정한다(S100). 복수의 주파수 채널(g1, g2...)은 각각 동일한 주파수 대역을 갖도록 설정될 수 있다. 즉, 동일한 주파수 폭으로 설정될 수 있다. 센터 주파수는 각 주파수 채널(g1, g2...)의 중간 주파수를 나타내는 특정 값이다. 복수의 주파수 채널(g1, g2...)의 대역(band) 폭은 필요에 따라 설정될 수 있다.

다음으로, 각 주파수 채널(g1, g2...) 별로 센터 주파수를 스윕(sweep)하면서 각 채널에서의 센터 주파수에 대한 반사 계수를 측정한다(S110). 이때, 반사 계수 측정을 위한 출력은 가열 출력보다 낮게 설정한다.

일정 시간 동안의 연속적인 주파수 변화는 저주파에서 고주파로, 또는 고주파에서 저주파로 이루어질 수 있다.

다음으로, 각 주파수에서 반사된 전력을 측정하고, 미리 설정된 임계 전력과의 차이를 비교한다(S120). 반사된 전력은 안테나(300)로부터 방사된 전력이 캐비티 내부에서 반사되어 다시 안테나(300)에 의해 측정된 전력을 의미하는 것으로, 캐비티 내부에 피가열체가 존재하는 경우, 피가열체에 입사된 전력은 피가열체에 입사하지 않은 전력에 비해 전력이 감소되는 폭이 크다. 따라서 측정된 반사 전력이 미리 설정된 임계값보다 작은 경우 해당 채널의 주파수를 흡수하는 피가열체(200)가 존재하는 것으로 판단한다.

모든 채널의 중심 주파수에서 측정된 반사 전력이 모두 임계값보다 큰 경우 캐비티 내에 피가열체(200)가 존재하지 않는 것으로 판단하여 초기(initial) 다채널 교정을 종료한다. 이를 통해 불필요한 가열전력을 출력하지 않도록 하여 전력 낭비를 줄이고 충격을 감소시킬 수 있다.

다음으로 각 주파수 채널의 반사되는 전력을 비교하여 반사 전력이 가장 낮은 채널을 확인한다(S130). S120의 단계에서 측정된 반사 전력이 미리 설정된 전력보다 작은 주파수 채널은 단수 또는 복수일 수 있으며 복수인 경우에 반사 전력이 가장 낮은 채널을 확인한다.

다음으로 반사 전력이 가장 낮은 채널에 속하는 주파수를 다시 세분하여 스윕하면서 가열에 최적인 주파수를 확인한다(S140). 가열에 최적인 주파수는 반사 전력이 가장 낮은 주파수로, S130의 단계에서 선택된 채널의 주파수를 세분하여 스윕하고 반사 전력이 가장 낮은 주파수를 확인하여 가열 주파수를 선택한다(S150). S130의 단계에서 선택된 채널의 주파수를 세분하기 때문에 S130의 단계에 비해 주파수의 대역이 좁아진다.

피가열체(200)가 복수 배치되거나 물질이 다른 경우, 각 주파수 채널의 반사되는 전력을 비교하여 반사 전력이 낮은 순으로 복수의 채널에 해당하는 주파수를 인가하여 피가열체(200)를 가열하도록 복수로 배치된 피가열체(200)의 위치에 대응하여 핫 스팟 영역을 제어할 수 있다. 이와 같은 과정에 의해 초기 다채널 교정이 완료된다.

이후 해당 교정된 최적 주파수로 가열을 시작하는데, 가열 중 위상을 변경하여 핫 스팟의 위치를 가변하는 것으로, 턴테이블을 회전시키는 것과 같이 가열위치의 분산이 가능하다. 이는 도 8을 참조하여 후술한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 RF 가열 장치의 중간(interim) 다채널 교정 방법을 나타내는 순서도이다.

도 4의 방법으로 최적의 주파수를 안테나(300)에 인가하여도 가열하는 과정에서 캐비티 내의 피가열체(200)는 부피, 밀도, 수분량 등의 물성이 변화될 수 있다. 이러한 경우에도 초기 설정된 주파수를 인가하게 되면 피가열체(200)에 대한 가열 효율이 감소하는 문제점이 발생하므로 이를 보상하는 과정이 필요하다.

이를 위해, 이전 단계에서 설정된 최적 주파수를 인가한다(S200). 이전 단계에서 설정된 최적 주파수는 도 4의 S150에서 설정된 주파수일 수 있고, 도 5의 S240에서 재설정된 주파수일 수 있다.

다음으로 S200 단계로부터 일정 시간이 경과되었는지를 판단한다(S210). 예를 들어 일정 시간은 20초로 설정할 수 있으며 RF 가열 장치(100)의 용도와 조리 시간에 따라 다르게 설정될 수 있다.

S210의 단계에서 일정 시간이 경과되면 각 주파수 그룹의 센터 주파수를 스윕하면서 반사 전력을 확인한다(S220). 상기 확인된 반사전력 중 가장 낮은 반사 전력의 주파수 채널을 선택(S230)한 후, 이를 세분하여 최적 주파수를 확인 및 선택하여 가열 주파수를 재설정한다(S240). 이후, 해당 재설정된 주파수로 가열을 시작한다.

주파수 및 위상의 변화에 따라 핫 스팟 영역 및 이를 둘러싸는 주변 영역의 크기 및 위치가 변경된다. 이에 대해서는 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 RF 가열 장치에서 제1 주파수를 사용하는 경우의 제1 핫 스팟 영역을 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 RF 가열 장치에서 제1 주파수와 다른 제2 주파수에서의 제2 핫 스팟 영역을 나타내는 도면이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 RF 가열 장치에서 도 6의 제1 핫 스팟 영역에 적용한 주파수의 위상을 변화시킨 제3 핫 스팟 영역을 나타내는 도면이다.

도 6과 도 7을 비교하면, 도 7은 도 6과 다른 주파수에 따른 제2 핫 스팟 영역을 나타낸다.

도 6은 제1 주파수에서 제1 핫 스팟 영역(400)과 이를 둘러싼 제1 주변 영역(401)을 나타낸다. 제1 핫 스팟 영역(400)은 제1 주변 영역(401)에 비해 높은 온도로 가열된다. 주변 영역에서 핫 스팟 영역으로 갈수록 가열 온도가 높아진다.

제1 핫 스팟 영역(400)과 제1 주변 영역(401)은 캐비티의 밑면(110)을 기준으로 도시한 것으로, 공간 상에 다양한 배치로 형성된다. 제1 핫 스팟 영역(400)과 제1 주변 영역(401)은 원형으로 도시되었으나, 타원, 장방형 등으로 형성될 수도 있다.

도 7은 제2 주파수에서 제2 핫 스팟 영역(410)과 이를 둘러싸는 제2 주변 영역(411)을 나타낸다. 제1 핫 스팟 영역(400)과 제1 주변 영역(401)에 비해 위치가 변경되고 원형에서 타원형으로 변경되었음을 확인할 수 있다. 주파수의 변경에 의해 핫 스팟 영역 및 주변 영역의 위치 및 형상이 변화될 수 있으며, 위치 및 형상에 따라 핫 스팟 영역 및 주변 영역이 다른 핫 스팟 영역 및 주변 영역과 인접하거나 중복될 수도 있다.

도 8은 도 6의 제1 핫 스팟 영역과 동일 주파수이나 다른 위상을 갖는 제3 핫 스팟 영역(420) 및 주변 영역(421)을 나타낸다. 제1 핫 스팟 영역(400)과 제1 주변 영역(401)에 비해 핫 스팟 영역과 주변 영역의 생성 위치가 변경되었음을 확인할 수 있다. 즉 위상이 변화됨에 따라 제1 핫 스팟 영역(400)과 제1 주변 영역(401)이 이동하여 제3 핫 스팟 영역(420) 및 주변 영역(421)의 위치로 이동된다.

이에 따라 턴테이블 없이도 핫 스팟 영역과 주변 영역의 생성 위치를 제어할 수 있게 되므로 턴테이블의 구동 소음 및 이를 구현하기 위한 구성을 생략할 수 있게 된다.

기본적으로 본 발명은 하나의 안테나로 구성될 수 있으나, 복수의 안테나로 구성될 수도 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 제1 안테나 배열을 나타내는 도면이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 안테나 배열을 나타내는 도면이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 복수의 안테나(300)는 선형으로 배치될 수 있다. 각각의 안테나(300)는 동일한 간격으로 이격될 수 있으며, 도면에서는 장방향에 평행하게 배치되었으나, 사선으로 배치될 수도 있으며, 배치 방법에 대해 한정하지는 않는다. 각각의 안테나(300)에 인가되는 주파수 및 위상은 동일하거나 상이할 수 있다.

또한 도 10에 도시된 바와 같이, 복수의 안테나(300)는 원형으로 배치될 수 있다. 각각의 안테나(300)에 인가되는 주파수 및 위상은 동일하거나 상이할 수 있으며 각각의 안테나(300)에 인가되는 주파수 및 위상의 적어도 하나를 달리 설정하여 핫 스팟 영역의 위치를 제어할 수 있다.

또한 최적 가열 주파수를 복수로 적용하여 여러 종류의 피가열체에 대응할 수 있다.

한편 복수의 안테나를 이용할 경우 각 안테나의 출력을 달리하는 것으로 빔을 형성하여 핫 스팟 영역의 집중이 가능하고 구석구석까지 핫 스팟 영역이 배치되도록 출력을 조절할 수 있다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 캐비티의 여러 형태를 나타내는 도면이다. 상기에서 기술한 바와 같이, 주파수 및 위상의 적어도 하나를 달리 설정하여 핫 스팟 영역의 위치를 제어할 수 있으므로 캐비티의 형태를 자유롭게 변형할 수 있다.

RF 가열 장치(100)은 전자 레인지, 오븐 휴대용 조리기구, 건조기 등에 사용될 수 있으며, 이에 대해 한정하지 않는다.

이상에서 기술한 바와 같이, 안테나에 인가되는 주파수 및 위상을 변경하여 반사 전력이 낮은 최적의 가열 조건을 확인하고 이를 유지함으로써 효과적인 가열이 가능해진다.

또한 위상의 변경으로 핫 스팟 영역을 회전시킴으로써 턴테이블 없이도 피가열체를 효과적으로 가열할 수 있게 된다.

전술한 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 키 조작부
20 검출부
30 제어부
40 메모리
50 구동부
60 안테나
70 표시부
80 전원부
90 도어 스위치
100 RF 가열 장치
200 피가열체
300 안테나

Claims

캐비티 내의 피가열체를 전력으로 가열하는 RF 가열 장치에 있어서,
RF 전력을 방사하고 수신하는 복수의 안테나; 및
동일한 크기의 주파수 대역을 갖는 복수로 분할된 주파수 채널의 각 센터 주파수를 설정하고, 각 주파수 채널 별로 센터 주파수를 스윕(sweep)하면서 각 채널에서의 센터 주파수에 대한 반사 계수를 측정하고, 상기 측정된 각 주파수에서 반사된 반사 계수를 미리 설정된 임계값과 비교하여 상기 피가열체의 존재를 확인하고, 상기 각 주파수에서 반사된 반사 계수 중에서 상기 임계값보다 작은 반사 계수가 존재할 때 상기 각 주파수에서 반사된 반사 계수 중에서 상기 반사 계수가 가장 낮은 채널을 확인하고, 상기 반사 계수가 가장 낮은 채널에 속하는 주파수 채널을 분해능을 높게 다시 세분하여 스윕하면서 반사 계수를 측정하고, 상기 세분하여 측정되는 반사 계수가 가장 낮은 반사 계수에 대응하는 주파수를 가열 주파수로 선택하는 제어부;를 포함하며,
상기 제어부는 상기 반사 계수 측정 시 미리 설정된 정상 가열 출력보다 낮은 출력을 설정하며, 피가열체를 가열하면서 가열 주파수의 위상을 가변하며, 상기 복수의 안테나의 주파수, 위상 및 출력 중 적어도 하나는 서로 상이하도록 각 안테나에 가열 출력을 제공하며, 상기 각 주파수에서 반사된 반사 계수 모두가 상기 임계값보다 크거나 같을 때 상기 캐비티 내에 상기 피가열체가 존재하지 않는 것으로 판단하고 가열 기능을 중단하도록 제어하는 RF 가열 장치.
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제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 피가열체를 가열한 시간이 미리 설정된 일정 시간을 경과할 때, 상기 각 주파수 채널 별로 센터 주파수를 스윕하면서 각 채널에서의 센터 주파수에 대한 반사 계수를 측정하고, 상기 각 주파수에서 반사된 반사 계수 중에서 상기 반사 계수가 가장 낮은 채널을 확인하고, 상기 반사 계수가 가장 낮은 채널에 속하는 주파수 채널을 분해능을 높게 다시 세분하여 스윕하면서 반사 계수를 측정하고, 상기 세분하여 측정되는 반사 계수가 가장 낮은 반사 계수에 대응하는 주파수를 재설정된 가열 주파수로 선택하는 것을 특징으로 하는 RF 가열 장치.
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캐비티 내의 피가열체를 전력으로 가열하는 RF 가열 장치의 구동방법에 있어서,
제어부를 통해, 동일한 크기의 주파수 대역을 갖는 복수로 분할된 주파수 채널의 각 센터 주파수를 설정하는 단계;
상기 제어부를 통해, 각 주파수 채널 별로 센터 주파수를 스윕하면서 안테나에 공급하여 각 채널에서의 센터 주파수에 대한 반사 계수를 측정하는 단계;
상기 제어부를 통해, 상기 측정된 각 주파수에서 반사된 반사 계수를 미리 설정된 임계값과 비교하여 상기 피가열체의 존재를 확인하는 단계;
상기 제어부를 통해, 상기 각 주파수에서 반사된 반사 계수 중에서 상기 임계값보다 작은 반사 계수가 존재할 때, 상기 각 주파수에서 반사된 반사 계수 중에서 상기 반사 계수가 가장 낮은 채널을 확인하는 단계;
상기 제어부를 통해, 상기 반사 계수가 가장 낮은 채널에 속하는 주파수 채널을 분해능을 높게 다시 세분하여 스윕하면서 반사 계수를 측정하는 단계; 및
상기 제어부를 통해, 상기 세분하여 측정되는 반사 계수가 가장 낮은 반사 계수에 대응하는 주파수를 가열 주파수로 선택하는 단계;를 포함하는 RF 가열 장치의 구동방법.
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제 8 항에 있어서,
상기 제어부를 통해, 상기 선택된 가열 주파수로 상기 피가열체를 미리 설정된 일정 시간 가열했을 때, 상기 각 주파수 채널 별로 센터 주파수를 스윕하면서 각 채널에서의 센터 주파수에 대한 반사 계수를 측정하고, 상기 각 주파수에서 반사된 반사 계수 중에서 상기 반사 계수가 가장 낮은 채널을 확인하고, 상기 반사 계수가 가장 낮은 채널에 속하는 주파수 채널을 분해능을 높게 다시 세분하여 스윕하면서 반사 계수를 측정하고, 상기 세분하여 측정되는 반사 계수가 가장 낮은 반사 계수에 대응하는 주파수를 재설정된 가열 주파수로 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 가열 장치의 구동방법.