KR101768313B1 - 마이크로파를 이용한 건조기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마이크로파를 이용한 건조기 및 해동기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로파의 출력 에너지를 이용하여 농수산 식품의 경우는 신속히 건조시키고, 냉동된 식품은 자연 상태로 해동 후 건조시킬 수 있도록 발명된 것이다.
본 발명은, 틀체를 형성하는 후레임(10)과, 이 후레임(10)에 회전 가능하게 양측에서 지지되는 로울러(21)들의 안내로 순환하는 콘베이어(20)와, 상기 콘베이어(20) 상부측에 위치되며 마그네트론 설치 도파관 연결 막음판(31)의 설치구멍(32)들의 위치로 마그네트론(35)과 마그네트론 설치 도파관(36a)들이 설치되는 마그네트론 거치실(30)과, 상기 마그네트론(35)으로부터 마이크로파가 조사되어 마이크로파에 의해 진행되는 농수산 식품들을 건조 또는 해동시키는 건조실(40)과, 이 마그네트론(35)들에 각각의 전원을 공급시키기 위해 트랜스(51)들이 배치되는 전원공급실(50)과, 상기 콘베이어(20)가 진행되는 후레임(10)의 입구측과 출구측에 배치되어 마그네트론(35)으로부터 조사되는 마이크로파의 누설 유해파를 외부로 유출되지 않도록 누설 유해파를 차폐하고 및 누설 유해파를 흡수하는 마이크로파 차폐 흡수부(60)가 설치되며, 상기 전원공급실(50)의 트랜스(51)는 마이크로파 에너지 출력이 1 kW 급의 용량으로 배치하되, 일부는 출력이 고정되는 고정식 트랜스로, 그 나머지는 출력이 인버터(52)의 조절에 의해 가변되는 가변식 트랜스로 배치되고, 상기 건조실(40)은 마이크로파 파장(λ)에 대한 부피(V) 비율(S) = V/λ = 4,758,000내지 4,759,000 사이를 유지하며, 마그네트론(35)에서 발생되는 마이크로파는 2450 MHz와 915 ㎒를 각각 융합되도록 설정됨을 특징으로 한다.

Description

마이크로파를 이용한 건조기{Dryer using the microwave}
본 발명은 마이크로파를 이용한 건조기 및 해동기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로파의 출력 에너지를 이용하여 농수산 식품의 경우는 신속히 건조시키고, 냉동된 식품은 자연 상태로 해동 후 건조시킬 수 있도록 발명된 것이다.
일반적으로 전자레인지에는 마이크로파의 발현을 위해서 마이크로파 출력 에너지 발진 장치인 마그네트론과 전원 공급 장치 등이 장착되어 있다.
최근, 국내외 현장에서 농수산물 및 첨단기능성 소재 등의 건조와 해동 중의 품질, 생산성, 비용 등의 문제점 해소를 위하여 다양한 방법이 연구되고 있으며 그 중의 하나로 마이크로파를 이용한 건조 및 해동방법에 대한 관심이 가장 높은 실정이다. 현재까지 다양한 종류의 농수산물 건조 방식은 자연 건조법과 인조 건조법이 있다.
태양열과 자연통풍을 이용하는 자연건조법은 식품으로부터 수분을 제거할 수 있는 한계가 있고, 건조시간이 오래 걸리며, 건조 도중 이물질 또는 먼지가 혼입될 우려가 있으며, 부패되기도 하여 최근에는 인공 건조법을 주로 이용하고 있다.
인공 건조법은 공기순환 건조법, 캐비닛 건조법, 진공 건조법, 동결 건조법 등이 있다. 캐비닛 건조법은 공기가열기, 송풍기와 선반 등을 이용하는 것으로 식품을 선반에 널고 가열 송풍하여 식품을 건조한다.
또한 현재까지의 재래식 해동 방법은 외기와의 접촉이 이루어지는 식품의 표면으로부터 먼저 온도가 상승하고 그 상승된 온도의 열전도로 냉동식품의 내부에까지 전달되어 전체적인 해동이 이루어지므로 부피가 큰 해동식품의 경우는 내부까지 균일한 해동이 되지 않고 냉동식품의 표면이 익는 등 문제점이 있었다.
그러나 마그네트론에서 발진되는 마이크로파를 이용하게 되면 마이크로파가 침투되어 닿는 전체 부분에서 운동에너지가 열에너지로 변화되어 단 시간 내에 냉동식품의 내, 외부 전체를 동시에 가열하기 때문에 해동과정에서 드립의 발생이 없이 양호한 품질로 단시간에 해동 할 수 있는 장점이 있다. 일반적인 전자레인지에서 사용하는 2,450 MHz의 마이크로파 발생용 마그네트론을 사용하여 도파관을 통해 해당 냉동식품에 마이크로파를 조사하게 되는데, 이를 위해 입력전원 제어용의 고압 트랜스와 냉각용 공랭식 냉각 팬 그리고 노이즈 필터 등이 추가적으로 부착되게 된다.
이러한 원리를 이용하여 부분적이나마 현재 가정에서 사용하는 전자레인지로 소량의 냉동식품을 해동하고 있었다.
그러나 전자레인지는 2,450 MHz의 마이크로파의 고주파로 파장 길이가 12㎝로 짧고, 마그네트론에서 발진되는 마이크로파 최대 출력이 피건조물에 모두 한 번에 조사되어 과다 조사로 인한 과다 건조 현상이 발생하거나 저출력 건조 조사가 필요한 건조물에는 최대 출력 건조방식으로 대응하기 어려웠다.
또한 식품의 건조 또는 해동 전용으로 개발된 것이 아니므로 식품의 사이즈가 크거나 처리량이 많을 경우에는 전자레인지를 사용하여 건조 및 해동하기엔 많은 제약이 따르고 또한 균일한 해동 결과를 얻기란 상당히 어려운 문제점이 있었다.
대한민국 특허 등록번호 10-0621718호(등록일자 2006년08월31일) 대한민국 특허 공개번호 10-1986-0008419호(공개일자 1986년11월15일) 대한민국 특허 공개번호 10-2015-0017520호(공개일자 2015년 02월 17일)
종래 식품 건조기는 열선, 전기 블로워 팬(Electric blower fan), 온도센서, 건조대, 필터(Filter)를 구비하고 있고, 건조대는 캐비넷 스타일의 함체 내에 다단으로 적층되며, 공기통풍 구조를 갖추고 있다.
공기가 열선에 의하여 가열되면, 전기 블로워 팬이 작동되어 건조대에 열풍을 송풍하여 건조대에 놓여있는 식품을 가열하게 된다.
따라서 단순히 열풍의 송풍에 의하여 식품을 건조하는 것이기 때문에 활용도가 낮을 뿐만 아니라, 열효율도 낮아 건조에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었던 것이다. 한편, 종래의 마그네트론을 구동하기 위한 전자레인지 또는 건조기에는 높은 전압과 전류가 공급되어야 하는데, 통상적으로 1 kW급 건조 또는 해동 출력을 위해서 대략 4 kV의 높은 전압과 330 mA의 전류가 필요하게 된다.
이러한 높은 전압과 전류 공급 대한 마이크로파 최대 출력이 모두 피건조물에 조사되어 과다 조사로 인한 과다 건조 및 해동이 발생한다.
본 발명의 목적은 대량의 건조물을 신속하게 건조할 뿐 아니라 해동물을 해동시킬 수도 있는 건조기 및 해동기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 출력이 낮은 트랜스를 필요한 출력량까지 병렬로 회로를 구성하면서 각 트랜스의 가동 개수와 출력을 미세 조절할 수 있도록 하여, 대상물품에 따라 다양하게 최적의 상태로 건조 또는 해동시킬 수 있도록 한 마이크로파 건조기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 기존의 마이크로파 최대 출력 트랜스 전원장치와 출력을 미세 조절하는 인버터 방식의 전원장치를 융합하여 최대 출력 마이크로파를 이용한 신속한 건조가 가능하게 하고 미세 출력 조절을 통하여 최종 최적 상태의 건조 또는 해동이 가능한 건조기 및 해동기를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 기존의 상용 2450 MHz의 주파수의 마이크로파 출력 에너지와 915 MHz 주파수의 마이크로파 출력 에너지를 서로 융합하여 대량 건조가 가능하고 부피가 큰 규모의 대상물의 건조 또는 해동이 가능한 건조기 및 해동기를 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 틀체를 형성하는 후레임(10)과,
이 후레임(10)에 회전 가능하게 양측에서 지지되는 로울러(21)들의 안내로 순환하는 콘베이어(20)와,
상기 콘베이어(20) 상부 측에 위치되며 마그네트론 설치 도파관(36a)과 체결하는 막음판(31)의 설치구멍(32)들의 위치로 마그네트론(35)들이 설치되는 마그네트론 거치실(30)과, 상기 마그네트론(35)으로부터 마이크로파가 조사되어 마이크로파에 의해 진행되는 농수산 식품들을 건조 또는 해동시키는 건조실(40)과,
이 마그네트론(35)들에 각각의 전원을 공급시키기 위해 트랜스(51)들이 배치되는 전원공급실(50)과,
상기 콘베이어(20)가 진행되는 후레임(10)의 입구측과 출구측에 배치되어 마그네트론(35)으로부터 조사되는 마이크로파의 누설 유해파를 외부로 유출되지 않도록 누설 유해파를 차폐 및 누설 유해파를 흡수하는 마이크로파 차폐 흡수부 (60)가 설치되며,
상기 전원공급실(50)의 트랜스(51)는 마이크로파 에너지 출력이 1 kW 급의 용량으로 배치하되, 일부는 출력이 고정되는 고정식 트랜스로, 그 나머지는 출력이 인버터(52)의 조절에 의해 가변되는 가변식 트랜스로 배치된다.
여기서 가변식 트랜스는 0.2 - 1 kW 범위에서 조절된다.
상기 건조실(40)은 마이크로파 파장(λ)에 대한 부피(V) 비율(S) = V/λ = 4,758,000내지 4,759,000 사이를 유지하며, 마그네트론(35)에서 발생되는 마이크로파는 일부 2450 MHz와 나머지 915 ㎒로 설정된다.
한편, 건조실(40)의 부피(V) = 길이 2500 mm x 폭 900 mm x 높이 258 mm = 580,500,000 ㎣ 로 설계되어,
비율(S) = V/λ2450 = 580,500,000/122 = 4,758,196.7213가 가장 바람직하다.
본 발명에 따르면, 1 kW 용량의 출력이 낮은 트랜스를 병렬로 회로를 구성하므로, 제품 코스트를 저하시킬 수 있고, 높은 피크 전류가 필요하지 않아 회로가 안정적이고, 전력 소모도 줄여 경제적이다.
또한 스위치 회로를 통해 각 트랜스(51) 들의 가동 개수와 마이크로파 출력 에너지를 제어하여 필요시에 그 출력을 미세 조절할 수 있다.
따라서 건조나 해동하고자 하는 대상에 따라 최적의 출력 제어가 가능하므로 효율적인 건조, 해동이 가능하다.
도 1은 본 발명의 전체 장치를 보인 정면도.
도 2는 본 발명의 전체 평면도.
도 3은 본 발명의 마크네트론 설치 도파관 연결 막음판 평면도.
도 4는 본 발명의 건조실 구조를 일부 확대하여 보인 단면도.
도 5는 본 발명의 마크네트론 설치 도파관 연결 막음판에 마그네트론과 도파관이 설치되는 상태를 보인 확대 단면도.
도 6은 도파관의 구성을 보인 분해 사시도.
도 7은 전원공급실 내부의 트랜스가 배치되는 상태를 보인 일부 확대도.
도 8은 마이크로파 흡수부의 지지틀체에 흡수부재가 부착되는 상태를 보인 사시도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선, 본 발명은 일부 주파수 2450 ㎒와 나머지 915 MHz의 융합한 마그네트론(35)에서 조사되는 마이크로파 출력 에너지를 주로 냉동된 식품의 해동용 해동기 또는 동시 건조하는 융합 (하이브리드) 건조기의 장치를 예로서 설명한다.
건조기는 도 1에서와 같이 본체를 구성하는 후레임(10)에 의해 후술하는 각종 구조와 부품들을 고정 설치시킨 후 철판 커버들로 외부를 감싸서 마감하게 된다.
내부를 감싸기 위해 설치되는 커버는 부품의 과열방지 및 냉각을 위한 통풍을 위해 통풍 구멍들이 뚫어진다.
건조실(40)은 양쪽이 트여져 콘베이어(20)의 진행을 따라 이동되는 대상물이 진입, 진출될 수 있도록 하고, 콘베이어(20)는 후레임(10)의 양단에 회전 가능하게 축 지지되는 로울러(21)의 안내로 순환된다.
일측 로울러(21)는 도시하지 않은 모터에 의해 구동되어 콘베이어(20)가 지정된 속도로 순환되는 것이다.
건조실(40)의 상부에는 마그네트론 거치실(30)이 위치되는데, 건조실(40)과 마그네트론 거치실(30)을 구획하는 막음판(31)에 설치구멍(32)들을 정해진 크기와 위치로 뚫어, 마그네트론 설치 도파관(36a) 및 캐비티 상자형 (Cavity box style) 도파관(36b)들이 주로 볼트와 너트에 의해 체결 설치된다.
본 발명에서는 마그네트론 설치 도파관(36a)이 정해진 크기로 27개가 설치되는 것으로, 도면에서와 같이 설치구멍(32)은 가로 9개 세로 3줄로 27개가 뚫어지는 것을 예시하고 있다.
막음판(31)의 하부에는 마이크로파 출력 에너지 전송 캐비티 상자형 (Cavity box style) 도파관(36b)이 부착되어 마그네트론(35)으로부터 마이크로파가 발생되면 마그네트론 설치 도파관(36a)과 캐비티 상자형 (Cavity box style) 도파관(36b)의 내부를 거쳐 건조실(40) 내부로 조사된다.
따라서 제어회로와 트랜스(51)를 거쳐 전원이 공급되어 마그네트론(35)이 작동되면 에너지를 가진 마이크로파가 캐비티 상자형 도파관(36b)의 내부를 거쳐 건조실(40)로 조사되어 대상물을 건조 또는 해동시킬 수 있게 되는 것이다.
캐비티 상자형 도파관(36b)은 마이크로파가 건조실(40)로 전달될 수 있도록 하부에는 출구(37)가 뚫어지고, 이 출구(37) 내측에는 마이크로파의 투과는 가능하면서도, 습기나 이물질 유입은 방지하기 위한 차단판(38)이 설치된다.
차단판(38)은 테프론이나 운모재가 적합하다.
이러한 마그네트론(35)을 가동하기 위하여 전원 공급회로가 마련된다.
전원은 외부에서부터 삼상 또는 단상으로 380 V 내지 220 V(50/60 Hz)의 전원이 입력전원 조정스위치들의 제어로 공급을 차단, 또는 연결하는 방법으로 제어하게 된다.
본 발명에서는 마그네트론(35)의 가동에 필요한 트랜스(51)들의 출력을 분할하여 담당할 수 있도록 하되, 각 트랜스(51)들을 병렬로 연결하여 건조기를 구성하게 된다.
즉, 본 발명에서는 상기 트랜스(51)들을 마이크로파 출력 각 1 kW급의 용량의 것으로 다수개가 병렬로 회로를 구성하여 각 마그네트론(35)에게 필요 전력을 공급될 수 있도록 하는 것이다.
이와 같이 각 1 kW급의 트랜스(51)들이 병렬로 조합된 전원 조정부를 통해 공급되는 출력으로 마그네트론(35)을 가동시켜 마이크로파를 발생되도록 하는 것이다.
여기서, 전원공급실(50)의 트랜스(51)는 출력이 각 1 kW 급의 용량으로 배치하되, 일부는 출력이 고정되는 고정식 트랜스로, 그 나머지는 출력이 인버터(52)의 조절에 의해 가변되는 가변식 트랜스로 배치된다.
가변식 트랜스는 0.2 - 1 kW 범위로 전원 조정부에서 사용자에 의해 적절하게 조절된다.
따라서 마그네트론(35)의 성능을 최소 범위에서부터 최대 범위까지 다양하게 제어할 수 있으므로, 건조하고자 하는 대상 재료의 종류와 부피 등의 조건에 맞추어 최적의 상태로 건조 및 해동시킬 수가 있는 것이다.
그리고 1 kW 급의 출력이 낮은 트랜스를 병렬로 회로를 구성하므로, 제품 코스트를 저하시킬 수 있고, 높은 피크 전류가 필요하지 않아 회로가 안정적이고, 전력 소모도 줄여 경제적이다.
상기 건조실(40)은 콘베이어(20)가 진행되는 양쪽이 트여지고, 하부는 건조과정에서 발생되는 수분을 모아서 외부로 배출시키기는 위한 바닥판이 위치된다.
그리고 상부에는 마그네트론 설치 도파관(36a)들이 체결되어 있는 마그네트론 설치 도파관 연결 막음판(31)이 위치되고, 전후, 양쪽 측벽은 마이크로파 유해 누설 파장이 외부로 배출되는 것을 방지하기 위해 철판으로 막혀져 있다.
이때, 측벽에는 건조 시 발생되는 과다 수증기 등을 외부로 배출 및 건조실 (40) 내에 오염물을 제거하기위한 탈부착 타공철판이 부착되고,
한편, 막음판(31)의 하부에는 캐비티 상자형 도파관(36b)부착되어 마그네트론(35)으로부터 발생되는 마이크로 파장이 캐비티 상자형 도파관(36b)을 거쳐 건조실(40) 내부에서 콘베이어(20)를 따라 이동되는 대상 재료에 조사된다.
여기서, 건조실(40)의 형상 및 치수 비율과, 내부 공간의 부피가 파장에 따라 매우 중요한 역할을 수행하게 된다.
즉, 상기 건조실(40)은 마이크로파 파장(λ)에 대한 부피(V) 비율(S) = V/λ= 4,758,000내지 4,759,000 사이를 유지하는 것이 바람직하다.
한편, 건조실(40)의 부피(V) = 길이 2500 mm x 폭 900 mm x 높이 258 mm = 580,500,000 ㎣ 로 설정하는 것이 해동 효과에 최적의 크기로 설계된다.
따라서 이 건조실(40)의 부피(V)값을 적용하면, 비율(S) = V/λ2450 = 580,500,000/122 = 4,758,196.7213로써, 이 비율이 최적 수치임을 알 수 있었다.
이때, 마그네트론(35)에서 발생되는 마이크로파는 일부 2450 ㎒와 나머지 915 MHz로 설정된다.
여기서, 상기 콘베이어(20)가 진행되는 후레임(10)의 입구측과 출구측에 마이크로파의 누설 유해파를 외부로 유출되지 않도록 누설 유해파를 차폐하고 최소화하는 차폐 구조실 (60) 및 누설 유해파를 흡수하는 마이크로파 차폐 흡수부 (60)가 설치하게 된다.
이 마이크로파 흡수부(60)는 건조실(40) 내부로 마그네트론(35)에서 발진되는 마이크로파가 조사될 때 콘베이어(20) 진행을 위해 트여지는 입구와 출구측 틈새로 누설되는 유해파의 외부 유출을 최소화할 수 있도록 흡수 또는 감쇠하는 역할을 수행하게 된다.
이 마이크로파 흡수부(60)는 물이 채워지는 물탱크(61)를 배치하거나, 또는 마이크로파 흡수 효과가 우수한 흡수부재(62)를 지지틀체(63)에 고정 부착하게 된다.
흡수부재(62)로는 페라이트가 포함된 고무나 실리콘재를 지지틀체(63)의 길이와 대응되는 크기로 패드형상으로 성형되어 주로 지지틀체(63)에 접착된다.
이상에서는 본 발명을 특정한 실시 예에 의거하여 설명하였으나, 이 밖에도 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 여러 변형예가 있을 수 있으며, 상기 실시예 만으로 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 물론 아니다.
본 발명은 주로 건조기나 해동기 기술에 적용된다. 특히, 각종 대량 농수산 식품을 건조하거나, 냉동된 식품을 빠른 시간 안에 골고루 거의 자연 상태로 해동시켜 바로 요리할 수 있도록 하는 마이크로파를 이용한 분야에 적용된다.
10 - 후레임 20 - 콘베이어
30 - 마그네트론 거치실 35 - 마그네트론
36a - 마그네트론 설치 도파관 36b - 캐비티 상자형 도파관
38 - 차단판 40 - 건조실
50 - 전원공급실 51 - 트랜스
60 - 마이크로파 차폐 흡수부

Claims (4)

  1. 틀체를 형성하는 후레임(10)과,
    이 후레임(10)에 회전 가능하게 양측에서 지지되는 로울러(21)들의 안내로 순환하는 콘베이어(20)와,
    상기 콘베이어(20) 상부측에 위치되며 마그네트론 설치 도파관 연결 막음판(31)의 설치구멍(32)들의 위치로 마그네트론(35)과 마그네트론 설치 도파관(36a)들이 설치되는 마그네트론 거치실(30)과,
    상기 마그네트론(35)으로부터 마이크로파가 조사되어 마이크로파에 의해 진행되는 농수산 식품들을 건조 또는 해동시키는 건조실(40)과,
    이 마그네트론(35)들에 각각의 전원을 공급시키기 위해 트랜스(51)들이 배치되는 전원공급실(50)과,
    상기 콘베이어(20)가 진행되는 후레임(10)의 입구측과 출구측에 배치되어 마그네트론(35)으로부터 조사되는 마이크로파의 누설 유해파를 외부로 유출되지 않도록 누설 유해파를 차폐하고 및 누설 유해파를 흡수하는 마이크로파 차폐 흡수부(60)가 설치되며,
    상기 전원공급실(50)의 트랜스(51)는 마이크로파 에너지 출력이 1 kW 급의 용량으로 배치하되, 일부는 출력이 고정되는 고정식 트랜스로, 그 나머지는 출력이 인버터(52)의 조절에 의해 가변되는 가변식 트랜스로 배치되고,
    상기 건조실(40)은 마이크로파 파장(λ)에 대한 부피(V) 비율(S) = V/λ = 4,758,000내지 4,759,000 사이를 유지하며, 마그네트론(35)에서 발생되는 마이크로파는 2450 MHz와 915 ㎒를 각각 융합되도록 설정됨을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 건조기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 건조실(40)의 부피(V) = 길이 2500 mm x 폭 900 mm x 높이 258 mm = 580,500,000 ㎣ 로 설계되어, 비율(S) =V/λ2450 = 580,500,000/122 = 4,758,196.7213인 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 건조기.
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