KR101967646B1 - 마이크로웨이브 가스버너 - Google Patents

Abstract

마이크로웨이브 가스버너가 개시된다. 본 발명에 따른 실시예들은, 마이크로웨이브 에너지를 발생시키는 마이크로웨이브 발생기와, 상기 마이크로웨이브가 공진되는 공진기와, 상기 공진기의 내부에 수용되어 상기 마이크로웨이브를 유도하고, 내부로 유입되는 기체를 상기 유도된 마이크로웨이브에 의해 진동시켜서 플라즈마 열량을 염공으로 배출하는 도파관을 포함하고, 상기 마이크로웨이브의 발진주파수 또는 파워에 따라, 상기 마이크로웨이브의 공진 주파수를 제어하기 위해 상기 공진기 및 도파관 중 적어도 하나의 크기를 조절하는 제어신호를 생성하는 제어유닛을 더 포함한다. 이에 의하면, 정해진 염공에 원하는 만큼의 고온의 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 공진기내의 공진 주파수를 원하는 위치로 변경할 수 있다.

Description

마이크로웨이브 가스버너{MICROWAVE GAS BURNER}

본 발명은 마이크로웨이브 가스버너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정해진 염공에 최소의 마이크로웨이브 에너지를 공급하여 플라즈마에 가까운 열량을 제공하도록 구현한 마이크로웨이브 가스버너에 관한 것이다.

종래의 가스버너는 정해진 염공을 통해 화염을 형성함에 있어서, 염공의 크기제한으로 인하여 일정한 열량 이상을 확보하기 어려운 문제가 있었다. 이에, 열량을 보다 높이기 위한 하나의 방안으로 안쪽 영역에도 염공을 더 형성하여서 화염의 수가 더 많아지도록 구현할 수 있는데, 이 또한 열량을 높이는데는 한계가 있다.

한편, 마이크로웨이브는 약 30MHz 내지 30GHz 범위의 주파수대를 갖는 파장으로서, 이러한 마이크로웨이브는 실생활에서 전자레인지 등 그 응용 범위가 다양하며, 특히 플라즈마를 발생하는데 많이 사용되고 있다. 여기서, 플라즈마는 고도로 전리되어 (+)이온과 (-)이온이 동일한 밀도로 존재하여 전기적으로 균형을 이루어 중성이 되어 있는 상태나 또는 그 이온들을 가리키는데, 방전관이나 아크주가 가장 전형적인 것이다.

그러나 이러한 고진공 챔버를 이용하는 종래의 플라즈마 발생 장치는 마이크로웨이브가 유도되는 챔버의 내부를 고진공 상태로 만들어야 하는데, 이와 같이 챔버의 내부를 고진공으로 만들기 위해서는 정밀한 설계가 요구되므로 구현하기 어려울 뿐만 아니라, 특히 음식물을 조리하는 버너에 형성되는 다수의 염공에 적절한 플라즈마 열량을 공급하는데도 어려움이 있다.

본 발명의 실시예들은 정해진 염공에 최소의 플라즈마 열량이 공급될 수 있도록 마이크로웨이브 가스버너를 구현하되, 검출된 마이크로웨이브의 파워에 따라 마이크로웨이브의 주파수와 파워를 피드백 제어할 수 있도록 한 마이크로웨이브 가스버너를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 실시예들은 마이크로웨이브를 공진하는 공진기의 공진 주파수의 위치를 조절할 수 있도록 상기 공진기와 공진기 내부의 도파관의 형상을 변경할 수 있는 마이크로웨이브 가스버너를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 마이크로웨이브 가스버너는, 마이크로웨이브 에너지를 발생시키는 마이크로웨이브 발생기와; 상기 마이크로웨이브가 공진되는 공진기와; 상기 공진기의 내부에 수용되어 상기 마이크로웨이브를 유도하고, 내부로 유입되는 기체를 상기 유도된 마이크로웨이브에 의해 진동시켜서 발생된 플라즈마 열량을 염공으로 배출하는 도파관과; 상기 마이크로웨이브의 발진주파수 또는 파워에 따라, 상기 마이크로웨이브의 공진 주파수를 제어하기 위해 상기 공진기 및 도파관 중 적어도 하나의 크기를 조절하는 제어신호를 생성하는 제어유닛;을 포함하여 이루어진다.

실시예에서, 상기 제어유닛은, 검출된 마이크로웨이브의 파워에 따라, 상기 마이크로웨이브의 발진 주파수의 크기 및 파워를 제어하는 피드백 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 마이크로웨이브 발생기는, 상기 마이크로웨이브의 파워를 검출하는 파워 검출 수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 마이크로웨이브 발생기는, 상기 마이크로웨이브의 발진 주파수와 상기 공진 주파수의 변동을 감시하는 주파수 감시 수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 공진기 및 도파관 중 적어도 하나는, 공진 주파수의 위치를 조절할 수 있도록, 상기 제어신호에 따라 상하 높이가 변경가능하게 형성되는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 공진기는, 금속 또는 유전체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 공진 주파수는, 300MHz 내지 10GHz 범위 내인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 마이크로웨이브 가스버너에 의하면, 검출된 파워에 대한 피드백으로 마이크로웨이브의 발진 주파수와 파워를 조절하여 공급할 수 있도록 구현함으로써 정해진 염공에 원하는 만큼의 고온의 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로웨이브 가스버너에 의하면, 마이크로웨이브가 공진되는 공진기와 상기 마이크로웨이브가 유도되는 도파관을 크기 변경가능하도록 형성함으로써 공진기내의 공진 주파수를 원하는 위치로 변경할 수 있다.

나아가, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로웨이브 가스버너에 의하면, 유도된 마이크로웨이브를 공진하여 발생되는 최소의 플라즈마 열량을 공급함으로써 완전 연소가 이루어지게 되어 연소로 인한 공기 오염을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로웨이브 가스버너에서, 검출된 파워에 따라 마이크로웨이브의 발진 주파수와 파워를 제어하는 피드백 과정을 개략적으로 보인 블록도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로웨이브 가스버너의 구조를 보인 도면;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로웨이브 가스버너에 있어서, 다수의 플레임들에 형성된 다수의 커플링 영역을 보인 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로웨이브 가스버너를 보다 상세하게 기술한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로웨이브 가스버너의 구조를 도시한다. 도시된 바와 같이, 상기 마이크로웨이브 가스버너는, 마이크로웨이브 에너지를 발생시키는 마이크로웨이브 발생기(10)와, 상기 마이크로웨이브가 공진되는 공진기(100)와, 상기 공진기(100)의 내부에 수용되어 상기 마이크로웨이브를 유도하고, 내부로 유입되는 기체를 상기 유도된 마이크로웨이브에 의해 진동시켜서 플라즈마 열량을 염공으로 배출하는 도파관(20)과, 상기 마이크로웨이브의 발진 주파수 또는 파워에 따라, 상기 마이크로웨이브의 공진 주파수를 제어하기 위해 상기 공진기(100) 및 도파관(20) 중 적어도 하나의 크기를 조절하는 제어신호를 생성하는 제어유닛(50)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 마이크로웨이브 발생기(10)는 검출된 파워의 크기에 따라 피드백 제어되는 주파수 및 파워를 갖는 마이크로웨이브 에너지를 발생시킨다.

이를 위해, 상기 마이크로웨이브 발생기(10)는 마이크로웨이브의 파워를 검출하기 위한 소정의 파워 검출 수단(미도시)을 포함할 수 있다. 또, 상기 마이크로웨이브 발생기(10)는 발생된 마이크로웨이브의 발진 주파수와 상기 공진기(100)의 공진 주파수의 변동을 실시간으로 또는 주기적으로 감시하기 위한 소정의 주파수 감시 수단(미도시)을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 마이크로웨이브 발생기(10)에서는 마이크로웨이브 에너지를 발생시키는데 많은 열이 발생하므로, 발생된 열을 제거하기 위해 소정의 열제거 수단으로 예를 들어 송풍팬(미도시)을 내부 또는 외부에 구비할 수 있다.

또한, 상기 마이크로웨이브 발생기(10)는 모노폴 안테나(monopole) 구조나, 혹은 루프(loop) 구조 등과 같은 동축(Coaxial) 구조 시스템으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 마이크로웨이브 발생기(10)의 상면은 발생된 마이크로웨이브 공진기(100)로 배출시키기 위해 슬롯(미도시)이 형성된 구조로 이루어질 수 있다.

공진기(100)는 상기 마이크로웨이브 발생기(10)에 의해 발생된 마이크로웨이브를 공진시킨다. 상기 공진기(100)는 물리적인 크기를 감소시키기 위해 유전체 또는 금속으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 공진기(100)는 염공으로부터 배출되는 플라즈마 열량으로 인한 플레임(1) 상태 변경의 안정화를 위해, 산화제 유입용 홀(hole)을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.

도파관(20)의 일부는 공진기(100)의 내부에 수용되고 다른 부분은 기체, 특히 가스 또는 가스와 공기의 혼합기체가 유입되도록 공진기(100)의 외부에 형성되는 구조로 이루어질 수 있다.

상기 도파관(20)은 상기 마이크로웨이브 발생기(10)에 의해 발생된 마이크로웨이브 에너지를 유도하고, 유입된 가스(또는 가스와 공기가 혼합된 기체)를 유도된 마이크로웨이브 에너지에 의해 진동시켜서 최소의 플라즈마 열량을 발생시킨다.

도파관(20)의 상면 단부에 형성되는 염공에는 고열 플라즈마에 의해 불꽃(5)이 발생되는데, 이때 도파관(20)에 주입되는 기체의 종류가 무엇인지에 따라 염공으로부터 배출되는 열량의 크기가 달라지게 되므로, 필요에 따라 도파관(20)으로 주입되는 기체의 종류를 달리할 수 있다. 예를 들어, 대기중의 공기와 가스가 혼합된 기체가 주입되는 경우 상기 염공으로부터 배출되는 불꽃의 온도는 약 3,000℃ 이상일 수 있다.

상기 도파관(20)은 발생된 플라즈마 열량을 내보낼 수 있도록 도파관(20)의 상부에 염공이 형성된다. 상기 도파관(20)은 발생된 플라즈마 열량을 미리정해진 크기의 염공에 공급함으로써, 기존 플레임(1)의 상태를 플레임(5)으로 변경시킨다.

또한, 상기 도파관(20)에 의해 공급된 플라즈마 열량은 상기 플레임(1)에 커플링 영역(30)을 형성한다. 여기서, 상기 커플링 영역(30)은 상기 진공기(100)내의 도파관(20)의 상면 단부에 형성된 염공과 상기 플레임(1) 사이에 위치하여, 플라즈마 열량의 공급에 따라 고온의 불꽃 온도를 갖게 되는 소정 영역을 가리킨다. 상기와 같은 커플링 영역(30)을 형성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 공진기(100)는 플레임(1) 근처에서 강한 전계를 갖는 구조로 형성된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로웨이브 가스버너는 공진기(100)내에 복수의 플레임들이 형성될 수 있으며, 그 다수의 플레임들에는 도파관(20)의 단부로부터 플라즈마 열량을 공급받는 다수의 커플링 영역들(MW coupling region)(30)이 각각 형성될 수 있다.

이와 같이, 다수의 커플링 영역들(MW coupling regions)(30)을 형성하기 위해, 본 발명에 따른 공진기(100)는 예를 들어, 직육면체, 구, 원기둥 등과 같은 모양의 다양한 형상으로 구현될 수 있다. 또한, 상기 공진기(100)는 그 형상에 따라 하나 또는 복수의 공진모드를 생성하여 공진기(100)를 동작시킬 수 있다.

실시예에서, 상기 도파관(20)의 길이는 상기 공진기(100)의 높이에 비례하여형성되고, 예를 들어 구리와 같은 도체로 이루어질 수 있다.

제어유닛(50)은 마이크로웨이브 발생기(10)로부터 발생된 마이크로웨이브의 발진 주파수 또는 파워에 따라 마이크로웨이브의 공진 주파수를 제어한다. 또한, 상기 제어유닛(50)은 상기 공진 주파수를 제어하기 위해서 상기 공진기(100) 및 도파관(20) 중 적어도 하나의 크기를 조절하는 제어신호를 생성하여 상기 공진기(100) 및/또는 도파관(20)에 출력한다. 그러면, 상기 공진기(100) 및/또는 도파관(20)은 제어유닛(50)으로부터 출력된 공진 주파수 제어신호에 따라 공진기(100) 및/또는 도파관(20)의 크기 또는 길이를 조절한다.

이와 관련하여, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로웨이브 가스버너에서, 검출된 파워에 따라 상기 제어유닛(50)이 마이크로웨이브의 발진 주파수와 파워를 제어하는 피드백 과정을 블록도로 도시한다. 제어유닛(50)은 마이크로웨이브 발생기(10)로부터 검출된 마이크로웨이브의 파워값을 제공받는다. 이에 대한 피드백으로, 상기 제어유닛(50)은 상기 파워값을 미리정해진값 또는 사용자에 의한 설정값과 비교하여 현재 마이크로웨이브 발생기(10)의 발진주파수 및 파워를 조절하기 위한 제어신호를 출력한다. 이러한 피드백 결과에 따라 크기 조절된 마이크로웨이브 에너지가 도파관(20)의 상면 단부에 형성된 염공을 통해 배출된다.

또한, 상기 제어유닛(50)은 공진기(100)내의 마이크로웨이브의 공진 주파수를 제어하기 위해 상기 공진기(100) 및 도파관(20) 중 적어도 하나의 크기를 조절하는 제어신호를 생성한다. 이를 위해, 상기 공진기(100) 및 도파관(20) 중 적어도 하나는 공진 주파수의 위치를 조절할 수 있도록, 제어유닛(50)으로부터 출력되는 제어신호에 따라 상하 높이가 이동가능하게 형성된다.

도 3을 참조하면, 공진기(100)내부의 하부영역(FAE2영역)은 그 상하 길이(102)가 이동가능하도록 형성되어 공진기(100)의 전체 크기를 조절할 수 있게 형성되어서 공진 주파수 위치를 변경할 수 있다. 또한, 도파관(20)의 공진기(100) 내부에 수용된 영역(FAE1)은 그 상하 길이(22)가 이동가능하도록 형성되어 도파관(20)의 전체 길이를 조절할 수 있게 형성되어서 공진 주파수의 위치를 변경할 수 있다. 여기서는, 공진기(100)의 크기와 도파관(20)의 길이가 모두 변경가능하도록 구현되었으나, 이들 중 어느 하나의 크기 또는 길이만 변경가능하도록 구현되어서 공진 주파수의 위치를 변경할 수 있다.

실시예에서, 상기 공진기(100) 및/또는 도파관(20)의 크기 또는 길이를 조절함으로써, 변경가능한 공진 주파수의 범위는 예를 들어 300MHz 내지 10GHz 범위내의 값을 가질 수 있다.

또한, 상기 도파관(20)은 염공으로부터 배출되는 고온의 플라즈마 열량을 상기 커플링 영역(30)에 집중시키기 위해 상기 도파관(20)의 외부를 감싸는 외부관(미도시)을 더 포함하는 것으로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 외부관(미도시)은 고온의 플라즈마 열량을 도파관(20)의 상면 단부에 형성된 염공에 더욱 집중시키기 위해, 고열에 강한 세라믹 같은 부도체나 또는 스테인레스 스틸과 같이 고열에 강한 도체로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 제어유닛(50)은 상기 기술한 마이크로웨이브의 발진 주파수 또는 파워에 대한 피드백으로 마이크로웨이브의 공진 주파수를 제어하는 과정을 소정의 알고리즘으로 구현하여 내부에 포함하도록 구성될 수 있다.

이와 같은 구성에 의한, 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로웨이브 가스버너는 다음과 같이 동작한다.

먼저, 전원이 공급되어 마이크로웨이브 발생기(10)가 작동되면 마이크로웨이브 에너지가 발생하고 발생된 마이크로웨이브 에너지는 도파관(20)으로 유도된다. 도파관(20)의 일 단부에 유입된 가스 또는 기체는 상기 유도된 마이크로웨이브 에너지를 통해 진동되어 플라즈마에 가까운 고열량 에너지를 발생시킨다. 이때, 마이크로웨이브 발생기(10)는 마이크로웨이브의 주파수와 파워의 크기를 검출하여 제어유닛(50)에 주기적으로 제공하고, 상기 제어유닛(50)은 이에 대한 피드백으로 마이크로웨이브의 발진주파수와 파워의 크기를 조절한다. 또한, 상기 제어유닛(50)은 진공기(100) 및/또는 도파관(20)의 크기를 조절하는 제어신호를 생성하여서 진공기(100)의 진공 주파수를 원하는 위치로 변경할 수 있다. 이를 위해, 상기 진공기(100) 및/또는 도파관(20)은 일정 영역만큼 크기 또는 길이를 이동가능하게 형성될 수 있다. 이와 같이, 필요에 따라 크기 조절된 마이크로웨이브 에너지가 도파관(20)에 유도되면, 이에 의해 내부로 유입된 가스나 기체가 진동되어서 플라즈마에 가까운 고온 열량을 도파관(20)의 상면 단부에 형성된 염공으로 배출한다. 그러면, 정해진 크기의 염공으로부터 배출되는 플레임의 크기 및 온도는 공급된 열량만큼 크게 증가하게 되어 음식물을 빨리 익힐 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 마이크로웨이브 가스버너에 의하면, 검출된 파워에 대한 피드백으로 마이크로웨이브의 발진 주파수와 파워를 조절할 수 있도록 구현함으로써 버너의 정해진 염공에 원하는 만큼의 고온의 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 또한, 마이크로웨이브가 공진되는 공진기와 상기 마이크로웨이브가 유도되는 도파관을 크기 변경가능하게 형성함으로써 공진기내의 공진 주파수를 원하는 위치로 변경할 수 있다.

1 - 플레임 5 - 플라즈마 플레임
10 - 마이크로웨이브 발생기 20 - 도파관
22, 102 - 공진 주파수 제어 요소 30 - 마이크로웨이브 커플링영역
50 - 제어유닛 100 - 공진기

Claims (7)

1. 마이크로웨이브 에너지를 발생시키는 마이크로웨이브 발생기;
   상기 마이크로웨이브가 공진되는 공진기;
   상기 공진기의 내부에 수용되어 상기 마이크로웨이브를 유도하고, 내부로 유입되는 기체를 상기 유도된 마이크로웨이브에 의해 진동시켜서 플라즈마 열량을 염공으로 배출하는 도파관; 및
   상기 마이크로웨이브의 발진주파수 또는 파워에 따라, 상기 마이크로웨이브의 공진 주파수를 제어하기 위해 상기 공진기 및 도파관 중 적어도 하나의 상하 높이를 조절하는 제어신호를 생성하는 제어유닛;을 포함하고,
   상기 공진기 및 도파관 중 적어도 하나는 상기 제어신호에 따라 상하 높이가 변경되도록 형성되며,
   상기 제어유닛은,
   상기 마이크로웨이브 발생기로부터 제공받은 파워값을 미리정해진 값과 비교하고, 현재 마이크로웨이브의 발진주파수 또는 파워가 조절되도록, 상기 공진기 내의 마이크로웨이브의 공진 주파수를 제어하는 상기 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는,
   마이크로웨이브 가스버너.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제어유닛은,
   상기 마이크로웨이브 발생기에 의해 검출된 마이크로웨이브의 파워에 따라, 상기 마이크로웨이브의 발진 주파수의 크기 및 파워를 제어하는 피드백 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는,
   마이크로웨이브 가스버너.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 마이크로웨이브 발생기는,
   상기 마이크로웨이브의 파워를 검출하는 파워 검출 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   마이크로웨이브 가스버너.
4. 제2 항에 있어서,
   상기 마이크로웨이브 발생기는,
   상기 마이크로웨이브의 발진 주파수와 상기 공진 주파수의 변동을 감시하는 주파수 감시 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   마이크로웨이브 가스버너.
5. 삭제
6. 제1 항에 있어서,
   상기 공진기는, 금속 또는 유전체로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
   마이크로웨이브 가스버너.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 공진 주파수는, 300MHz 내지 10GHz 범위 내인 것을 특징으로 하는,
   마이크로웨이브 가스버너.

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