KR101981241B1 - 마이크로파를 이용한 가열건조기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로파를 균일 분산시켜 피가열물을 가열 및 건조할 수 있는 마이크로파를 이용한 가열건조기에 관한 것이다. 마이크로파를 이용한 가열건조기는, 피가열물이 수용되는 챔버; 상기 챔버의 일측에 설치되어 전원과 연결되는 마이크로파 발생기; 상기 마이크로파 발생기와 연결된 도파관; 상기 챔버 내부의 벽면에 부착된 다공성 판 부재; 를 포함하고, 상기 마이크로파 발생기를 통해 상기 챔버 내부로 조사되는 마이크로파는 상기 다공성 판 부재를 통해 상기 챔버의 벽면에 부딪힌 후 다시 상기 다공성 판 부재를 통해 피가열물에 입사되는 과정에서 반사와 굴절을 통해 균일하게 분산되도록 한다.
이러한 구성에 따르면, 챔버 내부의 벽면에 부착되는 다공성 판 부재 에 의해 마이크로파를 균일하게 분산시킴으로써 전체적으로 피가열물이 균일하게 가열될 수 있는 마이크로파를 이용한 가열건조기를 제공할 수 있다.

Description

마이크로파를 이용한 가열건조기 {Device for heating and drying objects by microwave}

본 발명은 마이크로파를 균일 분산시켜 피가열물을 가열 및 건조할 수 있는 마이크로파를 이용한 가열건조기에 관한 것이다.

일반적으로, 전자레인지는 고주파수의 전자파를 이용하여 식품에 포함된 물분자를 진동시키는 과정에서 발생하는 마찰열에 의해 식품을 가열조리하는 기기이다.

균일분산이 되지 않고 지향성을 가진 초고주파(마이크로파)는 가열건조기 내부의 공간에서 불균일한 파워로 피가열물을 가열하게 된다. 주사된 초고주파는 입사 및 반사를 하는 과정에서 일종의 정지파를 형성하고, 공간적 위치에 따라 파워가 밀집되는 부분과 희소한 부분이 나타나게 된다. 그에 따라, 가열건조기 내부의 피가열물에서 가열이 많이 되는 부분과 적게 되는 부분이 나타나게 된다.

이러한 상황에서 금속용기에 담긴 피가열물을 가열건조기에 넣게 되면, 파워가 밀집된 부분에 위치한 금속용기 등에 스파크(spark)가 발생하여 에너지의 손실, 과가열에 의한 피가열물의 탄화 또는 인접 전기장치의 고장 등 여러 문제를 야기할 수 있다.

금속용기를 사용하지 않는다 해도 불균일한 가열은 피가열물의 물리적/화학적 성질을 불균일하게 함으로서 여러 가지 문제를 야기한다. 전자레인지의 경우, 음식물에는 과가열된 부분과 미가열된 부분이 공존하게 된다. 건조기의 경우, 피가열물에서 일부는 과열에 의해 타게 되는 반면에 일부는 여전히 많은 습기를 지닌 채 있게 된다.

이러한 불균일한 가열 문제를 해결하기 위해 지금까지 몇 가지 방법이 제시되었다. 이 중에는, 초고주파의 입사부에 회전날개를 설치하여 분산하는 방법, 피가열물을 회전시키는 방법, 벽면에 설치된 반사형 균일분산장치에 의한 방법이 있다.

초고주파의 입사부에 회전날개를 설치하여 분산하는 방법과 피가열물을 회전시키는 방법의 경우 가열건조기 내부의 벽면 등은 여전히 고정되어 있으므로 효과가 미미하다.

벽면에 설치된 반사형 균일분산장치에 의한 방법은 어느 정도 효과적이나, 이러한 균일분산장치는 작은 구멍이 많이 펀칭된 금속판을 서로 다른 높이로 절곡해서 사용하므로, 금속판이 내부 공간을 많이 차지하고, 설치 비용이 증가되는 문제가 있다. 또한, 균일분산장치는 구멍이 뚫린 판의 층수가 단층이며, 구멍의 크기를 미세하게 하거나 무수히 많은 구멍을 가공하기 어려우며, 구멍이 뚫리지 않은 판부분은 일반 고정벽면과 같이 전반사를 하게 되는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-0170875호

따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 마이크로파를 균일하게 분산시킴으로써 전체적으로 피가열물이 균일하게 가열될 수 있는 마이크로파를 이용한 가열건조기를 제공하고자 함에 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 가열건조기는, 피가열물이 수용되는 챔버; 상기 챔버의 일측에 설치되어 전원과 연결되는 마이크로파 발생기; 상기 마이크로파 발생기와 연결된 도파관; 상기 챔버 내부의 벽면에 부착된 다공성 판 부재; 를 포함하고, 상기 마이크로파 발생기를 통해 상기 챔버 내부로 조사되는 마이크로파는 상기 다공성 판 부재를 통해 상기 챔버의 벽면에 부딪힌 후 다시 상기 다공성 판 부재를 통해 피가열물에 입사되는 과정에서 반사와 굴절을 통해 균일하게 분산되도록 한다.

또한, 상기 다공성 판 부재는 마이크로파를 통과시키는 재질로 형성된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로파를 이용한 가열건조기는, 피가열물이 수용되는 챔버; 상기 챔버의 일측에 설치되어 전원과 연결되는 마이크로파 발생기; 상기 마이크로파 발생기와 연결된 도파관; 상기 챔버 내부의 벽면에 도포되고 다수의 작은 입자를 포함하는 도료층; 을 포함하고, 상기 마이크로파 발생기를 통해 상기 챔버 내부로 조사되는 마이크로파는 상기 도료층의 상기 입자에 부딪히면서 반사와 굴절을 통해 균일하게 분산되어 피가열물로 입사된다.

본 발명에 따르면, 챔버 내부의 벽면에 부착되는 다공성 판 부재 또는 다수의 입자를 갖는 도료층에 의해 마이크로파를 균일하게 분산시킴으로써 전체적으로 피가열물이 균일하게 가열될 수 있는 마이크로파를 이용한 가열건조기를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 가열건조기의 예시적인 구조를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 가열건조기의 주요 구성요소를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 판 부재를 도시하는 도면이다.
도 4는 도 3의 판 부재를 통해 마이크로파가 입사 및 반사되는 상태를 예시적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 판 부재가 부착된 본 발명의 실시예에 따른 가열건조기를 도시하는 도면이다.
도 6은 도 5에서 판 부재를 통해 마이크로파가 입사 및 반사되는 상태를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 작은 입자를 포함하는 도료를 도시하는 도면이다.
도 8은 도 7의 도료를 통해 마이크로파가 입사 및 반사되는 상태를 예시적으로 도시하는 도면이다.
도 9는 도료층을 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 가열건조기를 도시하는 도면이다.
도 10은 도 9에서 도료층을 통해 마이크로파가 입사 및 반사되는 상태를 도시하는 도면이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명의 가열건조기의 예시적인 구조를 도시하는 도면이다. 도 2는 도 1의 가열건조기의 주요 구성요소를 도시하는 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 판 부재를 도시하는 도면이다. 도 4는 도 3의 판 부재를 통해 마이크로파가 입사 및 반사되는 상태를 예시적으로 도시하는 도면이다. 도 5는 판 부재가 부착된 본 발명의 실시예에 따른 가열건조기를 도시하는 도면이다. 도 6은 도 5에서 판 부재를 통해 마이크로파가 입사 및 반사되는 상태를 도시하는 도면이다.

본 발명의 마이크로파를 이용한 가열건조기(이하, 가열건조기)(100)는 챔버(110), 마이크로파 발생기(130), 도파관(140), 다공성 판 부재(150) 등을 포함한다.

챔버(110)는 피가열물이 수용되는 곳이다. 챔버(110)에는 도어(120)가 부착되어 피가열물을 용이하게 출입할 수 있다. 챔버(110)의 벽면(111)은 일반적으로 금속으로 제작된다. 챔버(110)는 육면체 형상을 가질 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 챔버(110)의 크기는 일반적인 전자레인지에서부터 수 m 이상의 크기를 가질 수 있다. 챔버(110)에 수용되는 피가열물은 통상 수분을 함유하고 있는 것이 된다.

마이크로파 발생기(130)는 마이크로파를 발생시키는 부분으로, 마그네트론이 사용될 수 있다. 일반적으로, 가열건조의 목적인 마이크로파의 주파수(진동수)는 915㎒ ~ 2450㎒ 가 될 수 있다.

도파관(140)은 마이크로파 이상의 높은 주파수(1GHz 이상)의 전기 에너지나 신호를 전송하기 위한 전송로의 일종으로, 구리 등의 전기도체로 된 관 내부를 전자기파가 지나가도록 한 것이다.

915㎒, 2450㎒ 대의 주파수는 공업용, 과학용, 의학용으로 보통 사용되고 있으며, 2450㎒대의 주파수는 가정용 전자레인지에 주로 사용하고 있다. 불꽃방전을 이용하면 거의 모든 파장의 마이크로파를 발생시킬 수 있으나, 출력이 약하고 불안정하여 특별한 전자관인 마그네트론 등을 사용한다. 마그네트론은 고압직류전력을 마이크로파로 변환시키며 효율이 좋다.

마그네트론은 양극에 걸리는 전압이 교류라도 가능하고 수백 와트(W) 또는 그 이상의 것도 개발되고 있다. 마그네트론에서 발생한 마이크로파는 도파관(140)에 유도되어 금속으로 제작된 챔버(110) 내에서 반사되면서 주위의 금속벽은 전혀 영향을 주지 않고 피가열물에 흡수된다.

챔버(110)는 전기적으로 밀폐된 피가열물의 가열건조실이고, 도파관(140)은 마이크로파 발생기(130)로부터 발생된 마이크로파를 피가열물에 공급하는 전송회로라고 볼 수 있다.

다공성 판 부재(150)는 챔버(110) 내부의 벽면(111)에 부착된다. 다공성 판 부재(150)는 베이스가 되는 판에 여러 층으로 무작위로 형성된 작은 기공을 포함한다. 여기서, 기공은 판의 표면 또는 내부에 형성되는 작은 구멍을 말한다. 다공성 판 부재(150)는 종이, 유리, 세라믹, 실리콘, 합성수지 등 마이크로파를 통과시키는 재질로 형성된다. 다공성 판 부재(150)는 예를 들어, 세라믹판으로 제작될 수 있다. 세라믹에는 자연적으로 미세한 기공이 형성되어 있으며, 제작 과정에서 기공의 크기를 증가시킨 세라믹판을 사용할 수 있다. 기공의 크기는 대략 수 ㎛에서 수백 ㎛일 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 다공성 판 부재(150)를 통해 입사되는 마이크로파는 기공(151)을 통과하면서 챔버(110)의 벽면(111)에 부딪히는 과정에서 반사와 굴절이 일어나고, 이러한 마이크로파는 다시 기공(151)을 통해 피가열물로 입사된다. 이러한 과정에서, 마이크로파는 피가열물의 부위에 관계없이 균일하게 분산되어 입사될 수 있다. 도면에서, 챔버(110)의 벽면(111)과 다공성 판 부재(150)가 어느 정도 이격되는 것으로 도시되지만, 실제로 다공성 판 부재(150)는 벽면(111)에 밀착될 수도 있고, 소정의 거리만큼 이격될 수도 있다.

이와 같이, 다공성 판 부재(150)에 의해 반사와 굴절이 일어나면서 균일분산된 마이크로파를 이용하여 가열건조를 함으로서 피가열물을 균일하게 가열할 수 잇으며, 피가열물이 금속용기에 담겨 있더라도 금속용기에 스파크가 발생함이 없이 가열할 수 있다.

또한, 피가열물을 공간적으로 균일하게 가열하여, 일부분은 타고 일부분은 덜 건조되는 현상이 없이 공간적으로 고르게 가열건조할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 다공성 판 부재(150)는 챔버(110)의 모든 벽면(111)에 부착될 수 있다. 이는 챔버(110)의 모든 벽면(111)을 통해 마이크로파의 반사와 굴절이 발생할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이러한 이유로, 도어(120)의 내벽에도 다공성 판 부재(150)가 부착될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 작은 기공이 많이 포함된 다공성 판 부재(150)를 가열건조기의 벽면(111)에 장착함으로써, 입사된 초고주파가 벽면을 향해 조사되는 과정에서 기공(151)을 만나 수많은 반사와 굴절이 되어 지향성을 잃은 상태에서 후방에 있는 벽면(111)에서 전반사가 된다. 이러한 반사파는 다시 반사와 굴절이 되어 완전히 지향성이 없어진 완벽하게 균일한 마이크로파가 되어 피가열물로 입사된다. 그에 따라, 가열건조기에서 불균일한 가열이 방지되고 마이크로파의 집중에 의해 금속용기에 스파크가 발생되는 것이 방지된다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 작은 입자를 포함하는 도료를 도시하는 도면이다. 도 8은 도 7의 도료를 통해 마이크로파가 입사 및 반사되는 상태를 예시적으로 도시하는 도면이다. 도 9는 도료층을 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 가열건조기를 도시하는 도면이다. 도 10은 도 9에서 도료층을 통해 마이크로파가 입사 및 반사되는 상태를 도시하는 도면이다.

본 실시예의 가열건조기(200)는 챔버(210), 마이크로파 발생기(230), 도파관(240), 도료층(250) 등을 포함한다. 챔버(210), 마이크로파 발생기(230), 도파관(240)은 도 1에 도시된 실시예의 챔버(110), 마이크로파 발생기(130), 도파관(140)과 동일한 구성을 갖는다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 도료층(250)은 챔버(210)의 벽면에 도포되는 것으로, 다수의 작은 (중실 또는 중공의) 입자(251)를 포함한다. 이러한 도료층(250)은 다수의 입자(251)를 포함하는 도료를 챔버(210)의 벽면에 도포하여 형성된다. 입자(251)는 세라믹으로 이루어질 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 입자(251)의 크기는 대략 수 ㎛에서 수백 ㎛일 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 도료층(250)을 통해 입사되는 마이크로파는 입자(251)를 통과하면서 챔버(210)의 벽면(211)에 부딪히는 과정에서 수많은 반사와 굴절이 일어나고, 이러한 마이크로파는 다시 입자(251)를 통해 피가열물로 입사된다. 이러한 과정에서, 마이크로파는 피가열물의 부위에 관계없이 균일하게 분산되어 입사될 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 이러한 도료를 챔버(210)의 벽면에 도포함으로써, 피가열물을 향해 조사되는 마이크로파는 다수의 입자(251)를 갖는 도료층(250)을 만나서 수많은 반사와 굴절이 일어난다. 그에 따라, 마이크로파는 지향성을 잃은 상태에서 도료층(250)의 후방에 있는 벽면에서 반사가 되고, 이러한 반사파는 다시 반사와 굴절이 되어 완전히 지향성이 없어진 마이크로파로서 피가열물을 향해 입사된다.

즉, 초기에 입사된 지향성의 마이크로파는 크게는 챔버(210)의 벽면(211)에서 반사가 되나, 입사 및 반사과정에서 다수의 입자(251)를 갖는 도료층(250)을 거치면서 무수한 반사와 굴절을 통해 완전히 지향성을 잃은 무지향성의 마이크로파로서 피가열물에 입사된다. 그에 따라, 가열건조기(200) 내부의 전 공간이 거의 완벽한 균일분산 마이크로파하에 놓이게 되고, 따라서 거의 완벽하게 균일한 가열건조가 이루어질 수 있다.

여기서 파동론을 살펴보면, 진행하는 파동이 초기의 기저물질과 서로 다른 굴절률의 물질을 만나면 그 경계에서 일부는 반사되고 나머지는 굴절을 한다. 지향성을 가진 마이크로파가 기저물질(세라믹, 도료)을 지나다가 무수히 많은 제2의 물질(공기, 진공 등, 세라믹 입자)을 만나서 반사와 굴절을 반복하면서 챔버 벽면의 금속판을 만나서 전반사를 하게 되고, 다시 기저물질을 지나다가 무수히 많은 제2의 물질을 만나면서 또다시 반사와 굴절을 하여 거의 완벽한 무지향성의 초고주파로 된 상태에서 피가열물로 향하게 된다. 결과적으로, 가열건조기의 내부는 거의 완벽하게 균일분산된 마이크로파하에 놓이게 되어 완벽하게 균일한 가열건조가 이루어지고, 금속용기를 사용해도 스파크가 발생하지 않는다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

100 : 가열건조기
110 : 챔버
120 : 도어
130 : 마이크로파 발생기
140 : 도파관
150 : 판 부재
151 : 기공
250 : 도료층
251 : 입자

Claims (3)

1. 삭제
2. 삭제
3. 마이크로파를 이용한 가열건조기에 있어서,
   피가열물이 수용되는 챔버;
   상기 챔버의 일측에 설치되어 전원과 연결되는 마이크로파 발생기;
   상기 마이크로파 발생기와 연결된 도파관;
   상기 챔버 내부의 벽면에 도포되고 다수의 작은 입자(251)를 포함하는 도료층(250);
   을 포함하고,
   상기 마이크로파 발생기를 통해 상기 챔버 내부로 조사되는 마이크로파는 상기 도료층(250)의 상기 입자(251)에 부딪히면서 반사와 굴절을 통해 균일하게 분산되어 피가열물로 입사되는 마이크로파를 이용한 가열건조기.

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