KR102148445B1 - 마이크로웨이브를 이용한 가열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로웨이브를 이용한 가열장치에 관한 것으로, 마이크로웨이브가 발생하는 챔버 내부에 위치하고 피 가열체를 사이에 두고 서로 마주하는 한 쌍의 발열체를 포함하고, 상기 한 쌍의 발열체는 상기 피 가열체와 접하고 있으며, 상기 한 쌍의 발열체는 마이크로웨이브를 흡수 및 차단 후 발열하여 열을 펴주며 상기 피 가열체에 열을 균등하게 전달한다.

Description

마이크로웨이브를 이용한 가열장치{Heating apparatus using microwave}

본 발명은 마이크로웨이브를 흡수 및 차단 후 발열하여 열을 펴주며 피 가열체에 열을 전달시키는 마이크로웨이브를 이용한 가열장치에 관한 것이다.

주파수가 매우 높은 전자파를 특히 마이크로파고 한다. 전자파를 주파수에 따라 분류하면 30 내지 300kHz를 장파, 300 내지 3,000kHz를 중파, 3,000MHz(3GHz) 내지 30GHz를 센티미터(centimeter)파, 30 내지 300GHz를 밀리미터(millimeter)파, 300GHz 이상을 서브밀리미터(submillimeter)파라 한다. 이 중 300MHz 내지 30GHz까지의 전자파를 마이크로파(이하, 마이크로웨이브)라 한다.

마이크로웨이브와 같이 파장이 짧으면 광파와 유사한 성질을 가지게 되어 직진, 반사, 흡수의 성질을 가진다. 따라서 통신(전파의 전송)에 광범위하게 이용되는 것 이외 초단파 유전가열에 의한 식품의 가열, 냉동식품의 해동, 식품의 간이살균 식품 중의 해충의 살균 등에 이용된다. 이러한 마이크로웨이브의 발생에는 주로 마그네트론(Magnetron)이 사용된다.

마이크로웨이브를 이용한 피 가열체 가열 시 에너지가 피 가열체의 물질에 직접적으로 가해져 가열되며, 피 가열체의 온도 분포는 전자기장 분포의 균일성에 의해 크게 변화된다.

피 가열체 중 유리는 마이크로웨이브에 의해 가열되거나 반사 시키지 않고 투과시키는 유전성질을 가지고 있다. 이에 유리 제조 시 유리 제조사에서 첨가하는 물질에 따라 마이크로파에 반응을 하게 됩니다. 마이크로웨이브가 집중되는 곳에서 투과되지 않고 열이 집중적으로 발생하거나 고온(열충격)으로 인해 녹아 내리거나, 천공이 발생하면서 유리가 파손될 수 있다.

마이크로웨이브를 이용하여 유리 가열 시 도면 [도 1]에서 도시한 바와 같이 특정 위치가 가열됨에 따라 온도 집중현상이 일어나게 되며 주변과의 온도 차이로 인해 유리가 파손되는 문제가 발생한다.

등록특허 제10-1353872호 (2014.01.14.) 등록특허 제10-1677506호 (2016. 11.14.)

본 발명은 마이크로웨이브를 이용하여 피 가열체 가열 시 피 가열체의 균일한 온도 향상과 더불어 피 가열체의 파손을 방지하는 기술을 제공한다.

본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로웨이브를 이용한 가열장치는, 마이크로웨이브가 발생하는 챔버 내부에 위치하고 피 가열체를 사이에 두고 서로 마주하는 한 쌍의 발열체를 포함한다.

상기 한 쌍의 발열체는 상기 피 가열체와 접하고 있으며, 상기 한 쌍의 발열체는 상기 마이크로웨이브를 상기 피 가열체에 전체적으로 균일하게 전달한다.

상기 한 쌍의 발열체는 카본을 포함할 수 있다.

상기 마이크로웨이브를 이용한 가열장치는, 상기 한 쌍의 발열체 표면에 형성된 산화방지층을 더 포함할 수 있다.

상기 산화방지층은 0.1 mm 내지 1 mm일 수 있다.

상기 산화방지층은 세라믹일 수 있다.

상기 한 쌍의 발열체는 알루미나 및 탄화규소를 포함할 수 있다.

상기 마이크로웨이브를 이용한 가열장치는, 상기 한 쌍의 발열체가 위치하는 챔버를 갖는 하우징, 상기 하우징에 배치되어 있고 내부가 상기 챔버와 연결된 적어도 하나의 도파관 및 상기 적어도 하나의 도파관에 배치된 마그네트론(Magntron)을 더 포함할 수 있다.

상기 마이크로웨이브를 이용한 가열장치는, 상기 챔버에 배치되어 있고 상기 한 쌍의 발열체를 지지하는 적어도 하나의 거치대를 더 포함할 수 있다.

상기 하우징은 스테인리스일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 마이크로웨이브에 의해 한 쌍의 발열체가 전체적으로 균일하게 가열되고, 한 쌍의 발열체의 열은 이와 밀착된 피 가열체에 전달되어 피 가열체가 가열될 수 있다. 전체적으로 균일하게 가열된 발열체의 열이 피 가열체에 전달되므로 피 가열체는 전체적으로 균일한 온도로 가열될 수 있다. 이에 피 가열체 가열 시 특정 위치만 가열되지 않으므로 온도 집중으로 인한 피 가열체의 파손을 예방할 수 있다.

도 1은 피 가열체의 특정 위치에 열이 집중되는 상태를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로웨이브를 이용한 가열장치의 발열체를 나타낸 개략도.
도 3은 도 2의 발열체가 위치하는 하우징을 나타낸 개략도.
도 4는 도 3를 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 자른 단면도.
도 5는 도 3를 V-V선을 따라 자른 단면도.
도 6은 피 가열체에 전체적으로 균일하게 열이 가해지는 상태를 나타낸 개략도.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로웨이브를 이용한 가열장치 에 대하여 도 2 내지 도 5를 참고하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로웨이브를 이용한 가열장치의 발열체를 나타낸 개략도이고, 도 3은 도 2의 발열체가 위치하는 하우징을 나타낸 개략도이며, 도 4는 도 3를 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 자른 단면도이고, 도 5는 도 3를 V-V선을 따라 자른 단면도이다.

먼저, 도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 마이크로웨이브를 이용한 가열장치(1)는 한 쌍의 발열체(10a, 10b)를 포함한다.

한 쌍의 발열체(10a, 10b)는 피 가열체(100)를 사이에 두고 마주한 상태에서 결합된다. 여기서 피 가열체(100)는 유리일 수 있다. 피 가열체(100)의 일면과 타면에는 한 쌍의 발열체(10a, 10b)가 전체적으로 밀착되어 있다. 한 쌍의 발열체(10a, 10b)는 피 가열체(100)를 사이에 두고 지그(도시하지 않음) 따위로 가압될 수 있다. 이에 한 쌍의 발열체(10a, 10b)는 피 가열체(100)에 더욱 밀착될 수 있다. 한 쌍의 발열체(10a, 10b)는 피 가열체(100)에 밀착된 상태에서 마이크로웨이브가 가해지는 챔버(21)를 갖는 하우징(20) 내부로 수용될 수 있다.

한 쌍의 발열체(10a, 10b)는 마이크로웨이브에 의해 전체적으로 균일하게 가열될 수 있다. 가열된 한 쌍의 발열체(10a, 10b)의 열은 피 가열체(100)로 전달되어 피 가열체(100)는 전체적으로 균일하게 가열될 수 있다. 한 쌍의 발열체(10a, 10b)가 피 가열체(100)의 일면 및 타면에 각각 밀착되어 있어 피 가열체(100)의 가열 효율은 높아질 수 있다.

한 쌍의 발열체(10a, 10b)는 200℃ 내지 1300℃로 가열될 수 있다. 한 쌍의 발열체(10a, 10b) 가열 온도가 200℃ 미만인 경우 피 가열체(100)의 가열 효율이 저하될 수 있다.

한편, 가열 온도가 700℃ 이상이거나 환원분위기 또는 진공분위기에서 한 쌍의 발열체(10a 10b)는 카본으로 형성될 수 있다. 이때 한 쌍의 발열체(10a, 10b)는 마이크로웨이브를 흡수 및 차단하고 차단 후 열을 균등하게 전달하는 발열체 기능을 수행할 수 있다.

한 쌍의 발열체(10a, 10b)가 산화분위기에서 카본으로 형성된 경우 700℃를 초과하는 높은 열에 의해 산화되는 것을 방지하기 위하여 한 쌍의 발열체(10a, 10b)의 표면에는 세라믹 코팅을 적용한 산화방지층(11)이 형성되어 있다. 세라믹 코팅은 알루미나 또는 지르코니아 코팅일 수 있다. 산화방지층(11)은 열용사 방식을 통한 코팅 방법과 일반분말을 이용하여 유약을 칠하거나 굽는 방식으로 한 쌍의 발열체(10a, 10b)에 형성될 수 있다.

산화방지층(11)의 두께는 0.1 mm 내지 1 mm 일 수 있다. 산화방지층(11)의 두께가 0.1 mm 미만인 경우 산화방지 효율이 저하되며, 1 mm를 초과할 경우 산화방지층(11)의 두께 증가로 인해 재료 사용이 증가하여 원가 상승의 요인이 될 수 있다.

한편, 산화분위기에서 한 쌍의 발열체(10a, 10b)는 열확산판으로 알루미나가 적용될수 있으며, 발열체로 탄화규소가 적용될 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로웨이브를 이용한 가열장치(1)는 하우징(20), 도파관(30) 및 마그네트론(40)을 더 포함할 수 있다. 마이크로웨이브를 이용한 가열장치는 거치대(22)를 더 포함할 수 있다.

하우징(20)에는 챔버(21)가 형성되며, 챔버(21)에는 한 쌍의 발열체(10a, 10b)가 피 가열체(100)에 밀착된 상태에서 수용될 수 있다. 하우징(20)의 내부에는 한 쌍의 발열체(10a, 10b)를 지지하는 거치대(22)가 형성되어 있다. 거치대(22)는 발열체(10b)의 가장자리를 지지한다. 거치대(22)는 챔버(21) 둘레에서 돌출된 상태로 형성되어 있다.

하우징(20)은 스테인리스 따위로 만들어질 수 있으며, 일측에는 한 쌍의 발열체(10a, 10b)가 챔버(21)로 출입할 수 있도록 개방되어 있으며, 개방된 부분에는 도어(도시하지 않음)가 설치되어 있다.

도파관(30)은 하우징(20) 외부둘레에 배치되어 있으며 내부가 챔버(21)와 연결되어 있다. 도파관(30)은 하우징(20)의 외부둘레에 간격을 두고 복수 배치되어 있다. 즉, 도파관(30)은 하우징(20)의 상면 및 측면에 간격을 두고 배치되어 있다.

마그네트론(40)은 도파관(30)에 배치되어 있으며 도파관(30) 내부로 마이크로웨이브를 발생시킨다. 마그네트론(40)의 세부 구조는 널리 공지된 마그네트론 구성이 적용될 수 있는바, 이하 상세 구조에 대한 설명은 생략한다.

따라서, 마그네트론(40)에서 발생한 마이크로웨이브는 도파관(30)을 통해 챔버(21)로 유입되어 한 쌍의 발열체(10a, 10b)에 가해질 수 있다. 한 쌍의 발열체(10a, 10b)는 마이크로웨이브에 의해 가열된다. 이때 마그네트론(40)이 배치된 도파관(30)이 하우징(20)의 상면과 측면에 복수 배치되어 있어 마이크로웨이브는 한 쌍의 발열체(10a, 10b)에 균일하게 가해지며, 한 쌍의 발열체(10a, 10b)는 전체적으로 균일하게 가열될 수 있다. 전체적으로 균일하게 가열된 한 쌍의 발열체(10a, 10b)의 열이 밀착된 피 가열체(100)에 전달될 수 있다. 이에 피 가열체(100)는 첨가제로 인해 특정 위치만 가열되지 않고 도면 [도 6]에서 도시한 바와 같이 전체적으로 균일하게 가열될 수 있다. 따라서 온도 집중현상이 발생하지 않아 온도 집중으로 인한 피 가열체(100)의 파손을 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1: 마이크로웨이브를 이용한 가열장치
10a, 10b: 발열체 11: 산화방지층
20: 하우징 21: 챔버
22: 거치대 30: 도파관
40: 마그네트론

Claims (9)

1. 마이크로웨이브가 발생하는 챔버 내부에 위치하고 판 형태로 형성되어 피 가열체인 유리를 사이에 두고 서로 마주하는 한 쌍의 발열체; 및
   세라믹 코팅으로 이루어져 상기 한 쌍의 발열체의 표면에 0.1 mm 내지 1 mm의 두께로 형성된 산화방지층을 포함하고,
   상기 한 쌍의 발열체는 상기 피 가열체와 직접 접하고 있으며, 상기 한 쌍의 발열체는 마이크로웨이브를 흡수 및 차단 후 발열하여 열을 펴주며 상기 피 가열체에 열을 균등하게 전달하는
   마이크로웨이브를 이용한 가열장치.
2. 제1항에서,
   상기 한 쌍의 발열체는 카본을 포함하는 마이크로웨이브를 이용한 가열장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에서,
   상기 한 쌍의 발열체는 탄화규소를 포함하는 마이크로웨이브를 이용한 가열장치.
7. 제1항에서,
   상기 한 쌍의 발열체가 위치하는 챔버를 갖는 하우징,
   상기 하우징에 배치되어 있고 내부가 상기 챔버와 연결된 적어도 하나의 도파관 및
   상기 적어도 하나의 도파관에 배치된 마그네트론(Magntron)
   을 포함하는
   마이크로웨이브를 이용한 가열장치.
8. 제7항에서,
   상기 챔버에 배치되어 있고 상기 한 쌍의 발열체를 지지하는 적어도 하나의 거치대를 더 포함하는 마이크로웨이브를 이용한 가열장치.
9. 제7항에서,
   상기 하우징은 스테인리스인 마이크로웨이브를 이용한 가열장치.

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