KR20010039265A - 마그네트론용 냉각핀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네트론용 냉각핀에 관련한 것으로서, 특히 냉각핀의 형상 개선을 통해 냉각핀을 관통하는 아노드의 주변에서 발생되는 박리기포현상을 최소화하므로써 아노드의 냉각효율을 보다 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

이를 위한 본 발명의 형태에 따르면, 중앙에 아노드가 관통되도록 통공을 가지며, 이 통공의 가장자리를 따라 소정높이의 절곡편을 가진 평판부와;

상기 평판부의 양측에 일체로 되어 하 요크와 접촉되는 복수개의 핀과;

상기 평판부 상의 냉각유체 유입측에 양 방향으로 상호 대향하게 형성하되, 평판부의 전방으로 부터 후방으로 갈수록 평판부의 전,후방향 중심부로부터 평판부의 양측을 향해 점진적으로 확산되는 구배각을 가지도록 함에 따라 평판부 상으로 유입되는 냉각유체가 아노드의 외주면 전방으로 확산되도록 안내하는 제 1 에어가이드와;

상기 평판부 상의 냉각유체 유출측에 상호 대향하게 형성하되, 평판부의 전방으로부터 후방으로 갈수록 평판부의 양측으로부터 평판부의 전,후방향 중심부로 집중되는 구배각을 가지도록 함에 따라 평판부로 부터 유출되는 냉각유체가 아노드의 후방으로 집중되도록 안내하는 제 2 에어가이드로 구성한 것이다.

Description

마그네트론용 냉각핀{cooling fin for the magnetron}

본 발명은 마그네트론에 관련한 것으로서, 특히 아노드를 냉각시키기 위한 냉각핀에 관한 것이다.

일반적으로, 마그네트론(magnetron)은 전원을 인가함에 따라 음극에서 방출되는 전자가 전계와 자계에 의해 2,450㎒의 고주파 에너지를 생성하고, 이러한 고주파 에너지를 안테나를 통해 출력하여 목표물을 가열하는 열원으로 사용되고 있다.

이러한 마그네트론은 전계와 자계에 의해 고주파 에너지를 발생시키는 고주파 발생부와, 상기 고주파 발생부에 전원을 인가하기 위한 입력부와, 상기 고주파 발생부에서 발생된 고주파 에너지를 방출하기 위한 출력부로 대별된다.

이 중, 마그네트론의 핵심부분이라 할 수 있는 고주파 발생부는 첨부된 도 1에서와 같이 몸체(1)의 중앙부위에 음극 구조물인 필라멘트 형태의 캐소드(3)가 설치되어 있고, 상기 캐소드(3)의 외측에는 캐소드와 동심을 이루는 원통형의 아노드(5)가 설치되어 있다.

아울러, 상기 아노드(5)의 내면에는 링(ring) 형상의 스트랩(7)에 의해 상호 연결되어 공동공진(共同共振)을 이루는 복수개의 베인(9)이 설치되어 있고, 상기 베인(9)과 캐소드(3) 사이에는 작용공간(11)이 형성되어 있다.

또한, 상기 아노드(5)의 상,하단에는 각각의 마그네트(13)(15)에 의해 자화되어 작용공간(11)으로 자기 에너지를 발생시켜주는 상,하 자극(17)(19)이 설치되어 있다.

출력부는 통상 안테나(21)를 일컫는데, 이 안테나의 일단은 상기 베인(9) 사이에 접속되고 타단은 몸체(1)의 상부 외측으로 이어져, 고주파 발생부에서 발생되는 고주파 에너지를 외부로 출력시키는 역할을 한다.

입력부는 통상 센터 리드(23)를 지칭하는데, 이 센터 리드는 캐소드(3)의 중앙을 관통하도록 설치되어 캐소드로 전원을 인가하는 역할을 한다.

아울러, 상기 센터 리드(23)의 일측에는 사이드 리드(25)가 설치되어 센터 리드(23)로 입력된 전류가 캐소드(3)를 경유하여 사이드 리드(25)를 통해 출력되는 회로를 구성하고 있다.

이러한 구성의 마그네트론은 입력부인 센터 리드(23)가 사이드 리드(25)를 통해 전원이 인가됨에 따라 이에 접속된 캐소드(3)에서는 열전자가 방출되어 작용공간(11) 내에 존재하게 된다.

이와 함께 각각의 마그네트(13)(15)에 의해 자화된 상,하 자극(17)(19)에서는 자기 에너지를 생성하게 된다.

이에 따라 작용공간(11) 내에서 열전자와 자기 에너지가 상호 작용하면서 일종의 선형운동인 사이클로이드(cycloid)운동을 하여 2,450㎒의 주파수 대역을 가진 고주파 에너지가 생성된다.

그리고, 상기 고주파 에너지는 베인(13)으로부터 몸체(1)의 외측으로 이어진 안테나(25)를 통해 전자레인지의 캐비티 내부로 방출되므로써 캐비티 내부에 있는 음식물을 가열 조리하게 된다.

한편, 상기 아노드(5)와 몸체(1)의 하측 외형을 구성하는 하 요크(4) 사이에는 아노드에서 발생되는 고열을 방열시키기 위해 복수개의 냉각핀(40)이 적층식으로 설치되어 있다.

여기서, 첨부된 도 2를 통해 종래 냉각핀(40)의 형태를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 원통형상의 아노드(5)가 관통되도록 통공(42)을 가짐과 함께 통공의 가장자리에는 상향으로 절곡된 절곡편(43)을 가진 평판부(41)와, 상기 평판부의 양쪽에 산형(山形)으로 일체화 된 제 1 핀(44)과, 상기 평판부(41)의 양측에 일체화되며 제 1 핀(44)의 전,후방에 위치하는 골(汨) 형상을 가진 복수개의 제 2 핀(45)으로 이루어져 있다.

이러한 구성의 냉각핀(40)을 결합할 때는 아노드(5)의 외부로 평판부(41) 상에 형성된 통공(42)이 끼워지도록 하여 복수개의 냉각핀(40)을 적층식으로 순차 결합하게 된다.

그러면, 상기 각 냉각핀(40)의 제 1, 2 핀(44)(45)은 하 요크(4)의 내면에 접촉되면서 결합력을 유지하게 된다.

이상과 같이 냉각핀(40)의 결합이 완료된 상태에서 마그네트론을 가동시키게 되면 아노드(5) 내에서 생성되는 고주파 에너지에 의해 아노드 벽면에서는 고열이 발생하게 된다.

이 때, 발생되는 열량은 아노드(5)와 접촉된 각 냉각핀(40)으로 전도되면서 그 주변의 공기에 의해 자연 냉각됨과 함께 냉각팬(미도시)의 회전에 의해 발생되는 팬류(이하 "냉각유체" 라 함)에 의한 강제냉각이 병행되면서 아노드(5)를 냉각시키게 된다.

이 과정에서 상기 냉각핀(40)의 중앙에는 원통형의 아노드(5)가 축방향으로 관통 설치되어 있으므로 냉각유체(f)가 냉각핀(40)을 통해 흐르는 과정에서 아노드(5)와 충돌하여 아노드의 외곽으로 돌아 나가는 제트기류가 형성된다(도 3참조).

이 때, 아노드(5)의 후방에 근접한 부분에는 냉각유체(f)의 흐름이 정지하거나 난류(-f)가 발생하는데, 이를 박리기포(separation bubble) 현상이라 한다.

참고적으로, 박리기포란 액체 또는 기체가 압력 상승에 거슬러 흐르고 있을 때 점성에 의해 물체 표면 가까이의 흐름은 운동량을 잃어 압력의 구배를 거슬러 올라갈 수 없는 경우가 발생하는데, 그 하류에서는 역류를 수반하여 유선(流線)이 표면에서 밀려 나오는 현상을 말한다.

이러한 박리기포 현상에 의해 냉각유체(f)는 그 흐름방향에 대한 역류유체인 난류(-f)에 의해 냉각유체의 원활한 흐름을 방해받게 되며, 이 때문에 유체소음을 유발하는 원인이 되고 있다.

또한, 상기와 같이 난류(-f)가 발생되는 사영역(dead zone)(dz)의 범위가 커질수록 아노드(5)와 냉각유체(f)의 접촉면적을 줄어들게 되므로 자연적으로 아노드(5)의 냉각효율이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 냉각핀의 구조적인 개선을 통해 냉각유체가 아노드의 주변부를 통과할 때 발생되는 박리기포 현상이 최소화되도록 하는데 그 목적을 두고 있다.

도 1은 일반적인 마그네트론의 종단면도

도 2는 종래 냉각핀의 사시도

도 3은 종래 냉각핀을 통과하는 냉각유체의 흐름도

도 4는 본 발명에 따른 냉각핀의 사시도

도 5는 도 4를 A방향에서 본 도면

도 6은 도 5의 I-I선 단면도

도 7은 도 5의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도

도 8은 본 발명에 따른 냉각핀을 통과하는 냉각유체의 흐름도

도 9는 본 발명에 따른 냉각핀의 다른 실시예

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

5 : 아노드 40 : 냉각핀

41 : 평판부 42 : 통공

43 : 절곡편 45 : 핀

50 : 냉각유체 유입부 60 : 냉각유체 유출부

71 : 제 1 에어가이드 73 : 제 2 에어가이드

75 : 제 1 분할편 77 : 제 2 분할편

X : 좌,우방향 중심선 Y : 전,후방향 중심선

f : 냉각유체

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 냉각핀 상의 소정부위에 유체가이드를 부가하여 냉각핀을 통하는 냉각유체가 아노드의 후면으로 보다 근접되게 흐르도록 강제 유도하므로써 아노드의 냉각효율을 보다 높힌 마그네트론용 냉각핀을 제공한다.

이하, 첨부도면 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 4와 도 5에 따르면, 본 발명의 냉각핀(40)은 크게 평판부(41)와, 상기 평판부의 양측에 다단으로 절곡되게 형성된 복수개의 제 1, 2 핀(44)(45)으로 대별된다.

상기 평판부(41)의 중앙에는 원통형의 아노드(5)가 관통되도록 통공(42)이 형성되며, 이 통공(42)에는 그 가장자리를 따라 소정길이로 상향 절곡된 절곡편(43)이 형성된다.

그리고, 상기 평판부(41) 상의 냉각유체 유입부(50) 양측에는 상호 대향하는 한 쌍의 제 1 에어가이드(71)가 돌출되게 형성되며, 냉각유체 유출부(60) 양측에도 상호 대향하는 한 쌍의 제 2 에어가이드(73)가 돌출되게 형성된다.

이 때, 상기 제 1, 2 에어가이드(71)(73)는 평판부(41)의 상,하면중 어느 한면 또는 상,하 양면에 함께 형성하여도 무방하다.

그리고, 상기 제 1 에어가이드(71)는 평판부(41)의 전방으로부터 후방으로 갈수록 평판부(4)의 전,후방향 중심선(Y) 측으로부터 평판부의 양측을 향해 점진적으로 확산되는 구배각을 가진다.

또한, 상기 제 2 에어가이드(73)는 평판부(41)의 전방으로부터 후방으로 갈수록 평판부(41)의 양측으로부터 평판부의 전,후방향 중심선(Y)을 향해 점진적으로 집중되는 구배각을 가진다.

이러한 제 1 에어가이드(71)의 구배각에 의해 냉각핀(41)의 냉매유체 유입부(50)측에서는 냉각유체(f)가 아노드(5)의 전방으로 확산되도록 안내하며, 제 2 에어가이드(73)의 구배각에 의해 냉각핀(41)의 냉각유체 유출부(60)에서는 냉각유체(f)가 집중되면서 아노드(5)의 후면에 최대한 근접된 상태로 유도됨에 따라 아노드(5)의 냉각효율을 증대시키게 된다(도 8참조).

특히, 냉각핀(41)의 후방으로 배출되는 냉각유체(f)는 한 쌍의 제 2 에어가이드(73) 사이를 통해 집중적으로 유도됨에 따라 냉각유체(f)가 아노드(5)의 후면에 최대한 근접되는 유동경로를 가지게 되므로 박리기포 영역을 최소화할 수 있게 된다.

이 때, 냉각유체(f)가 아노드(5)의 외주면으로 보다 근접해서 흐르도록 하기 위한 최적의 조건을 만족하기 위해 제 1, 2 에어가이드(71)(73)의 구배각을 다음과 같이 한정하는 것이 바람직하다.

첫째, 평판부(41)의 좌,우방향 중심선(X)과 각 에어가이드(71)(73)의 길이방향 중심선(Z)의 사잇각(θ₁)은 30＜θ₁＜80。 이어야 한다.

만약, 제 1 에어가이드(71)의 θ₁상기 제한범위 이상이 되면, 제 1 에어가이드(71)가 평판부(41)의 전,후방향 중심선(Y)과 거의 평행한 상태가 되므로 제 1 에어가이드(71) 사이로의 냉각유체(f) 유입량이 적어지는 반면, 상대적으로 제 1 에어가이드(71)의 외곽으로 흐르는 냉각유체(f)의 양이 증가하여 아노드(5)의 냉각효율이 떨어지게 된다.

반대로, 제 1 에어가이드(71)의 θ₁이 상기 제한범위 이하가 되면, 제 1 에어가이드(71)와 아노드(5) 사이의 유로가 과도하게 확장되면서 제 1 에어가이드(71)로부터 방출되는 냉각유체(f)가 아노드(5)로 집중되지 않고 분산되므로 이 역시 아노드(5)의 냉각효율을 저하시키게 된다.

한편, 제 2 에어가이드(73) 측면에서 볼 때, θ₁이 상기 제한범위 이상이 되면, 제 2 에어가이드(73)에 의한 냉각유체(f)의 응집력이 떨어져 아노드(5) 후면으로의 냉각유체(f) 안내효율이 저하된다.

반면, 제 2 에어가이드(73)의 θ₁이 상기 제한범위 이하가 되면, 제 2 에어가이드(73)의 후방측 끝단부가 좁아지기 때문에 이를 통해 냉각유체(f)의 원활한 배출이 어렵게 되므로 냉각유체가 정체되는 현상이 발생된다.

따라서, 제 1, 2 에어가이드(71)(73)의 θ₁이 상기의 범위내에 들도록 설계하면 상기 열거된 문제점을 회피하여 가장 효율적으로 냉각유체(f)를 안내할 수 있으므로 아노드(5)의 냉각효율을 극대화 시킬 수 있게 된다.

둘 째, 평판부(41)의 전,후방향 중심선(Y)과 각 에어가이드(71)(73)의 길이방향 중심선(Z)의 사잇각(θ₂)은 10＜θ₂＜60。이어야 한다.

이 조건은 상기 첫번째 조건과 상응하는 조건이고, 조건설정의 이유도 동일하므로 별도의 설명은 생략하기로 한다.

셋째, 제 1 에어가이드(71) 및 제 2 에어가이드(73)와 절곡편(43)과의 최단거리(d)는 d＞0 이어야 한다.

이 조건도 상술한 이유와 동일한 맥락이다.

예를 들어, d가 0라면 각 에어가이드와 절곡편(43)이 밀착된 상태가 되므로 냉각유체(f)는 에어가이드의 외측으로 흐르게 됨에 따라 아노드(5)로 냉각유체(f)를 안내하기 위한 본 발명의 의도에 부합되지 않게 된다.

넷째, 제 1 에어가이드(71) 및 제 2 에어가이드(73)의 높이(h)가 최대한 절곡편 높이(h1)와 같거나 또는 이 보다 작도록 해야 한다(도 6, 7참조).

그 이유는 상기 절곡편(43)은 냉각핀(40)을 아노드(5) 상에 적층할 때 냉각핀(40)의 간격을 일정하게 유지하기 위한 수단이므로 만약 각 에어가이드(71)(73)의 높이가 절곡편(43)보다 높다면 절곡편보다 에어가이드가 먼저 접촉되어 각 냉각핀(40) 간의 간격을 일정하게 유지하기가 어렵기 때문이다.

한편, 상기 한 쌍의 제 1 에어가이드(71) 사이에는 유입되는 냉각유체(f)를 양분하여 주도록 돌출된 형상의 제 1 분할편(75)이 형성되며, 상기 한 쌍의 제 2 에어가이드(73) 사이에도 유출되는 냉각유체(f)를 양분하여 주도록 돌출된 형상의 제 2 분할편(77)이 형성된다.

이 때, 상기 제 1, 2 분할편(75)(77)의 형성구조는 도 7에 도시된 바와 같이 평판부(41)의 일부분을 절개한 후 이 절개된 부분을 상향으로 절곡하여 형성하거나, 도면에는 도시되지 않았지만 별도의 조각을 용접 또는 체결등에 의한 방법으로 평판부(41)의 소정부위에 설치하는 것도 가능하다.

이중, 전자의 경우처럼 평판부(41)의 일부분을 절개하고 절개된 부분을 상향 절곡한 제 1, 2 분할편(75)(77)은 제 1 에어가이드(71)로 유입되는 냉각유체(f)와 제 2 에어가이드(73)로 유출되는 냉각유체(f)를 양분하여 각 에어가이드 쪽으로 편중되도록 하므로써 제 1 에어가이드(71)에 의한 안내효과를 보다 촉진시키는 역할을 한다.

또한, 제 1, 2 분할편(75)(77)이 접어 올려지고 남은 자리에는 구멍(79)이 형성되므로 이를 통해 각 냉각핀(40)의 상하방향으로 냉각유체(f)가 유동됨에 따라 냉각유체(f) 방향성을 다향화시킬 수 있어 냉각효율성을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

또 한편, 상기 도 9는 본 발명에 따른 냉각핀(40)의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 이는 평판부(41)의 양쪽에 다단으로 절곡된 형상으로 일체화 된 복수개의 제 1, 2 핀(44)(45)에 있어서, 그 절곡부분(46)을 곡선처리 하므로써 전열면적을 확보할 수 있도록 한 것이다.

즉, 제 1, 2 핀(44)(45)의 절곡부(46)가 곡면인 경우 각(角)형에 비해 핀의 면적을 좀더 넓힐 수 있으므로 냉각효율의 상승이라는 측면에서 보다 바람직한 형태라 할 수 있다.

이상과 같은 본 발명은 냉각핀의 소정위치에 에어가이드를 부가하여 아노드와 냉각유체의 접촉면적을 보다 넓힘에 따라 아노드의 냉각효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 아노드의 냉각효율은 이에 인접 설치된 마그네트의 자력효율과 비례하므로 아노드의 냉각효율 향상은 마그네트의 자력 향상으로 이어져 결국 마그네트론의 전체적인 효율을 향상시키는 효과를 가져오게 된다.

또한, 박리구역에서 수반되는 난류를 억제하여 냉각유체의 흐름을 원활하게 이루어지도록 함에 따라 유체소음을 저감시키는 효과도 함께 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. 중앙에 아노드가 관통되도록 통공을 가지며, 이 통공의 가장자리를 따라 소정높이의 절곡편을 가진 평판부와;

   상기 평판부의 양측에 일체로 되어 하 요크와 접촉되는 복수개의 핀과;

   상기 평판부 상의 냉각유체 유입측에 양 방향으로 상호 대향하게 형성하되, 평판부의 전방으로 부터 후방으로 갈수록 평판부의 전,후방향 중심부로부터 평판부의 양측을 향해 점진적으로 확산되는 구배각을 가지도록 함에 따라 평판부 상으로 유입되는 냉각유체가 아노드의 외주면 전방으로 확산되도록 안내하는 제 1 에어가이드와;

   상기 평판부 상의 냉각유체 유출측에 상호 대향하게 형성하되, 평판부의 전방으로부터 후방으로 갈수록 평판부의 양측으로부터 평판부의 전,후방향 중심부로 집중되는 구배각을 가지도록 함에 따라 평판부로 부터 유출되는 냉각유체가 아노드의 후방으로 집중되도록 안내하는 제 2 에어가이드로 구성된 마그네트론용 냉각핀.
2. 제 1 항에 있어서,

   제 1 에어가이드 사이와 제 2 에어가이드 사이에 각각 돌출되게 형성되어 각 에어가이드를 통해 유입 또는 유출되는 냉각유체를 양분하여 주는 분할편을 더 포함하여 구성된 마그네트론용 냉각핀.
3. 제 2 항에 있어서,

   분할편은 평판부의 일부분을 절개하고, 이 절개된 부분을 평판부의 에어가이드 형성면으로 절곡하여서 형성된 마그네트론용 냉각핀.
4. 제 1 항에 있어서,

   평판부의 좌,우방향 중심선과 각 에어가이드의 길이방향 중심선의 사잇각(θ₁)은 30＜θ₁＜80。이고,

   평판부의 전,후방향 중심선과 각 에어가이드의 길이방향 중심선의 사잇각(θ₂)은 10＜θ₂＜60。이며,

   제 1 에어가이드 및 제 2 에어가이드와 절곡편과의 최단거리(d)는 d＞0이고,

   제 1 에어가이드 및 제 2 에어가이드의 높이(h)는 상기 절곡편 높이(h1)와 같거나 더 작은 마그네트론용 냉각핀.