KR20010051358A - 유전 가열 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유전 가열 장치(dielectric heating device)(10)를 제공하는 것으로, 상기 장치(10)는 사용시 전기적으로 서로 연결되고 연속적으로 배치되어 가열 캐비티(heating cavity)(14)를 형성하는 복수의 전기전도성 측벽들(electrically conductive side walls)을 포함한다. 인접하는 측벽들(16) 중 적어도 한 쌍은 예각 및 둔각으로 구성된 그룹으로부터 선택된 각을 갖는 코너에서 서로 경사진 자신의 벽들(16)을 갖는다. 유전 가열에 적합한 전자파를 방사할 수 있는 적어도 하나의 전자기전원(electromagnetic power source)(12)이 배설되어 이러한 방사 파를 파가 원편광(circular polarization of the waves)되는 캐비티(14)내에 공급하여 캐비티(14)가 다중모드 공명 가열 캐비티(multimode resonant heating cavity)로 기능하게 한다.

Description

유전 가열 장치{DIELECTRIC HEATING DEVICE}

본 발명은 유전 가열 장치(dielectric heating devices)에 관계한다. 더욱 상세하게, 본 발명은 마이크로파 가열에 적합한 유전가열장치 및 전자기 전원(electromagnetic power source)에 관계한다.

본 발명의 목적은 가열 공정의 균일성이 향상된 유전 가열 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 선편광 전자파를 원편광 전자파로 변환시킬 수 있는 비교적 간단한 변환 수단을 구비하는 도파관을 이용하면서도 제조비용이 저렴한 유전 가열 장치를 제공하는 것이다.

즉, 본 발명은

사용시 전기적으로 서로 연결되고 연속적으로 배치되어 가열 캐비티(heating cavity)(14)를 형성하며, 인접하는 측벽들(16)중 적어도 한 쌍은 코너에서 예각 및 둔각으로 구성된 그룹으로부터 선택된 각을 이루는 복수의 전기전도성 측벽들(electrically conductive side walls); 및

유전 가열에 적합한 전자파를 방사할 수 있는 적어도 하나의 전자기 전원(electromagnetic power source)(12)으로서, 이러한 방사 파(waves of such radiation)를 파가 원편광(circular polarization of the waves)되는 캐비티(14)내에 공급하여 캐비티(14)가 다중모드 공명 가열 캐비티(multimode resonant heating cavity)로 기능하도록 구성된 전자기 전원을 포함하는 유전 가열 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 유전 가열 장치의 사시도,

도 2는 도 1의 장치의 전자기 전원의 도 3의 Ⅱ-Ⅱ선 횡단면도,

도 3은 도 2의 전자기 전원의 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 종단면도,

도 4는 본 발명에 따른 도 2 및 도 3의 전자기 전원의 중공 원형-실린더형 도파관(hollow circular-cylindrical waveguide)의 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 중공, 박스형 긴-방형 도파관(hollow box-like elongate rectanguloar waveguide)을 갖는 전자기전원의 추가의 구현예의 도면,

도 6은 본 발명에 따른 중공 박스형 긴-방형 도파관을 갖는 전자기전원의 또 다른 구현예의 도면이다.

가열 캐비티는 그 내용이 본원에 참고자료로 첨부된 국제출원 제 PCT/NL97/00282호(국제 공개 WO97/44988호)에 설명되어 있는 가열 캐비티일 수 있다.

전자기 전원(electromagnetic power source)은 식료품을 조리하기에 적합한 마이크로파 형태의 전자파를 방사할 수 있고; 따라서 상기 장치는 전자레인지 형태일 수 있다. 본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 전자기 전원은 마이크로파 발생기(microwave generator), 예컨대, 종래의 전자레인지의 마그네트론(magnetron) 등을 포함할 수 있고, 마이크로파 발생기에 연결된 입구 개구(inlet opening)를 갖는 도파관을 포함할 수 있고, 여기서 도파관은 가열 캐비티내의 입구 포트(inlet port)에도 연결될 수 있고, 도파관은 마이크로파의 선편광(linear polarization)을 원편광으로 변환시켜 원편광을 갖는 마이크로파를 입구 포트를 통해 캐비티내로 안내하도록 설계될 수 있다. 즉, 도파관은 선편광을 갖는 전자파를 파가 원편광을 갖고 입구 포트를 통해 캐비티내로 제공되는 결과 전자파로 변환하도록 배열될 수 있다.

도파관은 하나의 말단 벽(end wall)과 만곡된 측벽을 갖는 중공이고, 원형-실린더형이며, 도파관은 그 내부에 선편광을 갖는 마이크로파를 원편광을 갖는 마이크로파로 변환시키는 적어도 하나의 변환 구조(conversion formation)를 포함하고, 도파관의 입구 개구(inlet opening)는 그의 만곡된 측벽을 관통하고 도파관은 마이크로파를 캐비티의 입구 포트내로 공급하는 하나의 개방 말단(open end)을 구비할 수 있다. 변환 구조는 원형 실린더형 도파관의 대향하는 내벽으로부터 내측으로 방사상으로 뻗어 있는 블레이드 또는 플레이트 형태의 두 개의 패널 형태일 수 있다. 따라서, 도파관은 한 쌍의 정반대의 납작하고 긴 패널들의 형태일 수 있고, 각 패널은 도파관의 실린더의 내벽으로부터 방사상으로 내측으로 신장되어 있고 실린더의 세로 길이와 같은 길이를 갖고, 패널들은 동일평면을 이루고 패널들의 방사상 내부 에지들은 대향하여 정반대에 떨어져 있다. 따라서 본 발명은 본원에 설명된 바와 같은 중공의 원형 실린더형 도파관(hollow circular-cylindrical waveguide)을 포함하는 유전 가열 장치용 전자파 방사 공급 장치(electromagnetic radiation feed arrangement)를 포함한다.

다른 구현예에 있어서, 도파관은 전형적으로 도파관의 말단 벽에 위치되거나 그 말단들 사이의 도파관의 코너에 위치되는 마이크로파 입구(microwave inlet)를 포함하는 중공의 긴 방형 도파관(hollow elongate rectangular waveguide)일 수 있다. 소스 입구로부터 공급된 전자파는 선편광을 가질 수 있고, 도파관의 입구 개구(inlet opening)는 중공의 방형 도파관내의 파의 최종 편광이 환편광이 되도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 도파관은 긴 방형의 중공의 박스일 수 있고, 도파관의 입구 개구는 도파관의 두 개의 측벽들 사이의 도파관의 코너와 통하고 도파관의 양 말단들 사이의 위치에서 도파관의 하나의 말단은 입구 포트를 통해서 캐비티내로 마이크로파를 공급하도록 개방될 수 있다. 그 대신에, 도파관은 긴 방형의 중공 박스로서, 도파관은 입구 포트를 통해서 캐비티내로 마이크로파를 공급하기 위한 개방 말단을 갖고, 도파관의 대향하는 말단은 방형 개구를 갖는 벽을 갖고, 방형 개구의 주위 에지들은 도파관의 반대 말단에 있는 측벽의 주변 에지에 대해 일정한 각을 이루고 있고, 박스형 격실(compartment)은 개구를 갖고 이러한 도파관의 반대 말단에 있는 측벽에 안착되어 있는 방형 개구와 연결되어 서로 관통해 있고, 도파관의 입구 개구는 도파관의 길이 크기와 같은 박스형 격실의 벽을 관통한다. 따라서 본 발명은 본원에 설명되어 있는 중공의 방형 도파관을 포함하는 유전 가열 장치용 전자파 방사 공급 장치까지 확장된다.

도파관은 임의의 크기 또는 형태의 가열 캐비티, 예컨대, 사각형 형태의 캐비티, 5각형 형태의 캐비티 등내로 환편광 파를 공급하는데 이용될 수 있다. 바람직하게, 가열 캐비티는 평면도상으로 5각형이다.

본 발명은 유전 가열에 적합한 전자파를 방사할 수 있는 전자기 전원에도 관계하는데, 상기 전원은 선편광을 갖는 전자파를 발생시키는 전자파 발생기와 상기 발생기와 연결된 입구 개구를 갖고, 전자파의 선편광을 환편광으로 변환시키고 파들을 발생기로부터 밖으로 안내하는 도파관을 포함한다.

전자파 발생기는 마이크로파 발생기일 수 있고, 상기 전원은 선택적으로 본 발명의 유전 가열 장치와 관련하여 설명한 바와 같은 구조를 갖는다.

이하에서 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1을 참조하면, 참조부호 10은 본 발명에서 일반적으로 유전 가열 장치(dielectric heating device)를 가리킨다. 장치 10은 전자기 전원(12)(도 1에는 도시하지 않았으나, 도 2 및 도 3에는 도시)과 전도성 수직 캐비티 측벽들(16)과 상부 및 하부 캐비티 벽들(18, 20)에 의해 형성된 가열 캐비티(14)를 포함한다. 더욱 상세하게 후술하는 바와 같이, 전자기 전원은 가열 캐비티(14)내에 환편광을 갖는 전자파를 공급하는 역할을 담당한다.

가열 장치(10)는 가열하거나 음식을 조리하기 위해 가정용 및 산업용으로 이용되는 전자레인지이다. 따라서, 결합된 조작 패널(22)을 갖는 종래의 제어 회로(control circuitry)는 장치 10의 동작을 제어하기 위해 설치된다. 마찬가지로, 가열장치(10)는 일반적으로 참조부호 24로 통칭한 하우징(그의 측벽들 및 천장은 설명의 편의를 위해 생략) 및 캐비티(14)의 수직 캐비티 벽들(16) 가운데 하나를 구성하는 접근 도어(26)를 포함한다. 캐비티(14)를 형성하는 수직 캐비티 벽들(16)은 수평면상으로, 캐비티(14)가 오각형이 되도록 설계된다. 그러나, 수직 캐비티 벽(16)들은 방형, 6각형, 8각형 등 임의의 형태일 수 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 전자기 전원(12)는 안테나(30)을 통해서 종래의 마그네트론(28)에 의해 마이크로파 형태의 전자파를 생성하도록 배치된다. 마그네트론(28)은 종래의 전자레인지에 사용되었던 어떠한 형태의 마그네트론이라도 좋다. 전자기 전원(12)은 중공의 원형-실린더형 도파관(32)에 연결되고, 이로써 마그네트론(28)이 상부 벽(18)에 설치된 입구 포트(31)에 연결된다(도 1 참조).

실린더형 도파관(32)은 안테나 입구처럼 기능하는 입구 개구(34)를 구비하는데, 마그네트론(28)의 안테나가 이러한 입구 개구를 통해 안쪽으로 돌출하여 실린더형 도파관(32)의 내부에서 마이크로파 형태의 전자파가 방사되도록 유도한다. 마그네트론(28)에 의해 만들어진 마이크로파는 실린더형 도파관(32)내에 공급될 때 선형으로 편광되어 있다.

실린더형 도파관(32)은 내측으로 방사상으로 뻗어있고 도파관(32)의 길이를 따라서 신장되어 있는 동일평면상의 플레이트 또는 블레이드 형태의 정반대에 위치하는 패널들인 한 쌍의 변환 구조(35)를 포함한다. 상기 변환구조(35)들은 마그네트론(28)에 의해 발생된 파의 선편광을 환편광을 갖는 파로 변환시키도록 구성된다. 이어서 환편광을 갖는 파는 입구 포트(31)를 통해서 가열 캐비티(14)내로 유도된다. 도파관(32)은 만곡된 측벽, 플랜지를 갖는 개방 말단, 이러한 개방 말단을 통해서 환편광을 갖는 전자파가 포트(31)내로 가이드되며, 상기 개방 말단과 대향하는 말단 벽에 설치된 폐쇄 말단을 구비한다. 안테나 입구 개구(34)는 폐쇄 말단과 변환 구조(35) 사이에 놓이고, 상기 변환구조(35)는 입구 개구(34)와 플랜지를 갖는 개방 말단 사이에 위치한다.

도 5를 참조하면, 참조 부호 50은 본 발명에 따른, 마이크로파를 마그네트론(28)으로부터 입구 포트(31)를 통해 가열 캐비티(14)로 안내하는 중공의 박스형 방형 도파관을 나타낸다(도 1 참조). 도파관 32와 달리, 도파관 50은 단면 형태가 방형이고, 그의 입구 개구(34)는 그의 말단들 사이의 도파관 50의 두 개의 측벽들 사이의 코너에 설치된다. 마그네트론(28)의 안테나(30)는 입구 개구(34)내로 뻗어있고, 일상적인 실험에 의해 결정되는 도파관 50의 내부로의 마이크로파의 입사 각도 및 도파관 50의 크기로 인해, 가열 캐비티(14)의 내부로 방사되고 도파관 50을 따라서 가이드되는 환편광 파를 생성하는 선편광 파를 발생하며, 도파관 50은 일말단은 벽에 의해 폐쇄되고 타말단은 환편광 파를 포트(31)내로 제공하도록 개방된다.

도 6을 참조하면, 참조 부호 60은 본 발명의 양상에 따른 중공의 박스형 긴-방형 도파관의 다른 구현예를 나타낸다. 도파관 60은 그 위에 개방 말단 박스형 격실(open-ended box-like compartment)(65)가 안착되는 말단 벽(64)을 갖는 중공의 긴-방형 피더 또는 가이드부(62)를 포함한다. 말단 벽(64)은 형태와 크기가 격실(65)의 개구 말단과 동일한 방형 개구(66)를 구비하고, 격실(65)의 개방 말단은 개구(66)과 연결된다. 가이드부(62)는 마이크로파를 공급하기 위해 격실(65)로부터 떨여져 있고 그의 말단에서 개방되며, 마이크로파는 격실(65)로부터 가이드부(62)를 따라 가이드부(62)의 개방말단으로부터 캐비티(14)의 포트(31)내로 안내된다. 개구(66)의 주변 에지들은 말단 벽(64)의 주변 에지들에 대해 일정한 각도를 이루고, 개구(66)의 코너들은 각기 벽(64)의 주변 에지들에 위치된다. 사용시 전자파들은 가이드부(62)와 격실(65)의 내부 사이로 자유롭게 흘러갈 수 있다. 도파관 60으로의 입구 개구는 마그네트론(28)의 안테나(30)을 받기 위해 안테나 입구(34)에 의해 설치된다(도 2 및 도 3 참조). 입구(34)는 격실(65)의 벽(67)을 관통하고, 벽(67)은 가이드부(62)의 길이와 평행하게 신장된다. 사용시, 도파관 60은 안테나에 의해 격실(650내로 공급된 선편광 마이크로파를 격실(65)로부터 가이드부(62)를 따라서 캐비티(14)의 포트(31)내로 이동하는 원편광 파로 변환시킨다. 개구(66)의 에지의 벽의 주변 에지들(64)에 대한 경사각은 이러한 선형의 환편광으로의 변환을 이루기 위해 일상적인 실험에 의해 결정될 수 있다.

본 발명은 상술한 바 대로 환편광 전자파가 가열 캐비티(14)내로 공급되는 개량된 유전 가열 장치를 제공한다. 원편광 전자파들은 가열 캐비티(14)가 다중모드 공명 가열 캐비티로 기능하게 하여, 캐비티내에서 가열 공정의 균일성을 향상시킨다. 더욱이, 도파관 32, 50 및 60은 선편광을 갖는 전자파들을 원편광파로 변환시키는 비교적 간단한 변환 수단을 제공한다. 도파관 32, 50 및 60의 구성은 비교적 간단하기 때문에, 이러한 도파관의 이용에 의해 가열 장치 10의 제조비용이 현저하게 높아질 필요는 없다.

Claims (10)

1. 사용시 전기적으로 서로 연결되고 연속적으로 배치되어 가열 캐비티(heating cavity)를 형성하며, 인접하는 측벽들 중 적어도 한 쌍이 코너에서 예각 및 둔각으로 구성된 그룹으로부터 선택된 각을 이루는 복수의 전기전도성 측벽들(electrically conductive side walls); 및

   유전 가열에 적합한 전자파를 방사할 수 있는 적어도 하나의 전자기전원(electromagnetic power source)으로서, 이러한 방사 파(waves of such radiation)를 파가 원편광(circular polarization of the waves)되는 캐비티내에 공급하여 캐비티가 다중모드 공명 가열 캐비티(multimode resonant heating cavity)로 기능하도록 설계된 전자기 전원을 포함하는 유전 가열 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전자기 전원이 음식물 조리에 적합한 마이크로파 형태로 전자파를 방사할 수 있는 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 장치가 전자레인지인 장치.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 전자기 전원이 선편광을 갖는 마이크로파를 발생하는 마이크로파 발생기와 마이크로파 발생기에 연결된 입구 개구(inlet opening)를 갖는 도파관을 포함하고, 여기서 도파관은 가열 캐비티내의 입구 포트에 연결되고, 도파관은 마이크로파의 선편광(linear polarization)을 원편광으로 변환시켜 원편광을 갖는 마이크로파를 입구 포트를 통해 캐비티내로 안내하도록 설계된 장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 도파관이 하나의 말단 벽(end wall)과 하나의 만곡된 측벽을 갖는 중공의 원형-실린더형이고, 도파관은 그 내부에 선편광을 갖는 마이크로파를 원편광을 갖는 마이크로파로 변환시키는 적어도 하나의 변환 구조(conversion formation)를 포함하고, 도파관의 입구 개구(inlet opening)는 그의 만곡된 측벽을 관통하고 도파관은 마이크로파를 캐비티의 입구 포트내로 공급하는 하나의 개방 말단(open end)을 구비하는 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 도파관은 정반대의 납작하고 긴 패널들 형태인 한 쌍의 변환 구조를 포함하고, 각 패널은 도파관의 실린더의 내벽으로부터 방사상으로 내측으로 신장되어 있고 실린더의 길이와 같은 길이를 갖고, 패널들은 동일평면상에 존재하며 패널들의 방사상 내부 에지들은 서로 대향하여 정반대에 떨어져 존재하는 장치.
7. 제 4항에 있어서, 상기 도파관은 긴 방형의 중공 박스로서, 도파관의 입구 개구는 도파관의 두 개의 측벽들 사이의 도파관의 코너를 관통하고, 도파관의 말단들 사이의 위치에서 도파관의 일말단은 캐비티의 입구 포트내로 마이크로파를 공급하기 위해 개방되어 있는 장치.
8. 제 4항에 있어서, 상기 도파관이 긴 방형의 중공 박스로서, 도파관은 입구 포트를 통해서 캐비티내로 마이크로파를 공급하기 위한 개방 말단을 갖고, 도파관의 대향하는 말단은 방형 개구를 갖는 벽을 갖고, 방형 개구의 주위 에지들은 도파관의 반대 말단에 있는 측벽의 주변 에지에 대해 일정한 각을 이루고, 박스형 격실(compartment)은 이러한 도파관의 반대 말단에 있는 측벽에 안착되어 있는 방형 개구와 연결되어 서로 통해 있는 개방 말단을 갖고, 도파관의 입구 개구는 도파관의 길이 크기와 같은 박스형 격실의 벽을 관통해 있는 장치.
9. 제 4항 내지 제 8항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 마이크로파 발생기가 도파관의 입구 개구를 통해서 도파관의 중공 내부로 뻗어 있는 안테나를 구비하는 마그네트론인 장치.
10. 유전 가열에 적합한 전자파를 방사할 수 있는 전자기 전원(electromagnetic power source)로서, 상기 전자기 전원이 선편광을 갖는 전자파를 발생하는 전자파 발생기와 상기 발생기에 연결된 입구 개구를 갖는 도파관을 포함하고, 상기 도파관은 전자파의 선편광(linear polarization)을 원편광(circular polarization)으로 변환시켜 상기 파를 발생기로부터 밖으로 안내하도록 설계된 전자기 전원.