KR20180119730A

KR20180119730A - 마이크로파 해동기의 다중 주파수 제어방법

Info

Publication number: KR20180119730A
Application number: KR1020170052823A
Authority: KR
Inventors: 박철; 정성욱; 백채현
Original assignee: 주식회사 지구마그넷
Priority date: 2017-04-25
Filing date: 2017-04-25
Publication date: 2018-11-05

Abstract

본 발명은 마이크로파 해동기(Microwave thawer)의 다중 (Multi) 주파수 제어방법에 관한 것으로, 특히 서로 다른 다중 공진주파수를 발진하는 마이크로파 발진기(SSPM)을 적어도 1개 이상 복수로 구성하고, 그 다중 주파수를 선택 제어하여 빠르고 신속하게 균일 해동이 이루어져 해동기의 성능과 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 발명된 것이다.
본 발명의 제어방법은, (a) 해동 시간 또는 해동 온도가 설정되고 시작 버튼이 조작되면, 상기 해동 시간 또는 해동 온도에 대응하는 초기 설정된 주파수와 위상 및 출력으로 마이크로파 발진기를 구동시켜 해동 물질의 해동을 시작하는 단계; (b) 상기 마이크로파 발진기를 구동시킨 후, 마이크로파 반사파와 발진기 온도와 출력 및 캐비티 내부와 해동물질 온도를 측정하는 단계; (c) 상기 측정한 반사파와 온도 및 출력을 기초로 해동 물질의 고유 상태를 판단하는 단계; (d) 상기 (c)단계의 판단 결과에 따라 해동 물질에 적합한 주파수(f1,f2,f3)와 그 동작 갯수를 특정하는 단계; (e) 특정된 주파수(f1,f2,f3)에 따라 작동 발진기(S1,S2,S3)를 선택하여 지정된 시간동안 각각 순차적으로 동작하여 해동을 실시하는 단계; (f) 상기 해동을 실시하는 도중에 설정된 해동 온도에 도달하거나 설정된 해동 시간에 도달하면 마이크로파 발진기를 오프시켜 해동 물질의 해동을 종료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

마이크로파 해동기의 다중 주파수 제어방법 {Multi frequency control method of microwave thawer}

본 발명은 마이크로파 해동기(Microwave thawer)의 다중 (Multi) 주파수 제어방법에 관한 것으로, 특히 서로 다른 다중 공진주파수를 발진하는 마이크로파 발진기 (SSPM)을 적어도 1개 이상 복수로 구성하고, 그 다중 주파수를 선택 제어하여 빠르고 신속하게 균일 해동이 이루어져 해동기의 성능과 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 발명된 것이다.

일반적으로 가정에 널리 보급되어 있는 전자레인지는 음식물을 수납하여 밀폐한 후, 동작 버튼을 누르게 되면 고압발생기에 전압이 인가되고, 고압발생기에 인가된 상용전압은 승압되어 마이크로파를 발생시키는 마그네트론에 전달되고, 마그네트론에 의해 발생된 마이크로파는 도파관 등을 통해 캐비티로 전달된다.

이때, 마이크로파를 이용한 조리기기는 마그네트론에서 발생되는 마이크로파를 음식물에 조사하여 음식물을 구성하고 있는 분자들을 진동시킴으로써 발생되는 마찰열로 음식물을 가열하는 것이다.

한편, 최근에는 국내외 현장에서 현재 해동 중의 품질, 생산성, 비용 등의 문제점 해소를 위하여 다양한 방법이 연구되고 있으며 그 중의 하나로 마이크로파를 이용한 해동방법에 대한 관심이 가장 높은 실정이다.

현재까지의 재래식 해동방법은 외기와의 접촉이 이루어지는 식품의 표면으로부터 먼저 온도가 상승하고 그 상승된 온도의 열전도로 냉동식품의 내부에까지 전달되어 전체적인 해동이 이루어진다.

그러나 마이크로파를 이용하게 되면 마이크로파가 침투되어 닿는 전체 부분에서 마이크로파 진동 운동에너지가 열에너지로 변화되어 단시간 내에 냉동식품의 내, 외부 전체를 동시에 가열하기 때문에 해동과정에서 드립의 발생이 없이 양호한 품질로 단시간에 해동 할 수 있는 장점이 있다.

일반적인 전자레인지에서 사용하는 2,450MHz의 마이크로파 발생용 마그네트론을 사용하여 도파관을 통해 해당 냉동식품에 마이크로파를 조사하게 되는데, 이를 위해 입력 전원 제어용의 고압 트랜스와 냉각용 공랭식 냉각 팬 그리고 노이즈 필터 등이 추가로 부착된다.

해동기에 대한 종래의 기술이 하기의 <특허문헌 1> 내지 <특허문헌 2> 에 개시되어 있다.

<특허문헌 1> 에 개시된 종래 기술은 감압평형영역(B)까지 감압공정(G)을 실시한 후, 복압 공정(F)으로 이행하고, 복압 공정(F)의 감압도가 진공방전을 일으키

지 않는 하한값(P1)에 도달했을 때 마이크로파의 조사를 개시하고, 미리 설정한 복압 상한값(D)까지 복압한 후에 다시 감압공정(G′)으로 이행함과 동시에, 그 감압도가 진공방전을 일으키지 않는 하한값(P1)에 도달할 때까지 계속하여 마이크로

파를 조사하여 가열하고, 마이크로파 조사의 정지 후 감압평형영역(B′)까지의 감압과정에서 승화 냉각하는 해동 사이클을 반복하여 해동을 실시한다.

또한, <특허문헌 2> 에 개시된 종래기술은 해동 처리수를 충전하는 해동 처리조, 해동 처리조의 내면에 고착되고, 초음파를 발하는 수중 초음파 진동자, 상기 해동 처리수의 온도를 검지하는 온도 센서를 구비하고, 해동 처리수를 소정의 온도로 조절하는 온도 조절기, 상기 수중 초음파 진동자를 제어하는 제어 장치를 가지는 수중 초음파 해동기로서, 해동 처리조에 투입되는 해동 대상물과 상기 수중 초음파 진동자가 이격 유지되도록 하는 이격 유지 수단을 구비한다.

이러한 구성을 통해 해동 대상물의 중심 부분과 외측 부분의 동시 해동을 구현한다.

대한민국 등록특허 10-0621718호(2006.08.31. 등록)(진공 마이크로파 해동방법과 진공 마이크로파 해동기) 대한민국 공개특허 10-2008-0098468호(2008.11.10. 공개)(수중 초음파 해동기)

그러나 상기와 같은 종래기술들은 파장이 짧은 2,450MHz 또는 파장이 긴 915MHz의 주파수를 사용하여 해동을 실시하였으나, 2,450MHz 주파수는 파장이 짧은 관계로 부피가 큰 냉동식품에 에너지 침투가 어려워 해동이 불가능한 단점이 있으며, 915MHz 주파수는 에너지 침투깊이가 커 부피가 큰 냉동식품의 해동에 용이하나(λ: 32.7 ~ 33 cm) 다양한 냉동식품의 종류, 크기, 상태에 따라 대응하기 어려워 균일한 해동 결과를 얻기가 어려운 단점이 있다.

다시 말해, 종래의 기술들은 해동물 종류, 크기, 상태에 따라 에너지 전달이 균일하게 이루어지지 않는 경우가 발생하고, 대상물 상태의 변화에 따른 해동 성능 특성 변경을 적용하는 데 어려움이 있다.

한편, 각 주파수는 해당 주파수 특성에 맞는 마이크로파 전기장 분포를 형성하게 된다.

따라서, 그 마이크로파 전기장 분포에 따라 마이크로파 에너지가 집중되는 영역이 형성된다.

도 5는 예로서 3개의 다중 공진주파수를 이용해 캐비티 내부에서 형성되는 열분포 특성을 열화상 카메라로 촬영한 비교 사진이다.

이 비교사진에서 보는 바와 같이 f1, f2, f3로 서로 다른 3개의 주파수는 특정 위치에서 에너지가 집중되어 캐비티 내부의 위치에 따라 온도편차를 보이게 됨을 알 수 있다.

따라서, 종래는 단일 주파수를 이용한 해동기 또는 전자레인지는 하나의 주파수 특성에만 맞는 마이크로파 에너지가 집중되므로, 균일한 해동 효과를 얻을 수 없었던 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 3개의 서로 다른 주파수를 선택, 제어하여 마이크로파 에너지를 분산시키게 되고, 균일하면서도 보다 효과적으로 해동시킬 수 있도록 한 해동기의 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 식품의 종류, 크기나 처리 용량에 관계없이 언제나 짧은 시간 내에 균일한 해동의 실현이 가능하고, 필요한 시점에 필요한 양을 처리할 수 있도록 한 마이크로파 해동기의 다중 주파수 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 마이크로파 발진기(SSPM)를 이용해 최종 출력단에서 순방향 및 역방향 신호 검출이 가능하므로 해동 물질의 상태 및 특성을 분석하여 물질 고유의 특성을 반영한 최적의 시스템 운용 주파수를 선택할 수 있도록 한 마이크로파 해동기의 다중 주파수 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 해동물의 종류 및 크기, 상태에 알맞게 마이크로파 주파수 제어가 가능한 마이크로파 해동기의 다중 주파수 제어방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 마이크로파 해동기 제어방법은, (a) 해동 시간 또는 해동 온도가 설정되고 시작 버튼이 조작되면, 상기 해동 시간 또는 해동 온도에 대응하는 초기 설정된 주파수와 위상 및 출력으로 마이크로파 발진기를 구동시켜 해동 물질의 해동을 시작하는 단계; (b) 상기 마이크로파 발진기를 구동시킨 후, 마이크로파 반사파와 발진기 온도와 출력 및 캐비티 내부와 해동물질 온도를 측정하는 단계; (c) 상기 측정한 반사파와 온도 및 출력을 기초로 해동 물질의 고유 상태를 판단하는 단계; (d) 상기 (c)단계의 판단 결과에 따라 해동 물질에 적합한 주파수(f1,f2,f3)와 그 동작 갯수를 특정하는 단계; (e) 특정된 주파수(f1,f2,f3)에 따라 작동 발진기(S1,S2,S3)를 선택하여 지정된 시간동안 각각 순차적으로 동작하여 해동을 실시하는 단계; (f) 상기 해동을 실시하는 도중에 설정된 해동 온도에 도달하거나 설정된 해동 시간에 도달하면 마이크로파 발진기를 오프시켜 해동 물질의 해동을 종료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 (c)단계는 측정한 반사파를 해당 물질의 고유 상태를 판단하기 위해 미리 설정된 기준 반사파와 비교하여, 그 대소 유무로 해당 물질의 고유 상태를 판단하고, 주파수(f1,f2,f3)와 동작 갯수를 가변하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 (d)단계는 판단된 해동 물질의 고유 상태에 따라 발진기(S1,S2,S3) 출력과 이에 대응하는 주파수(f1,f2,f3)를 가변하여 해동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 마이크로파 해동기 제어방법은 상기 (d)단계의 판단 결과, 측정한 반사파가 미리 설정된 기준 반사파보다 높을 경우, 마이크로파를 저출력 모드로 변경하여 해동을 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 해동물의 종류 및 크기, 상태에 맞게 마이크로파 주파수와 그 동작 갯수를 결정한 후 순차적으로 동작되게 하므로 균일한 해동이 가능하다.

또, 해동 물성에 따른 가장 효과적인 해동이 가능하다.

따라서, 소비자가 원하는 가장 최적의 해동이 가능하므로, 소비자의 편의성과 상품성을 크게 향상시킬 수 있는 장점도 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 마이크로파 해동기의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로파 해동기의 실시 예 블록 구성도.
3a, 3b, 3c는 본 발명에 따른 마이크로파 해동기 제어방법을 보인 흐름도.
도 4는 각각의 다중 공진주파수에 따른 반사파 출력 변화를 보인 그래프.
도 5는 3개의 다중 공진주파수에 의한 캐비티 내부 열분포 특성을 보인 비교사진.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 마이크로파 해동기의 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명은 예로서 마이크로파 발진기(S1,S2,S3)는 1개 이상 복수개가 설치되는데 바람직하게는 서로 다른 주파수(f1,f2,f3)를 각각 출력하는 3개의 발진기가 설치된다.

복수의 마이크로파 발진기(S1,S2,S3)들 중 하나는 915㎒를 출력하는 것으로, 종래 전자레인지 주파수에 대하여 상대적으로 저주파로 설정된다.

915㎒의 마이크로파(f1)는 대기(Air)에서 그 파장 길이가 32.7 내지 33㎝로 일반 전자레인지에서 사용되는 주파수(12.2cm)에 비하여 파장 길이가 길다.

따라서, 냉동식품을 해동시키는 과정에서 재료가 두꺼운 경우에도 깊숙이 파장이 전달되어 해동 효과를 크게 향상시킬 수가 있다.

또, 마이크로파 발진기(S1,S2,S3)들중 하나는 일반적인 전자레인지에서 사용하는 2,450㎒의 마이크로파(f2)로 선택된다.

2,450㎒는 915㎒에 비하여 파장이 짧아 깊이가 깊은 물질의 해동은 어려우나 피조물의 표면에 빠르게 에너지가 전달되어 특히 표면부위를 빠르게 해동시킬 수 있는 장점이 있다.

그리고, 또 다른 하나의 주파수(f3)는 예로서 433㎒가 선택될 수 있다.

433㎒는 915㎒에 비하여 파장이 더 길어 해동 피조물에 보다 깊이 침투할 수 있는 장점이 있다.

이러한 선택된 상기 3개의 433㎒, 915㎒, 2450㎒ 공진 주파수는 한 예로서 예시하는 것으로 이를 한정하는 것이 아니며, 다른 실시예로 도 5에서의 890㎒, 910㎒, 934㎒의 다중 공진 주파수들로 선택될 수도 있음을 밝혀둔다. 상기 예시의 다중 공진 주파수는 해동기의 구조 및 해동 물질의 형태, 크기 등에 따라 변할 수 있으며 이를 설계에 반영하고 선택하여 제어된다.

여기서 공진 주파수는 해동기 설계 구조에 의해 형성되는 주파수로 마이크로파 에너지가 가장 잘 전달되어 조사되는 에너지 최대 효율 주파수를 의미한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 마이크로파 해동기의 사시도로서, 몸체(10)는 해동기의 틀체를 형성하는 것으로 각종 구조와 부품들을 고정 설치시킨 후 커버(11)들로 외부를 감싸서 마감하게 된다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 마이크로파 해동기의 실시 예 블록 구성도로서, 상기 몸체(10)의 내부에 구비되거나 몸체(10)의 외부에 마련된 커버(11)에 구비된다.

이러한 마이크로파 해동기는 키 조작부(101), 제어부(102), 3개의 마이크로파 발진기(S1,S2,S3), 마이크로파 주파수 가변부(104), 마이크로파 출력 가변부(105), 마이크로파 위상 가변부(106), 마이크로파 반사파 측정부(107), 마이크로파 출력 측정부(108), 발진기 온도 측정부(109), 온도감지부(110), 턴테이블 동작부(111), 알람 발생부(112) 및 표시부(113)를 포함한다.

상기 키 조작부(101)는 사용자가 해동 온도 및 해동 시간을 설정하기 위한 조작 부분을 의미하고, 상기 제어부(102)는 상기 키 조작부(101)에 의해 설정된 해동 온도 및 해동 시간, 그리고 물질의 상태에 따라 마이크로파의 주파수(f1,f2,f3)와 작동 갯수, 주파수 위상 및 출력을 제어하는 역할을 한다. 제어부(102)는 마이컴, 마이크로프로세서, 컨트롤러와 같은 제어장치로 구현하는 것이 바람직하다.

이러한 제어부(102)는 측정된 반사파와 마이크로파 출력 및 마이크로파 발진기의 온도 정보를 기초로 해동 물질의 고유 상태를 분석하고, 그에 적합하게 마이크로파의 선택, 주파수(f1,f2,f3)의 작동을 가변적으로 제어하여 해동 물질을 효과적으로 해동하게 된다. 해동 물질의 고유 상태는 반사파의 크기를 기준으로 분석한다.

또한, 상기 마이크로 주파수 가변부(104)는 상기 제어부(102)의 제어에 따라 마이크로파 주파수 (f1,f2,f3)를 가변하는 역할을 하며, 상기 마이크로 위상 가변부(106)는 상기 제어부(102)의 제어에 따라 마이크로파 위상을 가변하는 역할을 하고, 상기 마이크로파 출력 가변부(105)는 상기 제어부(102)의 제어에 따라 마이크로파 출력을 가변하는 역할을 한다. 제어부(102)는 반사파를 이용하여 해동 물질의 특성(물성, 모양, 크기)을 판단하고, 그 판단한 해동 물질의 특성에 알맞게 마이크로파의 주파수, 위상 및 발진기 출력 갯수 등을 가변하여 해동 물질에 적합한 해동을 구현한다. 반사파는 해동 물질의 고유 특성을 나타내는 주파수 정보를 알려주며, 해동 물질의 고유 특성 주파수를 알게 되면 그에 적합한 마이크로파의 발생을 제어할 수 있다.

상기 3개의 마이크로파 발진기(S1,S2,S3)들은 상기 마이크로파 주파수 가변부(104)와 마이크로파 위상 가변부(106) 및 마이크로파 출력 가변부(105)와 연동하여 마이크로파를 발생하여 해동 대상을 해동하는 역할을 한다. 이러한 마이크로파 발진기(S1,S2,S3)는 SSPM(SSolid SState Power Modulator), SSPG, SSPA 등을 이용할 수 있으며, 본 발명에서는 실시 예로 SSPM을 이용하는 것으로 가정한다.

또한, 상기 마이크로파 반사파 측정부(107)는 어느 한 마이크로파 발진기(S1,S2,S3)에서 마이크로파 발생 후 해동 대상물로부터 반사되는 반사파를 측정하여 상기 제어부(102)에 전달하는 역할을 한다. 이러한 반사파를 이용하여 해동 대상물의 특성을 판단한다.

또한, 상기 마이크로파 출력 측정부(108)는 상기 마이크로파 발진기(S1,S2,S3)에서 출력되는 마이크로파의 출력을 측정하여 상기 제어부(102)에 전달하는 역할을 하며, 발진기 온도 측정부(109)는 상기 마이크로파 발진기(S1,S2,S3)의 온도를 측정하여 상기 제어부(102)에 전달하는 역할을 한다.

또한, 상기 온도 감지부(110)는 해동 물질이 수용되는 캐비티 내부 및 해동물질의 온도(주로 표면온도)를 측정하여 상기 제어부(102)에 전달하는 역할을 하며, 상기 턴-테이블 동작부(111)는 상기 제어부(102)의 제어에 따라 균일한 해동을 위해 해동 물질이 안착된 턴테이블을 회전시키는 역할을 한다.

또한, 상기 알람 발생부(112)는 상기 제어부(102)의 제어에 따라 해동 완료나 비상 상황에 대한 알람을 발생하는 역할을 하며, 표시부(113)는 상기 제어부(102)의 제어에 따라 해동 상태 정보를 표시하는 역할을 한다. 이러한 표시부(113)를 통해 현재 남은 해동 시간 등을 알 수 있다. 아울러 발생한 알람에 의해 사용자는 해동이 종료되었거나 해동기에 장애가 발생하였음을 인지하게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 마이크로파 해동기의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 해동기를 사용하고자 하는 사용자는 해동 물질을 해동기 내부에 마련된 턴-테이블에 올려놓고, 도어를 닫은 후 온도 또는 시간 등을 설정하고, 동작 버튼은 누른다. 사용자가 설정한 온도 또는 시간은 키 조작부(101)에 구비된 키를 통해 설정이 된다.

온도 또는 시간이 설정되고 동작 버튼이 눌러지면 제어부(102)는 이를 인식하고, 설정 온도 또는 시간에 맞게 초기에 설정된 마이크로파 제어 값을 기초로 마이크로파 주파수 가변부(104), 마이크로파 출력 가변부(105) 및 마이크로파 위상 가변부(106)를 통해 마이크로파 발진기(S1,S2,S3)를 제어한다.

초기 제어에 대응하여 마이크로파 발진기(S1,S2,S3)는 발진 동작을 하여 저주파 마이크로파를 발생하여, 해동기 내부에 올려진 해동 물질을 가열한다. 기본적으로 초기 발생하는 마이크로파는 보통 중심주파수 915MHz, 대역 20MHz, 저출력 100W 미만의 에너지를 가지고 해동 물질의 고유 특성을 분석하며 예비 가열한다. 이후 출력을 가변하여 설정된 시간 만큼 서로 다른 주파수로 해동 동작하게 된다. 이때, 해동 물질의 균일한 해동을 위해 제어부(102)는 턴-테이블 동작부(111)에 동작신호를 전달한다. 턴-테이블 동작 신호에 의해 턴-테이블 동작부(111)는 턴-테이블을 일정한 회전수로 회전시킨다.

상기와 같은 해동 물질의 해동 동작이 시작되면, 제어부(102)의 제어에 따라 표시부(113)는 해동기의 각각의 상태 정보를 디스플레이 한다. 여기서 디스플레이의 일종으로 사용자가 해동 시간을 선택한 경우, 다운 카운터를 이용하여 남아 있는 시간을 표시해줄 수 있다.

아울러 마이크로파를 이용하여 해동 물질의 해동을 시작하면, 마이크로파 반사파 측정부(107)는 해동 물질로부터 반사되는 반사파를 측정하여 제어부(102)에 전달한다. 이와 동시에 마이크로파 출력 측정부(108)는 출력되는 마이크로파의 출력을 측정하여 상기 제어부(102)에 전달하게 되고, 발진기 온도 측정부(109)는 마이크로파 발진기(S1,S2,S3)의 온도를 측정하여 상기 제어부(102)에 전달한다.

또한, 온도 감지부(110)는 해동기의 내부 온도 및 해동물질 온도 (주로 표면온도)를 측정하여 상기 제어부(102)에 전달한다.

여기서 반사파의 측정 시 턴-테이블의 동작은 일시 중지하여 해동 물질의 상태 및 형태 변화의 최소화를 구현한다.

상기 제어부(102)는 초기에 마이크로파 발진기(S1,S2,S3)를 정해진 주파수, 위상 및 출력으로 제어하고, 이어 반사파, 출력, 및 온도가 측정이 되면 이를 기초로 해동 물질의 형태 및 상태를 판단하고, 판단한 해동 물질의 형태 및 상태에 따라 마이크로파 주파수(f1,f2,f3)의 선택과 동작 갯수를 가변하여 해동을 제어하게 된다.

예컨대, 반사파는 해동 물질에 의해 반사되는 주파수로서, 해동 물질이 마이크로파를 흡수하는 특성에 따라 달라진다. 다시 말해, 해동 물질이 마이크로파를 흡수하는 특성이 작으면 반사파가 커지고, 마이크로파를 흡수하는 특성이 많으면 반사파는 작아지게 된다.

따라서 이러한 반사파의 크기를 통해 해동 물질의 상태를 판단할 수 있으며, 해동 물질의 상태를 판단하면 그 판단한 상태에 따라 미리 메모리에 저장된 제어 값(주파수, 위상, 출력)을 인출하여 마이크로파 제어신호를 발생한다. 여기서 마이크로파 제어 신호는 해동 물질, 상태 및 형태에 따라 달라지며, 아울러 캐비티의 사이즈 형태에 따라서도 서로 상이하게 설정되는 것이 바람직하다.

이러한 마이크로파 제어신호에 대응하여 마이크로파 주파수 가변부(104)는 발생하는 마이크로파의 주파수를 설정하거나 가변하게 되고, 마이크로파 출력 가변부(105)는 마이크로파의 출력을 설정하거나 가변하게 되며, 아울러 마이크로파 위상 가변부(106)는 마이크로파의 위상을 설정하거나 가변하게 된다.

마이크로파의 주파수 가변에 따라 복수의 마이크로파 발진기(S1,S2,S3)들 중 출력되는 마이크로파를 가변하게 된다.

한편, 해동기의 구동이 시작되면 해동기 내부의 온도 및 해동물질 온도를 지속적으로 감지하게 되고, 감지한 해동기 내부 온도 및 해동 물질 온도가 사용자가 설정한 온도에 도달하거나 위험 상태를 판단하기 위해 미리 설정된 기준 온도 이상이 되면 제어부(102)는 즉시 해동기의 구동을 중지시킨다. 즉, 마이크로파 발진기(S1,S2,S3)의 동작을 정지시키게 된다. 아울러 해동기의 가동 시간이 사용자가 설정한 해동 시간이 되면 이 경우에도 마이크로파 발진기(S1,S2,S3)의 동작을 정지시키게 된다.

해동 시간이 되거나 해동 온도가 되어 해동이 종료되면, 제어부(102)는 턴-테이블 동작부(111)를 제어하여 턴-테이블의 동작을 중지시키게 되고, 아울러 알람 발생부(112)를 제어하여 알람을 발생하도록 한다. 알람 발생부(112)에 의해 알람이 발생하면 사용자는 이를 통해 해동이 완료되었음을 인지하게 된다. 여기서 해동기에 장애가 발생하면 알람이 발생하게 되는 데, 이 경우에는 표시부(113)에 해동기 장애 상태를 표시해주어, 사용자가 알람 발생 원인이 해동 종료가 아니고 해동기에 이상이 발생하였음을 인지하도록 한다.

이러한 본 발명의 마이크로파 해동기는 자동으로 해동 물질의 고유 상태(물성, 크기, 위치, 모양)를 추정하고, 추정된 해동 물질의 고유 상태에 따라 마이크로파의 주파수 선정을 자동으로 제어하여, 사용자가 원하는 최상의 해동을 구현하게 되는 것이다.

도 3a, 3b, 3c는 본 발명에 따른 마이크로파 해동기의 제어방법을 보인 흐름도로서, S는 단계(Step)를 나타낸다.

본 발명에 따른 마이크로파 해동기 제어방법은 (a) 해동 시간 또는 해동 온도가 설정되고 시작 버튼이 조작되면, 상기 해동 시간 또는 해동 온도에 대응하는 초기 설정된 주파수와 위상 및 출력으로 마이크로파 발진기를 구동시켜 해동 물질의 해동을 시작하는 단계(S101); (b) 상기 마이크로파 발진기를 구동시킨 후, 마이크로파 반사파와 발진기 온도와 출력 및 캐비티 내부와 해동물질 온도를 측정하는 단계(S102); (c) 상기 측정한 반사파와 온도 및 출력을 기초로 해동 물질의 고유 상태를 판단하는 단계(S103,S104); (d) 상기 (c)단계의 판단 결과에 따라 해동 물질에 적합한 주파수(f1,f2,f3)와 동작 갯수를 특정하는 단계(S110,S111,S112); (e) 특정된 주파수(f1,f2,f3)에 따라 발진기(S1,S2,S3)를 선택하여 지정된 시간 만큼 각각 출력 인가를 가변하여 해동을 실시하는 단계(S105,S120,S121,S122,S123); (f) 상기 해동을 실시하는 도중에 설정된 해동 온도에 도달하거나 설정된 해동 시간에 도달하면 마이크로파 발진기를 오프시켜 해동 물질의 해동을 종료하는 단계(S109,S119,S129,S139)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 (c)단계는 측정한 반사파를 해당 물질의 고유 상태를 판단하기 위해 미리 설정된 기준 반사파와 비교하여, 그 대소 유무로 해당 물질의 고유 상태를 판단하고, 주파수(f1,f2,f3)를 가변하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 (d)단계는 판단된 해동 물질의 고유 상태에 따라 발진기(S1,S2,S3) 출력과 이에 대응하는 주파수(f1,f2,f3)를 동작 개수를 가변하여 해동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 마이크로파 해동기 제어방법은 상기 (d)단계의 판단 결과, 측정한 반사파가 미리 설정된 기준 반사파보다 높고 발진기 동작 갯수가 1개일 경우, 마이크로파를 저출력 모드로 변경하여 해동을 실시하는 단계(S122)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 마이크로파 해동기의 제어방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 단계 S101에서 해동기를 사용하고자 하는 사용자는 해동 대상(물질)을 해동기 내부에 마련된 턴-테이블에 올려놓고, 도어를 닫은 후 키 조작부(101)를 통해 온도 또는 시간 등을 설정하고, 동작 버튼은 누른다. 사용자가 설정한 온도 또는 시간은 키 조작부(101)에 구비된 키를 통해 설정이 된다.

온도 또는 시간이 설정되고 동작 버튼이 눌러지면 제어부(102)는 이를 인식하고, 설정 온도 또는 시간에 맞게 초기에 설정된 마이크로파 제어 값을 기초로 마이크로파 주파수 가변부(104), 마이크로파 출력 가변부(105) 및 마이크로파 위상 가변부(106)를 통해 선택된 마이크로파 발진기(S1,S2,S3)를 제어한다.

초기 제어에 대응하여 마이크로파 발진기(S1,S2,S3)는 발진 동작을 하여 저주파 마이크로파를 발생하여, 해동기 내부에 올려진 해동 물질의 상태를 분석하고 예비 가열한다. 기본적으로 초기 발생하는 마이크로파는 중심주파수 915MHz, 대역 20MHz, 저출력 100W 미만의 에너지를 갖는다. 이때, 해동 물질의 균일한 해동을 위해 제어부(102)는 턴-테이블 동작부(111)에 동작신호를 전달한다. 턴-테이블 동작 신호에 의해 턴-테이블 동작부(111)는 턴-테이블을 일정한 회전수로 회전시킨다.

상기와 같은 해동 물질의 해동 동작이 시작되면, 제어부(102)의 제어에 따라 표시부(113)는 해동기의 각각의 상태 정보를 디스플레이한다. 여기서 디스플레이의 일종으로 사용자가 해동 시간을 선택한 경우, 다운 카운터를 이용하여 남아 있는 시간을 표시해줄 수 있다.

아울러 마이크로파를 이용하여 해동 물질의 해동을 시작하면, 단계 S102 및 S103에서 마이크로파 반사파 측정부(107)는 해동 물질로부터 반사되는 반사파를 측정하여 제어부(102)에 전달한다. 이와 동시에 마이크로파 출력 측정부(108)는 출력되는 마이크로파의 출력을 측정하여 상기 제어부(102)에 전달하게 되고, 발진기 온도 측정부(109)는 마이크로파 발진기(SSPM)(S1,S2,S3)의 온도를 측정하여 상기 제어부(102)에 전달한다. 또한, 온도 감지부(110)는 해동기의 내부 및 해동 물질의 온도를 측정하여 상기 제어부(102)에 전달한다.

상기 제어부(102)는 초기에 마이크로파 발진기(S1,S2,S3)를 정해진 주파수, 위상 및 출력으로 제어하고, 이어 반사파, 출력 및 온도가 측정이 되면 이를 기초로 해동 물질의 형태를 판단하고, 판단한 해동 물질의 형태에 따라 적정 주파수(f1,f2,f3)를 선택하여 해동을 제어하게 된다.

예컨대, 반사파는 해동 물질에 의해 반사되는 고유의 특성 주파수 정보를 나타내며, 해동 물질이 마이크로파를 흡수하는 특성에 따라 달라진다. 다시 말해, 해동 물질이 마이크로파를 흡수하는 특성이 작으면 반사파가 커지고, 마이크로파를 흡수하는 특성이 많으면 반사파는 작아지게 된다.

따라서 이러한 반사파의 크기를 통해 해동 물질의 상태를 판단할 수 있다. 즉, 단계 S104에서 측정한 반사파와 해동 물질의 상태를 판단하기 위해 반사파 출력이 3dB, 입력전력의 50% 이하 여부를 비교한다. 여기서 측정한 반사파와 기준 반사파를 비교하는 이유는 해동 대상물의 고유 특성 주파수를 찾기 위함이다.

이어서, 해동 물질의 상태를 판단하면 그 판단한 상태에 따라 미리 메모리에 저장된 제어 값(주파수, 위상, 출력)을 인출하여 주파수(f1,f2,f3)의 작동 갯수 제어신호를 발생한다. 여기서 주파수(f1,f2,f3) 작동 갯수 제어 신호는 해동 물질, 상태 및 형태에 따라 달라지며, 아울러 캐비티의 사이즈 형태에 따라서도 서로 상이하게 설정되는 것이 바람직하다.

예컨대, 상기 측정한 반사파가 상기 기준 반사파(50W)보다 작으면, 단계 S107으로 이동하여, 발진기(S1,S2,S3)의 선택으로 주파수(f1,f2,f3) 출력을 가변한다.

여기서 측정한 반사파가 상기 기준 반사파보다 작을 경우에는, 주파수 및 위상은 그에 대응하게 설정된 주파수 및 위상으로 제어하고, 출력은 최고 출력(500W)이 되도록 제어를 한다. 이때, 주파수는 미시 가변(0.1MHz 변화)을 실시한다.

이러한 마이크로파 제어를 수행한 후, 지속적으로 다시 반사파를 측정하고, 이어 단계 S107에서 재측정한 반사파와 기준 반사파(50W)를 다시 비교하여, 상기 재측정한 반사파가 상기 기준 반사파보다 크면, 상기 단계 S102로 이동하여, 초기에 제어한 제어 값으로 다시 복귀를 하고 마이크로파의 출력, 위상, 주파수를 가변을 통하여 해동 물질 상태에 맞는 특성을 재분석, 설정 제어하게 된다.

또한, 상기 단계 S104의 비교 결과, 측정한 반사파가 상기 기준 반사파 이상이면, 단계 S111로 이동하여 발진기(S1,S2,S3) 동작의 갯수가 예로서 1개의 주파수만 필요로 하는 경우에는 S123로 이동하여 첫 번 주파수(f1)을 설정하게 하고, 지정시간(예, 1분) 동안 선택된 발진기(S1)를 작동시키고, 마이크로파 주파수 미시 가변(0.1MHz 변화), 위상 및 출력을 가변한다.

그리고, 단계 S127에서 재측정한 반사파가 상기 기준 반사파보다 크면, 다음 주파수(f2,f3)를 설정하여 지정시간(예, 1분) 동안 선택된 발진기(S1)를 작동시키고, 기준 반사파 이하이면, 단계 S129에서 설정된 해동 온도에 도달하거나 설정된 해동 시간에 도달하면 마이크로파 발진기를 오프시켜 해동 물질의 해동을 종료하게 된다.

한편, 단계 S112에서 발진기 동작 갯수가 1개만 사용한 예로서 1개의 주파수만 필요로 하는 경우에는 S122로 이동하여 저출력 가변해동을 실시하여 다시 단계 S137에서는 기준 반사파 출력이하를 판별하여 재측정한 반사파가 상기 기준 반사파보다 크면, 상기 단계 S102로 이동하여, 초기에 제어한 제어 값으로 다시 복귀를 하고, 기준 반사파보다 작으면 단계 S139에서 설정된 해동 온도에 도달하거나 설정된 해동 시간에 도달하면 마이크로파 발진기를 오프시켜 해동 물질의 해동을 종료하게 된다.

또, 단계 S112에서 발진기 동작 갯수가 2개 이상의 주파수(f1,f2,f3)가 모두 필요로 하는 경우에는 S130로 이동하여 가장 낮은 반사파 주파수를 선택하고, S105 단계로 이동하여 발진기(S1,S2,S3)들을 순차적으로 동작시켜 모든 주파수(f1,f2,f3)들이 설정된 시간동안 캐비티로 출력되는 과정이 순차적으로 이루어지게 된다.

그 후 다시 기준반사파 출력인하를 단계 S117에서 판별하게 된다.

단계 S117에서 재측정한 반사파가 상기 기준 반사파보다 크면, 상기 단계 S102로 이동하여, 초기에 제어한 제어 값으로 다시 복귀를 하고 마이크로파의 출력, 위상, 주파수를 가변을 통하여 해동 물질 상태에 맞는 특성을 재분석, 설정 제어하게 되며, 기준 반사파 보다 작을 때 단계 S119에서 설정된 해동 온도에 도달하거나 설정된 해동 시간에 도달하면 마이크로파 발진기를 오프시켜 해동 물질의 해동을 종료하게 된다.

이때, 마이크로파 제어는 지정시간 동안(예를 들어, 1분) 제어를 하고, 이후, 다시 단계 S107로 이동하여 반사파 스캔을 시작한다.

한편, 단계 S111에서 발진기(S1,S2,S3) 동작의 갯수가 2개 이상의 모든 주파수(f1,f2,f3)들이 필요로 하는 경우에는 S120로 이동하여 발진기(S1,S2,S3)들을 순차적으로 모두 동작시켜 모든 주파수(f1,f2,f3)들이 설정된 시간동안 캐비티로 출력되는 과정이 순차적으로 이루어지게 된다.

그 후 다시 기준반사파 출력인하를 단계 S107에서 판별하게 된다.

단계 S107에서 재측정한 반사파가 상기 기준 반사파보다 크면, 상기 단계 S102로 이동하여, 초기에 제어한 제어 값으로 다시 복귀를 하고 마이크로파의 출력, 위상, 주파수를 가변을 통하여 해동 물질 상태에 맞는 특성을 재분석, 설정 제어하게 되며, 기준 반사파 보다 작을 때 S108에서 출력 인가를 가변시킨 후 단계 S109에서 설정된 해동 온도에 도달하거나 설정된 해동 시간에 도달하면 마이크로파 발진기를 오프시켜 해동 물질의 해동을 종료하게 된다.

여기서 마이크로파의 출력 제어는 마이크로파 제어신호에 대응하여 마이크로파 주파수 가변부(104)는 마이크로파의 주파수를 가변하게 되고, 마이크로파 출력 가변부(105)는 마이크로파의 출력을 가변하며, 마이크로파 위상 가변부(106)는 마이크로파의 위상을 가변하는 방식을 통해, 전체 출력을 가변하게 된다.

한편, 해동기의 구동이 시작되면 해동기 내부 및 해동 물질의 온도를 지속적으로 감지하게 되고, 감지한 해동기 내부 온도가 사용자가 설정한 온도에 도달하거나 위험 상태를 판단하기 위해 미리 설정된 기준 온도 이상이 되면 제어부(102)는 즉시 해동기의 구동을 중지시킨다. 즉, 마이크로파 발진기(S1,S2,S3)의 동작을 정지시키게 된다. 아울러 해동기의 가동 시간이 사용자가 설정한 해동 시간이 되면 이 경우에도 마이크로파 발진기(S1,S2,S3)의 동작을 정지시키게 된다.

이러한 본 발명의 마이크로파 해동기는 자동으로 해동 물질의 고유 상태(물성, 크기, 위치, 모양)를 추정하고, 추정된 해동 물질의 고유 상태에 따라 마이크로파의 주파수, 위상 및 출력을 자동으로 최적으로 제어하여, 사용자가 원하는 최상의 해동을 구현하게 되는 것이다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

본 발명은 마이크로파를 이용하여 해동, 건조, 요리 대상을 해동, 건조, 요리 또는 해동, 건조 하이브리드 융합하는 기술에 효과적으로 적용된다.

101: 키 조작부
102: 제어부
103: 마이크로파 발진기
104: 마이크로파 주파수 가변부
105: 마이크로파 출력 가변부
106: 마이크로파 위상 가변부
107: 마이크로파 반사파 측정부
108: 마이크로파 출력 측정부
109: 발진기 온도 측정부
110: 온도감지부
111: 턴-테이블 동작부
112: 알람 발생부
113: 표시부

Claims

마이크로파 해동기를 제어하는 방법으로서,
(a) 해동 시간 또는 해동 온도가 설정되고 시작 버튼이 조작되면, 상기 해동 시간 또는 해동 온도에 대응하는 초기 설정된 주파수와 위상 및 출력으로 마이크로파 발진기를 구동시켜 해동 물질의 해동을 시작하는 단계;
(b) 상기 마이크로파 발진기를 구동시킨 후, 마이크로파 반사파와 발진기 온도와 출력 및 캐비티 내부와 해동물질 온도를 측정하는 단계;
(c) 상기 측정한 반사파와 온도 및 출력을 기초로 해동 물질의 고유 상태를 판단하는 단계;
(d) 상기 (c)단계의 판단 결과에 따라 해동 물질에 적합한 주파수(f1,f2,f3)와 그 동작 갯수를 특정하는 단계;
(e) 특정된 주파수(f1,f2,f3)에 따라 작동 발진기(S1,S2,S3)를 1개 이상 복수 선택하여 지정된 시간동안 각각 순차적으로 동작하여 해동을 실시하는 단계;
(f) 상기 해동을 실시하는 도중에 설정된 해동 온도에 도달하거나 설정된 해동 시간에 도달하면 마이크로파 발진기를 오프시켜 해동 물질의 해동을 종료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 해동기의 다중 주파수 제어방법.
청구항 1에서, 상기에서 (c)단계는 측정한 반사파를 해당 물질의 고유 상태를 판단하기 위해 미리 설정된 기준 반사파와 비교하여, 그 대소 유무로 해당 물질의 고유 상태를 판단하고, 주파수(f1,f2,f3)와 동작 갯수를 가변하고,
상기에서 (d)단계는 판단된 해동 물질의 고유 상태에 따라 발진기(S1,S2,S3) 출력과 이에 대응하는 주파수(f1,f2,f3)를 가변하여 해동을 제어하며,
상기 (d)단계의 판단 결과, 측정한 반사파가 미리 설정된 기준 반사파보다 높을 경우, 마이크로파를 저출력 모드로 변경하여 해동을 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 해동기의 다중 주파수 제어방법.