KR100976447B1 - 상판 단열 구조를 구비한 인덕션 레인지 - Google Patents

Abstract

인덕션 레인지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상판에서 코일측으로 전달되는 열기를 차단하고 배출함으로써 내구성을 향상시킨 상판 단열구조를 구비한 인덕션 레인지에 관하여 개시한다.

본 발명은 전류의 흐름에 따라 자계를 형성하는 코일; 상기 코일의 상부에 형성되며 피가열체가 놓여지는 상판; 및 상기 코일과 상판사이에 배치되어, 상기 상판 하부의 공간을 구획하도록 형성되어 상기 상판과 코일 사이에서 직접적인 열전달이 이루어지지 않도록 차단하는 블로커를 포함하는 인덕션 레인지를 제공한다.

인덕션 레인지, 코일, 단열, 블로커

Description

상판 단열 구조를 구비한 인덕션 레인지{INDUCTION RANGE HAVING THERMAL ISOLATOR FROM TOP PLATE}

본 발명은 전기 레인지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상판을 단열하여 상판에서 코일측으로 전달되는 열기를 차단하고 배출함으로써 내구성을 향상시킨 상판 단열 구조를 갖춘 인덕션 레인지에 관한 것이다.

유도 가열(Induction Heating) 방법을 사용하는 인덕션 레인지의 에너지 효율은 약 90%로 에너지 효율이 30 ~ 40%인 가스레인지, 하이라이트(Hi-Light) 레인지, 핫플레이트(Hot Plate)에 비해 상당히 우수하고 화재위험성이 거의 없고 유해가스가 방출되지 않기 때문에 친환경, 고품격 조리 기구로 각광받고 있으며 대형 음식점, 호텔 등을 중심으로 점차 확산 되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 인덕션 레인지의 회로를 나타낸 개략도이다.

도 1을 참조하면, 먼저 교류 자속을 발생시켜 피가열체를 가열하는 구리 코일(10)이 구비되고, 구리 코일(10)은 교류 자속을 발생시키기 위한 자기 회로(20) 와 연결된다.

다음으로, 자기 회로(20)는 정류기(30) 및 EMI 필터(40)를 포함하는 전력회로와 연결되고, 전력회로는 교류 전원(50) 공급 장치와 연결된다.

여기서, 인덕션 레인지의 가장 중요한 부분인 구리 코일(10)은 인덕터(Inductor)라고도 하며, 여러 가닥의 구리선(에나멜선)이 나선형으로 감긴 구조를 취하고 있다.

인덕션 레인지는 다음과 같은 세 가지 원리에 의해 피가열체(조리용기)를 가열한다.

1) 암페어 법칙 : 시간에 따라 변화하는 전기장은 자기장을 발생시킨다.

H : 자기장 세기(Magnetic field intensity)

J : 전류밀도 (Electric current density)

D : 변위전류 또는 전기력선속밀도 (Displacement current or Electric flux density)

t : 시간

상기 암페어의 법칙에 의해 구리 코일에 전기장이 인가되면 구리 코일은 자기장을 발생시키고, 이러한 자기장은 구리 코일 상부에 위치하는 피가열체의 내부 에 와류 전류를 발생시킨다.

피가열체가 철 또는 니켈과 같은 도체라면 다음의 패러데이-렌츠 법칙에 의해 구리 코일에서 생성된 자기장에 의해 피가열체의 내부에 와전류(Eddy current)가 생성된다.

2) 패러데이-렌츠 법칙 : 시간에 따라 변화하는 자기장은 도체에 기전력(EMF, Electro Motive Force)을 발생시킨다.

E : 전기장 세기 (Electro field intensity)

B : 자기력선속 세기 (Magnetic flux intensity)

t : 시간

여기서 와전류는 다른 말로 맴돌이 전류라고 하는데, 도체 내부를 지나는 자기력선속의 변화로 인해서 생기는 전류이다. 그런데, 전류는 도체 내부에서 소용돌이 모양으로(닫힌 경로) 흐르기 때문에 맴돌이 전류라고 하며, 피가열체 내에 존재하는 자체 저항에 의해 열이 발생하는 것이다.

3) 줄 열(Joule's Heat) : 저항이 큰 도선에 전류를 흘리면 열이 발생한다.

전위차가 V인 두 지점 사이를 전하 q가 이동할 때 하는 일은 다음과 같다.

(여기서, 분모에 4.2가 들어간 것은 J을 cal로 바꾸어 주기 위한 것이다. 1cal = 4.2J)

Q : 열량 (단위 : cal)

W : 전하가 이동하며 한 일 (단위 : J)

V : 전압

q : 전하

I : 전류

R : 저항

t : 시간

이러한 세가지 원리에 의해 조리용기가 가열된다.

도 2는 종래 기술에 따른 인덕션 레인지를 나타낸 단면도를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 2를 참조하면, 구리 코일(15) 상부에 피가열체(35)를 올려놓을 수 있는 상판(25)이 구비된다. 다음으로, 구리 코일(15)의 하부에는 구리 코일(15)을 포함하는 상부 구조물과, 전원공급부(55)를 포함하는 하부 구조물을 이격시키는 히터베이스(45)가 구비된다. 그 다음에는, 상판(25), 구리코일(15), 히터베이스(45) 및 전원공급부(55) 사이에 구비되는 각각의 이격 공간에 공기를 순환시켜 구리 코 일(15) 및 전원공급부(55)들이 냉각되도록 하는 냉각팬(65)을 포함하는 구조로 인덕션 레인지가 형성된다.

여기서, 상판(25)에 올려지는 피가열체(35)가 가열되면서 발생하는 열이 구리 코일(15) 및 전원공급부(55)까지 전달되면서, 문제를 일으킬 수 있다. 즉, 인덕션레인지 내부가 열적으로 충격을 받게 되고 불안정해질 수 있는 것이다.

특히, 전원공급부(55)는 자기 회로 및 전력 회로의 정류기들을 포함하게 되는데, 여기에서도 열이 발생되고, 구리 코일(15) 자체적으로도 열이 많이 발생하기 때문에 인덕션 레인지 내부의 온도가 지나치게 높아질 위험이 있는 것이다.

이를 해결하기 위하여, 냉각팬(65)의 크기를 증가시키거나, 인덕션 레인지 내부에 방열판을 형성하는 방법이 제안되고 있으나, 이 경우 제품의 크기가 불필요하게 증가하는 문제가 있다.

또한, 냉각 효율을 향상시키기 위한 방법으로 냉각팬의 크기를 증가시킬 경우 공랭식 냉각방법 특성상 먼지들이 인덕션 레인지 내부로 더 쉽게 유입될 수 있다. 이러한 먼지들이 구리 코일에 쌓이게 되면 먼지 입자들에 의해 단락 및 오작동과 같은 고장이 발생할 수 있다.

그리고, 냉각 팬이 노후 될수록 추가적인 소음과 진동이 발생하는 문제가 있다. 이러한 원인으로 발생하는 A/S 건수가 전체의 70%이상을 차지하고 있으므로 시급한 개선이 요구되고 있는 실정이다.

상술한 문제를 해결하기 위하여, 산업체 또는 공장에서 금속의 부분적 열처리에 사용되는 유도 가열 장치의 구리 코일은 수랭식으로 냉각하는 방법을 사용하 고 있으나, 주방 조리기구용으로 제조된 인덕션 레인지 내부에는 수냉 장치를 설치하기엔 공간이 협소하고 추가적인 유지 및 보수가 필요하며 개별 단가가 상승하기 때문에 부적합한 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 코일과 상판 사이에 직접적인 열전달이 이루어지지 않도록 하고, 그 사이의 공간을 외부 공기와 순환시켜 냉각시키는 상판 단열 구조를 구비한 인덕션 레인지를 제공하고자 한다.

본 발명의 목적은 상판의 열기가 코일로 전달되는 것을 차단하여 코일을 보호하는 인덕션 레인지를 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 코일의 열손상을 방지하여 내구성과 안전성을 향상시킨 상판 단열 구조를 구비한 인덕션 레인지를 제공함에 있다.

본 발명은 전류의 흐름에 따라 자계를 형성하는 코일; 상기 코일의 상부에 형성되며 피가열체가 놓여지는 상판; 및 상기 코일과 상판사이에 배치되어, 상기 상판 하부의 공간을 구획하도록 형성되어 상기 상판과 코일 사이에서 직접적인 열전달이 이루어지지 않도록 차단하는 블로커를 포함하는 인덕션 레인지를 제공한다.

상기 블로커는 상판을 향해 돌출된 복수개의 돌기를 구비하여, 상기 상판의 처짐을 방지하고, 상기 상판과 블로커 사이에 일정 공간이 확보되도록 하는 것을 특징으로 하는 인덕션 레인지.

상기 블로커는 상판의 온도를 측정하기 위한 온도센서가 장착되기 위한 관통공을 구비하며,

상기 상판과 상기 블로커 사이의 공간의 공기와 외부의 공기가 소통할 수 있도록 소통공을 구비하는 것이 바람직하다.

상기 소통공은 가열된 공기가 배출될 수 있도록 상부에 형성되는 배기공과, 외부의 공기가 흡입될 수 있도록 하부 또는 측면에 형성되는 흡기공으로 형성될 수 있으며, 상기 상판과 상기 블로커 사이 공간의 공기를 외부 공기와 강제로 순환시키기 위한 냉각팬을 더 포함할 수도 있다.

본 발명에 따른 인덕션 레인지는 코일과 상판 사이에 블로커를 구비하여, 상판과 코일 사이의 직접적인 열전달을 감소시키고, 블로커와 상판 사이에 외부의 공기를 소통시킴으로써 코일의 열손상을 방지하는 구조를 제공한다.

따라서, 코일의 가열을 방지할 수 있고 내구성과 안정성이 향상된 인덕션 레인지를 제공하는 효과를 가져온다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인덕션 레인지의 수직구조를 나타낸 단면도이다.

도 3을 참조하면, 인덕션 레인지는 피가열체(130)가 올려지는 상판(120)과, 상판의 하부에 형성되는 박스 형상의 외부케이스(170)의 내부에 구성부품들이 내장되어 있다.

상판(120)은 통상 전자기 유도에 의하여 가열되지 않는 강화유리 소재가 사용된다.

인덕션 레인지의 중심부에는 피가열체를 유도가열하기 위한 코일(100)이 형성된다. 이때, 코일(100)은 일반적인 구리(Cu) 코일이 사용될 수도 있고, 구리에 절연성 소재가 코팅된 재료를 사용할 수도 있다. 이러한 코일들의 형태는 유도 가열 효과 향상 및 코일 자체에서 발생하는 열을 방출하기 위한 형태의 것들로, 이들에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다.

다음으로, 코일(100)에 전원을 인가하는 전원공급부(150)가 형성된다. 여기에서도, 전원공급부(150)는 인덕션 레인지의 내부 공간을 고려하여 통상 코일(100)의 하부에 형성되며, 전원공급부(150)에서 발생하는 열을 방열하기 위한 별도의 방열판 등이 포함될 수 있다.

그 다음으로, 코일(100) 및 전원공급부(150)의 사이에 히터베이스(140)가 형성된다. 여기서, 히터베이스(140)는 코일(100)을 지지하는 지지대의 역할을 하면서, 코일(100)이 형성된 영역과 전원공급부(150)가 형성된 영역을 분리시키는 역할을 한다. 전원공급부(150)에는 열에 전자부품들이 포함되어 있으므로 방열 및 단열을 위해 공간을 분리하는 것이다.

그 다음으로, 코일(100), 히터베이스(140) 및 전원공급부(150)의 측면에는 냉각팬(160)이 형성되어 코일(100) 및 전원공급부(150)가 각각 냉각될 수 있는 구조가 되도록 한다.

냉각팬(160)은 외부공기를 인덕션 레인지 내부로 공급하거나 내부의 열기를 외부로 배출하여 인덕션 레인지 내부의 부품들을 냉각시킨다.

또한, 본 발명은 코일(100)과 상판(120)의 사이에 블로커(110)를 구비한다. 블로커(110)는 상판(120) 하부의 공간을 코일(100)에서 분리한다. 이때, 상판(120)과 블로커(110)의 사이의 측면의 도시된 바와 같이 외부케이스(170)에 의하여 감싸질 수 있다.

도시된 바와 같이, 블로커(110)와 코일(100)을 이격시켜 블로커(110)와 코일(100) 사이에 공기층을 형성할 수도 있다. 형성된 공기층은 블로커(110)와 코일(100) 사이의 직접적인 열전달을 차단하는 단열층으로서의 역할을 수행하며, 또한 공기층의 공기가 블로커(110)와 상판(120) 사이의 공기와 마찬가지로 순환하며 코일(100)을 냉각할 수도 있다.

상판(120) 위에 피가열체(130)가 놓여지면, 코일(100)에서 발생하는 유도전류에 의해서 피가열체가(130)가 가열된다. 아울러 피가열체(130)의 열은 상판(120)으로 전달되고, 상판(120)의 열은 복사, 대류, 전도에 의하여 코일(100)로 전달된다. 종래에는 코일(100)과 상판(120) 사이에 단순히 단열재를 구비하는 정도의 구성을 가지고 있었으나, 본 발명에 따른 블로커(110)는 단열재의 역할을 수행함과 동시에 상판(120) 하부의 공간을 분리하는 역할을 수행한다.

블로커(110)와 상판(120) 사이의 공기는 외부공기와 자연대류에 의하여 순환하거나, 냉각팬에 의하여 강제순환됨으로써 블로커(110)를 냉각시켜준다.

다시 말해, 종래에 단순히 단열재를 구비하던 상판(120)과 코일(100) 사이의 공간을 단열성능을 가지는 블로커(110)로 구획하고, 구획된 공간에 외부공기를 순환시킴으로써 냉각성능을 더욱 향상시킨 것이다.

따라서, 본원발명은 고온에 의한 코일(100) 손상을 감소시켜 인덕션 레인지의 내구성과 안정성을 향상시키는 효과를 가져온다.

아울러, 본 발명에서 적용되는 블로커(110)는 유도가열에 영향을 받지 않는 합성수지 재질을 사용하며, 단열재로서의 역할을 수행하기 위해 낮은 열전도도와 소정의 내열성이 요구된다. 바람직하게는 0.05W/mK 이하의 열전도도를 갖고, 100℃ ~ 400℃의 온도에서 내열성을 갖는 합성수지 재질을 사용한다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 인덕션 레인지의 수직구조를 나타낸 단면도이다.

도시된 바와 같이, 제 2 실시예에 따른 인덕션 레인지는 블로커(110)의 중앙에 관통공(112)을 구비한다. 관통공(112)에는 온도센서(113)가 장착되어 상판(120)에 접촉하여 온도를 측정하게 된다.

또한, 블로커(110)의 상부면에는 상판(120)에 되도록 돌출 형성된 복수개의 돌기(115)가 구비된다. 상판(120)의 위에는 피가열체가 올려지는데 피가열체의 중 량이 무거운 경우(들통에 곰국을 끌이는 경우에는 중량이 20kg를 초과하기도 한다.)에는 상판(120)이 쳐질 수 있기 때문에, 블로커(110)의 상면에 복수개의 돌기(115)를 구비하여 상판(120)과 블로커(110) 사이의 공간을 일정하게 확보하고 상판(120)의 처짐을 방지하는 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 인덕션 레인지의 공기순환구조를 나타낸 단면도이다.

본 발명에 따른 인덕션 레인지는 상판(120)과 블로커(110) 사이의 공간은 내부의 다른 공간과는 구별된 별도의 독립공간으로 구성되며, 외부 공기와 자연대류 혹은 강제순환 할 수 있도록 된다. 본 실시예는 이 중 자연대류로 외부 공기가 유입되어 냉각되는 구조이다.

도시된 바와 같이, 상판(120)과 블로커(110) 사이에 구획되는 공간은 외부와 소통의 공기가 출입할 수 있는 소통공(117a, 117b)을 구비한다. 소통공(117a,117b)을 통해서 외부 공기가 상판(120)과 블로커(110) 사이 공간으로 유입되거나, 상판(120)과 블로커(110)의 사이에서 가열된 공기가 외부로 배출된다. 소통공(117a,117b)은 상판(120), 외부케이스(170) 또는 블로커(110)에 형성될 수 있으며, 이들이 연결되는 부분에 형성될 수도 있다.

제 3 실시예와 같이, 자연대류 방식으로 공기를 소통시키는 경우 복수개의 소통공(117a, 117b)을 구비하고, 일부의 소통공(117a)은 흡기공으로 작용하고 일부의 소통공(117b)은 배기공으로 작용할 수 있는 것이 바람직하다.

가열된 공기는 부피가 팽창하여 상승하게 되므로, 배기공의 역할을 수행하기 위해서는 도면의 117b 소통공 처럼 상부에 배치되는 것이 바람직하며, 흡기공의 역할을 수행하기 위해서는 도면의 117a 소통공 처럼 하부에 배치되는 것이 바람직하다.

그러나, 내부의 공기가 가열되면 팽창에 의해서 자연히 외부로 배출되기도 하므로, 복수개의 소통공을 동일한 높이에 배치하는 것도 가능하다.

도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 인덕션 레인지의 공기순환구조를 나타낸 단면도이고, 도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 인덕션 레인지의 공기순환구조를 나타낸 단면도이다.

앞선 제 3 실시예의 경우 자연대류에 의한 공기 순환 방식을 취하였으나, 보다 높은 냉각효과를 얻기 위해서는 냉각팬을 이용하여 강제순환 시키는 것이 바람직하다.

제 4 실시예는 하나의 냉각팬을 이용하여 전원공급부(150)와 상판(120)과 블로커(110) 사이 공간을 동시에 냉각시킬 수 있는 구조이다. 즉 제 4 실시예는 전원공급부(150)의 냉각을 위해 구비되는 냉각팬(162)의 설치 위치를 변경하여 상판(120)과 블로커(110) 사이 공간의 공기까지 강제 순환시키는 것이다.

반면에, 제 5 실시예는 상판(120)과 블로커(110) 사이 공간을 냉각하기 위한 별도의 냉각팬(165)을 구비하는 구조이다. 별도의 전용 냉각팬(165)을 구비하는 냉각효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

냉각팬은 외부의 공기를 인덕션 레인지 내부로 불어 넣거나, 인덕션 레인지 내부의 공기를 외부로 배기하도록 동작함으로써 강제적으로 인덕션 레인지 내부의 가열된 공기와 상대적으로 온도가 낮은 외부 공기가 혼합되도록 순환시킴으로써 인덕션 레인지 내부 부품들을 냉각시키게 된다.

따라서, 인덕션 레인지의 내부 부품들의 열에 의한 손상을 방지할 수 있게 되어 안정성과 내구성이 향상된 인덕션 레인지를 제공할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 인덕션 레인지의 회로를 나타낸 개략도,

도 2는 종래 기술에 따른 인덕션 레인지를 개략적으로 나타낸 단면도,

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인덕션 레인지의 수직구조를 나타낸 단면도,

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 인덕션 레인지의 수직구조를 나타낸 단면도,

도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 인덕션 레인지의 공기순환구조를 나타낸 단면도,

도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 인덕션 레인지의 공기순환구조를 나타낸 단면도,

도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 인덕션 레인지의 공기순환구조를 나타낸 단면도임.

* 도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명 *

100 : 코일 110 : 블로커

120 : 상판 130 : 피가열체

140 : 히터베이스 150 : 전원공급부

160, 162, 165 : 냉각팬 170 : 외부케이스

Claims (9)

1. 삭제
2. 전류의 흐름에 따라 자계를 형성하는 코일;

   상기 코일의 상부에 형성되며 피가열체가 놓여지는 상판; 및

   상기 코일과 상판사이에 배치되어, 상기 상판 하부의 공간을 구획하도록 형성되어 상기 상판과 코일 사이에서 직접적인 열전달이 이루어지지 않도록 차단하는 블로커;를 포함하며,

   상기 블로커는 0.05W/mK 이하의 열전도도를 갖고, 100℃ ~ 400℃의 온도에서 내열성을 갖는 합성수지 재질로 이루어지며, 상판을 향해 돌출된 복수개의 돌기를 구비하여, 상기 상판의 처짐을 방지하고 상기 상판과 블로커 사이에 일정 공간이 확보되도록 하고,

   상기 상판과 상기 블로커 사이 공간의 공기와 외부 공기가 소통할 수 있도록 소통공을 구비하며,

   상기 소통공은 가열된 공기가 배출될 수 있도록 상부에 형성되는 배기공과, 외부의 공기가 흡입될 수 있도록 하부 또는 측면에 형성되는 흡기공을 포함하며,

   상기 상판과 상기 블로커 사이 공간의 공기를 외부 공기와 강제로 순환시키기 위한 냉각팬을 포함하는 인덕션 레인지.
3. 삭제
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 블로커는 상판의 온도를 측정하기 위한 온도센서가 장착되기 위한 관통공을 구비하는 것을 특징으로 하는 인덕션 레인지.
5. 삭제
6. 삭제
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8. 삭제
9. 삭제

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