KR101912018B1 - 전자 유도 가열 조리기 및 그의 동작 방법 - Google Patents

전자 유도 가열 조리기 및 그의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기는 상부에 조리기기가 위치할 수 있는 상판 글래스, 상판 글래스의 하부에 위치하며, 전류가 흐름에 따라 자력선을 발생시키는 가열 코일, 가열 코일의 하부에 위치하며, 가열 코일에서 발생한 자력선 또는 외부에서 발생한 전자기장이 전자 유도 가열 조리기의 내부 회로에 미칠 수 영향을 차폐하는 페라이트 및 자력선을 조리기기로 집중시키기 위한 메타 물질을 포함한다.

Description

전자 유도 가열 조리기 및 그의 동작 방법{INDUCTION HEAT COOKING APPARATUS AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 전자 유도 가열 조리기 및 그의 동작 방법에 관한 것이다.
최근에는 전기레인지의 시장 규모가 점차 확대되는 추세이다. 이는, 전기레인지의 경우 연소 과정에서 일산화탄소를 발생시키지 않고, 가스 누출이나 화재 등 안전사고의 위험이 낮기 때문이다.
한편, 전기레인지는 전기저항이 큰 니크롬선을 이용하여 전기를 열로 전환하는 하이라이트 방식과, 자기장을 발생시켜 전자유도가열방식을 통해 열을 가하는 인덕션 방식이 있다.
전자 유도 가열 조리기는 인덕션 방식에 따라 동작하는 전기레인지를 의미할 수 있다. 전자 유도 가열 조리기의 구체적인 작동 원리를 설명하면 아래와 같다.
일반적으로, 전자 유도 가열 조리기는 내부에 구비된 워킹 코일(Working Coil) 또는 가열코일에 고주파의 전류를 흐르게 한다. 워킹 코일 또는 가열코일에 고주파의 전류가 흐르면 강력한 자력선이 발생하게 된다. 워킹 코일 또는 가열코일에서 발생한 자력선은 조리용기를 통과할 때 와류전류(Eddy Current)를 형성하게 된다. 따라서, 조리용기에 와류전류가 흐름에 따라 열이 생성되어 용기 자체를 가열시키고, 용기가 가열됨에 따라 용기 안의 내용물을 가열시킨다.
위와 같이, 전자 유도 가열 조리기는 조리용기 자체에 열을 유도시켜 내용물을 가열하는 원리를 이용한 전기조리 장치이다. 전자 유도 가열 조리기를 이용하면 산소를 소모하지 않고, 폐가스를 배출하지 않아 실내공기 오염을 줄일 수 있다. 또한, 전자 유도 가열 조리기는 에너지 효율과 안정성이 높으며, 용기 자체를 가열시키기 때문에 화상의 위험이 낮다.
한편 전자 유도 가열 조리기의 효율은 워킹 코일 또는 가열코일에서 발생하는 자력선 대비 조리용기를 통과하는 자력선의 양에 의해 결정된다. 즉, 워킹 코일 또는 가열코일에서 발생한 자력선 중 가능한 한 많은 자력선이 조리용기를 통과할수록 전자 유도 가열 조리기의 효율이 높아진다.
따라서, 워킹 코일 또는 가열코일에서 발생한 자력선 중 조리용기의 저항성분과 쇄교하는 자속을 증가시키고, 누설 자속을 감소시킬수록 전자 유도 가열 조리기의 효율이 높아질 것이다.
본 발명의 과제는, 전자 유도 가열 조리기의 에너지 효율을 높이고자 한다. 구체적으로, 가열 코일에서 발생하는 자력선과 관련하여 조리용기와 쇄교하는 자속을 증가시키고, 누설 자속을 감소시킨 전자 유도 가열 조리기를 제공하고자 한다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 전자 유도 가열 조리기는, 누설 자속을 감소시키고, 가열 코일에서 발생한 자력선을 조리 용기로 집중시키기 위한 메타 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 메타 물질에 의해 가열 코일에서 발생한 자력선이 조리용기로 집중되는 효과가 있다. 이에 따라, 가열 코일에서 동일 양의 자력선이 발생하더라도 메타 물질을 포함한 전자 유도 가열 조리기의 경우 조리용기를 빠르게 가열시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 전자 유도 가열 조리기의 동작 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 3은 종래 기술에 따른 전자 유도 가열 조리기의 회로도를 설명하는 도면이다.
도 4는 종래 기술에 따른 전자 유도 가열 조리기의 작동 원리를 나타내는 측면 단면도이다.
도 5는 종래 기술에 따른 전자 유도 가열 조리기에서 발생한 자력선의 흐름을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질을 설명하기 위한 예시 도면이다.
도 7은 전자기파가 일반적인 매질을 통과하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 8은 전자기파가 메타 물질을 통과하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기의 측면 단면도이다.
도 10은 메타 물질을 통과하지 않는 경우 자력선의 진행 모습을 나타내는 도면이다.
도 11은 메타 물질을 통과하는 경우 자력선의 진행 모습을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기에 의한 자력선의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기의 측면 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기의 측면 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기의 측면 단면도이다.
이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시 예들뿐만 아니라 특정 실시 예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서의 청구범위에서, 상세한 설명에 기재된 기능을 수행하기 위한 수단으로 표현된 구성요소는 예를 들어 상기 기능을 수행하는 회로 소자의 조합 또는 펌웨어/마이크로 코드 등을 포함하는 모든 형식의 소프트웨어를 포함하는 기능을 수행하는 모든 방법을 포함하는 것으로 의도되었으며, 상기 기능을 수행하도록 상기 소프트웨어를 실행하기 위한 적절한 회로와 결합된다. 이러한 청구범위에 의해 정의되는 본 발명은 다양하게 열거된 수단에 의해 제공되는 기능들이 결합되고 청구항이 요구하는 방식과 결합되기 때문에 상기 기능을 제공할 수 있는 어떠한 수단도 본 명세서로부터 파악되는 것과 균등한 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함을 고려하여 부여되는 것으로서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기를 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 1은 전자 유도 가열 조리기의 동작 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 전자 유도 가열 조리기는 상판 글래스(2) 및 가열 코일(3)을 구비할 수 있다.
상판 글래스(2)는 조리용기(1)가 전자 유도 가열 조리기 상에 위치하는 경우 조리 용기(1)를 지지하는 역할을 한다. 따라서, 상판 글래스(2)의 상부에는 조리용기(1)가 위치할 수 있다. 한편, 상판 글래스(2)는 강화유리로 형성되어, 전자 유도 가열 조리기의 내부를 외부로부터 보호하는 역할을 한다.
상판 글래스(2)의 하부에는 가열 코일(3)이 위치할 수 있다.
가열 코일(3)은 전자 유도 가열 조리기의 전원 온/오프에 따라 전류가 흐르거나 흐르지 않을 수 있다. 또한, 전자 유도 가열 조리기의 화력이 조절됨에 따라 가열 코일(3)을 흐르는 전류의 양은 달라질 수 있다.
가열 코일(3)에 전류가 흐르는 경우 가열 코일(3)의 내부와 주위에 자기장(4)이 발생할 수 있다. 이 때, 자기장(4)의 방향은 전류의 방향에 의해 결정된다. 그러므로 가열 코일(3)에 교류를 흘리게 되면 자기장(4)의 방향은 교류의 주파수만큼 변환된다. 예를 들어, 가열 코일(3)에 60Hz의 교류를 흘리면 자기장(4)의 방향이 1초에 60번 변환하게 된다.
가열 코일(3)에서 발생한 자기장(4) 중 일부는 조리용기(1)를 통과할 수 있다. 자기장(4)이 조리용기(1)를 통과하는 경우 조리용기(1)의 재질에 포함된 저항성분에 의해 와류 전류(5)가 발생한다. 완류 전류(5)는 조리용기(1) 자체를 발열시키고, 이 열은 전도열에 의해 조리용기(1)의 내부까지 전달된다. 이에 따라, 조리용기(1)의 내용물이 조리되는 방식으로 동작한다. 이와 같이 자기장(4)에 의해 와류 전류(5)가 발생하기 위해서는, 조리용기(1)는 스테인리스 계열 혹은 법랑이나 주철 용기 같은 금속 재질 용기여야 한다.
전자 유도 가열 조리기는 상판 글래스(2) 및 가열 코일(3) 외에 페라이트(미도시) 등의 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
다음으로, 도 2 내지 도 3은 종래 기술에 따른 전자 유도 가열 조리기의 회로도를 설명하는 도면이다.
구체적으로, 도 2는 두 개의 인버터 및 두 개의 가열 코일을 포함하는 전자 유도 가열 조리기의 회로도를 나타낸 것이고, 도 3은 한 개의 인버터 및 두 개의 가열 코일을 포함하는 전자 유도 가열 조리기의 회로도를 나타낸 것이다.
유도 가열 전기조리기에 이용되는 인버터는 가열코일에 고주파의 전류가 흐르도록 가열코일에 인가되는 전압을 스위칭하는 역할을 한다. 인버터는 통상 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)로 이루어진 스위칭 소자를 구동시킴으로써 고주파의 전류를 가열코일에 흐르도록 하여 가열코일에 고주파 자계가 형성하도록 한다.
이와 같은 전자 유도 가열 조리기에 2개의 가열 코일이 구비되는 경우, 상기 2개의 가열 코일을 동시 동작시키기 위해서는, 두 개의 인버터가 필요로 한다. 또한, 상기 전자 유도 가열 조리기에 2개의 가열 코일이 구비되지만, 인버터가 한 개로 구성되는 경우에는 별도의 스위치를 두어, 상기 2개의 가열 코일 중 어느 하나의 가열 코일만을 선택적으로 동작시킨다.
도 2를 참조하면, 전자 유도 가열 조리기는, 정류부(10), 제 1 인버터(20), 제 2 인버터(30), 제 1 가열 코일(40), 제 2 가열 코일(50), 제 1 공진 커패시터(60) 및 제 2 공진 커패시터(70)를 포함한다.
제 1 및 제 2 인버터(20, 30)는 입력되는 전원을 스위칭하는 스위칭소자와 직렬로 연결되고, 이 스위칭소자의 출력전압에 의해서 구동되는 제 1 및 제 2 가열코일(40, 50)이 직렬 연결된 스위칭소자의 접속점에 연결되어 있다. 그리고, 제 1 및 제 2 가열코일(40, 50)의 다른 일측은 공진 커패시터(60, 70)에 연결된다.
스위칭소자의 구동은 구동부에 의해서 이루어지며, 구동부에서 출력되는 스위칭시간에 제어되어 스위칭소자가 서로 교호로 동작하면서 가열코일로 고주파의 전압을 인가한다. 그리고, 구동부로터 인가되는 스위칭소자의 온/오프 시간은 점차 보상되는 형태로 제어되기 때문에 가열코일에 공급되는 전압은 저전압에서 고전압으로 변한다.
하지만, 이와 같은 전자 유도 가열 조리기는, 두 개의 가열 코일을 동작시키기 위해서는 두 개의 인버터 회로가 포함되어야 하며, 이에 따라 제품 부피가 커질 뿐 아니라, 제품 가격이 상승하는 문제점이 있다.
도 3을 참조하면, 전자 유도 가열 조리기는, 정류부(110), 인버터(120), 제 1 가열 코일(130), 제 2 가열 코일(140), 공진 커패시터(150) 및 스위치(160)를 포함한다.
도 3에 도시된 전자 유도 가열 조리기는 한 개의 인버터(120)를 이용하여 두 개의 제1 및 제 2 가열 코일(130, 140) 중 어느 한 개의 가열 코일만을 선택적으로 구동시킨다.
상기 구동되는 가열 코일의 선택은 상기 스위치(160)의 동작에 의해 이루어진다.
하지만, 이와 같은 전자 유도 가열 조리기는, 별도의 스위치(160)에 의해 상기 가열 코일의 선택이 이루어짐으로써, 상기 스위치(160)의 동작에 의한 소음이 발생하고, 상기 두 개의 가열 코일(130, 140) 중 어느 하나의 가열 코일만이 동작하거나, 상기 두 개의 가열 코일(130, 140)이 서로 교대로 동작하기 때문에, 출력이 저하되는 문제점이 있다.
다음으로, 도 4는 종래 기술에 따른 전자 유도 가열 조리기의 작동 원리를 나타내는 측면 단면도이다.
도 4를 참조하면, 종래 기술에 따른 전자 유도 가열 조리기는 상판 글래스(202), 가열 코일(203) 및 페라이트(Ferrite, 204)를 포함한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전자 유도 가일 조리기는 상판 글래스(202) 최상부에 위치하고, 상판 글래스(202)의 하부에 가열 코일(203)이 위치하고, 가열 코일(203)의 하부에 페라이트(204)가 순서대로 위치하는 구조로 형성될 수 있다.
상판 글래스(202)는 앞에서 설명한 바와 마찬가지로, 조리기기(1)를 지지할 수 있다. 따라서, 상판 글래스(202)의 상부에는 조리기기(1)가 위치할 수 있다.
상판 글래스(202)에 의해, 조리기기(1)와 가열 코일(203)이 직접적으로 접촉되지 경우를 방지할 수 있다. 따라서, 조리기기(1) 또는 가열 코일(203)이 열 손상또는 마찰 손상되는 경우를 방지할 수 있다.
가열 코일(203)은 스위칭 소자의 구동에 따라 전류가 흐르거나 전류가 흐르지 않을 수 있다. 가열 코일(203)에 전류가 흐르는 경우 자력선이 발생한다. 발생한 자력선 중 일부는 조리기기(1)를 통과하고, 일부는 조리기기(1)를 통과하지 못하고 누설될 수 있다. 이와 같은 자력선의 경로에 대해서는 도 5를 통해 자세히 설명하기로 한다.
페라이트(204)는 전자 유도 가열 조리기의 내부 회로를 보호하기 위한 구성요소이다. 구체적으로, 페라이트(204)는 가열 코일(203)에서 발생한 자력선 또는 외부에서 발생한 전자기장이 전자 유도 가열 조리기의 내부 회로에 미치는 영향을 차단하는 차폐 역할을 한다.
이를 위해, 페라이트(204)는 투자율(permeability)이 매우 높은 물질로 형성될 수 있다. 따라서, 페라이트(204)는 전자 유도 가열 조리기의 내부로 유입되는 자력선이 방사되지 않도록 방지하고, 페라이트(204)를 통해 흐르도록 유도하는 역할을 한다.
다음으로 도 5는 종래 기술에 따른 전자 유도 가열 조리기에서 발생한 자력선의 흐름을 설명하는 도면이다.
도 4에서 설명한 바와 같이, 전자 유도 가열 조리기는 상판 글래스(202), 가열 코일(203) 및 페라이트(204)로 구성될 수 있다.
이 때, 조리기기(1)를 가열시키기 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 상판 글래스(202)의 상부에 조리기기(1)가 위치할 수 있다.
가열 코일(203)은 스위칭 소자의 구동에 의해 전류가 흐를 수 있다. 가열 코일(203)은 전류가 흐름에 따라 자기장을 발생시킬 수 있다.
가열 코일(203)에서 발생한 자기장은 도 5에 도시된 제1 자력선(500)과 같을 모습으로 이동할 수 있다.
구체적으로, 도 5에 도시된 제1 자력선(500)을 참조하면, 가열 코일(203)에서 발생하는 제1 자력선(500) 중 일부는 조리기기(1)를 통과하고, 일부는 조리기기(1)를 통과하지 못하고 누설될 수 있다. 조리기기(1)를 통과하지 못하고 누설되는 제1 자력선(500)은 상판 글래스(202)만을 통과하여 이동하거나 상판 글래스(202)까지 미치지 못하고 이동할 수 있다.
조리기기(1)를 통과하거나 통과하지 못하고 이동한 제1 자력선(500)은 페라이트(500)를 통해 흐르게 된다. 이에 따라, 제1 자력선(500)이 전자 유도 가열 조리기의 내부 회로에 미치는 영향을 차폐할 수 있다.
한편, 가열 코일(203)에서 발생한 제1 자력선(500)의 전부가 조리기기(1)를 통과하지 못하고, 일부만이 조리기기(1)를 통과함에 따라 전자 유도 가열 조리기의 효율이 떨어질 수 있다. 즉, 가열 코일(203)에서 발생한 제1 자력선(500)의 일부가 조리기기(1)를 통과하지 못하고 누설됨에 따라, 전자 유도 가열 조리기의 효율이 떨어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 가열 코일(203)에서 발생하는 제1 자력선(500) 중 조리기기(1)를 통과하는 자력선을 증가시키고, 누설되는 자력선을 감소시키고자 한다.
이에, 본 발명의 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기는 메타 물질을 포함할 수 있다.
다음으로 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질을 설명하기 위한 예시 도면이다.
메타 물질(Metamaterial)은 아직 자연에서 발견되지 않은 특성을 가지도록 설계되어, 인공적으로 만들어진 구조물이다. 구체적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질은 음의 굴절률을 갖도록 형성될 수 있다.
메타 물질은 플라스틱, 금속과 같은 일반적인 물질로부터 형성된 복합 요소의 집합체로 구성된다. 일반적으로, 메타 물질은 단위 셀(Unit Cell)이 반복적인 패턴으로 배열되어 구성되고, 단위 셀들이 배열된 패턴에 따라 메타 물질의 특성이 결정된다. 즉, 메타 물질(600)의 모양, 기하학적 구조, 크기, 방향 및 배열이 메타 물질(600)의 특성을 결정한다.
예를 들어, 메타 물질은 음의 굴절률을 갖도록 단위 셀들이 배열되는 패턴으로 형성될 수 있다. 즉, 메타 물질(600)의 유전율 또는 투자율이 음수가 되도록 인공적으로 구성될 수 있다.
구체적으로, 메타 물질은 기판 상에 단위 셀(601)이 도 6에 도시된 바와 같이 반복적으로 배열되어 구성될 수 있다. 단위 셀(601)은 그래핀(graphene)과 같은 반금속(semi-metal) 성분과 음, 금, 알루미늄, 구리, 니켈과 같은 금속 성분으로 이루어진 도전층들을 포함할 수 있다. 단위 셀(601)은 반금속 성분만으로 구성될 수 있고, 단위 셀(601)은 반금속 성분과 금속 성분이 개별적으로 구성될 수 있고, 혼용되어 사용될 수도 있다.
단위 셀(601)은 소정의 전자기파 파장대에 대해 음의 굴절률을 갖는 나노패턴으로서 크기, 두께 및 개수가 조절될 수 있다. 예를 들어, 단위 셀(601)은 가시광 영역의 전자기파의 파장보다 현저히 작은 크기를 가질 때, 각각의 단위 셀(601)에 의한 회절 및 산란을 억제하여 균일한 굴절률을 가지게 되며, 가시광선 파장 영역에서 특정의 크기, 두께 및 개수에 대하여 음의 굴절률을 가질 수 있다.
이때, 단위 셀(601)로 구성된 메타물질 구조는 내부에서 전파하는 전자기파의 위상속도(phase velocity)의 방향이 광에너지의 전파방향과 반대가 되는 음의 굴절률을 가질 뿐만 아니라, 실제로 공기 또는 유전체에서 단위 셀(601)로 입사하는 전자기파를 반대방향으로 굴절시켜 음굴절 현상을 나타내게 된다. 단위 셀(601)은 기판과 평행한 방향으로 간격이 조절될 수 있다. 단위 셀(601)은 기판에 평행한 방향으로 사각 격자 또는 삼각 격자 모양으로 배열될 수 있다. 단위 셀(601)은 각기 200nm 내지 약 600nm 정도의 직경 내에서 2개 이상의 고리들을 포함할 수 있다. 단위 셀(601)은 약 500nm 내지 약 800nm 정도의 간격으로 배열될 수 있다. 단위 셀(601) 각각의 고리들은 약 10nm 내지 약 40nm 정도의 선 폭을 갖고, 약 4nm 내지 약 50nm 정도의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 단위 셀(601)은 약 25nm의 선폭을 가질 때, 약 400nm 내지 약 650nm정도의 파장 영역 내에서 적어도 하나의 단일 파장대의 전자기파에 대해 음의 굴절률을 가질 수 있다.
기판(10)은 쿼츠 또는 글래스 중 적어도 하나를 포함하는 평판 기판, 또는 PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), COC(cycloolefin copolymer), PET(polyethylene terephthalate) 중 적어도 하나를 포함하는 플렉서블 기판으로 이루어질 수 있다. 평판 기판 및 플렉서블 기판은 다른 재질로 이루어질 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 메타 물질(600)은 페라이트 등과 같은 전자 유도 가열 조리기의 다른 구성 요소와 비교하여 가격이 저렴하다.
다음으로 도 7 내지 도 8을 참조하여 음의 굴절률을 갖는 메타 물질(600)을 통과하는 전자기파의 진행 모습을 설명한다. 구체적으로, 도 7은 전자기파가 일반적인 매질을 통과하는 모습을 나타내는 도면이고, 도 8은 전자기파가 메타 물질을 통과하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 입사 전자기파(701)가 일반적인 매질(700)을 통과하는 경우 소정 각도로 굴절되어 통과할 수 있다. 즉, 일반적인 매질(700)을 통과하는 경우 입사 전자기파(701)와 통과 전자기파(702)의 진행 방향은 소정 각도 상이하게 된다.
반면에, 도 8을 참조하면, 입사 전자기파(801)가 도 6을 통해 설명한 바와 같은 음의 굴절률을 갖는 메타 물질(600)을 통과하는 경우 음의 굴절률로 굴절되어 통과할 수 있다. 즉, 메타 물질(600)을 통과하는 경우 통과 전자기파(802)는 입사 전자기파(801)와 상반된 방향으로 진행되도록, 진행 방향이 반대 방향으로 변경될 수 있다.
다만, 도 8에 도시된 통과 전자기파(802)의 굴절 각도는 예시적인 것으로, 메타 물질(600)을 형성하는 단위 셀의 구조에 따라 굴절 각도는 달라질 수 있다.
이와 같이, 전자기파가 메타 물질을 통과하는 경우, 일반적인 매질을 전자기파가 통과하는 경우와는 상이한 현상이 발생할 수 있다.
본 발명은 전자 유도 가열 조리기가 위와 같은 메타 물질을 포함하도록 구성하고자 한다. 즉, 본 발명은 전자 유도 가열기가 메타 물질을 구비하여, 가열 코일에서 발생하는 자기장을 조리기기로 집중시키고자 한다. 이에 따르면, 전자 유도 가열기의 효율을 높일 수 있는 것으로 예상된다.
다음으로, 도 9 내지 도 15를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질을 포함하는 전자 유도 가열 조리기를 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기는 상판 글래스(202), 메타 물질(600), 가열 코일(203) 및 페라이트(204)를 포함할 수 있다.
상판 글래스(202), 가열 코일(203) 및 페라이트(204)는 앞에서 설명한 바와 동일하므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
메타 물질(600)은 가열 코일(203)에서 발생한 자력선이 조리기기(1)를 통과하도록 형성될 수 있다. 즉, 메타 물질(600)의 단위 셀들은 가열 코일(203)에서 발생한 자력선이 조리기기(1)를 통과하도록 굴절률이 0 또는 음수가 되는 패턴으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 메타 물질(600)을 통과한 자력선은 조리기기(1)로 집중되어 이동할 수 있다.
한편, 메타 물질(600)은 박막형으로 형성될 수 있다. 메타 물질(600)을 박막형으로 형성함으로써, 전자 유도 가열 조리기의 효율을 높이는 동시에 부피를 최소화시킬 수 있다.
다음으로, 도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기의 측면 단면도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기는 상판 글래스(202), 메타 물질(600), 가열 코일(203) 및 페라이트(204)를 포함할 수 있다. 특히, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기는 상판 글래스(202)의 하면에 메타 물질(600)이 부착되어 위치하도록 구성될 수 있다. 메타 물질(600)의 하부에는 가열 코일(203)이 위치하고, 가열 코일(203)의 하부에는 페라이트(204)가 위치할 수 있다.
위와 같은 구조에 따르면, 가열 코일(203)에서 발생한 자력선은 메타 물질(600)을 통과함에 따라 조리기기(1)로 집중 이동할 수 있다. 따라서, 전자 유도 가열 조리기의 에너지 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 상판 글래스(202)의 하면에 메타 물질(600)을 부착시킴으로써, 가열 코일(203)에서 발생하는 열이 메타 물질(600)에 미칠 수 있는 영향을 최소화시킬 수 있다. 또한, 메타 물질(600)은 강화 유리 등으로 제작되는 상판 글래스(202)에 의해 외부 마찰 등에 의한 영향으로부터 보호될 수 있다.
다음으로 도 10 내지 도 11을 참조하여, 메타 물질(600)이 자력선의 진행 방향에 미치는 영향을 설명한다. 구체적으로, 도 10은 메타 물질을 통과하지 않는 경우 자력선의 진행 모습을 나타내는 도면이고, 도 11은 메타 물질을 통과하는 경우 자력선의 진행 모습을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 10에 도시된 타원 모양의 선은 메타 물질을 통과하지 않는 경우자력선(1000)의 진행 모습을 나타낸다. 반면에, 도 11에 도시된 선은 메타 물질을 통과하는 경우 자력선(1100)의 진행 모습을 나타낸다.
도 10에 도시된 자력선(1000)과 도 11에 도시된 자력선(1100)을 비교하면, 메타 물질(600)을 통과하는 자력선(1100)은 음의 굴절률로 굴절되어, 메타 물질을 통과하지 않는 자력선(1000)과 비교하여 위쪽 방향으로 더 높이 진행함을 알 수 있다. 메타 물질(600)을 통과함에 따라 자력선이 굴절되는 정도는 메타 물질(600)을 구성하는 단위 셀(601)들의 어레이(array)에 따라 달라질 수 있다.
따라서, 실험 통계 등의 결과를 이용하여 메타 물질(600)을 통과하는 자력선(1100)을 조리기기로 집중시키기 위한 적어도 하나 이상의 최적의 각도를 획득할 수 있다. 획득된 각도에 따라 자력선이 굴절되도록 단위 셀(601)들을 배열한 메타 물질(600)을 형성할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기는 이와 같은 방법으로 형성된 메타 물질(600)을 포함함으로써, 가열 코일(203)에서 발생한 자력선을 조리기기(1)에 집중시에켜 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.
다음으로 도 12는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기에 의한 자력선의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 조리기기(1)는 상판 글래스(202)의 상면에 위치하고 있다.
가열 코일(203)에서 전류가 흐름에 따라 자기장은 도 12에 도시된 바와 같은 제2 자력선(1200)과 같은 모습으로 진행할 수 있다.
먼저, 제2 자력선(1200)은 메타 물질(600)을 통과하게 된다. 이 때, 가열 코일(203)은 메타 물질(600)에 의해 음의 굴절각으로 굴절되어 통과하게 된다. 따라서, 제2 자력선(1200)의 진행 방향이 메타 물질(600)을 통과함에 따라 변경되어 조리기기(1)가 위치한 방향으로 집중되어 이동한다.
즉, 도 5에 도시된 제1 자력선(500)의 진행 방향과 비교하여, 제2 자력선(1200)은 메타 물질(600)에 의해 조리기기(1)가 위치한 방향으로 진행하는 자력선이 증가함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기는 메타 물질(600)을 포함함으로써 조리기기(1)와 쇄속하는 자속을 증가시키고, 누설되는 자속을 감소시킨다. 즉, 가열 코일(203)에서 동일한 양의 자력선이 발생하나, 메타 물질(600)을 포함하는 경우 조리기기(1)를 통과하는 자력선이 더 많음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기는 가열 코일(203)과 조리기기(1)의 사이에 메타 물질(600)이 포함되도록 구성될 수 있다.
다음으로 도 13은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기의 측면 단면도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기는 상판 글래스(202), 메타 물질(600), 가열 코일(203) 및 페라이트(204)를 포함할 수 있다.
특히, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기는 상판 글래스(202)의 상면에 메타 물질(600)이 부착되어 위치하도록 구성될 수 있다. 상판 글래스(202)의 하부에는 가열 코일(203)이 위치하고, 가열 코일(203)의 하부에는 페라이트(204)가 위치할 수 있다.
따라서, 가열 코일(203)에서 발생한 자력선은 상판 글래스(202)를 통과한 후 메타 물질(600)을 통과하게 된다. 이 경우에도, 도 12를 통해 설명한 바와 마찬가지로, 가열 코일(203)에서 발생한 자력선은 메타 물질(600) 통과 시 음의 방향으로 굴절하게 된다. 따라서, 가열 코일(203)에서 발생한 자력선은 조리기기(1)로 집중되어, 쇄교 자속 수가 증가하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 메타 물질(600)은 상판 글래스(202)에 의해 가열 코일(203)에서 발생하는 열과의 접촉이 차단되는 효과가 있다. 따라서, 메타 물질(600)이 가열 코일(203)에서 발생되는 열에 의해 손상되는 경우를 방지할 수 있다.
다음으로 도 14는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기의 측면 단면도이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기는 상판 글래스(202), 메타 물질(600), 가열 코일(203) 및 페라이트(204)를 포함할 수 있다.
특히, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기는 상판 글래스(202)의 내부에 메타 물질(600)이 삽입되어 위치하도록 구성될 수 있다. 상판 글래스(202)의 하부에는 가열 코일(203)이 위치하고, 가열 코일(203)의 하부에는 페라이트(204)가 위치할 수 있다.
따라서, 가열 코일(203)에서 발생한 자력선은 상판 글래스(202)를 통과함에 따라 메타 물질(600)을 함께 통과하게 된다. 이 경우에도, 도 12를 통해 설명한 바와 마찬가지로, 가열 코일(203)에서 발생한 자력선은 메타 물질(600) 통과 시 음의 방향으로 굴절하게 된다. 따라서, 가열 코일(203)에서 발생한 자력선은 조리기기(1)로 집중된다.
본 발명의 제3 실시 예에 따르면, 메타 물질(600)이 상판 글래스(202)의 내부에 삽입되어 있으므로, 마찰 등과 같은 외력에 의하여 메타 물질(600)손상될 위험을 낮출 수 있다.
또한, 메타 물질(600)이 상판 글래스(202)의 내부에 삽입되어 있어, 에너지 효율을 높이는 동시에 전자 유도 가열 조리기의 부피를 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.
다음으로 도 15는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기의 측면 단면도이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기는 상판 글래스(202), 메타 물질(600), 가열 코일(203) 및 페라이트(204)를 포함할 수 있다.
특히, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기는 상판 글래스(202)의 하부에 메타 물질(600)과 가열 코일(203)이 위치하며, 메타 물질(600)은 가열 코일(203)의 상면에 위치할 수 있다. 가열 코일(203)의 하부에는 페라이트(204)가 위치할 수 있다.
따라서, 가열 코일(203)에서 발생한 자력선은 바로 메타 물질(600)을 통과하게 된다. 이 경우에도, 도 12를 통해 설명한 바와 마찬가지로, 가열 코일(203)에서 발생한 자력선은 메타 물질(600) 통과 시 음의 방향으로 굴절하게 된다. 따라서, 가열 코일(203)에서 발생한 자력선은 조리기기(1)로 집중된다.
본 발명의 제4 실시 예에 따르면, 메타 물질(600)과 가열 코일(203) 간의 공극을 최대로 줄여, 누설 자속을 최대한 줄일 수 있다. 이에 따라, 조리기기(1)와 쇄속 자속을 증가시켜 전자 유도 가열 조리기의 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 전자 유도 가열 조리기는 메타 물질을 포함함으로써, 가격 및 부피를 크게 증가시키지 않으면서, 에너지 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
따라서, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 종래 전자 유도 가열 조리기와 비교하여, 적은 에너지의 사용으로 조리기기(1) 안의 내용물을 빠른 시간 내에 가열시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 전자 유도 가열 조리기의 사용 목적, 사용 상황 등을 고려하여 제1 내지 제4 실시 예에 따른 전자 유도 가열 조리기 중 어느 하나가 사용될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
1: 조리용기
10, 110: 정류부
20, 30, 120: 인버터
40, 50, 130, 140: 가열 코일
60, 70, 150: 공진 커패시터
160: 스위치
202: 상판 글래스
203: 가열 코일
204: 페라이트
500, 1000: 메타물질을 통과하는 경우 자력선
600: 메타 물질
601: 단위 셀
700: 일반 매질
1100, 1200: 메타물질을 통과하는 경우 자력선

Claims (9)

  1. 전자 유도 가열 조리기에 있어서,
    상부에 조리기기가 위치할 수 있는 상판 글래스;
    상기 상판 글래스의 하부에 위치하며, 전류가 흐름에 따라 자력선을 발생시키는 가열 코일;
    상기 가열 코일의 하부에 위치하며, 상기 가열 코일에서 발생한 자력선 또는 외부에서 발생한 전자기장이 상기 전자 유도 가열 조리기의 내부 회로에 미칠 수 영향을 차폐하는 페라이트; 및
    기판 상에 적어도 하나 이상의 단위 셀이 배열되어 형성되며, 상기 자력선을 상기 조리기기로 집중시키기 위한 메타 물질을 포함하고,
    상기 적어도 하나 이상의 단위 셀은 상기 메타 물질이 음의 굴절률을 갖도록 배열되어 있고,
    상기 메타 물질은
    상기 상판 글래스와 상기 가열 코일 사이에 위치하며, 상기 상판 글래스의 하면에 부착되어 있는,
    전자 유도 가열 조리기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 단위 셀은, 금속 성분 또는 반금속 성분으로 구성되는,
    전자 유도 가열 조리기.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 메타 물질은, 박막형으로 형성되어 있는,
    전자 유도 가열 조리기.
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