KR102105314B1 - 열전달 효율이 향상된 철판 조리용기 - Google Patents

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Abstract

개시된 본 발명에 따른 열전달 효율이 향상된 철판 조리용기는, 철판 소재로 제조되며, 내부에 공간이 형성되도록 성형되는 용기 본체; 상기 용기 본체의 저면에 용사에 의해 형성되는 본딩층; 및 상기 본딩층의 저면에 용융상태로 가열시킨 알루미늄 용사재료의 입자를 압축 가속시켜 형성되는 알루미늄 용사층을 포함하며, 상기 본딩층의 열팽창 계수는 상기 알루미늄 용사층의 박리 방지를 위해 상기 용기 본체의 열팽창 계수와 상기 알루미늄 용사층의 열팽창 계수와의 사이값을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 인덕션 렌지의 가열 부위에 대한 발생열을 비가열 부위에 빠른 속도로 전달하도록 열전도율이 우수한 알루미늄을 용기 본체의 바닥면 전체에 두껍게 용사하여 조리용기 바닥 전면에 균일한 열을 발생시킬 수 있으며, 본딩층을 통해 용기 본체와 알루미늄 용사층과의 열팽창 계수의 차이를 감쇄시켜 알루미늄 용사층의 박리를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

열전달 효율이 향상된 철판 조리용기 {COOKING VESSEL OF STEEL PLATE WITH IMPROVED THERMAL TRANSFER EFFICIENCY}
본 발명은 열전달 효율이 향상된 철판 조리용기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조리용기의 바닥면 안쪽에서 바깥쪽으로 열을 효율적으로 전달하고, 용기 본체에서 알루미늄 용사층의 박리를 방지하는 철판 조리용기에 관한 것이다.
일반적으로 조리용기는 알루미늄이나 스테인리스로 제작하는 경우가 많은데 그 이유는 조리과정에서 발생되는 부식문제 때문이다. 스테인리스는 자체에서 내식성이 있기 때문에 별도의 코팅이 필요가 없고, 알루미늄은 부식이 일어나기 때문에 세라믹이나 PTTE, PE 등 여러 가지 코팅을 하여 사용하고 있다.
그러나 일반 철판은 조리용기로 사용하기는 매우 어려운 과제들이 있다. 첫째는 부식이 빨리 나타나고, 둘째는 부식을 방지하기 위해서 코팅을 하려고 해도 표면경도가 강하기 때문에 전처리 공정에서 표면 조도가 형성되지 않으므로 코팅의 접착력이 떨어져 조리과정 중에 코팅층의 박리가 일어날 수 있다.
따라서, 철판으로 조리용기를 제작하는 경우는 철판에 도자기 형태의 유약을 표면에 도포하여 800~900℃의 고온으로 가열하고 소성하는 공정을 거치게 된다. 범랑제품이 대표적인 예이다. 이런 제품의 공통적인 문제는 제조공정이 복잡하고 비용이 많이 들고 조리과정 중에 음식물이 용기에 들러붙어 세척하기가 매우 힘이 든다.
최근 불을 사용하지 않아 안전하고, 불필요한 열 손실이 없어 일반 가정에서도 많이 사용되고 있는 인덕션 가열장치는 인덕션 가열장치에 사용되기 위해서 전자기 유도현상이 조리용기에서 발생하여야 하므로 금속용기, 특히 자성을 띠는 용기가 필요하다.
이러한, 인덕션 가열장치에서 사용 가능하도록 제조된 자성을 띠는 용기와 관련된 기술이 등록실용신안 제0316920호에 제안된 바 있다.
특허문헌 1은 인덕션 렌지에서 사용하는 이종 재질로 된 조리용기를 다이캐스팅이나 주조 성형에 의해 성형하여도 그 이종 재질이 서로 분리되지 않고 견고하게 부착되도록 하는 인덕션 렌지용 조리용기가 개시되어 있다.
그러나 특허문헌 1은 인덕션 렌지의 가열판이 표준 직경으로 설치되는 점을 감안하였을 때, 조리용기의 바닥 직경이 가열판의 직경보다 작으면 상관없지만 가열판의 직경보다 큰 경우 비가열 부위가 발생하게 되므로 가운데는 음식이 타고 가장자리에는 음식이 익지 않는 문제점과, 알루미늄 재질로 성형된 조리용기의 바닥면에 금속판체를 부착하여 인덕션 렌지에서 사용 가능하도록 하는데, 알루미늄의 열팽창 계수와 금속판체의 열팽창 계수가 상이하여 음식 조리 과정에서 발생된 열에 의한 열팽창 계수의 차이로 인해 금속판체가 조리용기의 바닥면에서 박리되는 문제점이 있다.
등록실용신안 제0316920호(등록일: 2003.06.05.)
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결과제는, 인덕션 렌지(Induction range)의 가열 부위에 대한 발생열을 비가열 부위에 빠른 속도로 전달하도록 열전도율이 우수한 알루미늄을 용기 본체의 바닥면 전체에 두껍게 용사하여 조리용기 바닥 전면에 균일한 열을 발생시킬 수 있으며, 본딩층을 통해 용기 본체와 알루미늄 용사층과의 열팽창 계수의 차이를 감쇄시켜 알루미늄 용사층의 박리를 방지할 수 있게 한 열전달 효율이 향상된 철판 조리용기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열전달 효율이 향상된 철판 조리용기는, 철판 소재로 제조되며, 내부에 공간이 형성되도록 성형되는 용기 본체; 상기 용기 본체의 저면에 용사에 의해 형성되는 본딩층; 및 상기 본딩층의 저면에 용융상태로 가열시킨 알루미늄 용사재료의 입자를 압축 가속시켜 형성되는 알루미늄 용사층을 포함하며, 상기 본딩층의 열팽창 계수는 상기 알루미늄 용사층의 박리 방지를 위해 상기 용기 본체의 열팽창 계수와 상기 알루미늄 용사층의 열팽창 계수와의 사이값을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 본딩층은 Ni-Al 합금, Zn-Al 합금, Al-Si 합금 및 Ti 합금 중 어느 하나의 재료를 용사하여 형성될 수 있다.
상기 알루미늄 용사층은 상기 본딩층의 저면에 동일 두께로 형성될 수 있다.
상기 알루미늄 용사층의 표면에 형성되는 테프론 코팅층을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 철판 소재로 제조되며, 내부에 공간이 형성되도록 성형되는 용기 본체; 상기 용기 본체의 저면에 용사에 의해 형성되는 본딩층; 및 상기 본딩층의 저면에 용융상태로 가열시킨 알루미늄 용사재료의 입자를 압축 가속시켜 형성되는 알루미늄 용사층을 포함하며, 상기 본딩층의 열팽창 계수는 상기 알루미늄 용사층의 박리 방지를 위해 상기 용기 본체인 철판의 열팽창 계수와 상기 알루미늄 용사층인 알루미늄 열팽창 계수와의 사이값을 갖고, 상기 알루미늄 용사층은 중기 대비 초기와 후기에 분사되는 입자가 더 미세하게 형성되도록 중기보다 에어압 또는 가스압을 초기와 후기에 더 강하게 분사하여 상기 용기 본체의 표면에 형성된 표면 조도층과의 견고한 밀착 유지력의 확보가 가능할 수 있다.
본 발명에 의하면, 인덕션 렌지의 가열 부위에 대한 발생열을 비가열 부위에 빠른 속도로 전달하도록 열전도율이 우수한 알루미늄을 용기 본체의 바닥면 전체에 두껍게 용사하여 조리용기 바닥 전면에 균일한 열을 발생시킬 수 있으며, 본딩층을 통해 용기 본체와 알루미늄 용사층과의 열팽창 계수의 차이를 감쇄시켜 알루미늄 용사층의 박리를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열전달 효율이 향상된 철판 조리용기를 도시한 저면 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 열전달 효율이 향상된 철판 조리용기를 도시한 종단면도이다.
도 3은 도 2의 A 확대도이다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 열전달 효율이 향상된 철판 조리용기에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 열전달 효율이 향상된 철판 조리용기를 도시한 저면 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 열전달 효율이 향상된 철판 조리용기를 도시한 종단면도이며, 도 3은 도 2의 A 확대도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 열전달 효율이 향상된 철판 조리용기(100)는 용기 본체(110), 본딩층(120) 및 알루미늄 용사층(130)을 포함한다.
용기 본체(110)는 철판 소재의 모재를 내부에 공간 형성을 위해 바닥면과 측면으로 구성되도록 성형하여 구비된다.
즉, 모재는 철판 소재로 형성되어 있으며, 단조 성형 장치를 이용하여 바닥면과 측면을 가지는 용기 본체(110)로 성형되는 것이다.
더욱이, 용기 본체(110)는 제조 과정에서 표면을 세정하여 잔류하는 기름 및 이물질 등을 제거하므로 용기 본체(110)와 알루미늄 용사층(130) 간의 밀착력 저하를 방지하게 된다.
도면에는 도시하지 않았지만, 용기 본체(110)의 표면에 블라스팅(Blasting)하여 형성된 표면 조도층이 형성된다.
표면 조도층은 블라스팅기(도면에 미도시)를 이용하여 크기가 가는 산화알루미나 입자를 용기 본체(110)의 내, 외면인 표면에 분사하게 되므로 산화 피막층 제거와 표면을 거칠게 하여 용기 본체(110)와 알루미늄 용사층(130) 간의 밀착력과 결합력을 우수하게 할 수 있다.
본딩층(120)은 표면 조도층의 표면에 알루미늄 용사층(130)이 견고하게 고착(결합력 향상)되도록 형성된다.
이때, 본딩층(120)은 열팽창 계수가 알루미늄 용사층(130)의 박리 방지를 위해 용기 본체(110)의 열팽창 계수와 알루미늄 용사층(130)의 열팽창 계수와의 사이값(일예로 중간값)을 갖도록 한다.
따라서, 본딩층(120)에 의해 용기 본체(110)와 알루미늄 용사층(130)의 열팽창 계수의 범위가 작도록 연결함으로써 용기 본체(110)와 알루미늄 용사층(130)의 열팽창 계수의 차이를 감쇄시켜 알루미늄 용사층(130)의 박리를 방지할 수 있다.
이때, 본딩층(120)은 300~1500℃ 범위의 융점을 가지는 Ni-Al 합금, Zn-Al 합금, Al-Si 합금 및 Ti 합금 등에서 선택되는 재료를 용사하여 형성되며, 알루미늄 용사층(130)과의 결합력 향상을 위해 표면처리를 하여 거칠기를 형성할 수 있다.
한편, 본딩층(120)은 용기 본체(110)의 재질이 1535℃의 융점을 갖는 철판이므로 철판의 융점과 대응하는 융점을 갖는 다양한 금속 또는 합금을 이용하여 형성할 수 있다.
이와 같이 본딩층(120)을 형성하는 금속의 융점을 제한한 이유는 다음과 같다. 본딩층(120)을 구성하는 금속의 융점이 300℃보다 낮은 경우, 조리용기의 실 사용 온도보다 낮아질 수 있다. 따라서 본딩층(120)이 용융되어 조리용기를 못쓰게 되는 문제점이 있다. 반면에 본딩층(120)의 온도가 1500℃를 초과하는 경우 주로 철판으로 형성되는 용기 본체(110)의 녹는점을 초과하게 된다. 따라서, 본딩층(120)만을 일부 용융할 수 없고, 본딩층(120)이 용융되는 온도에서는 용기 본체(110)도 용융되므로, 본딩층(120)의 일부만을 용융하여 알루미늄 용사층(130)의 결합을 견고하게 할 수 있다.
알루미늄 용사층(130)은 본딩층(120) 상에 용융상태로 가열시킨 알루미늄 용사재료의 입자를 압축 에어 또는 가스로 가속시켜 외측과 중심의 두께가 동일하도록 형성된다.
이때, 알루미늄 용사층(130)은 아크 용사, 플라즈마 용사, 플레임 용사 및 HVOF 용사 등에서 선택되는 어느 하나의 방식에 의해 형성될 수 있다.
아크 용사(Arc Spray)는 DC 전기에 의해 양극과 음극으로 충전된 두 개의 알루미늄 와이어가 약 4100℃의 아크 에너지에 의해 용융되고, 약 150m/sec의 압축 공기에 의해 철판 모재(100)에 충돌하여 코팅 피막을 형성하게 되는 방식이다.
플라즈마 용사(Plasma Spray)는 DC+와 DC-로 충전된 케이블을 통해 저전압, 고전류의 전기 에너지가 토치의 노즐과 전극봉의 챔버 내에서 아르곤, 수소, 질소 또는 헬륨 등의 혼합된 불활성 가스를 이온화시켜 전자, 중성자, 양자로 구성된 플라즈마 에너지를 형성하고, 16,500℃의 화염속에서 분말형태의 알루미늄 용사재료를 적당량, 균일한 속도로 이송시켜 고온의 열에너지와 고속의 속도에너지에 의해 철판 모재(100)에 충돌하여 코팅 피막을 형성하게 되는 방식이다.
플레임 용사(Flame Spray)는 플레임 용사에 분사속도를 높여 강한 분사충격을 이용하여 피막을 형성하는 용사법으로 플레임과 같은 연료가스를 사용하며, 연소가 관 내부에서 일어나며 발생 연소가스를 노즐을 통해 고속으로 분사하면서, 원료분말을 고속의 분사가스에 송출·가열·용융 고속으로 분사하여 코팅 피막을 형성하게 되는 방식이다.
HVOF 용사(High Velocity Oxy-Fuel Spray)는 고속 용사라고 부르며, 산소와 연료(프로판, 프로필렌, 수소, 등유 등)를 챔버 내에서 연소시켜 발생하는 화염속으로 분말 형태의 알루미늄 용사재료를 분말이송장치를 통해 이동시켜 약 3000℃의 열에너지에 의해 용융된 후 700m/sec의 고속으로 철판 모재(100)에 분사되어 코팅 피막을 형성하게 되는 방식이다.
그리고 알루미늄 용사층(130)은 형성시 에어압 또는 가스압을 변화시켜 좀 더 미세한 입자를 형성시킬 수 있다. 예컨대, 알루미늄 용사층(130) 형성시 에어압 또는 가스압을 초기와 후기에 좀 더 강하게 분사하여 분사 초기와 후기에 입자를 더 미세하게 할 수 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 용기 본체(110) 및 알루미늄 용사층(130)의 표면에 테프론 코팅층이 코팅될 수 있다. 테프론 코팅층은 알루미늄 용사층(130)의 표면에 형성되며, 많은 기공이 형성되어 있는 알루미늄 용사층(130)에 코팅 원료가 기공내부로 스며들어 고착되면 코팅의 박리현상이 없고 코팅의 수명도 증가한다. 테프론 코팅층은 프라이머(Primer) 코팅층 등이 이에 적용되며, 내마모 광학성을 향상시키는 하도 코팅층과, 불소수지 코팅층 등이 이에 적용되며, 표면에 피조리물이 눌어붙지 않도록 하면서 광택을 부여하도록 하도 코팅층의 상부에 형성되는 상도 코팅층을 포함한다.
이렇게, 본 발명에 따른 열전달 효율이 향상된 철판 조리용기(100)는 용기 본체(110)의 바닥면 전면에 열전도율이 우수한 알루미늄 용사층(130)을 두껍게 형성하여 인덕션 렌지의 가열 부위가 중앙에 집중되어도 조리용기 바닥 전면에 균일한 열을 발생시킬 수 있으며, 용기 본체(110)와 알루미늄 용사층(130)과의 열팽창 계수의 차이를 용기 본체(110)와 알루미늄 용사층(130)의 사이에 개입시키는 본딩층(120)을 통해 감쇄시켜 알루미늄 용사층(130)의 박리를 방지할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 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.
100: 철판 조리용기
110: 용기 본체
120: 본딩층
130: 알루미늄 용사층

Claims (4)

  1. 철판 소재로 제조되며, 내부에 공간이 형성되도록 성형되는 용기 본체;
    상기 용기 본체의 저면에 용사에 의해 형성되는 본딩층; 및
    상기 본딩층의 저면에 용융상태로 가열시킨 알루미늄 용사재료의 입자를 압축 가속시켜 형성되는 알루미늄 용사층을 포함하며,
    상기 본딩층의 열팽창 계수는 상기 알루미늄 용사층의 박리 방지를 위해 상기 용기 본체인 철판의 열팽창 계수와 상기 알루미늄 용사층인 알루미늄 열팽창 계수와의 사이값을 갖고,
    상기 알루미늄 용사층은 중기 대비 초기와 후기에 분사되는 입자가 더 미세하게 형성되도록 중기보다 에어압 또는 가스압을 초기와 후기에 더 강하게 분사하여 상기 용기 본체의 표면에 형성된 표면 조도층과의 견고한 밀착 유지력의 확보가 가능한 것을 특징으로 하는 열전달 효율이 향상된 철판 조리용기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 본딩층은 Ni-Al 합금, Zn-Al 합금, Al-Si 합금 및 Ti 합금 중 어느 하나의 재료를 용사하여 형성된 것을 특징으로 하는 열전달 효율이 향상된 철판 조리용기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 알루미늄 용사층은 상기 본딩층의 저면에 동일 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 열전달 효율이 향상된 철판 조리용기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 알루미늄 용사층의 표면에 형성되는 테프론 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전달 효율이 향상된 철판 조리용기.
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