KR20000012754A - 심지 없는 히트 파이프 조리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트 파이프의 구조를 가진 조리기에 있어 심지(WICK)를 사용하지 않고 히트 파이프 방식 조리기를 구성하는 것에 관한 것이다. 일반적으로 히트 파이프는 제 1도와 같이 몸체(11)와, 작동액(12)과, 작동액에 있어 모세관 현상을 일으켜 작동액의 순환을 가능하게 하는 심지(13)로 구성되어 있다. 외부에서 가해진 열에 의해 몸체 내부의 열역학적 평형상태가 깨어지게 되고, 이때 증발부(14)에서 증발하는 작동액의 증기는 응축부(15)에서 열을 빼앗기고 응축된다. 한편 증발부의 심지는 외부의 가열로 인해 마른 상태가 되고, 응축부는 응축된 작동액에 의해 젖은 상태가 된다. 이에 따라 심지는 모세관현상을 일으켜 응축부의 작동액을 다시 증발부로 돌아오게 하는 역할을 한다. 이렇게 함으로써 히트파이프 내에서는 하나의 열의 폐순환 과정이 형성되게 된다. 이것이 히트파이프의 작동원리이다.

그러나 어떤 응용례에 있어서는 모세관 현상의 도움을 받지 않고도 이런 폐순환과정을 형성할 수 있다. 예를 들어, 모세관 현상 대신 중력을 이용하여 폐순환이 이루어지도록 할 수 있다. 이때 잘 흘러내릴 수 있는 점성을 가지고 있으며, 증발잠열이 커서 소량의 작동액 순환만으로도 필요한 열을 전달할 수 있는 작동액을 선택한다면 더욱 쉽게 이런 목적을 달성할 수 있다. 본 발명에서는 이렇게 심지를 사용하지 않고 히트파이프 폐순환과정을 형성하는 조리기구를 구현하고 있다.

이런 조리기구는 많은 양의 열전달이 필요하지 않고 비교적 저온에서 조리하는 소규모의 조리기구나, 전기보온물병 등에 응용이 가능하다.

Description

심지 없는 히트 파이프 조리기{WICK-LESS HEAT PIPE TYPE COOKWARE}

조리기구는 다양한 용도로 사용된다. 물을 끓이는 단순한 것에서부터 복잡한 조리를 할 수 있는 기구들도 있다. 본 발명은 물을 끓이는 것과 같은 단순한 용도에 맞도록 종래의 히트 파이프 조리기를 단순화하여 저렴하며 에너지 효율이 높은 조리기구를 만드는 것에 그 목적이 있다.

히트 파이프 방식 조리기구는 인공위성의 표면 온도를 일정하게 유지하기 위해 미국 항공우주국에서 개발한 히트파이프 기술을 조리기구에 적용한 것으로, 조리기구의 모든 면에서 온도가 일정하여 이상적인 조리기구를 구성할 수 있으며, 또 일단 조리된 음식을 이 방식의 조리기구 안에 그대로 보존할 경우, 보온병과 유사한 매우 높은 보온성으로 인해, 음식을 장시간 따뜻하게 보온할 수 있는 특성을 가지고 있다. 특허 200332 열사이폰 밥솥, 출원번호 10-1997-5712 열사이폰 조리기, 10-1999-0009069 다공판 히트 파이프 조리기, 10-1999-0055038 그루브형 히트파이프 조리기, 10-1999-0055039 리브형 히트파이프 조리기 등은 바로 이런 예이다.

그런데 이런 예들은 비교적 고온에서 문제없이 작동하기 위한 여러 가지 장치들을 포함하고 있다. 예를 들어 특허 200332는 작동액에 대해 모세관 현상을 일으키기 위해 바닥면에 스크린을 장착하고 있다. 스크린은 모세관 현상을 통해, 작동액의 순환을 촉진시키는 역할을 하고 있다. 이렇게 함으로써 단위시간당의 열전달량을 크게 늘릴 수 있는 장점이 있다. 또 출원번호 10-1997-5712의 열사이폰 조리기는 적용 대상을 밥솥 대신 일반 조리기구로 바꾼 예이나 그 구성은 특허 200332와 동일하다. 출원번호 10-1999-0009069의 다공판 히트 파이프 조리기, 10-1999-0055038의 그루브형 히트파이프 조리기, 10-1999-0055039 리브형 히트파이프 조리기 등은 모두 심지 역할을 하는 스크린을 다르게 구성하고 있거나, 혹은 그루브나 인위적인 장애물을 설치하여 작동액의 순환 경로를 단축하고 그 결과 열전달 효율을 높이고자 하는 의도를 가지고 있다.

그러나 모든 조리기구가 이런 구조를 필요로 하는 것은 아니다. 이런 구조는 높은 온도에서 조리하는 경우, 예를 들어 170℃ 이상 가열하는 튀김 기름을 사용한다거나 하는 경우에도 사용할 수 있도록 하는 것이지, 100。C 이하의 낮은 온도에서 조리하는 경우에는 굳이 필요하지 않은 구조이다. 예를 들어 차를 마시기 위해, 또는 컵라면 등을 준비하기 위해 물을 끓이는 경우, 그 가열온도는 100℃이하 이기 때문에 굳이 복잡한 구조를 가지지 않고도 목적을 충분히 달성할 수 있다. 특히 물을 끓여 상비하는 구조를 가지고 있는 전기식 보온물병의 경우, 물의 온도는 비등점 이하로 유지하는 것이 보통이며, 따라서 스크린 등과 같은 심지를 갖고 있지 않아도, 충분한 가열이 가능한 히트파이프 구조를 형성하는 것이 가능하다.

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제 1도는 히트파이프의 단면도이며,

제 2도는 본 발명에 의한 심지 없는 히트 파이프 조리기의 단면도이며,

제 3도는 종래의 히트 파이프 조리기이다.

표 1은 본 발명에 의한 히트파이프 조리기의 보온특성표이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11: 히트파이프 몸체 12: 작동액 13: 심지 14: 증발부 15: 응축부 21: 히트파이프 조리기의 외피 22: 히트파이프 조리기의 내피 23: 작동액 24: 작동액과 작동액의 증기로만 가득 찬 내부 공간 25: 외부에 설치된 히터 26: 조리물 31: 종래의 히트파이프 조리기 외피 32: 종래의 히트파이프 조리기 내피 33: 심지 34: 작동액 35: 작동액과 작동액의 증기로만 가득 찬 내부 공간

제 2도는 본 발명의 단면을 보여주고 있다. 본 발명은 종래의 히트파이프 조리기(제 3도)와는 달리, 바닥면에 스크린 등으로 구성된 심지가 들어 있지 않은 특징이 있다. 그 작동은 다음과 같다. 조리기 외부에 달려 있는 히터(25)로부터 열이 가해질 때, 이 열은 내부공간(24)의 바닥면에 고여 있는 작동액(23)을 데우게된다. 그렇게 되면 작동액(23)과 내부공간(24)을 채우고 있는 작동액의 증기 사이에 열역학적 평형상태가 깨어져서, 바닥에 있던 작동액(23)이 증발하게 된다. 증발한 작동액은 히트파이프 조리기의 외피(21)와 내피(22)에서 열을 빼앗기고 다시 응축한다. 응축된 작동액(23)은 내부공간(24)의 벽면을 타고 흘러내려 다시 바닥면으로 모여든다. 종래에는 바닥면에 심지를 장착하여 작동액이 신속하게 바닥면 전체에 고르게 퍼지도록 하는 역할을 하고 있었다. 그러나 신속한 열전달의 필요성이 다소 떨어지는 조리물의 경우에는 굳이 심지를 장착하지 않고도, 적절한 기계적 구조를 통해 비교적 빠른 순환을 이룩할 수 있다. 예를 들어 제 2도와 같이 바닥면을 평면으로 하지 않고, 바깥으로 볼록한 구조를 만들어 작동액이 잘 흘러내리도록 할 수도 있다. 이때 작동액은 흘러내리는 도중에 다시 외부 히터(25)에 의해 가열되어 증발하게 된다. 이렇게 해서 작동액은 밀폐된 내부공간 안에서 폐순환 사이클을 형성하면서 열을 계속하여 외피(21)와 내피(22)에 공급하게 된다. 실제로는 조리기의 내부에 있는 조리물(26)이 상대적으로 더 낮은 온도이기 때문에, 이곳에 더 많은 열을 빼앗기게 되고, 안에 있는 조리물(26)은 점차 가열된다. 이 때 조리물은 바닥면에서 뿐만 아니라 측면에서도 동일한 열을 공급받는다. 이러한 열전달 방식이 소위 말하는 '히트파이프' 방식이다. 이것은 내부의 밀폐공간을 채우고 있는 증기가 거의 완전히 일정한 압력에 놓여 있고, 따라서 그 증발 및 응축온도가 어느 부위에서나 일정하다는 열역학적 평형이론에 근거한 것인데, 실제에 있어서는 내피(22)나 외피(21) 재질의 열전도 한계 등으로 인하여 전체적으로는 약 1도 이내의 온도차이를 가지고 작동하게 되는데 이 정도의 온도차이는 아주 작은 것으로서, 일정한 온도를 유지하며 작동한다고 말해도 좋을 것이다. 이러한 히트 파이프 방식은 전도나 대류에 의한 열전달보다 100배내지 1,000배나 열전달 속도가 빠르다.

뿐만 아니라, 히트파이프 조리기는 진공보온병과 유사한 구조를 가지고 있기 때문에, 외부로 유출되는 열의 양이 크게 줄어드는 이점이 있다. 진공보온병과 다른 점은 내부공간이 진공이 아니라, 작동액과 작동액의 증기로 채워져 있다는 것인데, 이로 말미암아 고진공의 진공 보온병만큼의 보온성능은 없지만, 일반적인 금속 재질의 용기에 비하면 훨씬 큰 보온 효과가 있다. 표1은 히트파이프 방식 냄비와 동일한 크기와 모양의 일반 암루미늄 냄비의 보온효과가 어떻게 다른지 보여주고 있다. 따라서 이런 특성을 전기보온물병에 적용할 경우, 히트파이프의 특징인 빠른 열전달로 신속히 물을 끓일 수 있을 뿐만 아니라, 일단 물을 끓인 후에도 장시간 온도를 유지할 수 있기 때문에, 전력 소모를 크게 줄이는 효과가 있다. 실험에 의하면 보온시의 전력 소모는 재래식의 보온물병에 비해 1/4 수준이다. 또 죽이나 수프를 끓이는 기구에 적용하면 용기 전면에서 고르게 가열하는 히트파이프의 특성상 아주 이상적인 조리가 가능하다. 또 용기의 모든 면이 일정한 온도를 유지하고 있기 때문에 바닥면이나 측면에 잘 눌어붙지 않는 성질을 갖고 있어서, 죽이나 수프를 끓이면서 자주 저어 주어야 하는 불편을 크게 감소시킬 수 있다. 또 일단 죽이나 수프를 조리한 후에도, 장시간 온도를 유지하고 있기 때문에, 많은 사람이 이용하는 뷔페식당 등의 경우에는 본 발명의 조리기로 조리하고 용기 그대로 손님들에게 내어 드리면 맛과 보온에 있어 아주 이상적인 용기가 될 수 있다. 또 위에서 인용된 특허, 또는 출원내용에 비해 구조가 간단하기 때문에 저렴한 가격에 이런 조리기구를 만들수 있는 장점이 있다.

본 발명은 가장 이상적인 조리기를 구성하는 히트파이프 조리기를, 비교적 저온에서 조리하는 조리물에 적합하도록 구성하여, 저렴한 비용으로 히트파이프 조리기를 만들 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 밀폐공간 내에서 작동액의 증발과 응축의 폐순환과정을 이용한 히트파이프가 장착된 조리기에 있어, 내통과 외통 사이의 밀폐공간이 작동액과 작동액의 증기만으로 채워져 있고 밀폐공간의 바닥면에는 심지를 장착하지 않은 히트파이프 조리기.