KR20170089548A - 에너지 절약형 세라믹 코팅 가열조리기구 - Google Patents

Abstract

고온의 열을 전달하여 음식을 조리하는 프라이팬, 냄비, 솥, 주전자 등 조리용기에 관한 것으로, 본체로 사용하는 금속재의 표면에 음이온과 원적외선을 방사하고 비점착성과 항균성을 가지는 무기질 세라믹 코팅층을 적층하여 형성시킴으로써 가열조리시 열전도율을 증가시키고, 음식물이 타거나 눌어 붙지 않게 하여 조리기구의 세척이 용이하며, 내식성 및 내마모성이 뛰어날 뿐만 아니라 바닥면에 원형의 홈을 가공 구성함으로써 대기 중으로 방출되는 연소에너지를 가능한한 포획할 수 있도록 하여 에너지를 절약할 수 있는 가열 조리기구 제조 방법을 제공한다.

Description

에너지 절약형 세라믹 코팅 가열조리기구 {Energy saving ceramic heat-cooker}

본 발명은 고온의 열을 전달하여 음식을 조리하는 프라이팬, 냄비, 솥, 주전자 등

조리용기에 관한 것으로, 본체로 사용하는 금속재의 표면에 음이온과 원적외선을

방사하고 비점착성과 향균성을 가지는 무기질 세라믹 코팅층을 적층하여 형성시킴

으로써 가열조리시 열전도율을 증가시키고, 음식물이 타거나 눌어 붙지 않게 하여

조리기구의 세척이 용이하며, 내식성 및 내마모성이 뛰어날 뿐만 아니라 바닥면에

원형의 홈을 가공 구성함으로써 대기 중으로 방출되는 연소에너지를 가능한한 포획

할 수 있도록 하여 에너지를 절약할 수 있는 가열조리기구에 관한 것이다.

일반적으로 냄비, 식기, 프라이팬, 밥솥 등의 가열 조리기구는 음식물이 조리되는 과정에서 용기의 표면에 음식이 늘어 붙지 않게 하기 위하여 금속으로 된 용기의 표면에 불소수지(상품명 테프론<Teflon>)코팅을

사용하고 있으며, 최근에는 음이온 방출 및 원적외선 방사 무기질 세라믹 코팅 기술도 개발되고 있다.

상기 테프론 코팅은 거의 모든 물질이 잘 달라붙지 않는 비점착성, 물기나 기름이 잘 묻지 않는 비유성,

높은 온도에서도 분해가 일어나지 않는 내열성, 낮은 온도에서도 물리적 특성이 변하지 않는 저온도 내구력, 주변의 화학적 환경에도 거의 영향을 받지 않는 등의 특성을 가지고 있어 가열조리용기 이외에도 각종

금형을 비롯한 기계류 및 전자부품 등에 널리 적용되고 있다.

이러한 종래의 테프론 코팅방법에 의한 제품은 단순히 테프론이 갖고 있는 특성들만 갖고 있을 뿐 향균,

탈취 등의 특성을 갖추지는 못하고 있다. 이에 따라 주방용품으로 사용될 경우 습기에 의하여 각종 세균이

번식되는 경우가 많아 비위생적이며, 테프론의 내구성이 떨어져 금속 조리기구의 바닥면으로부터 쉽게

벗겨지며, 테프론 성분자체가 인체에 유해한 단점이 있다.

이러한 단점을 해결하기 위하여 카올린과 몬몰린라이트를 주성분으로 하는 활성 점토 분말과 함께 테프론 수지의 상당량을 액상의 세라믹 성분으로 대체함으로써 원적외선과 음이온 방사 효과가 있는 세라믹 코팅

조성물과 이를 이용하는 조리기구의 제조 방법이 다양히 제안되고 있다.

이러한 세라믹 코팅조성물은 무기질 세라믹 결합체, 기능성 충진제, 안료성분 등으로 이루어지며, 금속재

표면에 부착되어 있는 각종 오염물질을 제거하는 전처리 공정, 고강도 무기질 세라믹 코팅층을 형성하는

코팅 공정, 소싱공정 등의 제조공정을 통하여 조리기구를 제조하게 된다.

상기 세라믹코팅 조리기구 제조방법은 사용하는 결합체, 충진제, 안료성분 등 원료들의 입자크기가 동일

하지 않기 때문에 원료의 혼합이 균일하게 이루어지지 않게 되므로 형성된 코팅막의 강도가 저하되고,

내구성이 떨어지게 되며 음이온 및 원적외선 방출 효과가 국부적을 제한되는 문제점이 있어 효과적인

세라믹 코팅 조리 기구 제조를 위해서는 많은 비용과 시간이 필요하게 된다.

한편 일반적으로 가열 조리기구는 연소열을 조리기구의 바닥면에 직접 가열 시키면서 원하는 조리를 하게

되는데 이때 조리기구의 바닥면에 직접적으로 가열되는 연소열은 그 열이 접하는 부분만을 국부적으로

가열시키고 있어 열전도가 균일 하지 못하므로 부분적인 집중 가열로 조리 음식물이 손상되고 있으며,

대기 중으로 많은 연소열이 발산되어 열효율이 비교적 낮은 문제점이 있다.

가열 조리기구를 사용한 조리시 열효율을 향상시키기 위하여 그 바닥 부분이나 주면부에 요철부를

형성하여 전열면적을 넓히는 여러 형태의 방법이 제안되고 있다.

그 주요 제안 기술로는 조리기구 바닥의 외표면 중심부로부터 외주를 향해 다수의 방사상 돌출부를 설치한

구조, 조리기구 바닥의 외표면에 다수의 돌기를 설치하여 이 돌기를 Z 형상으로 점배치하는 구조 또는

조리기구 바닥의 외표면에 소용돌이 모양의 동심원상의 돌출부를 형성한 구조 등을 들 수 있다.

이러한 바닥 구조는 조리기구 바닥 부분의 표면적을 확장시켜 외표면의 전열 면적을 증가시키고 있으며,

대기 중으로 방출되는 연소에너지를 포획함으로써 연소 에너지를 효과적으로 이용하고 그에 따른 에너지

손실을 방지하여 열교환 효율을 높이고 있다.

그러나 조리기구 바닥부분의 외표면의 돌출부가 고온 연소가스의 흐름인 화염의 진행에 커다란 장애요소로

작용하여 대류전열계수를 현저히 저하시킴으로 대류 전열량의 증대를 도모할 수 없고 결과적으로 조리용기의 내용물에 전달되는 열량을 증가시킬 수 없게 되며, 화염이 조리용기 바닥부분의 외표면에서 방사상으로

확산되어 흐르게 되므로 그 열에너지가 조리기구로 전달되지 않고 대기 중으로 방출될 확률이 높아 효과적으로 가열이 이루어지지 않을 뿐만 아니라 화염의 포획효율이 감소되어 원하는 고효율의 열교환을 기대할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명의 일 측면은 원적외선 및 음이온 방출 효과가 더욱 우수하고 코팅막의 강도가 균일하고 향상된 세라믹 코팅 가열 조리기구를 제조하기 위한 세라믹 코팅 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 측면은 상기 세라믹 코팅 조성물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 측면은 상기 세라믹 코팅 조성물을 사용하여 가열 조리기구를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 측면은 연소에너지의 고효율 열교환과 대기 중 방출을 감소함으로써 열효율을 향상시켜 에너지를 절약할 수 있는 가열 조리기구의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면은 원적외선 및 음이온 방출 효과가 더욱 우수하고 코팅막의 강도가 균일하고 향상된 세라믹 코팅 가열 조리기구를 제조하기 위한 세라믹 코팅 조성물을 제공한다.

상기 세라믹 코팅 조성물은 무기질 결합제 46~75 중량부와 충진제 10~39 중량부, 기능성 세라믹파우더 5~20 중량부 및 안료분 1~15 중량부로 이루어진다.

본 발명의 다른 측면은 상기 세라믹 코팅 조성물을 제조하는데 있어 준비된 원료를 ball mill 가공하여 50~100 nm 크기의 미세 나노입자로 균일하게 분쇄한 후 원료를 혼합하여 세라믹코팅 조성물을 제조하는 방법을 제공한다.

상기 분쇄과정에서 사용하는 ball은 직경 3~150 mm 크기의 세라믹 재질이 바람직하며, 회전 속도 100~300 rpm의 조건에서 4~12시간 처리한다.

본 발명의 다른 측면은 상기 세라믹 코팅 조성물을 사용하여 가열조리 기구의 제조방법을 제공한다.

상기 제조방법은 가열 조리기구의 코팅면에 존재하는 불순물을 제거하는 세척과정을 거친 후 세라믹 코팅조성물을 적층하여 형성시키게 되며, 통상적인 소성공정을 거쳐 제조한다.

본 발명에서 소성조건은 90~120℃의 온도에서 1~2시간 범위 내에서 소성시키는 것이 바람직하며, 세라믹 코팅층의 두께는 20~50 μm인 것이 바람직하다.

본 발명의 또다른 측면은 가열 조리기구의 바닥면에 원형의 홈을 가공 함으로써 연소열을 포획하고 대기 중으로 방출되는 열을 줄여줌으로써 열효율을 향상시켜 에너지를 절약할 수 있는 가열조리 기구 제조방법을 제공한다. 이때 원형 홈의 직경은 5~9 mm 이며, 바닥 표면에 노출되어 가열기구의 화염이나 연소열과 접촉하는 개구부의 크기는 3~5 mm가 되도록 가공한다. 홈은 직선, 곡선, 원 등의 형태로 연속적으로 가공하며, 각 홈의 간격은 30~50 mm가 바람직하다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 세라믹코팅 가열 조리기구는 본체로 사용하는 금속재의 표면에 음이온과 원적외선을 방사하고 비점착성과 항균성을 가지는 무기질 세라믹 코팅층을 적층하여 형성시킴으로써 가열조리시 열전도율을 증가시키고, 음식물이 타거나 눌어 붙지 않게 하여 조리기구의 세척이 용이하며, 내식성 및 내마모성이 향상된다.

또한 바닥면에 원형의 홈을 가공 구성함으로써 대기 중으로 방출되는 연소에너지를 가능한한 포획할 수 있도록 하여 에너지를 절약할 수 있는 가열 조리기구를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 에너지 절약형 세라믹 코팅 가열 조리기구의 종단면도.
도 2는 본 발명의 에너지 절약형 세라믹 코팅 가열 조리기구의 바닥부의 저면도.
*도면의 주요 부분에 대한 설명*
1. 세라믹 코팅된 가열 조리기구의 조리부
2. 가열 조리기구의 바닥부
3. 바닥부에 가공된 원형 홈

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 일 구현예는 원적외선 및 음이온 방출 효과와 항균성이 더욱 우수하며, 코팅막의 강도가 균일하고 향상된 세라믹 코팅 가열 조리기구를 제조하기 위한 세라믹 코팅 조성물을 제공한다.

상기 세라믹 코팅 조성물은 무기질 결합제 46~75 중량부와 충진제 10~39 중량부, 기능성 세라믹파우더 5~20 중량부 및 안료분 1~15 중량부로 이루어진다.

상기 무기질 결합제는 코팅층의 내구성, 내마모성, 내식성과 같은 기계적 및 화학적 물성과 열전도율을 향상시키기 위한 것으로, 무기질 결합제 100 중량부에 대하여 실란화합물 50~70 중량부와 실리카졸 30~50 중량부로 이루어진다.

상기 실란화합물은 바인더 역할을 하는 무기질 결합제로써, 더욱 구체적으로 알콕시실란, 메틸트리메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란 및 트리플루오로프로필트리메톡시실란 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 실리카졸은 실란화합물과 화학 반응하여 결합되는 무기질 화합물로써, 본 발명에서 사용하는 실리카졸은 무기질 코팅 조성물 100 중량부에 대하여 다공성 실리카 15~37 중량부와 이소프로필알콜 5~15 중량부를 혼합시키는 것이 바람직하며, 필요에 따라서는 상기 혼합량을 적절히 조정할 수 있다.

충진제는 실란화합물과 실리카졸 사이에서 도막의 크랙을 방지하고 점도를 조절하여 도막의 물리화학적 특성을 개선시키기 위해 사용하는 물질이며, 내구성, 내노화성, 내마모성과 같은 물리화학적인 특성을 강화시키기 위해 이산화티타늄, 티탄산칼륨과 알루미나, 천연광물질군 또는 디메틸폴리식록산과 같은 실리콘화합물 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 기능성 세라믹 파우더는 코팅막의 기계적 물성을 향상시키고, 항균성, 원적외선 방사와 음이온을 방출시키기 위해 혼합하는 것으로써 세라믹 코팅 조성물 100 중량부에 대하여 5~20 중량부인 것이 바람직하다. 기능성 세라믹 파우더의 혼합량이 5 중량부 미만이 될 경우에는 항균성과 원적외선 및 음이온 방출효과를 기대할 수 없고, 20 중량부를 초과할 경우에는 도막의 상태변화 및 접착력이 저하될 수 있다.

본 발명에서 기능성 세라믹 파우더로 사용하는 물질은 이산화지르코늄, 이산화규소, 산화알루미늄, 이산화티타늄, 산화철, 마그네시아, 토르말린, 황토, 연운모, 자수정, 생광석, 스트론튬, 바나듐, 지르코늄, 지르코니아, 세륨 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 본 발명에 따른 세라믹 조성물은 코팅막의 색상을 내기 위해 안료분을 사용하며, 안료분의 혼합량은 세라믹 코팅 조성물 100 중량부에 대하여 1~15 중량부인 것이 바람직하지만, 안료의 색상 또는 소비자의 요구나 제조자의 필요에 따라 정한 범위에만 반드시 한정되지 아니하고, 안료분의 채도, 명도 등에 의해 적절히 조정되어 질 수 있다.

본 발명의 다른 구현예는 상기 세라믹 코팅 조성물을 제조하는데 있어 준비된 모든 원료를 ball mill 가공하여 50~100 nm 크기의 미세 나노입자로 균일하게 분쇄한후 혼합하는 제조하는 방법을 제공한다.

원료를 나노입자로 균일하게 분쇄하게 되면 세라믹 코팅 조성물의 혼합이 균일하게 이루어지고, 코팅막 형성 시간이 단축되며, 형성된 코팅막의 강도가 증가된다. 또한 음이온 방출 및 원적외선 방사량이 원료를 분쇄하지 않은 방법에 비해 현저하게 증가된다.

상기 분쇄과정에서 사용하는 ball은 직경 3~150 mm 크기의 세라믹 재질이 바람직하며, 회전 속도 100~300 rpm의 조건에서 4~12시간 처리한다.

본 발명의 다른 구현예는 상기 세라믹 코팅 조성물을 사용하여 음식물이 점착되지 않고 내구성이 향상되며, 음이온과 원적외선 방사능이 우수한 가열조리 기구의 제조방법을 제공한다.

상기 제조방법은 프라이팬, 냄비, 솥 등 형태의 금속재 가열 조리기구의 코팅면에 존재하는 불순물을 제거하는 세척과정을 거친 후 세라믹 코팅조성물을 적층하여 형성시키게 되며, 통상적인 소성공정을 거쳐 제조한다.

본 발명에서 소성공정은 비교적 저온 소성이 가능하고, 높은 온도로 가열할 경우 바인더 혼합물과 세라믹 파우더의 결합력이 더욱 강하게 되어 기재로부터 박리되지 않게 된다.

본 발명에서 소성조건은 90~120℃의 온도에서 1~4시간 범위 내에서 소성시키는 것이 바람직하다. 소성조건이 상기의 정한 범위 미만이 될 경우에는 결합제와 세라믹 파우더 간에 결합력이 저하될 수 있고, 소성조건이 그 범위를 초과할 경우에는 물성이 저하되는 현상이 발생할 수 있다.

본 발명에서 세라믹 코팅층의 두께는 20~50 μm인 것이 바람직하며, 세라믹 코팅층의 두께가 20 μm 미만일 경우에는 코팅층의 내구성, 내마모성, 내식성과 같은 기계적 및 화학적 물성이 저하될 수 있고, 50 μm를 초과할 경우에는 열전도율이 저하될 가능성이 있다.

본 발명의 또다른 구현예는 가열 조리기구의 바닥면에 원형의 홈을 가공 함으로써 연소열을 포획하고 대기 중으로 방출되는 열을 줄여줌으로써 열효율을 향상시켜 에너지를 절약할 수 있는 가열조리 기구 제조방법을 제공한다.

이때 원형 홈의 직경은 5~9 mm 이며, 바닥 표면에 노출되어 가열기구의 화염이나 연소열과 접촉하는 개구부의 크기는 3~5 mm가 되도록 가공하여, 용기바닥의 외표면적을 확장하여 전열면적을 증대시킴과 동시에 열에너지가 원형 홈의 내부에서 오랫동안 머물 수 있도록하여 일반적인 바닥면에 비하여 조리기구의 상판으로 더 많은 에너지가 전달될 수 있게 된다.

원형 홈의 형성은 컴퓨터 정밀가공(CNC)에 의해서 가능하며, 통상적인 방법으로 가공할 수 있다.

홈은 직선, 곡선, 원 등의 형태로 연속적으로 가공하며, 각 홈의 간격은 30~50 mm가 바람직하다. 원형 홈의 크기와 개구부의 크기가 그 하한 값보다 작아지면 열에너지를 포획하는 효율이 현저하게 떨어지고 그 상한 값보다 커지면 바닥의 표면전열 면적이 원하는 정도까지 확장되지 않으므로 바람직하지 않다.

또한 각 홈의 간격이 그 하한 값보다도 작아지면 화염이 바닥으로부터 반사방출되어 효과적인 열전달이 수행되지 않고, 반대로 그 상한 값보다도 커지면 표면전열 면적이 감소하게 되므로 바람직하지 않다.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예들은 본 발명을 예시하는 것으로, 본 발명의 내용이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

1.CNC가공(들어가는 입구는 좁고 안쪽은 넓어진다)
2.CNC가공(규격에 대한 설명)
3.CNC가공(완성됐을 때 나선형으로 됨)

Claims (9)

1. 무기질 결합제 46~75 중량부와 충진제 10~39 중량부, 기능성 세라믹파우더 5~20 중량부 및 안료분 1~15 중량부를 포함하는 가열 조리기구 세라믹 코팅 조성물
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 무기질 결합제는 실란화합물 50~70 중량부와 실리카졸 30~50 중량부로 구성된 가열 조리기구 세라믹 코팅 조성물
3. 제1항에 있어서,
   상기 기능성 세라믹 파우더는 기능성 세라믹 파우더로 사용하는 물질은 이산화지르코늄, 이산화규소, 산화알루미늄, 이산화티타늄, 산화철, 마그네시아, 토르말린, 황토, 연운모, 자수정, 생광석, 스트론튬, 바나듐, 지르코늄, 지르코니아, 세륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 무기 물질인 가열 조리기구 세라믹 코팅 조성물
4. 세라믹 코팅 조성물을 제조하는데 있어 준비된 모든 원료를 ball mill 가공하여 50~100 nm 크기의 미세 나노입자로 균일하게 분쇄한 후 혼합하는 가열 조리기구 세라믹코팅 조성물 제조 방법
5. 제4항에 있어서,
   직경 3~150 mm 크기의 세라믹 재질의 ball을 사용하여 회전 속도 100~300 rpm의 조건에서 4~12시간 동안 ball mill 처리 단계를 수행하는 가열 조리기구 세라믹코팅 조성물 제조방법
6. 금속재 가열 조리기구의 코팅면에 존재하는 불순물을 제거하는 세척과정;
   세라믹 코팅조성물 적층과정;
   90~120℃, 1~4시간 소성과정
   을 포함하는 세라믹 코팅 가열 조리기구 제조방법
7. 가열 조리기구 바닥면에 직경 5~9 mm의 원형 홈을 가공하는 에너지 절약형 가열 조리기구 바닥면 가공방법
8. 제7항에 있어서,
   바닥 표면에 노출되어 가열기구의 화염이나 연소열과 접촉하는 개구부의 크기는 3~5 mm가 되도록 컴퓨터 정밀가공하는 에너지 절약형 가열 조리기구 바닥면 가공방법
9. 제7항에 있어서,
   직선, 곡선, 원 등의 형태로 연속적으로 홈을 가공하며, 각 홈의 간격은 30~50 mm인 에너지 절약형 가열 조리기구 바닥면 가공방법
   
   
   
   
   
   

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