KR20190137352A - 전기구이판 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 전기구이판는 구이판; 상기 구이판에 면 접촉하는 발열층; 및 상기 발열층과 접하는 전극;을 포함하며, 상기 발열층은 탄소나노튜브 및 규소계 접착제를 포함하는 조성물이 상기 구이판의 일면에 도포되어 형성된다. 이에 따라 본 발명에 따른 전기구이판는 열손실을 최소화하여 열효율이 우수하고, 목표 온도까지 도달하는 반응시간이 빨라 예열 시간이 단축되며 조리 품질이 우수한 효과가 있을 뿐만 아니라, 온도 상승 시 구이판의 면적에 따른 온도 편차 발생을 실질적으로 방지할 수 있고, 내구성과 안전성이 높은 효과가 있다.
Description
본 발명은 전기구이판에 관한 것이다.
일반적으로 가정이나 음식점에서 음식물을 조리하거나 고기를 굽는 장치로는 통상 가스레인지 또는 가스버너가 많이 사용되고 있다. 이러한 가스를 에너지로 사용하는 장치는 가스 배관 등의 시설이 필수적이나, 시설 보급이 잘 되어 있어 사용이 쉽고 연료비가 저렴한 장점이 있다. 하지만 가스를 에너지로 사용하는 장치는 직접 연소를 통해 열을 발생시키므로, 폭발이나 화재 위험성이 매우 커서 최근 가정에서는 안전성이 높은 전기구이판가 많이 보급되고 있는 추세이다.
전기구이판는 전기 에너지를 공급받아 열을 발생시키는 장치로, 이중 전기히터를 이용하여 음식물을 조리하는 장치가 주로 사용된다. 구체적으로, 상기 장치는 통상적으로 본체 내부에 전기히터를 구비하여 열을 발생시키고 그 상부에 금속판이나 돌판 등을 장착하여 전열 히터의 열이 상부의 판으로 전달되도록 구성된다.
이러한 전기구이판는 전기 시설만 갖춰진 곳이라면 어디서나 사용할 수 있으며, 가스를 이용하는 장치와 비교하여 상대적으로 안전성이 높기 때문에 편이성이 우수하다. 그럼에도 불구하고 전기구이판는 가스를 이용하는 장치에 비하여 사용률이 현저히 낮은데, 이는 상대적으로 낮은 화력에 기인한 조리 품질의 저하가 주된 이유라 할 수 있다.
구체적으로, 종래의 전기히터를 이용한 전기구이판는 통상적으로 돌이나 금속재질의 두툼한 불판과 상기 불판의 아래쪽으로 일정 간격이 떨어진 위치에 전기히터가 구비된다. 이때 사용되는 전기히터는 선상으로서 통상 열선이라 불리며, 지그재그 형태로 수차례 굽어진 상태로 배치된다. 이러한 열선이 사용된 종래의 전기히터는 구이판에 가열되는 부위가 균일하지 않는 문제가 있다. 또한 구이판과 열선 사이의 이격거리가 존재하므로 구이판에 직접 열이 가해지지 못하여 열손실이 큰 문제가 있다. 이러한 문제들로 인하여 열선이 사용되는 종래의 전기구이판는 가스를 이용한 장치보다 승온속도가 매우 느림에 따라 적정온도에서 조리하기 위해서는 예열하는 시간이 길어지며, 음식의 조리 품질이 상대적으로 떨어질 수밖에 없다.
또한 국부적으로 열이 가해지기 때문에 구이판에 사용되는 물질의 종류에도 한계가 있다. 예를 들어 돌판을 구이판의 재료로 사용하였을 경우에는 국부적인 온도차에 의해 심한 경우 돌판에 균열이 발생하는 치명적인 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은 전술한 종래의 문제들을 극복하기 위한 것으로, 열효율이 우수하고, 목표 온도까지 도달하는 반응시간이 빨라 예열 시간이 단축되며 조리 품질이 우수한 전기구이판를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 온도 상승 시 구이판의 면적에 따른 온도 편차 발생을 실질적으로 방지할 수 있고, 내구성과 안전성이 높은 전기구이판를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전기구이판는, 구이판; 상기 구이판에 면 접촉하는 발열층; 및 상기 발열층과 접하는 전극;을 포함하며, 상기 발열층은 탄소나노튜브 및 규소계 접착제를 포함하는 조성물이 상기 구이판의 일면에 도포되어 형성된다.
본 발명의 일 예에 따른 전기구이판는 하기 관계식 1을 만족할 수 있다. 이때 하기 관계식 1에서, AH는 구이판과 접하는 발열층의 면적이며, AG는 구이판의 구워질 대상의 전체 수용 면적이다.
[관계식 1]
0.5≤ AH/AG ≤ 1
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 발열층의 평균두께는 10 ㎛ 내지 2 mm일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 구이판의 평균두께는 5 내지 50 mm일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 조성물이 도포되는 구이판의 일면에 상기 전극이 먼저 형성된 후, 상기 조성물이 상기 전극을 덮어 도포될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 구이판의 일면에 상기 조성물이 도포되어 발열층이 형성된 후, 상기 발열층에 전극이 접착 조성물에 의해 접합될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 조성물은 유기 바인더, 분산제 및 유기용매를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 조성물은 탄소나노튜브 1 내지 50 중량%, 규소계 접착제 1 내지 30 중량%, 유기 바인더 1 내지 20 중량%, 분산제 1 내지 20 중량% 및 유기용매 1 내지 90 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 유기 바인더는 에틸셀룰로스 및 니트로셀룰로스 등에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 분산제는 아미노 함유 올리고머 또는 폴리머의 포스포러스 에스테르염; 인산의 모노에스테르 또는 디에스테르; 산성 디카르복실산 모노에스테르; 폴리우레탄-폴리아민 부가물; 및 폴리알콕실화 모노아민 또는 디아민; 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 유기용매는 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜, 부틸알콜, 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 헥산, 사이클로헥사논, 톨루엔, 클로로포름, 디클로로벤젠, 디메틸벤젠, 트리메틸벤젠, 피리딘, 메틸나프탈렌, 니트로메탄, 아크릴로니트릴, 옥타데실아민, 아닐린, 디메틸설폭사이드, 디에틸렌글리콜에틸에테르 및 터피네올 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 발열층에 인가되는 전압은 5 내지 240 V일 수 있다.
본 발명에 따른 전기구이판는 열손실을 최소화하여 열효율이 우수하고, 목표 온도까지 도달하는 반응시간이 빨라 예열 시간이 단축되며 조리 품질이 우수한 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 전기구이판는 온도 상승 시 구이판의 면적에 따른 온도 편차 발생을 실질적으로 방지할 수 있고, 내구성과 안전성이 높은 효과가 있다.
본 발명에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 명세서에서 기재된 효과 및 그 내재적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 실시예 1에서 제조된 전기구이판의 이미지이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 전기구이판를 열화상 카메라로 관찰한 이미지이다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 전기구이판의 각 전압에서 시간에 따른 구이판의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1에서 제조된 전기구이판의 각 전압의 변화에서 시간에 따른 구이판의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 동일한 인가전압에서 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 전기구이판의 구이판 두께에 따른 구이판의 승온 속도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6는 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 전기구이판과 대조군으로 종래 열선히터를 이용한 전기구이판의 동일한 인가전압에서 시간에 따른 구이판의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 전기구이판를 열화상 카메라로 관찰한 이미지이다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 전기구이판의 각 전압에서 시간에 따른 구이판의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1에서 제조된 전기구이판의 각 전압의 변화에서 시간에 따른 구이판의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 동일한 인가전압에서 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 전기구이판의 구이판 두께에 따른 구이판의 승온 속도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6는 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 전기구이판과 대조군으로 종래 열선히터를 이용한 전기구이판의 동일한 인가전압에서 시간에 따른 구이판의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 전기구이판를 상세히 설명한다.
본 명세서에 기재되어 있는 도면은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 상기 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 용어의 단수 형태는 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 %의 단위는 별다른 정의가 없는 한 중량%를 의미한다.
본 발명에 따른 전기구이판는, 구이판; 상기 구이판에 면 접촉하는 발열층; 및 상기 발열층과 접하는 전극;을 포함하며, 상기 발열층은 탄소나노튜브 및 규소계 접착제를 포함하는 조성물이 상기 구이판의 일면에 도포되어 형성된다.
즉, 본 발명에 따른 전기구이판는 구이판과 발열층이 면 접촉하는 구조를 가지는 특징과 상기 발열층이 탄소나노튜브 및 규소계 접착제를 포함하는 조성물이 상기 구이판의 일면에 도포되여 형성되는 특징을 갖는다. 이에 따라, 본 발명에 따른 전기구이판는 열손실을 최소화하여 열효율이 우수하고, 목표 온도까지 도달하는 반응시간이 빨라 예열 시간이 단축되며 조리 품질이 우수한 효과가 있다. 또한 온도 상승 시 구이판의 면적에 따른 온도 편차 발생을 실질적으로 방지할 수 있고, 내구성과 안전성이 높은 효과가 있다.
본 발명에 따른 전기구이판는, 종래의 선 접합되는 발열층과는 달리, 발열층이 구이판에 면 접촉함으로써, 종래와 비교하여 구이판과 발열층과의 접촉 면적량이 크다. 구체적인 일 예로, 본 발명의 일 예에 따른 전기구이판는 하기 관계식 1을 만족하는 것이 바람직할 수 있다. 하기 관계식 1에서, AH는 구이판과 접하는 발열층의 면적이며, AG는 구이판의 구워질 대상의 전체 수용 면적이다.
[관계식 1]
0.5≤ AH/AG ≤ 1
또한 본 발명에 따른 전기구이판는, 종래의 접합 조성물에 의해 구이판과 발열층이 접합되어 구이판과 발열층이 실질적으로 이격되어 있는 구조와는 달리, 구이판과 발열층이 직접 면 접촉하여 존재함에 따라 열효율이 우수한 효과가 있다.
본 발명에 따른 전기구이판의 구이판 및 발열층의 면적은 요구 목적 및 규모에 따라 적절히 조절될 수 있으므로 제한되지 않으나, 각 두께는 후술하는 범위의 평균두께를 가지는 것이 바람직하다.
바람직한 일 예에 있어서, 발열층의 평균두께는 10 ㎛ 내지 2 mm인 것이 좋다. 이를 만족할 경우, 너무 얇은 두께에 의해 고전압이 요구되는 문제 및 너무 두꺼운 두께에 의해 발열층 형성 시 코팅막에 균열이 발생하고 면저항이 크게 낮아져 발열이 현실적으로 불가능한 문제를 방지할 수 있다.
바람직한 일 예에 있어서, 상기 구이판의 평균두께는 바람직하게는 5 내지 50 mm, 보다 바람직하게는 5 내지 30 mm인 것이 좋다. 이를 만족할 경우, 너무 얇은 두께에 의해 보온성이 저하되어 외부로 열이 쉽게 손실되는 문제 및 너무 두꺼운 두께에 의해 긴 예열시간 및 전력 소모가 커지는 문제를 최소화할 수 있다.
상기 구이판의 재질의 종류는 통상 식재료를 구울 수 있는 것이라면 무방하며, 예를 들어 화강석, 대리석, 곱돌 등의 각종 암석; 유리, 파이렉스, 석영, 도자기 등의 세라믹; 스테인레스, 구리, 마그네슘, 이들의 합금 등의 금속; 등이 사용될 수 있다. 하지만 이는 일 예로 설명한 것일 뿐, 이 외에도 5~350℃까지의 온도를 견딜 수 있는 내열성을 가지는 물질이고 통상 식재료를 구울 수 있는 것이라면 다양한 것들이 사용될 수 있다.
상기 전극은 발열층과 접하여 전압이 인가될 수 있다면 그 형태, 구조 및 형성 방법에 크게 제한을 두지 않으며, 상기 조성물이 도포되는 구이판의 일면에 상기 전극이 먼저 형성된 후, 상기 조성물이 상기 전극을 덮어 도포되는 것을 예로 들 수 있다. 또는 상기 구이판의 일면에 상기 조성물이 도포되어 발열층이 형성된 후, 상기 발열층에 전극이 접합되는 것을 예로 들 수 있다. 이때 접합은 공지된 전도성 접착 조성물을 사용하면 무방하다. 전도성 접착 조성물의 일 예로, 탄소나노튜브-은 복합체를 포함하는 에폭시 수지 조성물을 들 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 전극은 통상적으로 구리 전극이 주로 사용되고, 일 예로 전해동박, 압연동박, 구리동박 등이 사용될 수 있으며, 이 외에도 전기가 통하는 물질이라면 다양한 전기 전도성 물질이 사용되어도 무방하므로 전극 물질이라면 그 형태 및 재질에 제한을 두지 않는다. 또한 전극의 두께로 1 내지 1000 ㎛을 예로 들 수 있으나, 이에 본 발명이 제한되지 않음은 물론이다.
본 발명에 따른 전기구이판은 발열층 및 전극을 덮는 절연막을 더 포함할 수 있다. 절연막은 전기 저항이 커 발열층 및 전극을 덮어 요구되지 않는 경로로 전기가 흐르는 것을 방지할 수 있는 것이라면 무방하며, 공지된 문헌을 참고하면 된다. 예를 들어 통상적으로 알려진 절연 페이스트를 도포하고 경화하여 절연층을 발열층 및 전극 상에 형성할 수 있다. 상기 절연 페이스트의 일 예로, 절연 세라믹 분말 및 유기 바인더를 혼합하여 25℃에서 1,000 내지 80,000 cps의 점도를 갖는 것을 들 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
본 발명에 따른 전기구이판의 발열층에 인가되는 전압은 발열층의 두께, 전극 형성 거리 등의 다양한 조건에 의해 달리 할 수 있고, 목적 온도에 도달할 수 있을 정도라면 적절히 조절될 수 있으며, 예컨대 5 내지 240 V일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 전압이 50 내지 70 V로 인가될 시, 초기 10 분 동안 승온속도는 8 내지 30 ℃/min일 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기구이판는 발열층이 구이판과 면 접촉하면서, 상기 발열층이 탄소나노튜브 및 규소계 접착제를 포함하는 발열 조성물에 의해 형성됨에 따라 상술한 효과들이 구현된다.
이하 본 발명에 따른 전기구이판의 발열층의 형성을 위한 발열 조성물에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 발열 조성물은 탄소나노튜브 및 규소계 접착제를 포함한다.
상기 탄소나노튜브(carbon nano tube, CNT)는 통상적으로 알려진 것을 사용하면 무방하다. 구체적으로, 탄소나노튜브는 통상 흑연 한 층이 감겨있으며, 흑연과 같은 sp2 결합을 하고 있는 원통 형태의 복합구조를 가진다. 탄소나노튜브의 구체적인 예로, 단일벽 탄소나노튜브(Single wall CNT), 이중벽 탄소나노튜브(Double wall CNT) 및 다중벽 탄소나노튜브(Multi wall CNT)를 들 수 있으며, 이들을 둘 이상 혼합하여 사용할 수도 있다. 탄소나노튜브의 평균직경 및 평균길이는 크게 제한되지 않으며, 일 예로 0.9~3.0 nm 및 0.1~30 ㎛일 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 규소계 접착제는 규소(Si) 원자와 산소(O) 원자가 교대로 되어있는 폴리실록산 주쇄를 가지는 고분자일 수 있으며, 주로 각각의 규소 원자에 통상 2 개의 알킬기(메틸, 에틸, 프로필 등) 또는 페닐기(-C6H5) 등의 유기 원자단이 결합되어 있는 구조를 가질 수 있다. 구체적인 일 예로, 규소계 접착제는 폴리실록산 주쇄에 수소, 히드록시기, 메틸기 또는 페닐기가 결합되어 있을 수 있다. 이때 폴리실록산 주쇄, 즉 SiO2의 함량은 전체 규소계 접착제 전체 중량에 대하여 45 내지 65 중량%, 바람직하게는 47 내지 63 중량%인 것을 예로 들 수 있다.
바람직한 일 예로, 상기 규소계 접착제는 건조성을 향상시키면서도 우수한 유연성을 위해 관능기인 히드록시기를 가지는 실라놀(silanol)기를 갖는 것이 좋으며, 바람직하게는 규소계 접착제 전체 중량에 대하여 0.1 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 6 중량%인 것이 좋다. 이를 만족할 경우, 건조성 및 강도의 하락과 유연성 및 가공성의 저하를 막을 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
바람직한 일 예로, 상기 규소계 접착제는 열안정성을 더욱 향상시키기 위해 메틸기와 페닐기의 비율이 일정 범위에 속하는 것이 좋다. 구체적으로, 상기 메틸기와 페닐기의 비율은 메틸기 1 몰비에 대하여 페닐기 0.3 내지 2.5 몰비, 바람직하게는 메틸기 1 몰비에 대하여 페닐기 0.4 내지 2.0 몰비인 것이 좋다. 이를 만족할 경우, 기계적 강도 및 내열성의 하락과 발수성 및 가공성의 하락을 방지할 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 규소계 접착제는 가열에 의해 관능기 간 결합이 발생하여 경화될 수 있으며, 바람직하게는 가교도 55 내지 80%, 중량평균분자량 1,000 내지 400,000인 것이 가공성 및 기계적인 물성 측면에서 바람직할 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 조성물의 조성비는 크게 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는 탄소나노튜브 1 내지 50 중량% 및 규소계 접착제 1 내지 30 중량%를 포함하는 것이 좋다. 이때 상기 조성물은 유기용매를 더 포함할 수 있으며, 이의 함량은 잔량으로서 사용될 수 있다.
상기 유기용매는 크게 제한되는 것은 아니며, 예컨대 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜, 부틸알콜, 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 헥산, 사이클로헥사논, 톨루엔, 클로로포름, 디클로로벤젠, 디메틸벤젠, 트리메틸벤젠, 피리딘, 메틸나프탈렌, 니트로메탄, 아크릴로니트릴, 옥타데실아민, 아닐린, 디메틸설폭사이드, 디에틸렌글리콜에틸에테르 및 터피네올 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
바람직한 일 예에 있어서, 상기 조성물은 유기 바인더 및 분산제 등에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함하는 것이 좋다. 상기 유기 바인더가 조성물에 포함될 경우, 조성물의 가공성을 향상시키고, 구이판에 도포되는 과정에서 구이판과의 밀착성을 향상시킨다.
상기 유기 바인더는 제조 방법 등에 한정되지 않지만, 일정 범위의 점도를 가지는 것이 조성물의 도포성을 향상시키는 측면에서 좋다. 구체적인 일 예로, 상기 유기 바인더는 25℃에서 10 내지 50,000 cps(centipoise)의 점도를 가질 수 있다.
상기 유기 바인더는 에틸셀룰로스 및 니트로셀룰로스 등에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 본 발명이 제한되지 않음은 물론이다.
상기 유기 바인더가 조성물에 포함될 경우, 조성물 전체 중량에 대하여 1 내지 20 중량%, 바람직하게는 3 내지 15 중량%로 포함되는 것이 좋다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 분산제는 아미노 함유 올리고머 또는 폴리머의 포스포러스 에스테르염; 인산의 모노에스테르 또는 디에스테르; 산성 디카르복실산 모노에스테르; 폴리우레탄-폴리아민 부가물; 및 폴리알콕실화 모노아민 또는 디아민; 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있으나, 이에 본 발명이 제한되지 않음은 물론이다.
상기 분산제가 조성물에 포함될 경우, 조성물 전체 중량에 대하여 1 내지 20 중량%, 바람직하게는 2 내지 10 중량%로 포함되는 것이 좋다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
바람직한 일 예에 있어서, 상기 조성물이 유기 바인더, 분산제 및 유기용매를 더 포함할 경우, 이의 조성비는 탄소나노튜브 1 내지 50 중량%, 규소계 접착제 1 내지 30 중량%, 유기 바인더 1 내지 20 중량%, 분산제 1 내지 20 중량% 및 유기용매 1 내지 90 중량%를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 조성물은 구이판에 발열층을 형성하기 전 고체와 액체의 중간 굳기를 갖는 상태를 가질 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명하나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[제조예 1]
발열 조성물의 제조
삼각플라스크에 탄소나노튜브((주)한화나노텍) 1.5 g을 넣고, 유기용매인 알파-터피네올(α-terpineol) 33.75g, 에틸셀룰로스(Ethylcellulose) 1.25 g, 규소계 접착제(RSN-0806, 다우코닝) 5 g 및 분산제(DISPERBYK-192, BYK) 0.75 g을 투입하였다. 이어서 상기 삼각플라스크를 교반기에 장착하여 60 분 동안 교반하여 충분히 분산되도록 하여 발열 조성물을 제조하였다.
300 mm × 195 mm의 면적과 20 mm의 두께를 가지는 돌판(장수곱돌)을 구이판으로 준비하였다. 구이판 표면을 에탄올로 세척하고 250℃에서 30 분 동안 열처리하여 구이판 표면에 존재할 수 있는 이물질 등을 제거하였다.
상기 열처리된 구이판의 하면에 상기 제조예 1에서 제조된 발열 조성물을 습윤두께 600 ㎛로 도포하고 300℃에서 30 분 동안 열경화하여 발열층을 구이판에 면 코팅하였다. 이러한 코팅 과정을 한 번 더 반복하여 최종적으로 습윤두께 1.2 mm의 발열층이 구이판의 하면에 면 코팅된 전기구이판를 제조하였다. 이때 상기 발열층의 면적은 220 mm × 160 mm였다.
그리고 상기 발열층의 양단부에 각각 구리 전극 한 쌍을 접합하였으며, 이때 도 1에 도시된 바와 같이 발열층의 최외곽 단부에서 안쪽 방향으로 1 cm가 되는 폭의 구리 전극이 양단부를 길이방향으로 하여 선상으로 접합되었다. 구리 전극과 발열층과의 접합은 에폭시 실버페이스트(ELCOAT, CANS, Cat. no. : A-200)를 사용하였다.
상기 구리 전극 및 발열층의 총 면적의 단열 및 절연을 위해, 절연페이스트(AccuPasteTM Insulating Paste, (주)바이오니아, Cat. no. : TC-5000)를 구리 전극 및 발열층에 도포하여 절연막을 형성하였다.
실시예 1에서 두께가 20 mm인 구이판 대신 두께가 15 mm인 구이판을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
[실험예 1]
전기구이판의 전압에 따른 승온속도 평가
실시예 1에서 제조된 전기구이판의 전압에 따른 승온속도를 테스트하기 위해, 전기구이판의 전극의 양단에 슬라이닥스를 연결하여 인가 전압을 각각 50, 60 및 70 V로 인가하여 열화상카메라(TiS50, FLUKE)로 전기구이판의 돌판의 온도를 측정하였다.
그 결과, 도 2에 도시된 바와 같이, 일정전압을 인가했을 시 돌판이 고르게 발열되는 것을 확인할 수 있어, 면적에 따른 온도 편차 발생을 실질적으로 방지할 수 있었다.
도 3은 각 인가전압에서 시간에 따른 돌판의 온도를 나타낸 그래프로, 이로부터 인가전압이 증가할수록 돌판의 온도도 증가하는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 50 V로 전압이 인가되었을 경우 240℃에 도달하는 시간이 약 43 분, 60 V로 전압이 인가되었을 경우 약 18 분, 70 V로 전압이 인가되었을 경우 약 12 분이 소요되었다. 0~10 분까지의 승온속도를 비교해 보면, 50 V의 인가전압에서 약 9.5 ℃/min, 60 V의 인가전압에서 약 13.1 ℃/min, 70 V의 인가전압에서 약 18 ℃/min의 승온속도를 가짐을 확인하였다.
[실험예 2]
전기구이판의 전압에 따른 온도 유지 평가
실시예 1에서 제조된 전기구이판의 온도가 전압에 따라 일정하게 유지되는지를 평가하기 위해, 70 V의 인가전압에서 10 분 동안 유지한 후 40 V로 감소시켜 총 60 분 동안 전압을 인가하여 열화상카메라(TiS50, FLUKE)로 돌판의 온도를 측정하였다.
그 결과, 도 4에 도시된 바와 같이, 약 45 분 이후 220℃를 유지하는 것을 확인하였다. 이로부터 실시예 1에서 제조된 전기구이판는 인가전압을 통해 정밀하게 온도를 제어할 수 있음을 알 수 있다.
[실험예 3]
구이판의 두께에 따른 승온 속도 평가
전기구이판의 구이판의 두께에 따른 승온 속도 평가를 위해 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 두께만 서로 다른 각 전기구이판에 70 V의 전압을 인가하여 240℃까지 승온되는 시간을 측정하였다.
그 결과, 도 5에서 보여준 것처럼 구이판의 두께가 20 mm인 경우는 240℃까지 도달 시간이 약 14분 정도가 소요되었으며, 구이판의 두께가 15 mm인 경우는 240℃까지 도달하는 시간이 10 분 내외로 승온속도가 더 빨라짐을 알 수 있다. 실시예 1 및 실시예 2에 대한 0~10 분까지의 승온속도를 비교해 보면, 구이판 두께가 20 mm 일 경우 18℃/min의 승온속도를 가지며, 구이판 두께가 15 mm 일 경우 24℃/min의 승온속도를 가짐을 알 수 있다. ㄸㆍ라서 전기구이판의 구이판 두께가 더 얇아짐에 따라 구이판의 예열시간이 더 짧아짐을 알 수 있다.
[실험예 4]
종래 열선히터를 이용한 전기구이판과의 비교 평가
실시예 1에서 제조된 전기구이판과 대조군으로 종래 열선히터를 이용한 전기구이판과의 열효율 특성을 평가하기 위해, 일정 전압에서 시간에 따른 구이판의 온도 변화를 열화상카메라(TiS50, FLUKE)로 측정하였다.
종래의 열선히터를 이용한 전기구이판는 열선히터를 설치하고 그 위에 구이판을 놓고 가열하는 방식이다. 이러한 종래의 전기구이판는 열선히터만 발열하기 때문에 구이판 전체를 승온시키는데 시간이 오래 걸리는 것을 확인할 수 있었다.
구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 종래의 전기구이판는 240℃에 도달하지 못하고 약 180℃를 유지하는 것을 확인하였다. 또한 최대온도에 도달하는 시간이 25분이 넘어가는 것을 확인할 수 있었다. 반면 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 전기구이판는 종래의 열선히터를 이용한 전기구이판와 비교하여 240℃에 도달하는 승온속도가 현저히 높음을 도 6으로부터 확인할 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 전기구이판는 저전압에서도 열선히터 방식의 종래의 전기구이판와 비교하여 목표 온도에 도달하는 속도가 상대적으로 빨라 열효율이 매우 우수함을 알 수 있다.
10 : 구이판
20 : 발열층
30 : 전극
20 : 발열층
30 : 전극
Claims (10)
- 구이판; 상기 구이판에 면 접촉하는 발열층; 및 상기 발열층과 접하는 전극;을 포함하는 전기구이판으로,
상기 발열층은 탄소나노튜브 및 규소계 접착제를 포함하는 조성물이 상기 구이판의 일면에 도포되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전기구이판. - 제1항에 있어서,
하기 관계식 1을 만족하는 전기구이판.
[관계식 1]
0.5≤ AH/AG ≤ 1
(상기 관계식 1에서, AH는 구이판과 접하는 발열층의 면적이며, AG는 구이판의 구워질 대상의 전체 수용 면적이다) - 제2항에 있어서,
상기 발열층의 평균두께는 10 ㎛ 내지 2 mm인 전기구이판. - 제3항에 있어서,
상기 구이판의 평균두께는 5 내지 50 mm인 전기구이판. - 제1항에 있어서,
상기 조성물이 도포되는 구이판의 일면에 상기 전극이 먼저 형성된 후, 상기 조성물이 상기 전극을 덮어 도포되는 전기구이판. - 제1항에 있어서,
상기 구이판의 일면에 상기 조성물이 도포되어 발열층이 형성된 후, 상기 발열층에 전극이 접착 조성물에 의해 접합되는 전기구이판. - 제1항에 있어서,
상기 조성물은 유기 바인더, 분산제 및 유기용매를 더 포함하는 전기구이판. - 제7항에 있어서,
상기 조성물은 탄소나노튜브 1 내지 50 중량%, 규소계 접착제 1 내지 30 중량%, 유기 바인더 1 내지 20 중량%, 분산제 1 내지 20 중량% 및 유기용매 1 내지 90 중량%를 포함하는 전기구이판. - 제7항에 있어서,
상기 유기 바인더는 에틸셀룰로스 및 니트로셀룰로스 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하며,
상기 분산제는 아미노 함유 올리고머 또는 폴리머의 포스포러스 에스테르염; 인산의 모노에스테르 또는 디에스테르; 산성 디카르복실산 모노에스테르; 폴리우레탄-폴리아민 부가물; 및 폴리알콕실화 모노아민 또는 디아민; 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하며,
상기 유기용매는 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜, 부틸알콜, 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 헥산, 사이클로헥사논, 톨루엔, 클로로포름, 디클로로벤젠, 디메틸벤젠, 트리메틸벤젠, 피리딘, 메틸나프탈렌, 니트로메탄, 아크릴로니트릴, 옥타데실아민, 아닐린, 디메틸설폭사이드, 디에틸렌글리콜에틸에테르 및 터피네올 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 전기구이판. - 제1항 내지 제9항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,
상기 발열층에 인가되는 전압이 5 내지 240 V인 전기구이판.
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