KR20210105778A - 사용 편의성이 개선된 유도 가열 방식의 쿡탑 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 사용 편의성이 개선된 유도 가열 방식의 쿡탑에 관한 것이다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑은, 케이스, 케이스의 상단에 결합되고, 상면에 피가열 물체가 배치되는 상판부가 구비된 커버 플레이트, 피가열 물체를 가열하기 위해 케이스 내부에 구비된 워킹 코일, 상기 워킹 코일의 하부에 구비된 단열재 및 상기 상판부의 어느 일면 또는 상기 단열재의 어느 일면에 구비되며, 접착층 및 가열층이 순차적으로 적층된 적층 구조를 갖는 가열 박막 코팅을 포함한다.
Description
본 발명은 사용 편의성이 개선된 유도 가열 방식의 쿡탑에 관한 것이다.
가정이나 식당에서 음식을 가열하기 위한 다양한 방식의 조리 기구들이 사용되고 있다. 종래에는 가스를 연료로 하는 가스 레인지가 널리 보급되어 사용되어 왔으나, 최근에는 가스를 이용하지 않고 전기를 이용하여 피가열 물체, 예컨대 냄비와 같은 조리 용기를 가열하는 장치들의 보급이 이루어지고 있다.
전기를 이용하여 피가열 물체를 가열하는 방식은 크게 저항 가열 방식과 유도 가열 방식으로 나누어진다. 전기 저항 방식은 금속 저항선 또는 탄화규소와 같은 비금속 발열체에 전류를 흘릴 때 생기는 열을 방사 또는 전도를 통해 피가열 물체(예를 들어, 조리 용기)에 전달함으로써 피가열 물체를 가열하는 방식이다. 그리고 유도 가열 방식은 소정 크기의 고주파 전력을 코일에 인가할 때 코일 주변에 발생하는 자계를 이용하여 금속 성분으로 이루어진 피가열 물체에 와전류(eddy current)를 발생시켜 피가열 물체 자체가 가열되도록 하는 방식이다.
최근에는 쿡탑(Cooktop)에 유도 가열 방식이 대부분 적용되고 있다.
다만, 유도 가열 방식이 적용된 쿡탑의 경우, 자성체만을 가열할 수 있다는 한계가 있다. 즉, 비자성체(예를 들어, 내열유리, 도기류 등)가 쿡탑 위에 배치된 경우, 유도 가열 방식이 적용된 쿡탑은 해당 피가열 물체를 가열하지 못한다는 문제가 있다.
이에 따라, 종래에는 유도 가열 방식의 쿡탑이 가지는 한계를 극복하기 위해, 하기와 같이 다양한 방법이 고안되었다.
먼저, 쿡탑과 비자성체 사이에 유도 가열 방식으로 가열할 수 있는 가열판을 추가하는 방식이 고안되었다. 일본 등록특허공보 제5630495호(2014.10.17)를 참조하면, 가열판을 추가하여 유도 가열하는 방식이 개시되어 있다.
그러나 해당 방식의 경우, 가열 효율이 떨어질 뿐만 아니라 물을 끓이는데 필요한 시간이 기존보다 크게 늘어난다는 문제가 있었다. 보다 구체적으로, 해당 방식은 가열판에 연통 구멍을 형성한 것을 특징으로 하며, 조리 용기가 자성재를 가질 경우, 연통 구멍을 통과하는 자력선을 이용하여 조리 용기를 전자 유도 가열하면서, 가열판도 가열 코일을 이용하여 전자 유도 가열함으로써, 가열 효율이 떨어지는 등의 문제가 있었다.
또 다른 방법으로, 전기 저항 방식이 적용된 라디언트 히터(Radiant Heater)를 통해 비자성체를 가열하고, 유도 가열 방식이 적용된 워킹 코일을 통해 자성체를 가열하는 하이브리드 쿡탑이 고안되었다. 일본 공개특허공보 제2008-311058호(2008.12.25)를 참조하면, 하이브리드 쿡탑의 구성이 개시되어 있다.
그러나 해당 방식의 경우, 라디언트 히터의 출력이 낮고 가열 효율이 떨어진다는 문제가 있었고, 사용자가 가열 영역에 피가열 물체를 놓을 때 해당 피가열 물체의 재질을 고려해야 한다는 불편함이 있었다.
마지막으로, 모든 금속 피가열 물체(즉, 자성을 띄지 않는 금속 및 자성체)를 가열할 수 있는 올 메탈 쿡탑(All metal cooktop)이 고안되었다. 미국 등록특허공보 제6,770,857호(2004.08.03)를 참조하면, 올 메탈 쿡탑의 구성이 개시되어 있다.
그러나 해당 방식의 경우, 자성을 띄지 않는 비금속 피가열 물체를 가열하지 못한다는 문제가 있었다. 또한 자성을 띄지 않는 금속 피가열 물체를 가열하는 경우, 라디언트 히터 기술보다 가열 효율이 낮고 재료비가 높다는 문제도 있었다.
이에 따라, 유도 가열 방식의 쿡탑이 가지는 한계를 극복할 수 있는 새로운 기술 개발의 필요성이 커지고 있다.
상술한 바와 같이, 자성체와 비자성체 모두 가여 가능한 종래의 장치들은 가열판에 형성된 연통 구멍을 통과한 자력선만을 이용하여 전자 유도 가열을 하거나, 출력이 낮고 효율이 떨어지는 라디언트 히터를 사용함으로 인해 가열 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
도는 종래의 장치들은 경우에 따라 사용자가 피가열 물체의 재질을 고려하여야 하거나, 자성을 띄지 않는 비금속 피가열 물체와 같은 일부 물체는 가열하지 못하는 등의 문제점이 있었다.
또한, 종래의 면상 발열체를 이용한 코팅 가열 방식은 탄소 소재 또는 Ag, Pd, Cu 등의 전도성 금속으로 회로를 만든 후 별도의 전극을 연결하여 면성 발열체에 직접적으로 전기를 인가하여 가열한다. 하지만, 면상 발열체는 200~300℃ 범위에서만 가열이 가능하여 사용 온도가 한정적이고 300℃ 이상의 온도에서는 열 효율이 좋지 않은 문제가 있다. 또한 면상 발열체 내의 전극이 산화하여 옴 접촉(Ohmic contact)이 불가능짐에 따라 가열 성능이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 상술한 종래의 장치들의 문제점을 해결할 수 있는 유도 가열 방식의 쿡탑을 제공하는 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명의 목적은 피가열 물체의 종류에 상관없이 해당 피가열 물체를 가열함과 동시에, 가열 효율이 높은 유도 가열 방식의 쿡탑을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 사용자가 피가열 물체의 재질을 고려하지 않고도 자성체와 비자성체 모두 가열 가능한 유도 가열 방식의 쿡탑을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 동일 열원으로 피가열 물체를 직간접적으로 가열할 수 있는 유도 가열 방식의 쿡탑을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 피가열 물체가 자성체인 경우 대부분의 와전류가 피가열 물체로 인가되어 워킹 코일이 피가열 물체를 직접 가열하고, 피가열 물체가 비자성체인 경우 워킹 코일이 피가열 물체를 간접적으로 가열할 수 있는 유도 가열 방식의 쿡탑을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 폭 넓은 온도 대역에서 사용이 가능하고 반영구적으로 내구성이 우수한 가열 코팅을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 유도 가열이 가능한 구성을 심플하게 제작하여 공정비 저감이 가능한 유도 가열 방식의 쿡탑을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑은 자성체 가열용 워킹 코일과 비자성체 가열용 가열 박막 코팅을 포함함으로써 자성체와 비자성체 모두 가열할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑은 세로 방향으로 서로 오버랩되도록 구비된 워킹 코일과 가열 박막 코팅을 포함하는데, 상기 가열 박막 코팅은 접착층 및 가열층이 순차적으로 적층된 적층 구조를 가지고, 자성 및 비자성 중 적어도 하나의 특성을 갖추어 워킹 코일에 의해 와전류가 유도되어 유도 가열될 수 있다.
또한, 상기 가열 박막 코팅의 스킨 뎁스가 가열 박막 코팅의 두께보다 깊어 자성체로 이루어진 피가열 물체를 가열할 때 워킹 코일에 의해 발생된 자기장이 박막을 통과하여 피가열 물체까지 전달되고 이로 인해 피가열 물체에 와전류가 유도될 수 있다.
또한, 비자성체로 이루어진 피가열 물체를 가열할 때, 워킹 코일에 의해 발생된 자기장으로 인해 상기 가열 모듈에 와전류가 유도될 수 있다.
이로써 동일 열원으로 피가열 물체를 직간접적으로 가열할 수 있다.
본 발명에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑은 자성체와 비자성체 모두를 가열할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑은 피가열 물체의 배치 위치 및 종류에 상관없이 해당 피가열 물체를 가열할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 피가열 물체가 자성체인지 비자성체인지 여부를 파악할 필요 없이 상판부 상의 임의의 가열 영역에 피가열 물체를 올려놓고 가열시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑은 동일 열원으로 피가열 물체를 직간접적으로 가열할 수 있기 때문에 별도의 가열판 또는 라디언트 히터를 구비할 필요가 없다. 이에 따라, 본 발명은 가열 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 재료비를 절감할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 유도 가열 방식의 쿡탑의 케이스 내부에 구비된 구성요소를 설명하는 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 가열 박막 코팅의 실시예들을 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6는 가열 모듈의 두께와 스킨 뎁스(skin depth) 간 관계를 설명하는 도면들이다.
도 7 및 도 8은 피가열 물체의 종류에 따른 가열 박막 코팅과 피가열 물체 간 임피던스 변화를 설명하는 도면들이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑을 설명하는 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 유도 가열 방식의 쿡탑의 케이스 내부에 구비된 구성요소를 설명하는 도면이다.
도 11은 도 9에 도시된 유도 가열 방식의 쿡탑에 피가열 물체가 배치된 모습을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 유도 가열 방식의 쿡탑의 케이스 내부에 구비된 구성요소를 설명하는 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 가열 박막 코팅의 실시예들을 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6는 가열 모듈의 두께와 스킨 뎁스(skin depth) 간 관계를 설명하는 도면들이다.
도 7 및 도 8은 피가열 물체의 종류에 따른 가열 박막 코팅과 피가열 물체 간 임피던스 변화를 설명하는 도면들이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑을 설명하는 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 유도 가열 방식의 쿡탑의 케이스 내부에 구비된 구성요소를 설명하는 도면이다.
도 11은 도 9에 도시된 유도 가열 방식의 쿡탑에 피가열 물체가 배치된 모습을 설명하는 도면이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑을 설명하는 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 유도 가열 방식의 쿡탑의 케이스 내부에 구비된 구성요소를 설명하는 도면이다. 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 가열 박막 코팅의 실시예들을 도시한 도면이다. 도 5 및 도 6은 박막의 비투자율에 따른 스킨 뎁스(skin depth) 특성을 설명하는 도면들이다. 도 7 및 도 8은 피가열 물체의 종류에 따른 박막과 피가열 물체 간 임피던스 변화를 설명하는 도면들이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 케이스(25), 커버 플레이트(20), 워킹 코일(WC1, WC2; 즉, 제1 및 제2 워킹 코일), 가열 박막 코팅(TL1, TL2; 즉, 제1 및 제2 가열 박막 코팅)을 포함할 수 있다.
케이스(25)에는 워킹 코일(WC1, WC2)이 설치될 수 있다.
참고로, 케이스(25)에는 워킹 코일(WC1, WC2) 외에 워킹 코일의 구동과 관련된 각종 장치(예를 들어, 교류 전력을 제공하는 전원부, 전원부의 교류 전력을 직류 전력으로 정류하는 정류부, 정류부에 의해 정류된 직류 전력을 스위칭 동작을 통해 공진 전류로 변환하여 워킹 코일에 제공하는 인버터부, 유도 가열 방식의 쿡탑(1) 내 각종 장치의 동작을 제어하는 제어 모듈(제어 모듈에는 인버터부의 스위칭 동작을 제어하는 인버터용 제어 모듈과 입력 인터페이스를 제어하는 입력 인터페이스용 제어 모듈이 포함됨), 워킹 코일을 턴온 또는 턴오프하는 릴레이 또는 반도체 스위치 등)가 설치될 수 있으나, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
커버 플레이트(20)는 케이스(25)의 상단에 결합되고, 상면에 피가열 물체(미도시)가 배치되는 상판부(15)가 구비될 수 있다.
구체적으로, 커버 플레이트(20)는 조리 용기와 같은 피가열 물체를 올려놓기 위한 상판부(15)를 포함할 수 있다.
여기에서, 상판부(15)는 예를 들어, 유리 소재(예를 들어, 세라믹 글래스(ceramics glass))로 구성될 수 있다.
또한 상판부(15)에는 사용자로부터 입력을 제공받아 전술한 제어 모듈로 해당 입력을 전달하는 입력 인터페이스(미도시)가 구비될 수 있다. 물론, 입력 인터페이스는 상판부(15)가 아닌 다른 위치에 구비될 수도 있다.
참고로, 입력 인터페이스는 사용자가 원하는 가열 강도나 유도 가열 방식의 쿡탑(1)의 구동 시간 등을 입력하기 위한 모듈로서, 물리적인 버튼이나 터치 패널 등으로 다양하게 구현될 수 있다. 또한 입력 인터페이스에는 예를 들어, 전원 버튼, 잠금 버튼, 파워 레벨 조절 버튼(+, -), 타이머 조절 버튼(+, -), 충전 모드 버튼 등이 구비될 수 있다. 그리고, 입력 인터페이스는 입력 인터페이스용 제어 모듈(미도시)에 사용자로부터 제공받은 입력을 전달하고, 입력 인터페이스용 제어 모듈은 인버터용 제어 모듈(미도시)로 상기 입력을 전달할 수 있다. 또한 인버터용 제어 모듈은 입력 인터페이스용 제어 모듈로부터 제공받은 입력(즉, 사용자의 입력)을 토대로 각종 장치(예를 들어, 워킹 코일)의 동작을 제어할 수 있는바, 이에 대한 구체적인 내용은 생략하도록 한다.
한편, 상판부(15)에는 워킹 코일(예를 들어, 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2))의 구동 여부 및 가열 세기(즉, 화력)가 화구 모양으로 시각적으로 표시될 수 있다. 이러한 화구 모양은 케이스(25) 내에 구비된 복수개의 발광 소자(예를 들어, LED)로 구성된 인디케이터(미도시)에 의해 표시될 수 있다.
제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2)은 피가열 물체를 가열하기 위해 케이스(25) 내부에 설치될 수 있다.
구체적으로, 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2)은 인버터용 제어 모듈에 의해 구동이 제어될 수 있으며, 피가열 물체가 상판부(15) 위에 배치된 경우, 인버터용 제어 모듈에 의해 구동될 수 있다.
또한 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2)은 자성을 띄는 피가열 물체(즉, 자성체)를 직접 가열할 수 있고, 자성을 띄지 않는 피가열 물체(즉, 비자성체)를 후술하는 제1 및 제2 가열 박막 코팅(TL1, TL2)을 통해 간접적으로 가열할 수 있다.
그리고 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2)은 유도 가열 방식에 의해 피가열 물체를 가열할 수 있고, 제1 및 제2 가열 박막 코팅(TL1, TL2)과 각각 세로 방향(즉, 수직 방향 또는 상하 방향)으로 오버랩되도록 구비될 수 있다.
참고로, 도 1에는 2개의 워킹 코일(WC1, WC2)이 케이스(25)에 설치되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 1개 또는 3개 이상의 워킹 코일이 케이스(25)에 설치될 수도 있으나, 설명의 편의를 위해 본 발명의 일 실시예에서는, 2개의 워킹 코일(WC1, WC2)이 케이스(25)에 설치되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
가열 박막 코팅은 제1 및 제2 가열 박막 코팅(TL1, TL2)을 포함할 수 있다. 상기 가열 박막 코팅은 상기 상판부의 어느 일면 또는 상기 단열재의 어느 일면에 구비된다. 다시 말해, 상기 가열 박막 코팅은 상기 상판부의 상면 또는 하면에 형성될 수 있고, 또는 상기 단열재의 상면 또는 하면에 형성될 수 있다.
일 예로서, 제1 및 제2 가열 박막 코팅(TL1, TL2)은 각각 상판부(15)의 하면에 서로 이격되어 구비될 수 있다.
그리고 제1 및 제2 가열 박막 코팅(TL1, TL2)은 각각 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2)과 세로 방향(즉, 수직 방향 또는 상하 방향)으로 오버랩되도록 구비될 수 있다.
또한 제1 및 제2 가열 박막 코팅(TL1, TL2)은 자성 및 비자성 중 적어도 하나의 특성(즉, 자성, 비자성, 또는 자성과 비자성 둘다)을 갖출 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가열 박막 코팅(TL1)은 접착층(TLA1) 및 가열층(TLH1)이 순차적으로 적층된 적층 구조를 갖는다.
상기 접착층(TLA1)은 상기 상판부 또는 상기 단열재와 상기 가열층(THL1)을 서로 접착시키기 위한 구성이다. 또한 상기 접착층(TLA1)은 장기간 고온 적용에 의해서 발생하는 상기 상판부의 이온 용출 현상으로부터 상기 가열층(TLH1)을 보호하고 상기 가열층(TLH1)의 성능 저하를 방지한다.
상기 접착층(TLA1)은 상술한 기능 발현을 위해서 무기계 소재 및 금속산화물 가운데 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적인 예시로서 상기 접착층(TLA1)은 Ti, Cr, Fe, Ni, Cu 등의 전이금속 또는 Al2O3, SiO2 등의 금속 산화물을 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 접착층(TLA1)은 무기계 소재 및 금속산화물 가운데 1종 이상을 포함하는 접착층 페이스트 코팅액이 코팅되어 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 상기 접착층 페이스트 코팅액은 상기 무기계 소재 및 금속산화물 가운데 1종 이상 60~85 중량%, 바인더 수지 5~25 중량%, 용제 5~25 중량% 및 무기 필러 0.5~5 중량%를 포함할 수 있다. 또한 상기 접착층 페이스트 코팅액은 필요에 따라 레벨링제, 소포제 및 분산제와 같은 첨가제를 더 포함할 수도 있다.
상기 무기계 소재 및 금속산화물 가운데 1종 이상은 V205, P2O5, PbO, B203,Bi2O3, ZnO, SiO3, B2O3, Al2O3, BaO, MoO3, TeO2, Ta2O5, Nb2O5, CaO 가운데 1종 이상이 사용될 수 있다. 상기 무기계 소재 및 금속산화물은 입자 형태로 사용되며, 구형, 판형, 무정형 등 모든 형태의 입자가 사용 가능하다. 상기 물질들의 연화점은 400 ~ 800℃ 범위를 만족할 수 있고, 결정화 온도(Tc)는 450 ~ 850℃ 범위를 만족할 수 있다. 상기 입자의 크기는 1㎛ ~ 5㎛ 일 수 있다. 상기 무기계 소재 및 금속산화물 가운데 1종 이상이 60 중량% 미만으로 함유되면, 가열층에 대한 보호능이 저하될 수 있다. 반면에 상기 무기계 소재 및 금속산화물 가운데 1종 이상이 85 중량%를 초과하면 작업 성능이 저하될 수 있고 크랙의 발생의 원인이 될 수 있다.
또한, 상기 바인더 수지는 상기 무기계 소재 및 금속산화물 가운데 1종 이상을 고착시켜서 삼차원 연쇄 구조를 만든다. 그리고 상기 바인더 수지는 균일한 도막 형성에 영향을 주며 내구성, 내약품성, 기재와의 접착력 등에 영향을 미친다. 상기 바인더가 소성 공정 중에 완벽히 열분해 되지 않으면 기공 형성, 전극 속에 잔류하여 박막의 비저항을 상승의 시킬 수 있다. 상기 바인더 수지는 열분해 온도가 100~300℃ 이내이고, 분자량이 2,000 ~ 2,000,000 범위 내에 있는 폴리 우레탄, 폴리 에스테르, 폴리 아크릴, 폴리 셀롤루우즈 등을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 바인더 수지 함량은 5중량% 미만 시 점도가 낮아 균일한 도막을 형성하지 못해 비저항이 높아질 수 있고, 25 중량%를 초과하면 코팅 작업성이 낮아질 수 있다.
상기 용제는 상기 코팅액의 코팅성 및 작업성을 향상 시킬 수 있다. 상기 용제의 열분해 온도는 50~200℃ 이내가 바람직하며, 부틸 셀로솔브, 에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 에틸 캐비톨, 에틸 캐비톨 아세테이트, 부틸 캐비톨, 에톡시 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트, 프로필렌글리콜 모노틸에테르, 에틸 알콜, 부틸 알콜 등을 포함하여 이루어지는 그룹 중에서 1종 이상을 포함할 수 있다. 상술한 것처럼, 상기 용제의 함량은 5~25중량%가 바람직하다.
상기 무기 필러는 코팅의 물리적 성질 향상을 위해 사용되는 첨가물이다. 상기 무기 필러는 Al203, Al(OH)3, TiO2, CaCo3, CaO, Ca(OH)2, SiO2, BaSO4, ZnO, Glass Fiber, Talc 등이 본 발명에 사용될 수 있고, 사용 목적에 맞춰 1종 이상이 사용될 수 있다. 상기 무기 필러의 크기는 1㎛ ~ 5㎛ 일 수 있고, 함량은 0.5 ~ 5중량 % 가 바람직하다.
아울러, 상기 첨가제는 코팅의 분산성, 저장안전성, 코팅 성능을 개선 하기 위해 레벨링제, 소포제, 분산제, 유동성 조절제 등이 사용될 수 있고, 바람직하게는 실리콘계(폴리에테르 하이드록시 폴리 메틸 실란계, 폴리에테르 디메틸폴리실록산계, 폴리 메틸알킬실록산계, 폴리 에터르 폴리메틸알킬실록산계, 폴리 에스테르 하이드록시 폴리메틸실록산계, 폴리 에테르 폴리메틸실록산계), 비실리콘계(비이온 폴리아크릴계, 이온성 폴리아크릴계, 폴리아크릴레이트계, 알코올 알콜시레이트계, 아크릴레이트계), 알콜계(에탄올, 부탄올) 등의 물질이 사용될 수 있다. 바람직하게는 상기 첨가제는 0.05 ~ 5중량%가 상기 코팅액에 첨가될 수 있다.
상기 접착층(TLA1)의 두께가 특별히 제한되는 것은 아니지만 0.01 ㎛ ~ 10 ㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 접착층(TLA1)의 두께가 0.01 ㎛ 미만인 경우에는 가열층과 상판부 등의 접착력이 저하될 수 있고 또한 가열층에 대한 보호 성능이 충분하지 않을 수 있다. 반면에 상기 접착층(TLA1)의 두께가 10 ㎛를 초과하는 경우에는 가열 박막 코팅(TLA1)의 유도 가열 기능이 저하될 수 있다.
다음으로, 상기 가열층(TLH1)은 본 발명에 따른 쿡탑이 피가열체를 선택적으로 가열할 수 있도록 하는 구성이다.
상기 가열층(TLH1)은 상술한 기능 발현을 위해서 금속 및 금속 합금 가운데 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. 구체적인 예시로서 상기 가열층(TLH1)은 Sn, Co, Cr, Fe, Ni, Al, Cu, Ag, Au 중 하나 또는 두 개 이상의 금속을 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 가열층(TLH1)은 상기 금속 및 금속 합금 가운데 1종 이상을 포함하는 가열층 페이스트 코팅액이 코팅되어 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 상기 가열층 페이스트 코팅액은 상기 금속 및 금속 합금 가운데 1종 이상 40~90 중량%, 바인더 수지 2~25 중량%, 용제 5~25 중량%, 무기계 소재 0.5~5 중량% 및 무기 필러 0.5~5 중량%를 포함할 수 있다.
상기 금속 및 금속 합금 가운데 1종 이상은 Pd, Au, Pt, W, Ni, RuO2, Ag, Cu 가운데 1종 이상이 사용될 수 있고, 입자 형태로 사용될 수 있다. 상기 입자는 구형. 판형, 무정형 등 모두 사용 가능하고, 서로 간의 접촉 면적을 증가 시킬 수 있는 모형을 선택하는 것이 바람직하다. 상기 입자의 크기는 0.5㎛ ~ 20㎛가 바람직하고, 단일 또는 2개~4개의 크기로 배합하여 각 입자 간의 접촉밀도를 증가시키도록 배합하는 것이 바람직하다. 상기 금속 및 금속 합금 가운데 1종 이상이 40 중량% 미만인 경우 가열층의 가열 성능이 저하될 수 있고, 90 중량%를 초과하면 코팅 공정 과정에서 막 평탄성 저하, 뭉침 현상, 소결성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 바인더 수지는 상기 금속 및 금속 합금 가운데 1종 이상을 고착시켜서 삼차원 연쇄 구조를 만든다. 그리고 상기 바인더 수지는 균일한 도막 형성에 영향을 주며 내구성, 내약품성, 기재와의 접착력 등에 영향을 미친다. 상기 바인더가 소성 공정 중에 완벽히 열분해 되지 않으면 기공 형성, 전극 속에 잔류하여 박막의 비저항을 상승의 시킬 수 있다. 상기 바인더 수지는 열분해 온도가 100~300℃ 이내이고, 분자량이 2,000 ~ 2,000,000 범위 내에 있는 폴리 우레탄, 폴리 에스테르, 폴리 아크릴, 폴리 셀롤루우즈 등을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 바인더 수지 함량은 2중량% 미만 시 점도가 낮아 균일한 도막을 형성하지 못해 비저항이 높아질 수 있고, 25 중량%를 초과하면 코팅 작업성이 낮아질 수 있다.
상기 용제는 상기 코팅액의 코팅성 및 작업성을 향상 시킬 수 있다. 상기 용제의 열분해 온도는 50~200℃ 이내가 바람직하며, 부틸 셀로솔브, 에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 에틸 캐비톨, 에틸 캐비톨 아세테이트, 부틸 캐비톨, 에톡시 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트, 프로필렌글리콜 모노틸에테르, 에틸 알콜, 부틸 알콜 등을 포함하여 이루어지는 그룹 중에서 1종 이상을 포함할 수 있다. 상술한 것처럼, 상기 용제의 함량은 5~25중량%가 바람직하다.
상기 무기계 소재는 상기 가열층의 접착력을 향상 시키기 위해 사용될 수 있다. 상기 무기계 소재는 V205, P2O5, PbO, B203, Bi2O3, ZnO, SiO2, B2O3, Al2O3, BaO, MoO3, TeO2, Ta2O5, Nb2O5, CaO 가운데 1종 이상이 사용될 수 있고, 입자 형태로 사용될 수 있다. 상기 입자는 구형, 판형, 무정형 등 모두 사용 가능하며, 단일 또는 2종~6종 배합하여 사용될 수 있다. 상기 입자의 연화점은 400 ~ 700℃가 바람직하고, 결정화 온도(Tc)는 450 ~ 750℃가 바람직하다. 상기 입자의 크기는 1㎛ ~ 5㎛ 일 수 있고, 함량은 0.1 ~ 5중량 % 가 바람직하다.
상기 무기 필러는 코팅의 물리적 성질 향상을 위해 사용되는 첨가물이다. 상기 무기 필러는 Al203, Al(OH)3, TiO2, CaCo3, CaO, Ca(OH)2, SiO2, BaSO4, ZnO, Glass Fiber, Talc 등이 본 발명에 사용될 수 있고, 사용 목적에 맞춰 1종 이상이 사용될 수 있다. 상기 무기 필러의 크기는 1㎛ ~ 5㎛ 일 수 있고, 함량은 0.5 ~ 5중량 % 가 바람직하다.
아울러, 상기 첨가제는 코팅의 분산성, 저장안전성, 코팅 성능을 개선 하기 위해 레벨링제, 소포제, 분산제, 유동성 조절제 등이 사용될 수 있고, 바람직하게는 실리콘계(폴리에테르 하이드록시 폴리 메틸 실란계, 폴리에테르 디메틸폴리실록산계, 폴리 메틸알킬실록산계, 폴리 에터르 폴리메틸알킬실록산계, 폴리 에스테르 하이드록시 폴리메틸실록산계, 폴리 에테르 폴리메틸실록산계), 비실리콘계(비이온 폴리아크릴계, 이온성 폴리아크릴계, 폴리아크릴레이트계, 알코올 알콜시레이트계, 아크릴레이트계), 알콜계(에탄올, 부탄올) 등의 물질이 사용될 수 있다. 바람직하게는 상기 첨가제는 0.05 ~ 5중량%가 상기 코팅액에 첨가될 수 있다.
상기 가열층(TLH1)의 두께가 특별히 제한되는 것은 아니지만 1 ㎛ ~ 60 ㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 가열층(TLH1)의 두께가 1㎛ 미만인 경우에는 선택적 가열 기능이 저하될 수 있다. 반면에 상기 가열층(TLH1)의 두께가 60㎛를 초과하는 경우에는 가열 성능 자체가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 가열층(THL1)은 필요에 따라서 하나 이상의 복수의 층(미도시)으로 형성될 수도 있음은 물론이다.
다음으로, 도4를 참조하면, 본 발명에 따른 가열 박막 코팅(TL1)은 보호층(TLP1)을 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 가열 박막 코팅(TL1)은 상술한 것처럼 상기 상판부 또는 단열재의 어느 일면에 형성될 수 있다. 특히 본 발명에 따른 가열 박막 코팅(TL1)이 상판부의 상부면에 형성되는 경우, 상기 가열층을 피가열체로부터 보호하기 위해서, 상기 가열 박막 코팅(TLA1)은 상기 보호층(TLP1)을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 상기 보호층(TLP1)은 상기 가열층(TLH1)의 일면(접착층(TLA1)이 형성된 면의 반대면)에 형성된다.
상기 보호층(TLP1)은 상기 가열층(TLH1)을 보호하기 위해서 무기계 소재 및 금속산화물 가운데 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. 구체적인 예시로서 상기 보호층은 SiO2, Al2O3, CeO, MgO, 중 하나 또는 두 개 이상의 산화물을 포함할 수 있다.
상기 보호층(TLP1)은 상기 접착층 페이스트 코팅액과 동일한 페이스트 코팅액으로부터 형성될 수 있다.
상기 보호층(TLP1)의 두께가 특별히 제한되는 것은 아니지만 1 ㎛ ~ 60 ㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 보호층(TLP1)의 두께가 1 ㎛ 미만인 경우에는 가열층에 대한 보호 성능이 충분하지 않을 수 있다. 반면에 상기 보호층(TLP1)의 두께가 60㎛를 초과하는 경우에는 가열 박막 코팅(TLA1)의 유도 가열 기능이 저하될 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 가열 박막 코팅(TL1)은 페이스트 코팅에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명에서 코팅 방법은 특별히 제한되지 않는다. 본 발명은 그라비어 인쇄, 스프레이 인쇄 및 스크린 인쇄 가운데 하나의 방법을 사용할 수 있다.
상기 가열 박막 코팅(TL1)을 페이스트 코팅 방식으로 형성하면 전체적으로 밀도가 균일한 박막을 얻을 수 있다. 이에 따라, 페이스트 코팅 방식으로 형성된 가열 박막 코팅(TL1)은 타 방법에 의해 형성된 박막과 비교하여 가열 성능 등 기본적인 성능이 우수하다.
본 발명에 따른 페이스트 코팅 공정은 세척, 코팅, 건조, 소결 및 냉각(쿨링) 순서로 진행될 수 있다. 상기 상판부와 단열재와 같은 대상물의 표면에 접착층을 먼저 형성하고 다음으로 가열층을 형성할 수 있다. 본 발명에서는 상기 가열 코팅 박막의 전도성 확보를 위해서 400~900 ℃의 온도 범위헤서 소결이 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가열 박막 코팅(TL1)을 구성하는 각 구성들의 페이스트 코팅액은 상술한 바와 같다.
제1 및 제2 가열 박막 코팅(TL1, TL2)은 워킹 코일에 의해 유도 가열될 수 있는 두께로 이루어지는바, 이에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.
또한 제1 및 제2 가열 박막 코팅(TL1, TL2) 각각의 직경(즉, 크기)은 상판부(15)의 직경보다 작을 수 있다.
이어서, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 단열재(35), 차폐판(45), 지지부재(50), 냉각팬(55)을 더 포함할 수 있다.
참고로, 제1 워킹 코일(WC1)의 주변에 배치되는 구성 요소와 제2 워킹 코일(도 1의 WC2)의 주변에 배치되는 구성 요소는 동일한바, 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 제1 워킹 코일(WC1)을 중심으로 주변 구성 요소(제1 가열 박막 코팅(TL1), 단열재(35), 차폐판(45), 지지부재(50), 냉각팬(55))를 설명하도록 한다.
단열재(35)는 제1 가열 박막 코팅(TL1)과 제1 워킹 코일(WC1) 사이에 구비될 수 있다.
이러한 단열재(35)는 제1 워킹 코일(WC1)의 구동에 의해 제1 가열 박막 코팅(TL1) 또는 피가열 물체(HO)가 가열되면서 발생된 열이 제1 워킹 코일(WC1)로 전달되는 것을 차단할 수 있다.
즉, 제1 워킹 코일(WC1)의 전자기 유도에 의해 제1 가열 박막 코팅(TL1) 또는 피가열 물체(HO)가 가열되면, 제1 가열 박막 코팅(TL1) 또는 피가열 물체(HO)의 열이 상판부(15)로 전달되고, 상판부(15)의 열이 다시 제1 워킹 코일(WC1)로 전달되어 제1 워킹 코일(WC1)이 손상될 수 있다.
단열재(35)는 이와 같이, 제1 워킹 코일(WC1)로 전달되는 열을 차단함으로써, 제1 워킹 코일(WC1)이 열에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있고, 나아가 제1 워킹 코일(WC1)의 가열 성능이 저하되는 것도 방지할 수 있다.
참고로, 필수적인 구성 요소는 아니지만, 스페이서(미도시)가 제1 워킹 코일(WC1)과 단열재(35) 사이에 설치될 수도 있다.
구체적으로, 스페이서는 제1 워킹 코일(WC1)과 단열재(35)가 직접 접촉하지 않도록 제1 워킹 코일(WC1)과 단열재(35) 사이에 삽입될 수 있다. 이에 따라, 스페이서는 제1 워킹 코일(WC1)의 구동에 의해 제1 가열 박막 코팅(TL1) 또는 피가열 물체(HO)가 가열되면서 발생된 열이 단열재(35)를 통해 제1 워킹 코일(WC1)로 전달되는 것을 차단할 수 있다.
상기 스페이서가 단열재(35)의 역할을 일부 분담할 수 있기 때문에 단열재(35)의 두께를 최소화할 수 있고, 이를 통해 피가열 물체(HO)와 제1 워킹 코일(WC1) 사이의 간격을 최소화할 수 있다.
또한 상기 스페이서는 복수개가 구비될 수 있고, 복수개의 스페이서는 제1 워킹 코일(WC1)과 단열재(35) 사이에 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 후술하는 냉각팬(55)에 의해 케이스(25) 내부로 흡입된 공기는 스페이서에 의해 제1 워킹 코일(WC1)로 안내될 수 있다.
즉, 상기 스페이서는 냉각팬(55)에 의해 케이스(25) 내부로 유입된 공기가 제1 워킹 코일(WC1)로 적절하게 전달될 수 있도록 안내함으로써 제1 워킹 코일(WC1)의 냉각 효율을 개선할 수 있다.
차폐판(45)은 제1 워킹 코일(WC1)의 하면에 장착되어 제1 워킹 코일(WC1)의 구동시 하방으로 발생되는 자기장을 차단할 수 있다.
구체적으로, 차폐판(45)은 제1 워킹 코일(WC1)의 구동시 하방으로 발생되는 자기장을 차단할 수 있고, 지지부재(50)에 의해 상방으로 지지될 수 있다.
지지부재(50)는 차폐판(45)의 하면과 케이스(25)의 하면 사이에 설치되어 차폐판(45)을 상방으로 지지할 수 있다.
구체적으로, 지지부재(50)는 차폐판(45)을 상방으로 지지함으로써, 제1 워킹 코일(WC1), 단열재(35), 제1 가열 박막 코팅(TL1)을 상방으로 간접적으로 지지할 수 있고, 이를 통해, 제1 워킹 코일(WC1)과 피가열 물체(HO) 사이의 간격을 일정하게 유지할 수 있다.
참고로, 지지부재(50)는 예를 들어, 차폐판(45)을 상방으로 지지하기 위한 탄성체(예를 들어, 스프링)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 지지부재(50)는 필수적인 구성요소가 아닌바, 유도 가열 방식의 쿡탑(1)에서 생략될 수 있다.
냉각팬(55)은 제1 워킹 코일(WC1)을 냉각하기 위해 케이스(25) 내부에 설치될 수 있다.
구체적으로, 냉각팬(55)은 전술한 제어 모듈에 의해 구동이 제어될 수 있고, 케이스(25)의 측벽에 설치될 수 있다. 물론, 냉각팬(55)은 케이스(25)의 측벽이 아닌 다른 위치에 설치될 수도 있으나, 본 발명의 일 실시예에서는, 설명의 편의를 위해, 냉각팬(55)이 케이스(25)의 측벽에 설치되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
또한 냉각팬(55)은 도 2에 도시된 바와 같이, 케이스(25) 외부의 공기를 흡입하여 제1 워킹 코일(WC1)로 전달하거나 케이스(25) 내부의 공기(특히, 열기)를 흡입하여 케이스(25) 외부로 배출할 수 있다.
이를 통해, 케이스(25) 내부의 구성 요소들(특히, 제1 워킹 코일(WC1))의 효율적인 냉각이 가능하다.
또한 전술한 바와 같이, 냉각팬(55)에 의해 제1 워킹 코일(WC1)로 전달된 케이스(25) 외부의 공기는 스페이서에 의해 제1 워킹 코일(WC1)로 안내될 수 있다. 이에 따라, 제1 워킹 코일(WC1)에 대한 직접적이고 효율적인 냉각이 가능해져 제1 워킹 코일(WC1)의 내구성 개선(즉, 열 손상 방지에 따른 내구성 개선)이 가능하다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 전술한 특징 및 구성을 가질 수 있다. 이하에서는, 도 5 내지 도 8을 참조하여, 전술한 가열 모듈의 특징 및 구성을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
참고로, 도 5 및 도 6에 도시된 각 구성요소들의 두께는 설명의 편의를 위해 개략적으로 표현한 것으로, 실제 축척과 무관하고, 각 구성요소들 간 상대적 두께 차이 역시 실제와 무관하다.
도 5 및 도 6은 박막의 두께와 스킨 뎁스(skin depth) 간 관계를 설명하는 도면들이다. 도 7 및 도 8은 피가열 물체의 종류에 따른 박막과 피가열 물체 간 임피던스 변화를 설명하는 도면들이다.
참고로, 제1 가열 박막 코팅(TL1)과 제2 가열 박막 코팅(TL2)은 동일한 기술적 특징을 가진다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 제1 가열 박막 코팅(TL1)을 예로 들어, 설명하도록 한다.
제1 가열 박막 코팅(TL1)의 특징을 살펴보면 다음과 같다.
제1 가열 박막 코팅(TL1)은 낮은 비투자율(relative permeability)을 가진 재질로 이루어질 수 있으며, 구체적인 재질은 상술한 바와 같다.
구체적으로, 제1 가열 박막 코팅(TL1)의 비투자율은 낮고, 제1 가열 박막 코팅(TL1)의 스킨 뎁스는 깊을 수 있다. 여기에서, 스킨 뎁스는 재질 표면으로부터의 전류 침투 깊이를 의미하고, 비투자율은 스킨 뎁스(skin depth)와 반비례 관계일 수 있다. 이에 따라, 제1 가열 박막 코팅(TL1)의 비투자율이 낮을수록 제1 가열 박막 코팅(TL1)의 스킨 뎁스는 깊어지는 것이다.
또한, 제1 가열 박막 코팅(TL1)의 스킨 뎁스(skin depth)는 제1 가열 박막 코팅(TL1)의 두께보다 깊을 수 있다. 즉, 제1 가열 박막 코팅(TL1)은 얇은 두께를 가지고, 제1 가열 박막 코팅(TL1)의 스킨 뎁스는 제1 가열 박막 코팅(TL1)의 두께보다 깊기 때문에, 제1 워킹 코일(WC1)에 의해 발생된 자기장이 제1 가열 박막 코팅(TL1)을 통과하여 피가열 물체(HO)까지 전달됨으로써 피가열 물체(HO)에 와전류가 유도될 수 있는 것이다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 가열 박막 코팅(TL1)의 스킨 뎁스가 제1 가열 박막 코팅(TL1)의 두께보다 얕은 경우, 제1 워킹 코일(WC1)에 의해 발생된 자기장이 피가열 물체(HO)까지 도달하기 어렵다는 것을 알 수 있다.
그러나, 본 발명의 일 실시예와 같이(즉, 도 6에 도시된 바와 같이), 제1 가열 박막 코팅(TL1)의 스킨 뎁스가 제1 가열 박막 코팅(TL1)의 두께보다 깊은 경우, 제1 워킹 코일(WC1)에 의해 발생된 자기장이 피가열 물체(HO)로 대부분 전달된다는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서는, 제1 가열 박막 코팅(TL1)의 스킨 뎁스가 제1 가열 박막 코팅(TL1)의 두께보다 깊은바, 제1 워킹 코일(WC1)에 의해 발생된 자기장이 제1 가열 박막 코팅(TL1)을 통과하여 피가열 물체(HO)에서 대부분 소진되고, 이를 통해, 피가열 물체(HO)가 주로 가열될 수 있는 것이다.
한편, 제1 가열 박막 코팅(TL1)은 전술한 바와 같이 얇은 두께를 가지는바, 제1 워킹 코일(WC1)에 의해 가열될 수 있는 저항값을 가질 수 있다.
구체적으로, 제1 가열 박막 코팅(TL1)의 두께는 제1 가열 모듈(HM1)의 저항값(즉, 표면 저항값)과 반비례 관계일 수 있다. 즉, 제1 가열 박막 코팅(TL1)의 두께가 얇을수록 제1 가열 박막 코팅(TL1)의 저항값(즉, 표면 저항)이 커진다.
이와 같은 특징을 가지는 제1 가열 박막 코팅(TL1)은 비자성체를 가열하기 위해 존재하는바, 제1 가열 박막 코팅(TL1)과 피가열 물체(HO) 간 임피던스 특성은 상판부(15)의 상면에 배치되는 피가열 물체(HO)가 자성체인지 또는 비자성체인지에 따라 변화될 수 있다.
먼저, 피가열 물체가 자성체인 경우를 설명하자면 다음과 같다.
도 4 및 도 7을 참조하면, 자성을 띄는 피가열 물체(HO)가 상판부(15)의 상면에 배치되고, 제1 워킹 코일(WC1)이 구동되는 경우, 자성을 띄는 피가열 물체(HO)의 저항 성분(R1) 및 인덕터 성분(L1)은 제1 가열 모듈(HM1)의 저항 성분(R2) 및 인덕터 성분(L2)과 등가회로를 형성할 수 있다.
이 경우, 등가회로에서 자성을 띄는 피가열 물체의 임피던스(impedance)(즉, R1과 L1으로 구성된 임피던스)는 제1 가열 박막 코팅(TL1)의 임피던스(즉, R2와 L2로 구성된 임피던스)보다 작을 수 있다.
이에 따라, 전술한 등가회로가 형성되는 경우, 자성을 띄는 피가열 물체(HO)로 인가된 와전류(I1)의 크기는 제1 박막(TL1)으로 인가된 와전류(I2)의 크기보다 클 수 있다. 보다 구체적으로, 대부분의 와전류가 피가열 물체(HO)로 인가되어 피가열 물체(HO)가 가열될 수 있다.
즉, 피가열 물체(HO)가 자성체인 경우, 전술한 등가회로가 형성되어 대부분의 와전류가 피가열 물체(HO)로 인가되는바, 제1 워킹 코일(WC1)은 피가열 물체(HO)를 직접 가열할 수 있다.
물론, 제1 가열 박막 코팅(TL1)에도 일부 와전류가 인가되어 제1 가열 박막 코팅(TL1)이 약간 가열될 수 있어, 피가열 물체(HO)는 제1 가열 박막 코팅(TL1)에 의해 간접적으로 약간 가열될 수 있다. 다만, 제1 워킹 코일(WC1)에 의해 피가열 물체(HO)가 직접 가열되는 정도와 비교하였을 때, 제1 가열 박막 코팅(TL1)에 의해 피가열 물체(HO)가 간접적으로 가열되는 정도는 유의미하다고 할 수 없다.
반면에 피가열 물체가 비자성체인 경우를 설명하자면 다음과 같다.
도 4 및 도 8을 참조하면, 자성을 띄지 않는 피가열 물체(HO)가 상판부(15)의 상면에 배치되고, 제1 워킹 코일(WC1)이 구동되는 경우, 자성을 띄지 않는 피가열 물체(HO)에는 임피던스가 존재하지 않고, 제1 가열 박막 코팅(TL1)에는 임피던스가 존재할 수 있다. 즉, 제1 가열 박막 코팅(TL1)에만 저항 성분(R) 및 인덕터 성분(L)이 존재할 수 있다.
이에 따라, 제1 가열 박막 코팅(TL1)에만 와전류(I)가 인가되고, 자성을 띄지 않는 피가열 물체(HO)에는 와전류가 인가되지 않을 수 있다. 보다 구체적으로, 와전류(I)가 제1 가열 박막 코팅(TL1)에만 인가되어 제1 가열 박막 코팅(TL1)이 가열될 수 있다.
즉, 피가열 물체(HO)가 비자성체인 경우, 전술한 바와 같이, 와전류(I)가 제1 가열 박막 코팅(TL1)로 인가되어 제1 가열 박막 코팅(TL1)이 가열되고, 자성을 띄지 않는 피가열 물체(HO)는 제1 워킹 코일(WC1)에 의해 가열된 제1 가열 박막 코팅(TL1)에 의해 간접적으로 가열될 수 있다.
참고로, 상판부(15)의 보호 온도는 상판부 제조사 또는 쿡탑 제조사에서 미리 설정할 수 있다. 즉, 상판부 제조사가 온도별 상판부 수명시간에 관한 정보를 쿡탑 제조사에 전달하면, 쿡탑 제조사는 쿡탑 사용시간이 감안된 제품 수명시간을 산출하여 상판부(15)의 보호 온도를 설정할 수 있다.
또한 온도 센서는 상판부(15)의 일 영역에 장착되어 상판부(15)의 온도 변화를 감지하고, 감지된 온도 정보를 전술한 제어 모듈로 제공할 수 있다.
정리하자면, 피가열 물체(HO)가 자성체인지 또는 비자성체인지 여부와 상관없이 제1 워킹 코일(WC1)이라는 하나의 열원에 의해 피가열 물체(HO)가 직간접적으로 가열될 수 있다. 즉, 피가열 물체(HO)가 자성체인 경우, 제1 워킹 코일(WC1)이 직접 피가열 물체(HO)를 가열하고, 피가열 물체(HO)가 비자성체인 경우, 제1 워킹 코일(WC1)에 의해 가열된 제1 가열 박막 코팅(TL1)이 피가열 물체(HO)를 간접적으로 가열할 수 있는 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 자성체와 비자성체 모두를 가열할 수 있는바, 피가열 물체의 배치 위치 및 종류에 상관없이 해당 피가열 물체를 가열할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 피가열 물체가 자성체인지 비자성체인지 여부를 파악할 필요 없이 상판부 상의 임의의 가열 영역에 피가열 물체를 올려놓아도 되는바, 사용 편의성이 개선될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 동일 열원으로 피가열 물체를 직간접적으로 가열할 수 있는바, 별도의 가열판 또는 라디언트 히터를 구비할 필요가 없다. 이에 따라, 가열 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 재료비를 절감할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑을 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑을 설명하는 도면이다. 도 10은 도 9에 도시된 유도 가열 방식의 쿡탑의 케이스 내부에 구비된 구성요소를 설명하는 도면이다. 도 11은 도 9에 도시된 유도 가열 방식의 쿡탑에 피가열 물체가 배치된 모습을 설명하는 도면이다.
참고로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(2)은 도 1의 유도 가열 방식의 쿡탑(1)과 일부 구성 요소 및 효과를 제외하고는 동일한바, 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(2)은 도 1의 유도 가열 방식의 쿡탑(1)과 달리, 존프리(ZONE FREE) 방식의 쿡탑일 수 있다.
구체적으로, 유도 가열 방식의 쿡탑(2)은 케이스(25), 커버 플레이트(20), 복수개의 가열 박막 코팅(TLG), 단열재(35), 복수개의 워킹 코일(WCG), 차폐판(45), 지지부재(50), 냉각팬(미도시), 스페이서(미도시), 제어 모듈(미도시)을 포함할 수 있다.
여기에서, 복수개의 가열 박막 코팅(TLG)과 복수개의 워킹 코일(WCG)은 세로 방향으로 서로 오버랩될 수 있고, 각각이 일대일 대응되도록 배치될 수 있다.
물론, 복수개의 가열 박막 코팅(TLG)과 복수개의 워킹 코일(WCG)이 1대1 대응이 아닌 다(多)대1 대응 또는 1대다(多) 대응일 수도 있으나, 설명의 편의를 위해, 본 발명의 다른 실시예에서는, 복수개의 가열 박막 코팅(TLG)과 복수개의 워킹 코일(WCG)이 일대일 대응되도록 배치되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
유도 가열 방식의 쿡탑(2)은 복수개의 가열 박막 코팅(TLG)과 복수개의 워킹 코일(WCG)을 포함하는 존프리 방식의 쿡탑이다. 이에 따라, 본 발명에 따른 쿡탑(2)은 하나의 피가열 물체(HO)를 복수개의 워킹 코일(WCG) 중 일부 또는 전부로 동시에 가열하거나 복수개의 가열 박막 코팅(TLG) 중 일부 또는 전부로 동시에 가열할 수 있다. 물론, 복수개의 워킹 코일(WCG) 중 일부 또는 전부 및 복수개의 가열 박막 코팅(TLG) 중 일부 또는 전부 둘다를 이용하여 피가열 물체(HO)를 가열할 수도 있다.
따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 복수개의 워킹 코일(도 8의 WCG) 및 복수개의 가열 박막 코팅(TLG)이 존재하는 영역(예를 들어, 상판부(15) 영역) 내에서는 피가열 물체(HO1, HO2)의 크기, 위치, 종류에 상관없이 피가열 물체(HO1, HO2)의 가열이 가능하다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
20: 커버 플레이트
25: 케이스
TL1, TL2: 제1 및 제2 가열 박막 코팅
WC1, WC2: 제1 및 제2 워킹 코일
35: 단열재 45: 차폐판
50: 지지부재 55: 냉각팬
TL1, TL2: 제1 및 제2 가열 박막 코팅
WC1, WC2: 제1 및 제2 워킹 코일
35: 단열재 45: 차폐판
50: 지지부재 55: 냉각팬
Claims (25)
- 케이스;
상기 케이스의 상단에 결합되고, 상면에 피가열 물체가 배치되는 상판부가 구비된 커버 플레이트;
상기 피가열 물체를 가열하기 위해 상기 케이스 내부에 구비된 워킹 코일;
상기 워킹 코일의 상부에 구비된 단열재; 및
상기 상판부의 어느 일면 또는 상기 단열재의 어느 일면에 구비되며, 접착층 및 가열층이 순차적으로 적층된 적층 구조를 갖는 가열 박막 코팅;을 포함하는
유도 가열 방식의 쿡탑.
- 제1항에 있어서,
상기 가열 박막 코팅은
상기 가열층의 일면에 적층된 보호층;을 더 포함하는
유도 가열 방식의 쿡탑.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가열 박막 코팅은 페이스트 코팅에 의해 형성되고,
그라비어 인쇄, 스프레이 인쇄 및 스크린 인쇄 가운데 하나의 방법으로 코팅되어 형성되는
유도 가열 방식의 쿡탑.
- 제1항에 있어서,
상기 가열층은
단일층 또는 복수의 층으로 구성되는
유도 가열 방식의 쿡탑.
- 제1항에 있어서,
상기 접착층은
무기계 소재 및 금속산화물 가운데 1종 이상을 포함하는 접착층 페이스트 코팅액이 코팅되어 형성되는
유도 가열 방식의 쿡탑.
- 제5항에 있어서,
상기 접착층 페이스트 코팅액은
상기 무기계 소재 및 금속산화물 가운데 1종 이상 60~85 중량%,
바인더 수지 5~25 중량%,
용제 5~25 중량% 및
무기 필러 0.5~5 중량%를 포함하는
유도 가열 방식의 쿡탑.
- 제1항에 있어서,
상기 가열층은
금속 및 금속 합금 가운데 1종 이상을 포함하는 가열층 페이스트 코팅액이 코팅되어 형성되는
유도 가열 방식의 쿡탑.
- 제7항에 있어서,
상기 가열층 페이스트 코팅액은
상기 금속 및 금속 합금 가운데 1종 이상 40~90 중량%,
바인더 수지 2~25 중량%,
용제 5~25 중량%,
무기계 소재 0.5~5 중량% 및
무기 필러 0.5~5 중량%를 포함하는
유도 가열 방식의 쿡탑.
- 제2항에 있어서,
상기 보호층은
무기계 소재 및 금속산화물 가운데 1종 이상을 포함하는 보호층 페이스트 코팅액이 코팅되어 형성되는
유도 가열 방식의 쿡탑.
- 제9항에 있어서,
상기 보호층 페이스트 코팅액은
상기 무기계 소재 및 금속산화물 가운데 1종 이상 60~85 중량%,
바인더 수지 5~25 중량%,
용제 5~25 중량% 및
무기 필러 0.5~5 중량%를 포함하는
유도 가열 방식의 쿡탑.
- 제1항에 있어서,
상기 접착층의 두께는 0.01 ㎛ ~ 10 ㎛인
유도 가열 방식의 쿡탑.
- 제1항에 있어서,
상기 가열층의 두께는 1 ㎛ ~ 60 ㎛인
유도 가열 방식의 쿡탑.
- 제2항에 있어서,
상기 보호층의 두께는 1 ㎛ ~ 60 ㎛인
유도 가열 방식의 쿡탑.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가열 박막 코팅의 스킨 뎁스는 상기 가열 모듈의 두께보다 깊은
유도 가열 방식의 쿡탑.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가열 박막 코팅은 상기 워킹 코일에 의해 가열될 수 있는 저항값을 가지는
유도 가열 방식의 쿡탑.
- 제1항에 있어서,
상기 가열 박막 코팅의 직경은 상기 상판부의 직경보다 작은
유도 가열 방식의 쿡탑.
- 제1항에 있어서,
자성을 띄는 피가열 물체가 상기 상판부의 상면에 배치되고, 상기 워킹 코일이 구동되는 경우,
상기 자성을 띄는 피가열 물체의 저항 성분 및 인덕터 성분은 상기 가열 박막 코팅의 저항 성분 및 인덕터 성분과 등가회로를 형성하는
유도 가열 방식의 쿡탑.
- 제17항에 있어서,
상기 등가회로에서 상기 자성을 띄는 피가열 물체의 임피던스(impedance)는 상기 가열 박막 코팅의 임피던스보다 작은
유도 가열 방식의 쿡탑.
- 제17항에 있어서,
상기 자성을 띄는 피가열 물체로 인가된 와전류의 크기는 상기 가열 박막 코팅으로 인가된 와전류의 크기보다 큰
유도 가열 방식의 쿡탑.
- 제1항에 있어서,
자성을 띄지 않는 피가열 물체가 상기 상판부의 상면에 배치되고, 상기 워킹 코일이 구동되는 경우,
상기 가열 박막 코팅에는 임피던스가 존재하고, 상기 자성을 띄지 않는 피가열 물체에는 임피던스가 비존재하는
유도 가열 방식의 쿡탑.
- 제20항에 있어서,
상기 가열 박막 코팅에는 와전류가 인가되고, 상기 자성을 띄지 않는 피가열 물체에는 와전류가 비인가되는
유도 가열 방식의 쿡탑.
- 제1항에 있어서,
자성을 띄는 피가열 물체가 상기 상판부의 상면에 배치되는 경우, 상기 자성을 띄는 피가열 물체는 상기 워킹 코일에 의해 직접 가열되고,
자성을 띄지 않는 피가열 물체가 상기 상판부의 상면에 배치되는 경우, 상기 자성을 띄지 않는 피가열 물체는 상기 워킹 코일에 의해 가열된 상기 가열 박막 코팅에 의해 가열되는
유도 가열 방식의 쿡탑.
- 제1항에 있어서,
상기 워킹 코일의 하면에 장착되어 상기 워킹 코일의 구동시 하방으로 발생되는 자기장을 차단하는 차폐판;
상기 차폐판의 하면과 상기 케이스의 하면 사이에 설치되어 상기 차폐판을 상방으로 지지하는 지지부재; 및
상기 워킹 코일을 냉각하기 위해 상기 케이스 내부에 설치되는 냉각팬을 더 포함하는
유도 가열 방식의 쿡탑.
- 제23항에 있어서,
상기 지지부재는 상기 차폐판을 상방으로 지지하기 위한 탄성체를 포함하는
유도 가열 방식의 쿡탑.
- 제23항에 있어서,
상기 냉각팬은 상기 케이스 외부의 공기를 흡입하여 상기 워킹 코일로 전달하거나 상기 케이스 내부의 공기를 흡입하여 상기 케이스 외부로 배출하고,
상기 단열재는 상기 워킹 코일의 구동에 의해 상기 피가열 물체 또는 상기 가열 박막 코팅이 가열되면서 발생된 열이 상기 워킹 코일로 전달되는 것을 차단하는
유도 가열 방식의 쿡탑.
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|---|---|---|---|
| KR1020200020696A KR20210105778A (ko) | 2020-02-19 | 2020-02-19 | 사용 편의성이 개선된 유도 가열 방식의 쿡탑 |
| EP23171036.9A EP4258817A3 (en) | 2020-02-19 | 2021-02-18 | Induction heating type cooktop having improved usability |
| EP21157885.1A EP3869915B1 (en) | 2020-02-19 | 2021-02-18 | Induction heating type cooktop having improved usability |
| ES21157885T ES2946675T3 (es) | 2020-02-19 | 2021-02-18 | Placa de cocina del tipo de calentamiento por inducción con facilidad de uso mejorada |
| US17/180,008 US20210259066A1 (en) | 2020-02-19 | 2021-02-19 | Induction heating type cooktop having improved usability |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200020696A KR20210105778A (ko) | 2020-02-19 | 2020-02-19 | 사용 편의성이 개선된 유도 가열 방식의 쿡탑 |
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| KR20210105778A true KR20210105778A (ko) | 2021-08-27 |
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Family Applications (1)
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| KR1020200020696A KR20210105778A (ko) | 2020-02-19 | 2020-02-19 | 사용 편의성이 개선된 유도 가열 방식의 쿡탑 |
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