KR20240018560A - 사용 편의성이 개선된 유도 가열 방식의 쿡탑 - Google Patents

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 자기장과 교차하는 평면 상에 배치되는 박막을 포함한다.

Description

사용 편의성이 개선된 유도 가열 방식의 쿡탑{INDUCTION HEATING TYPE COOKTOP HAVING IMPROVED USABILITY}

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 가열 가능한 종래의 장치들은 가열판에 형성된 연통 구멍을 통과하는 자력선만을 이용하여 전자 유도 가열을 하거나, 출력이 낮고 효율이 떨어지는 라디언트 히터를 사용함으로 인해 가열 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

또는, 종래의 장치들은 경우에 따라 사용자가 피가열 물체의 재질을 고려하여야 하거나, 자성을 띄지 않는 비금속 피가열 물체와 같은 일부 물체는 가열하지 못하는 등의 문제점이 있었다.

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 다른 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.

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 케이스의 상단에 결합되고, 상면에 피가열 물체가 배치되는 상판부가 구비된 커버 플레이트, 케이스 내부에 구비된 워킹 코일 및 상판부에 코팅된 박막을 포함함으로써 자성체와 비자성체 모두 가열할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑은 세로 방향으로 서로 오버랩되도록 구비된 워킹 코일과 박막을 포함하는데, 박막은 상기 상판부의 상면 또는 하면에 코팅될 수 있고, 전도성 물질로 이루어지고, 자성 및 비자성 중 적어도 하나의 특성을 갖추어 워킹 코일에 의해 와전류가 유도되어 유도가열될 수 있다.

또한 박막의 스킨 뎁스가 박막의 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 박막에 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 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 발명에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑은 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.

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 박막의 두께와 스킨 뎁스(skin depth) 간 관계를 설명하는 도면들이다.
도 5 및 도 6은 피가열 물체의 종류에 따른 박막과 피가열 물체 간 임피던스 변화를 설명하는 도면들이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑을 설명하는 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 유도 가열 방식의 쿡탑의 케이스 내부에 구비된 구성요소를 설명하는 도면이다.
도 9는 도 7에 도시된 유도 가열 방식의 쿡탑에 피가열 물체가 배치된 모습을 설명하는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

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 박막의 비투자율에 따른 스킨 뎁스(skin depth) 특성을 설명하는 도면들이다. 도 5 및 도 6은 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), 박막(TL1, TL2; 즉, 제1 및 제2 박막)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, 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 입력 인터페이스용 제어 모듈(미도시)로 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 전술한 제어 모듈(즉, 인버터용 제어 모듈)로 상기 입력을 전달할 수 있다. 또한 전술한 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(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.

워킹 코일(WC1, WC2)은 피가열 물체를 가열하기 위해 케이스(25) 내부에 설치될 수 있다.

구체적으로, 워킹 코일(WC1, WC2)은 전술한 제어 모듈(미도시)에 의해 구동이 제어될 수 있으며, 피가열 물체가 상판부(15) 위에 배치된 경우, 제어 모듈에 의해 구동될 수 있다.

또한 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 박막(TL1, TL2)을 통해 간접적으로 가열할 수 있다.

그리고 워킹 코일(WC1, WC2)은 유도 가열 방식에 의해 피가열 물체를 가열할 수 있고, 박막(TL1, TL2)과 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.

박막(TL1, TL2)은 피가열 물체 중 비자성체를 가열하기 위해 상판부(15)에 코팅될 수 있다.

구체적으로, 박막(TL1, TL2)은 상판부(15)의 상면 또는 하면에 코팅될 수 있고, 워킹 코일(WC1, WC2)과 세로 방향(즉, 수직 방향 또는 상하 방향)으로 오버랩되도록 구비될 수 있다. 이에 따라, 피가열 물체의 배치 위치 및 종류에 상관없이 해당 피가열 물체에 대한 가열이 가능하다.

또한 박막(TL1, TL2)은 자성 및 비자성 중 적어도 하나의 특성(즉, 자성, 비자성, 또는 자성과 비자성 둘다)을 갖출 수 있다.

그리고 박막(TL1, TL2)은 예를 들어, 전도성 물질(예를 들어, 알루미늄)으로 이루어질 수 있고, 도면에 도시된 바와 같이, 서로 다른 직경의 복수개의 링이 반복되는 형상으로 상판부(15)의 상면에 코팅될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

즉, 박막(TL1, TL2)은 전도성 물질이 아닌 다른 재질로 이루어질 수도 있고, 다른 형상으로 상판부(15)에 코팅될 수도 있다. 다만, 설명의 편의를 위해, 본 발명의 일 실시예에서는, 박막(TL1, TL2)이 전도성 물질로 이루어지고, 서로 다른 직경의 복수개의 링이 반복되는 형상으로 상판부(15)에 코팅되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

참고로, 도 1에는 2개의 박막(TL1, TL2)이 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 1개 또는 3개 이상의 박막이 코팅될 수도 있으나, 설명의 편의를 위해 본 발명의 일 실시예에서는, 2개의 박막(TL1, TL2)이 코팅되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

박막(TL1, TL2)에 대한 보다 구체적인 내용은 후술하도록 한다.

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 박막(TL1), 단열재(35), 차폐판(45), 지지부재(50), 냉각팬(55))를 설명하도록 한다.

단열재(35)는 상판부(15)의 하면과 제1 워킹 코일(WC1) 사이에 구비될 수 있다.

구체적으로, 단열재(35)는 커버 플레이트(20), 즉, 상판부(15)의 하면에 장착될 수 있고, 그 아래에는 제1 워킹 코일(WC1)이 배치될 수 있다.

이러한 단열재(35)는 제1 워킹 코일(WC1)의 구동에 의해 제1 박막(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 박막(TL1) 또는 피가열 물체(HO)가 가열되면, 제1 박막(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 박막(TL1) 또는 피가열 물체(HO)가 가열되면서 발생된 열이 단열재(35)를 통해 제1 워킹 코일(WC1)로 전달되는 것을 차단할 수 있다.

즉, 스페이서가 단열재(35)의 역할을 일부 분담할 수 있는바, 단열재(35)의 두께를 최소화할 수 있고, 이를 통해 피가열 물체(HO)와 제1 워킹 코일(WC1) 사이의 간격을 최소화할 수 있다.

또한 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, 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, 단열재(35)와 제1 워킹 코일(WC1)을 상방으로 간접적으로 지지할 수 있고, 이를 통해, 단열재(35)가 상판부(15)에 밀착되도록 할 수 있다.

그 결과, 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 있는바, 이하에서는, 도 3 내지 도 6을 참조하여, 전술한 박막의 특징 및 구성을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

도 3 및 도 4는 박막의 두께와 스킨 뎁스(skin depth) 간 관계를 설명하는 도면들이다. 도 5 및 도 6은 피가열 물체의 종류에 따른 박막과 피가열 물체 간 임피던스 변화를 설명하는 도면들이다.

참고로, 제1 박막(TL1)과 제2 박막(TL2)은 동일한 기술적 특징을 가지고, 박막(TL1, TL2)은 상판부(15)의 상면 또는 하면에 코팅될 수 있는바, 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 상판부(15)의 상면에 코팅된 제1 박막(TL1)을 예로 들어, 설명하도록 한다.

제1 박막(TL1)의 특징을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 제1 박막(TL1)은 낮은 비투자율(relative permeability)을 가진 재질로 이루어질 수 있다.

구체적으로, 제1 박막(TL1)의 비투자율이 낮은바, 제1 박막(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 박막(TL1)의 비투자율이 낮을수록 제1 박막(TL1)의 스킨 뎁스는 깊어지는 것이다.

또한, 제1 박막(TL1)의 스킨 뎁스(skin depth)는 제1 박막(TL1)의 두께보다 깊을 수 있다. 즉, 제1 박막(TL1)은 얇은 두께(예를 들어, 0.1um~1,000um 두께)를 가지고, 제1 박막(TL1)의 스킨 뎁스는 제1 박막(TL1)의 두께보다 깊은바, 제1 워킹 코일(WC1)에 의해 발생된 자기장이 제1 박막(TL1)을 통과하여 피가열 물체(HO)까지 전달됨으로써 피가열 물체(HO)에 와전류가 유도될 수 있는 것이다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 박막(TL1)의 스킨 뎁스가 제1 박막(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 4에 도시된 바와 같이), 제1 박막(TL1)의 스킨 뎁스가 제1 박막(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 박막(TL1)의 스킨 뎁스가 제1 박막(TL1)의 두께보다 깊은바, 제1 워킹 코일(WC1)에 의해 발생된 자기장이 제1 박막(TL1)을 통과하여 피가열 물체(HO)에서 대부분 소진되고, 이를 통해, 피가열 물체(HO)가 주로 가열될 수 있는 것이다.

한편, 제1 박막(TL1)은 전술한 바와 같이 얇은 두께를 가지는바, 제1 워킹 코일(WC1)에 의해 가열될 수 있는 저항값을 가질 수 있다.

구체적으로, 제1 박막(TL1)의 두께는 제1 박막(TL1)의 저항값(즉, 표면 저항값)과 반비례 관계일 수 있다. 즉, 상판부(15)에 코팅되는 제1 박막(TL1)의 두께가 얇을수록 제1 박막(TL1)의 저항값(즉, 표면 저항)이 커지는바, 제1 박막(TL1)은 상판부(15)에 얇게 코팅됨으로써 가열 가능한 부하로 특성 변화될 수 있다.

참고로, 제1 박막(TL1)은 예를 들어, 0.1um 내지 1,000um 사이의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이와 같은 특징을 가지는 제1 박막(TL1)은 비자성체를 가열하기 위해 존재하는바, 제1 박막(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 2 및 도 5를 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 박막(TL1)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 박막(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 박막(TL1)에도 일부 와전류가 인가되어 제1 박막(TL1)이 약간 가열되는바, 피가열 물체(HO)는 제1 박막(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 박막(TL1)에 의해 피가열 물체(HO)가 간접적으로 가열되는 정도는 유의미하다고 할 수 없다.

반면에 피가열 물체가 비자성체인 경우를 설명하자면 다음과 같다.

도 2 및 도 6을 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 박막(TL1)에는 임피던스가 존재할 수 있다. 즉, 제1 박막(TL1)에만 저항 성분(R) 및 인덕터 성분(L)이 존재할 수 있다.

이에 따라, 제1 박막(TL1)에만 와전류(I)가 인가되고, 자성을 띄지 않는 피가열 물체(HO)에는 와전류가 인가되지 않을 수 있다. 보다 구체적으로, 와전류(I)가 제1 박막(TL1)에만 인가되어 제1 박막(TL1)이 가열될 수 있다.

즉, 피가열 물체(HO)가 비자성체인 경우, 전술한 바와 같이, 와전류(I)가 제1 박막(TL1)으로 인가되어 제1 박막(TL1)이 가열되는바, 자성을 띄지 않는 피가열 물체(HO)는 제1 워킹 코일(WC1)에 의해 가열된 제1 박막(TL1)에 의해 간접적으로 가열될 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 박막(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 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑을 설명하는 도면이다. 도 8은 도 7에 도시된 유도 가열 방식의 쿡탑의 케이스 내부에 구비된 구성요소를 설명하는 도면이다. 도 9는 도 7에 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 7 및 도 8을 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 박막(TLG), 단열재(35), 복수개의 워킹 코일(WCG), 차폐판(45), 지지부재(50), 냉각팬(미도시), 스페이서(미도시), 제어 모듈(미도시)을 포함할 수 있다.

여기에서, 복수개의 박막(TLG)과 복수개의 워킹 코일(WCG)은 세로 방향으로 서로 오버랩될 수 있고, 각각이 일대일 대응되도록 배치될 수 있다. 물론, 복수개의 박막(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 박막(TLG)과 복수개의 워킹 코일(WCG)이 일대일 대응되도록 배치되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

즉, 유도 가열 방식의 쿡탑(2)은 복수개의 박막(TLG)과 복수개의 워킹 코일(WCG)을 포함하는 존프리 방식의 쿡탑인바, 하나의 피가열 물체(HO)를 복수개의 워킹 코일(WCG) 중 일부 또는 전부로 동시에 가열하거나 복수개의 박막(TLG) 중 일부 또는 전부로 동시에 가열할 수 있다. 물론, 복수개의 워킹 코일(WCG) 중 일부 또는 전부 및 복수개의 박막(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 박막(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.

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

20: 커버 플레이트 25: 케이스
TL1, TL2: 제1 및 제2 박막 WC1, WC2: 제1 및 제2 워킹 코일
35: 단열재 45: 차폐판
50: 지지부재 55: 냉각팬

Claims (16)

1. 케이스;
   상기 케이스의 상단에 결합되고, 상면에 피가열 물체가 배치되는 상판부가 구비된 커버 플레이트;
   상기 케이스의 내부에 구비되고, 자기장을 발생시키는 워킹 코일; 및
   상기 워킹 코일의 자기장과 교차하는 평면 상에 배치되는 박막을 포함하고,
   상기 워킹 코일은,
   상기 피가열 물체를 가열하기 위하여, 상기 피가열 물체 및 상기 박막 중 적어도 하나를 유도 가열하는,
   유도 가열 방식의 쿡탑.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 박막은,
   상기 워킹 코일과 상하 방향으로 중첩되도록 배치되는,
   유도 가열 방식의 쿡탑.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 박막은, 상기 평면 상에서 폐회로를 이루는,
   유도 가열 방식의 쿡탑.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 자기장은,
   폐회로를 형성하며,
   상기 박막을 통과하여 상기 피가열 물체에 도달하는,
   유도 가열 방식의 쿡탑.
5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 피가열 물체가 자성체 일 때,
   상기 자기장은, 상기 박막을 통과하여 상기 피가열 물체에서 소진되어, 상기 피가열 물체를 유도 가열하고,
   상기 피가열 물체가 비자성체 일 때,
   상기 자기장은, 상기 박막에서 소진되어, 상기 박막을 유도 가열하는,
   유도 가열 방식의 쿡탑.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 박막은, 상기 상판부의 상면 또는 하면에 코팅되는,
   유도 가열 방식의 쿡탑.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 박막의 두께는,
   상기 박막의 스킨뎁스보다 얇은,
   유도 가열 방식의 쿡탑.
8. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
   상기 박막의 두께는,
   상기 워킹 코일에 의해 가열될 수 있는 저항값을 가지도록 형성되는,
   유도 가열 방식의 쿡탑.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 피가열 물체와 상기 박막은 등가회로를 형성하고,
   상기 피가열 물체의 저항 성분 및 인덕터 성분과
   상기 박막의 저항 성분 및 인덕터 성분의 크기 차이에 따라,
   상기 피가열 물체 및 상기 박막 중 적어도 하나에 와전류가 인가되는,
   유도 가열 방식의 쿡탑.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 워킹 코일의 하면에 장착되어 상기 워킹 코일의 구동 시 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.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막과 상기 워킹 코일의 사이에 배치되는 단열재를 더 포함하고,
    상기 단열재는,
    상기 박막과 상기 워킹 코일과 상하 방향으로 중첩되는,
    유도 가열 방식의 쿡탑.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 워킹 코일은 복수 개로 구비되고,
    상기 박막과 상기 복수 개로 구비되는 워킹 코일은 상하 방향으로 중첩되며,
    상기 피가열 물체는,
    상기 상판부에서 상기 피가열 물체가 배치되는 영역과 상하 방향으로 중첩되는 위치에 대응되는 상기 복수 개로 구비되는 워킹 코일 중 적어도 하나에 의해, 동시에 가열되는,
    유도 가열 방식의 쿡탑.
13. 제 1 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 박막은 복수 개로 구비되고,
    상기 복수 개로 구비되는 박막은, 서로 다른 직경의 복수 개의 링이 반복되는 형상을 가지는,
    유도 가열 방식의 쿡탑.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막에 인가되는 와전류의 값은 0 보다 큰,
    유도 가열 방식의 쿡탑.
15. 제 1 항에 있어서,
    상기 상판부는,
    상기 박막이 배치되는 평면이 평행한,
    유도 가열 방식의 쿡탑.
16. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막은,
    전도성 물질로 이루어지는,
    유도 가열 방식의 쿡탑.