KR890003616Y1

KR890003616Y1 - 전자 유도 가열 장치

Info

Publication number: KR890003616Y1
Application number: KR2019890002130D
Authority: KR
Inventors: 히사시 오가즈가; 고오이지 다니구지; 도시오 가기자와
Original assignee: 가부시기가이샤 도시바; 사바 쇼오이찌
Priority date: 1982-09-13
Filing date: 1983-09-13
Publication date: 1989-05-27
Also published as: JPH0237076B2; JPS5949187A; KR840006433A

Abstract

내용 없음.

Description

전자 유도 가열 장치

도면은 본 고안의 1실시예를 나타낸 것으로서,

제1도는 제어회로의 구성도.

제2도 (a)(b)는 조리남비의 금속에 발생하는 표피효과를 설명하기 위한 도면.

제3도는 2차측 등가 저항을 구하는 계산식을 유도하기 위한 도면.

제4도는 고주파 자계의 주파수와 2차측 등가 저항과의 대응관계를 보인 도면.

제5도 및 제6도는 각기 제1도의 변형예를 보인 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 인버어터회로 13 : 가열코일

14 : 콘덴서 15 : 구동 제어 회로

20 : 조리남비(부하)

본 고안은 고주파 자계를 사용하여 부하인 조리 남비를 유도 가열하는데 따라, 그 조리 남비내의 식품을 가열 조리하는 전자유도 가열 조리기의 전자 유도 가열장치에 관한 것이다.

일반적으로 전자 유도 가열 조리기는 인버어터 회로로 부터 가열코일에 고주파전류를 공급하는데 따라 그 가열코일에서 주파수 약20KH_Z의 고주파 자계를 발생시켜 그것을 부하인 조리남비에 부여하는 것에 의해 그 조리남비를 유도가열 하도록 하고있다.

그러나 이와같은 전자 유도 조리기는 철제의 조리 남비에만 사용할수 있고 알루미늄제의 조리남비는 사용할수 없는 결점이 있었다. 즉, 알루미늄제의 조리남비를 사용하면 가열코일에 과대한 전류가 흐르기 때문에 알루미늄제의 조리남비에 대해서는 조리를 하지 못하도록 하기 위한 보호 회로를 채용하고 있다.

본 고안은 상기와 같은 사정에 비추어서 이루어진 것으로서, 그 목적하는 바는 알루미늄제의 조리남비를 사용가능하게 하는 전자 유도 가열 장치를 제공하는데 있다.

본 고안은 주파수 50KH_Z이상의 고주파자계를 사용하는 것이다.

이하, 본 고안의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

제1도에서, 부호(1)은 교류전원인데 이 전원(1)에는 전원 스윗치(2), (2)를 통하여, 트랜지스터 냉각용의 팬모우터(3)및 트랜스의 1차측 코일(4a)이 각기 접속된다. 또한, 전원(1)에는 상기 전원 스윗치(2), (2)를 통하여 직류전원회로(5)가 접속된다. 이 직류전원회로(5)는 다이오드 브릿지의 정류회로(6)와 쵸오크 코일(7)및 평활콘덴서(8)로 이루어진다. 그리고, 직류전원회로(5)의 출력단자P,N 사이에는 인버어터 회로(10)가 접속된다. 이 인버어터 회로(10)는 소위 SEEP 회로를 채용하고, NPN 형 트랜지스터(11), (12)를 직렬로 접속하여 이루어진 것인데, 그 각 트랜지스터로서는 약 100 KH_Z의 주파수로의 스윗칭이 가능한 바이폴라 트랜지스터를 채용하고 있다. 그리고 이 인버어터 회로(10)에서의 트랜지스터(11), (12)의 상호 접속점과 단자(N)와의 사이에는 가열코일(13)과 콘덴서(14)와의 직렬 공진회로가 접속된다. 한편, (15)는 구동 제어회로 인데 상기 트랜스의 2차측 코일(4b)에서 얻어지는 전압을 동작 전압으로 하고 있고, 상기 인버어터 회로(10)에서의 트랜지스터(11), (12)를 온,오프 구동하여 가열 코일(13)에 고주파 전류를 공급하는 것이다. 이와같이 하여, 가열코일(13)에서 약50KH_Z이상, 예컨대, 약 100 KH_Z의 주파수의 고주파 자계가 발생하도록 되어 있다. 그리고 이 약 100 KH_Z의 고주파 자계는 가열 코일(13)의 근방에 세트되는 알루미늄 제의 조리남비(20)에 부여된다.

또한, 상기 가열 코일(13)은 가느다란 절연동선(릿트선)의 다수본을 묶어서 하나의 도선을 편성하고, 이것을 권선으로 하여 채용하고 있다. 또, 가열코일(13)은 복수단, 예를들면3단으로 겹쳐 쌓는 구성으로 하고, 종래에 비해서, 3배의 권선수로 하고 있다. 또한, 공진용 콘덴서(14)로서는 수 KV의 고내압용의 것을 채용한다.

따라서, 조리남비(20)는 주어지는 고주파의 겨계에 의해 서와 전류가 발생하고, 그것에 의거한 와전류손에 의해서 자기 발열하여, 내부의 식품을 가열한다.

여기서, 50KHz이상의 주파수의 고주파 자계를 사용하는데 따라서 어째서 알루미늄제의 조리남비(20)의 사용이 가능한가에 대하여 이하에 기술한다.

우선, 조리를 실시하는데 있어서는 사용하는 조리남비가 일정한 저항치를 가지고 있고, 이것에 의해 조리남비에 대한 입력을 일정하게 하는것이 필요조건이다.

즉, 종래의 조리기에서는 약20 KH_Z의 주파수의 고주파 자계를 사용하고 있어, 이에 의해 철제의 조리남비의 사용이 가능하게 되어 있으나, 이것은 약 20KH_Z의 주파수에 있어 조리남비의 철판에 표피효과가 생기기 때문이다. 이 표피효과는 제2도(a)에 점선으로 표시한 바와같이, 철판(31)의 표면(자속 0가 부여되는 측의 면)에서 일정한 범위(도시한 점선부분)에 전류가 흐르는 부분이 집중하는 상태를말하는 것인데 이것이 생기면 철판(31)의 저항치가 두께에 관계없이 일정하게 되고, 나아가서는 주어진 자속 0가 투과(누출)하지 않게된다. 또한, 제2도(b)의 철판(31)은 표피효과가 생기지 않은 상태를 보인 것이며, 모든 부분에 전류가 흐르기 때문에 저항치는 두께에 따라 정해지고, 또, 주어지는 자속 0가 투과(누출)하게 된다.

한편, 알루미늄 제의 조리남비에 대해서는 그 정항치를 일정화하는 방법으로서 다음과 같은 것이 있다.

(1) 조리남비의 알루미늄판의 두께를 얇은 형상으로 정형화 하는 방법.

이 경우, 인버어터 회로의 주파수가 낮아도 되는 반면, 조리남비가 한정되는 결점이 있고, 또 자속이 조리남비를 투과하게 되는 결점이 있어 현실적이 못된다.

(2) 고주파자계의 주파수가 50 KH_Z이상으로 되면, 알루미늄판에도 표피효과가 나타나는 것에 착안하여 인버어터 회로의 주파수를 올리는 방법.

이 경우, 조리남비를 한정하지 않아도 되고 또한 자속이 조리남비를 투과하지 않는 잇점이 있는 반면, 인버어터 회로의 주파수를 높이지 않으면 안되는 문제가 있다. 즉, 인버어터 회로는 보통 스윗칭 소자로서 트랜지스터를 채용하고 있으며 그 스윗칭 속도에는 어느정도의 한계가 있다. 단, 최근의 반도체 기술의 진보는 현저하여, 예컨데 바이폴라 트랜지스터의 경우 약 100 KH_Z의 주파수로서의 스윗칭이 가능하고, 파우어 MOS. FET의 경우에는 200 KH_Z로부터 300 KH_Z의 주파수로서의 스윗칭이 가능하며, 이들의 트랜지스터를 인버어터 회로에 채용하면 충분히 실현 가능하다.

그리하여 실험에 의하면, 고주파자계의 주파수가 약 100 KH_Z이고 또 조리남비의 알루미늄판의 두께가 0.5㎜ 이상일때, 그 조리남비에 최적한 표피효과가 생기는 것을 알았다.

따라서, 상기한 바와같이 본 고안에서는 약 100 KH_Z의 주파수의 고주파 자계를 사용하여, 이에의해 알루미늄제의 조리남비의 사용을 가능하게 한 것이다.

단 이것만으로는 실제의 조리를 실행하는데 있어 여러 가지의 문제가 생긴다.

즉, 가열코일과 조리남비는 하나의 트랜스로 간주할수 있는 것으로서, 가열코일측의1차측 저항과 조리 남비측외 2차측 등가 저항과의 사이에는 가열효율에 있어 큰 문제가 있다.

여기서, 조리남비측의 2차측 등 가저항을 산출함에 있어, 제3도의 상황을 만들어 본다. 제3도에 보인 바와같이 물의 표면상에 두께(d)의 금속(조리남비를 형성하는 철 또는 알루미늄)을 올려놓고, 그 금속으로부터 거리(h)만큼 떨어진 공간상에 코일(13a)을 배설한다. 이 코일(13a)은 반경 의 동선을 반경(a)로서 1회 감은 것으로서, 상기 가열코일(13)의 일부에 상당하는 것으로 생각한다.

그리하여 하기표의 재원을 사용하면, 금속측의 2차측 등 가저항R및 등가 인덕턴스L은 아래의 식으로 표시된다.

이 경우, E(ε)는 제1종 완전 타원적분 K(ε)는 제2종 완전 타원 적분 f는 고주파 자계의 주파수, μ₂는 금속의 투자율, μ₀는 진공의 투자율, 6₂는 금속의 도전율, δ는 표피길이이다.

따라서 금속이 철판이고, 그 철판의 두께 d=0.5㎜, 고주파 자계의 주파수 f=20KH_Z, 1회 권취코일(13a)의 권취 반경 a=10㎝, 코일 동선의 반경 ψ=0.5㎜, 철판과 코일과의 거리 h=1㎝ 일때, 2차측 등가저항 R은 R≒5mΩ 으로 된다.

한편, 금속이 알루미늄판이고, 그 알루미늄판의 두께 d=0.5㎜, 고주파 자계의 주파수 f=100KH_Z, 1회 권취코일(13a)의 권취반경 a=10㎝, 코일도선의 반경 ψ=0.5㎜, 알루미늄판과 코일과의 거리 h=1㎝ 일때, 2차측 등가저항 R은 R≒0.5mΩ이된다.

즉, 철의 도전율 및 투자율에 의해서 어느 정도 다르지만, 조리남비가 알루미늄인 경우의 2차측 등가저항 R은 조리남비가 철인 경우의 약1/10의 값이되고, 코일 손실이 커져서 가열효율이 대폭적으로 낮아지게 되고만다.

그런데, 가열코일(13)의 실제의 권수(+수회)를 고려하면, 2차측 등가저항 R은 제4도에 표시한 바와같은 산출결과가 된다.

즉 조리남비(20)가 알루미늄이고 그 알미늄의 두께는 0.5㎜이상, 고주파자계의 주파수가 100 KH_Z이면 R=0.14Ω으로 대략 일정하게 된다.

이에 대해 가열코일(13)의 코일도선의 저항치는 표피효과 때문에 실측으로 0.295Ω이고, 또한 가열코일(13)이외에도 트랜지스터 등의 저항분이 있으며 이들의 저항이 가해지므로 1차측저항 R'은 0.4-0.5Ω정도가 된다. 그리하여, 이와같이 1차측 저항이 2차측 등가저항 보다도, 상당히 큰 상황하에서는 가열효율이 지극히 나빠지게 된다.

이에 대처하여, 본 고안에서는 가느다란 절연동선을 다수 본 묶어서, 1개의 도선을 편성하고, 이것을 가열코일(13)의 권선으로 채용하고, 가열코일(13)의 저항(표피저항)감소를 도모함으로서 1차측 저항을 감소시켰다.

그러나, 이것만으로서는 아직 가열코일(13) 이외의 저항분이 존재하기 때문에 가열효율의 저하를 충분히 억제할수는 없다. 그러므로 본 고안에서는 가열코일(13)의 권선수를 강제적으로 늘려서 2차측 등가저항을 강제적으로 증대하게 하였다.

이경우, 가열코일(13)의 권선수를 늘린다하더라도, 가열코일(13)의 크기에는 조리남비의 크기등에 따라 한도가 있으므로 가열코일(13)을 복수단 예를들면 3단으로 겹쳐쌓는 구성으로 하였다. 이와같이 함으로써, 2차측 등가저항 R은 다음과 같이된다. 즉, 2차측 등가저항 R은 가열코일(13)의 권선수의 2승배에 비례하므로,

R=0.14Ω×3²=1.26Ω 로된다.

이와같이 가열코일(13)의 저항을 감소시키고, 또한, 2차측 등가저항 R의 증대를 도모하였으므로 가열효율의 저하를 충분히 억제할 수가 있다.

단, 가열코일(13)을 3단 구성으로 하는데 따라 다음의 처리를 시행할 필요가 있다. 즉, 가열코일(13)이 1단(종래와 같음) 일때의 인덕턴스L을 산출하면 L=14.4μH가 된다. 인턱턴스L도 권선수의 2승배에 비례하므로 3단으로서는

L=14.4×3²≒130μH 가 된다.

그리하여, 100 KH_Z의 주파수로 공진시키기 위해서는 공진용 콘덴서(14)의 캐퍼시턴스는

로 할필요가 있다.

또 그렇게 하였을 경우, 가열코일(13) 이외의 저항분을 0.5로 하면

P=1.05KW

n=72%

V㎝=4050V

Im=48.8A로 된다.

이 경우, P는 절약전력, n는 효율이 V㎝은 콘덴서(14)의 최대단전압, Im은 콘덴서(14)에 흐르는 최대 전류이다.

이에 의거하여, 본 고안에서는 콘덴서(14)를 수 KV의 고내압용의 것으로 하였다.

또한, 상기 실시예에서는 주파수가 약 100 KH_Z의 고주파 자계를 사용하였으나, 반드시, 그것에 한정되는 것은 아니고, 전술한 이유(알루미늄의 경우, 약 50 KH_Z이상으로 표피효과가 나타남)에 의해 적어도 약 50 KH_Z이상의 고주파자계라면 그와 같이 할수있다.

또, 가열코일(13)과 콘덴서(14)로서 직열공진회로를 구성 하였으나, 제5도에 표시한 바와같이 2분할한 가열코일(13₁), (13₂)과 콘덴서(14)로서 병열 공진회로를 구성하여도 좋다.

또한, 제6도에 표시한 바와같이, 싱글엔드 타입의 인버어터회로(10)를 사용하여도 좋다. 또, 인버어터 회로(10)에 사용하는 트랜지스터로서는 MOS·FET의 사용도 가능하다.

이상 기술한 바와같이, 본 고안에 의하면 알루미늄제의 조리남비를 사용 가능하게 하는 전자유도 가열장치를 제공할수 있게 된다.

Claims

가열코일(13)의 상면에 위치되는 조리남비(20)를 고주파자계를 사용하여 유도 가열하는 전자유도 가열조리기에 있어서, 50KH_Z이상의 주파수로 발진하는 고주파 발진회로(10, 13, 14, 15, 5)의 고주파 전류가 가열코일(13)에 흐르게 함으로써 발생하는 고주파 자계로 비자성체 남비(20)를 가열하도록 구성되는 것을 특징으로하는 전자유도 가열 조리기.