WO2022080587A1 - 유도 가열 방식의 쿡탑 - Google Patents

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WO2022080587A1
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WO
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thin film
heated
induction heating
working coil
cooktop
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PCT/KR2020/018316
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English (en)
French (fr)
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황성훈
김원태
김성준
손승호
곽영환
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엘지전자 주식회사
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Definitions

  • the present disclosure relates to an induction heating type cooktop.
  • a method of heating an object to be heated using electricity is largely divided into a resistance heating method and an induction heating method.
  • the electrical resistance method is a method of heating an object to be heated by transferring heat generated when an electric current flows through a metal resistance wire or a non-metallic heating element such as silicon carbide to the object to be heated (eg, a cooking vessel) through radiation or conduction.
  • a metal resistance wire or a non-metallic heating element such as silicon carbide
  • the induction heating method when high-frequency power of a predetermined size is applied to the coil, an eddy current is generated in the object to be heated using a magnetic field generated around the coil so that the object to be heated is heated. am.
  • the present disclosure intends to use a thin film.
  • the cooktop according to the present disclosure may include a thin film to which an eddy current is applied so that the nonmagnetic material is heated.
  • the thin film may be formed to have a skin depth thicker than the thickness, and accordingly, the magnetic field generated by the working coil may pass through the thin film and heat the magnetic material by applying an eddy current to the magnetic material.
  • the object to be heated is a metallic non-magnetic material (eg, aluminum)
  • the efficiency of both direct heating by a working coil and indirect heating by a thin film may be reduced compared to other objects due to the heating characteristics of the metallic non-magnetic material.
  • An object of the present disclosure is to minimize the problem of a decrease in heating efficiency for a non-magnetic metal in an induction heating type cooktop capable of heating both a magnetic material and a non-magnetic material.
  • the cooktop according to an embodiment of the present disclosure may form an open loop and include a thin film made of a ferromagnetic material in contact with the object to be heated, which is a nonmagnetic material, so that heating characteristics of the object to be heated may be changed.
  • both a magnetic material and a non-magnetic material may be heated.
  • both the magnetic material and the non-magnetic material can be heated through the same heating source, and even when the cooking container is a metal non-magnetic material, there is an advantage in that heating efficiency can be maximized.
  • FIG. 1 is a view for explaining an induction heating type cooktop according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an induction heating type cooktop and an object to be heated according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG 3 is a cross-sectional view illustrating an induction heating type cooktop and an object to be heated according to a second exemplary embodiment of the present disclosure.
  • 4 and 5 are diagrams for explaining the relationship between the thickness of the first thin film and the skin depth.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an induction heating type cooktop and an object to be heated according to a third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 to 11 are exemplary views showing the shape of the second thin film according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 is an exemplary view showing a shape of a thin film according to a third embodiment of the present disclosure.
  • 13 is a graph showing the heating efficiency of the cooktop of the induction heating method of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a view for explaining an induction heating type cooktop according to an embodiment of the present disclosure.
  • 2 is a cross-sectional view illustrating an induction heating type cooktop and an object to be heated according to a first embodiment of the present disclosure.
  • 3 is a cross-sectional view illustrating an induction heating type cooktop and an object to be heated according to a second exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the cooktop 1 of the induction heating method includes a case 25 , a cover plate 20 , a working coil WC, and a first thin film TL-1.
  • a working coil WC may be installed in the case 25 .
  • various devices related to driving the working coil eg, a power supply providing AC power, a rectifying unit rectifying the AC power of the power supply into DC power, and rectifying by the rectifying unit
  • Inverter unit that converts the DC power to resonance current through a switching operation and provides it to the working coil
  • a control module that controls the operation of various devices in the induction heating type cooktop 1, a relay that turns on or turns off the working coil, or semiconductor switch, etc.
  • the cover plate 20 is coupled to the upper end of the case 25 , and an upper plate portion 15 on which an object to be heated (not shown) is disposed may be provided on the upper surface.
  • the cover plate 20 may include a top plate portion 15 for placing an object to be heated, such as a cooking vessel.
  • the upper plate part 15 may be made of, for example, a glass material (eg, ceramics glass).
  • the upper panel 15 may be provided with an input interface (not shown) that receives an input from a user and transmits the input to a control module (not shown) for an input interface.
  • the input interface may be provided at a location other than the upper panel 15 .
  • the input interface is a module for inputting a desired heating intensity or operating time of the cooktop 1 of the induction heating method, and may be variously implemented with a physical button or a touch panel.
  • the input interface may include, for example, a power button, a lock button, a power level adjustment button (+, -), a timer adjustment button (+, -), a charging mode button, and the like.
  • the input interface may transmit the input received from the user to the control module for the input interface (not shown), and the control module for the input interface may transmit the input to the aforementioned control module (ie, the control module for the inverter).
  • the above-described control module can control the operation of various devices (eg, a working coil) based on an input (ie, a user input) provided from the control module for the input interface, and specific details thereof will be omitted. do.
  • the heating intensity ie, thermal power
  • the shape of the crater may be indicated by an indicator (not shown) composed of a plurality of light emitting devices (eg, LEDs) provided in the case 25 .
  • the working coil WC may be installed inside the case 25 to heat the object to be heated.
  • the working coil WC may be controlled to be driven by the aforementioned control module (not shown), and when the object to be heated is disposed on the upper plate 15 , it may be driven by the control module.
  • the working coil WC can directly heat an object to be heated (ie, a magnetic body) that exhibits magnetism, and a first thin film TL-1, which will be described later for an object to be heated (ie, a non-magnetic body) that does not exhibit magnetism, is formed. It can be heated indirectly through an object to be heated (ie, a magnetic body) that exhibits magnetism, and a first thin film TL-1, which will be described later for an object to be heated (ie, a non-magnetic body) that does not exhibit magnetism, is formed. It can be heated indirectly through
  • the working coil WC may heat an object to be heated by an induction heating method, and may be provided to overlap the first thin film TL-1 in a vertical direction (ie, a vertical direction or a vertical direction).
  • one working coil WC is illustrated as being installed in the case 25 in FIG. 1 , the present invention is not limited thereto. That is, one or more working coils may be installed in the case 25 , but for convenience of explanation, in the embodiment of the present disclosure, one working coil WC is installed in the case 25 as an example. do it with
  • the first thin film TL-1 may be provided on the upper plate part 15 to heat a non-magnetic material among objects to be heated.
  • the first thin film TL-1 may be inductively heated by the working coil WC.
  • the object to be heated may be heated by thermal convection or heat conduction from the first thin film TL-1.
  • the first thin film TL-1 may be provided on the upper surface or the lower surface of the upper plate part 15 .
  • the first thin film TL-1 is provided on the upper surface of the upper plate part 15
  • the first thin film TL-1 is provided on the upper plate part 15 . It may be provided on the lower surface of the
  • the first thin film TL-1 may be provided to overlap the working coil WC in a vertical direction (ie, a vertical direction or a vertical direction). Accordingly, it is possible to heat the object to be heated regardless of the arrangement position and type of the object to be heated.
  • the first thin film TL-1 may have at least one of magnetic and non-magnetic properties (ie, magnetic, non-magnetic, or both magnetic and non-magnetic).
  • the first thin film TL-1 may be made of, for example, a conductive material (eg, silver (Ag)), and as shown in the figure, a plurality of rings of different diameters are repeated. may be provided on the upper plate part 15 , and the first thin film TL-1 may be made of a material other than a conductive material. In addition, the first thin film TL-1 may be formed in a shape other than a shape in which a plurality of rings having different diameters are repeated.
  • a conductive material eg, silver (Ag)
  • the first thin film TL-1 may be formed in a shape other than a shape in which a plurality of rings having different diameters are repeated.
  • first thin film TL - 1 is illustrated in FIG. 1
  • the present invention is not limited thereto. That is, when there are a plurality of craters, a plurality of thin films may be additionally provided, but for convenience of description, one first thin film TL-1 will be provided as an example.
  • the cooktop 1 of the induction heating method includes an insulator 35 , a shielding plate 45 , a support member 50 , and a cooling fan 55 . It may further include at least some or all of it.
  • the insulating material 35 may be provided between the upper plate part 15 and the working coil WC.
  • the insulator 35 may be mounted under the upper plate 15 , and a working coil WC may be disposed under it.
  • the insulator 35 may block the transfer of heat generated while the first thin film TL-1 or the object to be heated HO is heated by the driving of the working coil WC from being transferred to the working coil WC.
  • the heat of the first thin film TL-1 or the object to be heated HO is heated by electromagnetic induction of the working coil WC
  • the heat of the first thin film TL-1 or the object HO to be heated is transferred to the upper plate portion.
  • the heat of the upper plate portion 15 is transferred back to the working coil (WC), the working coil (WC) may be damaged.
  • the insulating material 35 blocks the heat transferred to the working coil WC in this way, thereby preventing the working coil WC from being damaged by heat, and furthermore, the heating performance of the working coil WC is lowered. can be prevented
  • a spacer (not shown) may be installed between the working coil WC and the insulator 35 .
  • a spacer (not shown) may be inserted between the working coil WC and the insulator 35 so that the working coil WC and the insulator 35 do not directly contact each other. Accordingly, in the spacer (not shown), the heat generated while the first thin film TL-1 or the object HO to be heated is heated by the driving of the working coil WC is transferred to the working coil WC through the insulating material 35 . ) can be blocked.
  • the spacer (not shown) can partially share the role of the heat insulating material 35 , the thickness of the heat insulating material 35 can be minimized, and through this, the spacer (not shown) can be positioned between the object to be heated HO and the working coil WC. spacing can be minimized.
  • a plurality of spacers may be provided, and the plurality of spacers may be disposed to be spaced apart from each other between the working coil WC and the heat insulating material 35 . Accordingly, the air sucked into the case 25 by the cooling fan 55 to be described later may be guided to the working coil WC by the spacer.
  • the spacer may improve the cooling efficiency of the working coil WC by guiding the air introduced into the case 25 by the cooling fan 55 to be properly transferred to the working coil WC.
  • the shielding plate 45 may be mounted on the lower surface of the working coil WC to block a magnetic field generated downward when the working coil WC is driven.
  • the shielding plate 45 may block a magnetic field generated downward when the working coil WC is driven, and may be supported upward by the support member 50 .
  • the support member 50 may be installed between the lower surface of the shielding plate 45 and the lower plate of the case 25 to support the shielding plate 45 upward.
  • the support member 50 may support the shielding plate 45 upwardly, thereby indirectly supporting the insulating material 35 and the working coil WC upwardly, and through this, the insulating material 35 is connected to the upper plate portion ( 15) can be adhered to.
  • the distance between the working coil WC and the object HO to be heated can be constantly maintained.
  • the support member 50 may include, for example, an elastic body (eg, a spring) for supporting the shielding plate 45 upward, but is not limited thereto.
  • the support member 50 since the support member 50 is not an essential component, it may be omitted from the induction heating type cooktop 1 .
  • the cooling fan 55 may be installed inside the case 25 to cool the working coil WC.
  • the cooling fan 55 may be controlled to be driven by the above-described control module, and may be installed on the sidewall of the case 25 .
  • the cooling fan 55 may be installed at a location other than the sidewall of the case 25 , but in the embodiment of the present disclosure, for convenience of explanation, the cooling fan 55 is installed on the sidewall of the case 25 . Installation will be described as an example.
  • the cooling fan 55 sucks air from the outside of the case 25 and delivers it to the working coil WC or sucks air (particularly, hot air) inside the case 25 . This can be discharged to the outside of the case (25).
  • the air outside the case 25 delivered to the working coil WC by the cooling fan 55 may be guided to the working coil WC by the spacer. Accordingly, direct and efficient cooling of the working coil WC is possible, thereby improving the durability of the working coil WC (ie, improving durability due to prevention of thermal damage).
  • the induction heating type cooktop 1 may have the above-described characteristics and configuration.
  • the characteristics of the first thin film and the configuration will be described in more detail.
  • 4 and 5 are diagrams for explaining the relationship between the thickness of the first thin film and the skin depth.
  • the first thin film TL-1 may be made of a material having low relative permeability.
  • the skin depth of the first thin film TL-1 may be deep.
  • the skin depth means a current penetration depth from the surface of the material, and the relative magnetic permeability may be inversely proportional to the skin depth. Accordingly, as the relative magnetic permeability of the first thin film TL-1 decreases, the skin depth of the first thin film TL-1 increases.
  • the skin depth of the first thin film TL-1 may be thicker than the thickness of the first thin film TL-1. That is, the first thin film TL-1 has a thin thickness (eg, 0.1 ⁇ m to 1,000 ⁇ m), and the skin depth of the first thin film TL-1 is the thickness of the first thin film TL-1.
  • the magnetic field generated by the working coil WC passes through the first thin film TL-1 and is transmitted to the object HO to be heated, so that an eddy current may be induced in the object HO to be heated.
  • the magnetic field generated by the working coil WC is heated. It may be difficult to reach the object HO.
  • the magnetic field generated by the working coil WC is the object to be heated. (HO) can be reached. That is, in the embodiment of the present disclosure, since the skin depth of the first thin film TL-1 is greater than the thickness of the first thin film TL-1, the magnetic field generated by the working coil WC is applied to the first thin film TL. It passes through -1) and is mostly transmitted to and consumed by the object HO to be heated, and through this, the object to be heated HO may be mainly heated.
  • the first thin film TL-1 since the first thin film TL-1 has a thin thickness as described above, it may have a resistance value that can be heated by the working coil WC.
  • the thickness of the first thin film TL-1 may be in inverse proportion to a resistance value (ie, a surface resistance value) of the first thin film TL-1. That is, as the thickness of the first thin film TL-1 coated on the upper plate part 15 decreases, the resistance value (ie, surface resistance value) of the first thin film TL-1 increases. 1) by being thinly coated on the upper plate part 15, the characteristics may be changed with a load that can be heated.
  • the first thin film TL-1 may have a thickness of, for example, 0.1 ⁇ m to 1,000 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the cooktop 1 of the induction heating method of the present disclosure includes the first thin film TL-1 to heat the object HO to be heated regardless of whether the object HO is magnetic. This is possible.
  • heating performance may vary depending on the characteristics of the object to be heated HO disposed on the upper plate 15 .
  • the object to be heated when the object to be heated (HO) is a metallic ferromagnetic material (eg, stainless 430), when the object to be heated (HO) is a non-metallic non-magnetic material (eg, glass), the object to be heated (HO) When the pseudo metal is a non-magnetic material (eg, aluminum), the heating performance may all be different.
  • a metallic ferromagnetic material eg, stainless 430
  • the object to be heated when the object to be heated (HO) is a non-metallic non-magnetic material (eg, glass), the object to be heated (HO)
  • the pseudo metal is a non-magnetic material (eg, aluminum)
  • the heating performance may all be different.
  • the object to be heated is a metal non-magnetic material (eg, aluminum)
  • a metal non-magnetic material eg, aluminum
  • direct heating by the working coil (WC) and the first thin film (TL-1) The efficiency of indirect heating may be reduced altogether.
  • the heating efficiency of the object to be heated HO may be the lowest.
  • the cooktop 1 of the induction heating method of the present disclosure may further include a second thin film TL-2.
  • a ferromagnetic material may mean an object that is strongly magnetized in the direction of an external magnetic field
  • a nonmagnetic material may mean an object that is weakly magnetized in the direction of an external magnetic field.
  • the ferromagnetic material may be iron, cobalt, nickel or an alloy thereof
  • the nonmagnetic material may be aluminum, copper, manganese or an alloy thereof, but this is only an example.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an induction heating type cooktop and an object to be heated according to a third embodiment of the present disclosure.
  • the first thin film TL-1 disposed on the lower surface of the upper plate 15 and the second thin film TL- disposed on the upper surface of the upper plate 15 . 2) may be included.
  • the thickness of the second thin film TL-2 may be 1T (or 1 mm), but this is only an example.
  • the first thin film TL-1 and the second thin film TL-2 may be provided to overlap in a vertical direction (ie, a vertical direction or a vertical direction) with the upper plate part 15 interposed therebetween.
  • the working coil WC may be provided to overlap the first thin film TL-1 and the second thin film TL-2 in a vertical direction (ie, a vertical direction or a vertical direction).
  • the second thin film TL-2 may be disposed on the upper surface of the upper plate part 15 so that one surface thereof is in contact with the object to be heated HO, and the second thin film TL-2 is a ferromagnetic material (eg, stainless 430). can be made with
  • heating characteristics of the object HO to be heated may be changed.
  • the heating characteristic of the object HO is adjusted so that the amount of magnetic field induced in the object HO is increased.
  • the working coil WC of the present disclosure may inductively heat the object to be heated HO, which is a metal nonmagnetic body in contact with the second thin film TL-2.
  • the second thin film TL-2 is made of a ferromagnetic material
  • an induced magnetic field to be transmitted to the object to be heated HO according to the shape and thickness of the second thin film TL-2 is applied to the second thin film TL-2.
  • the heating efficiency of the object to be heated HO may be rather reduced.
  • the cooktop 1 of the induction heating method of the present disclosure may include the second thin film TL-2 having a shape to minimize self-heating.
  • various embodiments of a shape that the second thin film TL-2 of the present disclosure may have will be described with reference to FIGS. 7 to 11 .
  • FIG. 7 to 11 are exemplary views showing the shape of the second thin film according to an embodiment of the present disclosure.
  • the second thin film TL - 2 may have a shape including at least one or more circular open loops L1 and L2 .
  • the circular open loops L1 and L2 may have a circular shape in which a center is empty and one side is cut off.
  • the circular open loops L1 and L2 may be concentric circles with the same center and different diameters only. Also, circular open loops L1 and L2 having different diameters may be connected to each other.
  • the second thin film TL - 2 may not include the central region TL -I of the second thin film TL - 2 .
  • the central region TL-I of the second thin film TL-2 is a center TL-C of the second thin film TL-2 and a center TL-C of the second thin film TL-2. It may mean an area up to a predetermined distance from , and may mean an area overlapping the central area of the working coil WC in a vertical direction.
  • the central area of the working coil WC is an area from the center of the working coil WC (WC-C, see FIG. 12) and the center of the working coil WC (WC-C, see FIG. 12) to a predetermined distance. can mean
  • the second thin film TL-2 When the second thin film TL-2 is configured to include the central region TL-I of the second thin film TL-2, it overlaps the central region of the working coil WC and thus the second thin film TL- The induced magnetic field coupled to 2) increases. When the induced magnetic field coupled to the second thin film TL - 2 increases, the heating degree of the second thin film TL - 2 increases, and the heating efficiency of the object to be heated HO decreases. Accordingly, the second thin film TL - 2 according to the present disclosure may not include the central region TL -I of the second thin film TL - 2 .
  • the second thin film ( TL-2) can be prevented from flowing in a closed loop.
  • the second thin film TL - 2 of the present disclosure has an open loop shape with an empty center, induction heating by the working coil WC can be minimized.
  • the second thin film TL-2 may minimize the flow of eddy current by forming at least one slit 71 as an empty space, and the slit 71 may be deformed by heat of the second thin film TL-2. can be prevented from becoming
  • the second thin film TL-2 of the present disclosure may further include a protrusion 73 on one side.
  • the protrusion 73 of the second thin film TL - 2 may serve as a handle so that a user can easily grip the second thin film TL - 2 .
  • the second thin film TL-2 of the present disclosure may include a plurality of circular open loops L1 and L2 in which one side is broken, and the broken portions of each of the open loops face in the opposite direction. can be arranged to do so. That is, the first open loop L1 may be configured to have one side cut off in the 12 o'clock direction, and the second open loop L2 may be configured to have one side cut off in the 6 o'clock direction.
  • the second thin film TL-2 of the present disclosure includes a first open loop L1 having a first diameter in which one side in the 6 o'clock direction is cut off and a second open loop L1 in which one side in the 12 o'clock direction is cut off. It may include a second open loop L2 having a diameter and a third open loop L3 having a third diameter in which one side in the 6 o'clock direction is cut off.
  • the second thin film TL-2 of the present disclosure may include at least one or more closed loops L1 and L3 and at least one or more open loops L2 and L4. .
  • the second thin film TL-2 includes a closed loop L1 having a first diameter, an open loop L2 having a second diameter greater than the first diameter, and a closed loop having a third diameter greater than the second diameter. (L3) and an open loop (L4) having a fourth diameter that is larger than the third diameter, and may have a form in which each loop is connected.
  • the open loop L2 of the second diameter includes a plurality of open loop parts L2-1, L2-2, L2-3, L2-4, L2-5, and the open loop L4 of the fourth diameter ) may include a plurality of open loop parts L4-1, L4-2, L4-3, L4-4, L4-5, and L4-6.
  • the second thin film TL-2 has a shape that optimizes the heating characteristics of the object HO, which is a non-magnetic metal, and may have a shape in which an open loop and a closed loop are combined.
  • the open loop may include a plurality of open loop parts to minimize magnetic field induction.
  • FIG. 12 is a view showing an induction heating type cooktop of the present disclosure having a second thin film on the upper plate.
  • FIG. 12 the case in which the shape of the second thin film TL-2 is shown in FIG. 7 is exemplified, but this is not limited thereto because it is merely an example.
  • the center TL-C of the second thin film TL-2 of the present disclosure may be disposed on the center WC-C of the working coil WC in a vertical direction, and the second thin film TL-C 2) may be disposed on the upper surface of the upper plate part 15 .
  • the second thin film TL - 2 may be detachable from the upper plate part 15 . Accordingly, the second thin film TL-2 may be disposed and used on the upper plate portion 15 only when the object HO to be heated is a metal non-magnetic material.
  • 13 is a graph showing the heating efficiency of the cooktop of the induction heating method of the present disclosure.
  • the first bar graph 1301 shows heating efficiency when the object to be heated HO is a metal ferromagnetic material
  • the second bar graph 1303 shows that the object to be heated HO is a first metal nonmagnetic material. It shows the heating efficiency when It shows the heating efficiency when the metal is a non-magnetic material.
  • the IH 1311 is the object HO to be heated in the cooktop 1 of the conventional induction heating method in which the first thin film TL-1 and the second thin film TL-2 are not provided.
  • IH + first thin film 1313 shows heating efficiency according to characteristics of object to be heated HO when cooktop 1 of the induction heating method of the present disclosure includes first thin film TL-1.
  • the cooktop 1 of the induction heating method of the present disclosure has a first thin film TL-1 on the lower surface of the upper plate 15, and a second thin film TL on the upper surface
  • -2 the heating efficiency for each characteristic of the object to be heated
  • the IH + inductor 1317 is heated when a plate made of a metal ferromagnetic material having a shape different from that of the second thin film TL-2 of the present disclosure is provided on the upper surface of the upper plate part 15 in the cooktop 1 of the conventional induction heating method. It shows the heating efficiency for each characteristic of the object (HO).
  • a plate made of a metal ferromagnetic material having a shape different from that of the second thin film TL-2 of the present disclosure may refer to a circular plate including a central region of the working coil WC, that is, a circular plate in which the central portion is filled.
  • the first metal non-magnetic material may refer to a non-magnetic material having a higher degree of magnetization in an induced magnetic field than the second metal non-magnetic material.
  • the heating efficiency is the same as in the case of the metallic ferromagnetic material 1301, and in the case of the first metallic nonmagnetic material 1303, the heating efficiency is provided. is increased, and it can be seen that the non-metallic non-magnetic body 1305 and the second metal non-magnetic body 1307 are heated. However, in the case of the second metal non-magnetic material 1307, it can be seen that the heating efficiency is not good compared to other containers.
  • the object HO to be heated is higher than when only the first thin film TL-1 is provided. It can be seen that in the case of the metal non-magnetic materials 1303 and 1307, the heating efficiency is increased.
  • the first metal non-magnetic material eg, stainless 304
  • the second metal non-magnetic material eg, it can be seen that there is an advantage of increasing the heating efficiency of aluminum.
  • the cooktop 1 of the induction heating method can heat both a magnetic material and a non-magnetic material, regardless of the arrangement location and type of the object to be heated HO, the corresponding heating target 1 objects can be heated. Accordingly, the user may place the object to be heated on any heating area on the top plate 15 without needing to determine whether the object HO is a magnetic material or a non-magnetic material, and thus ease of use may be improved.
  • the cooktop 1 of the induction heating method according to an embodiment of the present disclosure can directly or indirectly heat an object to be heated with the same heat source, thereby increasing heating efficiency and reducing material cost.

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Abstract

본 개시는 케이스, 케이스의 상단에 결합되고, 상면에 피가열 물체가 배치되는 상판부가 구비된 커버 플레이트, 케이스 내부에 구비되는 워킹 코일, 상판부와 워킹 코일 사이에 구비되는 단열재 및 상판부의 하면에 구비되고, 워킹 코일에 의해 유도 가열되는 제1 박막; 상판부의 상면에 구비되고, 피가열 물체와 접촉하는 제2 박막을 포함한다.

Description

유도 가열 방식의 쿡탑
본 개시는 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, 알루미늄 냄비 등)가 쿡탑 위에 배치된 경우, 유도 가열 방식이 적용된 쿡탑은 해당 피가열 물체를 가열하지 못한다는 문제가 있다.
이러한 유도 가열 방식의 쿡탑이 갖는 문제를 개선하기 위해, 본 개시는 박막을 이용하고자 한다. 구체적으로, 본 개시에 따른 쿡탑은 비자성체가 가열되도록 와전류가 인가되는 박막을 포함할 수 있다. 그리고, 이러한 박막은 스킨 뎁스가 두께 보다 두껍게 형성될 수 있고, 이에 따라 워킹 코일에서 발생한 자기장은 박막을 통과하여 자성체에 와전류를 인가함으로써 자성체를 가열할 수도 있다.
한편, 피가열 물체가 금속 비자성체(예를 들어, 알루미늄)일 때에는, 금속 비자성체의 가열 특성상 다른 물체에 비해 워킹 코일에 의한 직접 가열과 박막에 의한 간접 가열의 효율이 모두 저하될 수 있다.
본 개시는 자성체 및 비자성체를 모두 가열시킬 수 있는 유도 가열 방식의 쿡탑에 있어서 금속 비자성체에 대한 가열 효율이 떨어지는 문제를 최소화하고자 한다.
본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑은 개방 루프를 형성하고, 비자성체인 피가열 물체와 접촉하는 강자성체인 박막을 포함함으로써 피가열 물체의 가열 특성을 변화시킬 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑은 이중 박막 구조를 가지므로, 자성체 및 비자성체를 모두 가열할 수 있다.
본 개시에 따르면, 동일한 가열원을 통해 자성체 및 비자성체를 모두 가열할 수 있으며, 조리 용기가 금속 비자성체인 경우에도 가열 효율을 최대화할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑과 피가열 물체가 도시된 단면도이다.
도 3은 본 개시의 제2 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑과 피가열 물체가 도시된 단면도이다.
도 4 및 도 5는 제1 박막의 두께와 스킨 뎁스(skin depth) 간 관계를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 개시의 제3 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑과 피가열 물체가 도시된 단면도이다.
도 7 내지 도 11은 본 개시의 실시 예에 따른 제2 박막의 형상이 도시된 예시 도면이다.
도 12는 본 개시의 제3 실시 예에 따른 박막의 형상이 도시된 예시 도면이다.
도 13은 본 개시의 유도 가열 방식의 쿡탑의 가열 효율을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서는, 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑을 설명하도록 한다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑을 설명하는 도면이다. 도 2는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑과 피가열 물체가 도시된 단면도이다. 도 3은 본 개시의 제2 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑과 피가열 물체가 도시된 단면도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 케이스(25), 커버 플레이트(20), 워킹 코일(WC), 제1 박막(TL-1)을 포함할 수 있다.
케이스(25)에는 워킹 코일(WC)이 설치될 수 있다.
참고로, 케이스(25)에는 워킹 코일(WC) 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(WC)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(WC)은 피가열 물체를 가열하기 위해 케이스(25) 내부에 설치될 수 있다.
구체적으로, 워킹 코일(WC)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(WC)은 자성을 띄는 피가열 물체(즉, 자성체)를 직접 가열할 수 있고, 자성을 띄지 않는 피가열 물체(즉, 비자성체)를 후술하는 제1 박막(TL-1)을 통해 간접적으로 가열할 수 있다.
그리고, 워킹 코일(WC)은 유도 가열 방식에 의해 피가열 물체를 가열할 수 있고, 제1 박막(TL-1)과 세로 방향(즉, 수직 방향 또는 상하 방향)으로 오버랩되도록 구비될 수 있다.
참고로, 도 1에는 1개의 워킹 코일(WC)이 케이스(25)에 설치되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 1개 이상의 워킹 코일이 케이스(25)에 설치될 수도 있으나, 설명의 편의를 위해 본 개시의 실시예에서는, 1개의 워킹 코일(WC)이 케이스(25)에 설치되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
제1 박막(TL-1)은 피가열 물체 중 비자성체를 가열하기 위해 상판부(15)에 구비될 수 있다. 제1 박막(TL-1)은 워킹 코일(WC)에 의해 유도 가열될 수 있다. 그리고, 제1 박막(TL-1)이 가열됨으로써 피가열 물체는 제1 박막(TL-1)으로부터 열 대류 또는 열 전도에 의해 가열될 수 있다.
제1 박막(TL-1)은 상판부(15)의 상면 또는 하면에 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 박막(TL-1)은 상판부(15)의 상면에 구비되거나, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 박막(TL-1)은 상판부(15)의 하면에 구비될 수 있다.
제1 박막(TL-1)은 워킹 코일(WC)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, 제1 박막(TL-1)은 자성 및 비자성 중 적어도 하나의 특성(즉, 자성, 비자성, 또는 자성과 비자성 둘다)을 갖출 수 있다.
그리고, 제1 박막(TL-1)은 예를 들어, 전도성 물질(예를 들어, 은(Ag))으로 이루어질 수 있고, 도면에 도시된 바와 같이, 서로 다른 직경의 복수개의 링이 반복되는 형상으로 상판부(15)에 구비될 수 있으며, 제1 박막(TL-1)은 전도성 물질이 아닌 다른 재질로 이루어질 수도 있다. 그리고, 제1 박막(TL-1)은 서로 다른 직경의 복수개의 링이 반복되는 형상이 아닌 다른 형상으로 형성될 수도 있다.
참고로, 도 1에는 1개의 제1 박막(TL-1)이 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 화구가 복수 개인 경우, 복수 개의 박막이 추가적으로 구비될 수도 있으나, 설명의 편의를 위해 1개의 제1 박막(TL-1)이 구비되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
이어서, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 단열재(35), 차폐판(45), 지지부재(50), 냉각팬(55) 중 적어도 일부 또는 전부를 더 포함할 수 있다.
단열재(35)는 상판부(15)와 워킹 코일(WC) 사이에 구비될 수 있다.
구체적으로, 단열재(35)는 상판부(15)의 아래에 장착될 수 있고, 그 아래에는 워킹 코일(WC)이 배치될 수 있다.
이러한 단열재(35)는 워킹 코일(WC)의 구동에 의해 제1 박막(TL-1) 또는 피가열 물체(HO)가 가열되면서 발생된 열이 워킹 코일(WC)로 전달되는 것을 차단할 수 있다.
즉, 워킹 코일(WC)의 전자기 유도에 의해 제1 박막(TL-1) 또는 피가열 물체(HO)가 가열되면, 제1 박막(TL-1) 또는 피가열 물체(HO)의 열이 상판부(15)로 전달되고, 상판부(15)의 열이 다시 워킹 코일(WC)로 전달되어 워킹 코일(WC)이 손상될 수 있다.
단열재(35)는 이와 같이, 워킹 코일(WC)로 전달되는 열을 차단함으로써, 워킹 코일(WC)이 열에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있고, 나아가 워킹 코일(WC)의 가열 성능이 저하되는 것도 방지할 수 있다.
참고로, 필수적인 구성 요소는 아니지만, 스페이서(미도시)가 워킹 코일(WC)과 단열재(35) 사이에 설치될 수도 있다.
구체적으로, 스페이서(미도시)는 워킹 코일(WC)과 단열재(35)가 직접 접촉하지 않도록 워킹 코일(WC)과 단열재(35) 사이에 삽입될 수 있다. 이에 따라, 스페이서(미도시)는 워킹 코일(WC)의 구동에 의해 제1 박막(TL-1) 또는 피가열 물체(HO)가 가열되면서 발생된 열이 단열재(35)를 통해 워킹 코일(WC)로 전달되는 것을 차단할 수 있다.
즉, 스페이서(미도시)가 단열재(35)의 역할을 일부 분담할 수 있는바, 단열재(35)의 두께를 최소화할 수 있고, 이를 통해 피가열 물체(HO)와 워킹 코일(WC) 사이의 간격을 최소화할 수 있다.
또한 스페이서(미도시)는 복수개가 구비될 수 있고, 복수개의 스페이서는 워킹 코일(WC)과 단열재(35) 사이에 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 후술하는 냉각팬(55)에 의해 케이스(25) 내부로 흡입된 공기는 스페이서에 의해 워킹 코일(WC)로 안내될 수 있다.
즉, 스페이서는 냉각팬(55)에 의해 케이스(25) 내부로 유입된 공기가 워킹 코일(WC)로 적절하게 전달될 수 있도록 안내함으로써 워킹 코일(WC)의 냉각 효율을 개선할 수 있다.
차폐판(45)은 워킹 코일(WC)의 하면에 장착되어 워킹 코일(WC)의 구동시 하방으로 발생되는 자기장을 차단할 수 있다.
구체적으로, 차폐판(45)은 워킹 코일(WC)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 하판 사이에 설치되어 차폐판(45)을 상방으로 지지할 수 있다.
구체적으로, 지지부재(50)는 차폐판(45)을 상방으로 지지함으로써, 단열재(35)와 워킹 코일(WC)을 상방으로 간접적으로 지지할 수 있고, 이를 통해, 단열재(35)가 상판부(15)에 밀착되도록 할 수 있다.
그 결과, 워킹 코일(WC)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 아닌 바, 유도 가열 방식의 쿡탑(1)에서 생략될 수 있다.
냉각팬(55)은 워킹 코일(WC)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 개시의 실시 예에서는, 설명의 편의를 위해, 냉각팬(55)이 케이스(25)의 측벽에 설치되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
또한 냉각팬(55)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 케이스(25) 외부의 공기를 흡입하여 워킹 코일(WC)로 전달하거나 케이스(25) 내부의 공기(특히, 열기)를 흡입하여 케이스(25) 외부로 배출할 수 있다.
이를 통해, 케이스(25) 내부의 구성 요소들(특히, 워킹 코일(WC))의 효율적인 냉각이 가능하다.
또한 전술한 바와 같이, 냉각팬(55)에 의해 워킹 코일(WC)로 전달된 케이스(25) 외부의 공기는 스페이서에 의해 워킹 코일(WC)로 안내될 수 있다. 이에 따라, 워킹 코일(WC)에 대한 직접적이고 효율적인 냉각이 가능해져 워킹 코일(WC)의 내구성 개선(즉, 열 손상 방지에 따른 내구성 개선)이 가능하다.
이와 같이, 본 개시의 일 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 전술한 특징 및 구성을 가질 수 있는바, 이하에서는, 도 4 내지 도 5를 참조하여, 전술한 제1 박막의 특징 및 구성을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 4 및 도 5는 제1 박막의 두께와 스킨 뎁스(skin depth) 간 관계를 설명하는 도면이다.
제1 박막(TL-1)은 낮은 비투자율(relative permeability)을 가진 재질로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 제1 박막(TL-1)의 비투자율이 낮은 바, 제1 박막(TL-1)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(TL-1)의 비투자율이 낮을수록 제1 박막(TL-1)의 스킨 뎁스는 깊어지는 것이다.
또한, 제1 박막(TL-1)의 스킨 뎁스는 제1 박막(TL-1)의 두께 보다 두꺼울 수 있다. 즉, 제1 박막(TL-1)은 얇은 두께(예를 들어, 0.1um~1,000um 두께)를 가지고, 제1 박막(TL-1)의 스킨 뎁스는 제1 박막(TL-1)의 두께보다 깊은 바, 워킹 코일(WC)에 의해 발생된 자기장이 제1 박막(TL-1)을 통과하여 피가열 물체(HO)까지 전달됨으로써 피가열 물체(HO)에 와전류가 유도될 수 있는 것이다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 박막(TL-1)의 스킨 뎁스가 제1 박막(TL-1)의 두께 보다 얕은 경우에는, 워킹 코일(WC)에 의해 발생된 자기장이 피가열 물체(HO)에 도달하기 어려울 수 있다.
그러나, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 박막(TL-1)의 스킨 뎁스가 제1 박막(TL-1)의 두께 보다 깊은 경우에는 워킹 코일(WC)에 의해 발생된 자기장이 피가열 물체(HO)에 도달할 수 있다. 즉, 본 개시의 실시 예에서는 제1 박막(TL-1)의 스킨 뎁스가 제1 박막(TL-1)의 두께 보다 깊은 바, 워킹 코일(WC)에 의해 발생된 자기장이 제1 박막(TL-1)을 통과하여 피가열 물체(HO)에 대부분 전달되어 소진되고, 이를 통해, 피가열 물체(HO)가 주로 가열될 수 있다.
한편, 제1 박막(TL-1)은 전술한 바와 같이 얇은 두께를 가지는 바, 워킹 코일(WC)에 의해 가열될 수 있는 저항값을 가질 수 있다.
구체적으로, 제1 박막(TL-1)의 두께는 제1 박막(TL-1)의 저항값(즉, 표면 저항값)과 반비례 관계일 수 있다. 즉, 상판부(15)에 코팅되는 제1 박막(TL-1)의 두께가 얇을수록 제1 박막(TL-1)의 저항값(즉, 표면 저항값)이 커지는 바, 제1 박막(TL-1)은 상판부(15)에 얇게 코팅됨으로써 가열 가능한 부하로 특성 변화될 수 있다.
참고로, 제1 박막(TL-1)은 예를 들어, 0.1um 내지 1,000um 사이의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 실시 예를 통해, 본 개시의 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 제1 박막(TL-1)을 포함함으로써 피가열 물체(HO)의 자성 여부에 상관없이 피가열 물체(HO)의 가열이 가능하다.
그러나, 유도 가열 방식의 쿡탑(1)이 제1 박막(TL-1)만을 구비하는 경우, 상판부(15) 위에 배치되는 피가열 물체(HO)의 특성에 따라 가열 성능이 달라질 수 있다.
예를 들어, 피가열 물체(HO)가 금속 강자성체(예를 들어, 스테인레스 430)일 때, 피가열 물체(HO)가 비금속 비자성체(예를 들어, 유리)일 때, 피가열 물체(HO)가 금속 비자성체(예를 들어, 알루미늄)일 때, 가열 성능이 모두 다를 수 있다.
특히, 피가열 물체(HO)가 금속 비자성체(예를 들어, 알루미늄)일 때 금속 비자성체의 가열 특성상 다른 물체에 비해 워킹 코일(WC)에 의한 직접 가열과 제1 박막(TL-1)에 의한 간접 가열의 효율이 모두 저하될 수 있다.
즉, 피가열 물체(HO)가 금속 비자성체(예를 들어, 알루미늄) 용기일 때 피가열 물체(HO)의 가열 효율이 가장 떨어질 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 본 개시의 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 제2 박막(TL-2)을 더 포함할 수 있다.
참고적으로, 본 명세서에서 강자성체란, 외부 자기장 방향으로 강하게 자화되는 물체를 의미하고, 비자성체는 외부 자기장 방향으로 약하게 자화되는 물체를 의미할 수 있다. 강자성체는 철, 코발트, 니켈 또는 그의 합금일 수 있고, 비자성체는 알루미늄, 구리, 망간 또는 그의 합금일 수 있으나, 이는 예시에 불과하다.
다음으로, 도 6을 참조하여, 본 개시의 제2 박막(TL-2)의 배치에 대해 더 자세히 설명한다.
도 6은 본 개시의 제3 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑과 피가열 물체가 도시된 단면도이다.
도 6과 같이, 본 개시의 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 상판부(15)의 하면에 배치된 제1 박막(TL-1)과 상판부(15)의 상면에 배치된 제2 박막(TL-2)을 포함할 수 있다. 제2 박막(TL-2)의 두께는 1T(또는 1mm)일 수 있으나, 이는 예시에 불과하다.
제1 박막(TL-1)과 제2 박막(TL-2)은 상판부(15)를 사이에 두고 세로 방향(즉, 수직 방향 또는 상하 방향)으로 오버랩되도록 구비될 수 있다. 워킹 코일(WC)은 제1 박막(TL-1) 및 제2 박막(TL-2)과 세로 방향(즉, 수직 방향 또는 상하 방향)으로 오버랩되도록 구비될 수 있다.
제2 박막(TL-2)은 피가열 물체(HO)와 일면이 접촉하도록 상판부(15)의 상면에 배치될 수 있으며, 제2 박막(TL-2)은 강자성체(예를 들어, 스테인레스 430)로 이루어질 수 있다.
강자성체인 제2 박막(TL-2)이 금속 비자성체인 피가열 물체(HO)와 접촉하면, 피가열 물체(HO)의 가열 특성을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 강자성체인 제2 박막(TL-2)이 피가열 물체(HO)와 접촉함으로써, 피가열 물체(HO)에 유도되는 자기장의 양이 증가하도록 피가열 물체(HO)의 가열 특성을 변화시킬 수 있다.
따라서, 본 개시의 워킹 코일(WC)은 제2 박막(TL-2)에 접촉된 금속 비자성체인 피가열 물체(HO)를 유도 가열할 수 있다.
그러나, 제2 박막(TL-2)이 강자성체로 이루어지는 경우, 제2 박막(TL-2)의 형상 및 두께에 따라 피가열 물체(HO)로 전달되어야 하는 유도 자기장이 제2 박막(TL-2)에 전달되어 제2 박막(TL-2)이 가열됨으로써 오히려 피가열 물체(HO)의 가열 효율이 떨어질 수 있다.
따라서, 본 개시의 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 자체 가열이 최소화 되도록 하는 형상의 제2 박막(TL-2)을 포함할 수 있다. 다음으로, 도 7 내지 도 11을 참조하여, 본 개시의 제2 박막(TL-2)이 가질 수 있는 형상의 다양한 실시 예를 설명한다.
도 7 내지 도 11은 본 개시의 실시 예에 따른 제2 박막의 형상이 도시된 예시 도면이다.
도 7을 참조하면, 제2 박막(TL-2)은 적어도 하나 이상의 원형 개방 루프(L1, L2)를 포함하는 형상일 수 있다. 원형 개방 루프(L1, L2)는 중심이 비어있고 일측이 끊긴 원형 형상일 수 있다. 원형 개방 루프 L1과 L2는 중심이 동일하고, 직경만 다른 동심원일 수 있다. 또한, 서로 다른 직경의 원형 개방 루프(L1, L2)는 서로 연결될 수 있다.
제2 박막(TL-2)은 제2 박막(TL-2)의 중심 영역(TL-I)을 포함하지 않을 수 있다. 제2 박막(TL-2)의 중심 영역(TL-I)은 제2 박막(TL-2)의 정 가운데(TL-C)와 제2 박막(TL-2)의 정 가운데(TL-C)로부터 소정 거리까지의 영역을 의미할 수 있으며, 워킹 코일(WC)의 중심 영역과 수직 방향으로 오버랩되는 영역을 의미할 수 있다. 워킹 코일(WC)의 중심 영역은 워킹 코일(WC)의 정 가운데(WC-C, 도 12 참고)와 워킹 코일(WC)의 정 가운데(WC-C, 도 12 참고)로부터 소정 거리까지의 영역을 의미할 수 있다.
제2 박막(TL-2)이 제2 박막(TL-2)의 중심 영역(TL-I)을 포함하여 구성되는 경우, 워킹 코일(WC)의 중심 영역과 오버랩되어, 제2 박막(TL-2)에 결합하는 유도 자기장이 증가하게 된다. 제2 박막(TL-2)에 결합하는 유도 자기장이 증가하면 제2 박막(TL-2)의 가열되는 정도가 증가하고, 피가열 물체(HO)의 가열 효율은 떨어지게 된다. 따라서, 본 개시의 제2 박막(TL-2)은 제2 박막(TL-2)의 중심 영역(TL-I)을 포함하지 않을 수 있다.
또한, 제2 박막(TL-2)의 일측이 끊긴 원형 개방 루프(L1, L2)는 유도 자기장에 의해 제2 박막(TL-2)에 와전류(Eddy Current)가 흐르게 되는 경우, 제2 박막(TL-2)을 타고 흐르는 전류가 폐루프를 그리며 흐르는 것을 방지할 수 있다.
즉, 본 개시의 제2 박막(TL-2)은 중심이 비어있는 개방 루프 형상을 가지므로, 워킹 코일(WC)에 의해 유도 가열되는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 제2 박막(TL-2)은 빈 공간인 슬릿(71)을 적어도 하나 이상 형성하여 와전류의 흐름을 최소화할 수 있으며, 슬릿(71)은 제2 박막(TL-2)이 열에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 도 8을 참조하면, 본 개시의 제2 박막(TL-2)은 일측에 돌출부(73)를 더 포함할 수 있다. 제2 박막(TL-2)의 돌출부(73)는 사용자가 제2 박막(TL-2)을 파지하기 쉽도록 손잡이 역할을 할 수 있다.
다음으로 도 9를 참조하면, 본 개시의 제2 박막(TL-2)은 일측이 끊긴 원형 개방 루프(L1, L2)를 복수 개 포함할 수 있고, 개방 루프 각각의 끊긴 부분은 반대 방향을 향하도록 배치될 수 있다. 즉, 제1 개방 루프(L1)는 12시 방향의 일측이 끊기도록 구성되고, 제2 개방 루프(L2)는 6시 방향의 일측이 끊기도록 구성될 수 있다.
같은 원리로, 도 10을 참조하면, 본 개시의 제2 박막(TL-2)은 6시 방향의 일측이 끊긴 제1 직경의 제1 개방 루프(L1)와 12시 방향의 일측이 끊긴 제2 직경의 제2 개방 루프(L2)와 6시 방향의 일측이 끊긴 제3 직경의 제3 개방 루프(L3)를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예로, 도 11을 참조하면, 본 개시의 제2 박막(TL-2)은 적어도 하나 이상의 폐루프(L1, L3)와 적어도 하나 이상의 개방 루프(L2, L4)를 포함할 수 있다. 제2 박막(TL-2)은 제1 직경의 폐루프(L1)와 제1 직경보다 큰 직경인 제2 직경의 개방 루프(L2)와, 제2 직경보다 큰 직경인 제3 직경의 폐루프(L3)와, 제3 직경보다 큰 직경인 제4 직경의 개방 루프(L4)를 포함하고, 각 루프가 연결되는 형태를 가질 수 있다.
또한, 제2 직경의 개방 루프(L2)는 복수 개의 개방 루프 파트(L2-1, L2-2, L2-3, L2-4, L2-5)를 포함하고, 제4 직경의 개방 루프(L4)는 복수 개의 개방 루프 파트(L4-1, L4-2, L4-3, L4-4, L4-5, L4-6)를 포함할 수 있다.
즉, 제2 박막(TL-2)은 금속 비자성체인 피가열 물체(HO)의 가열 특성을 최적화하는 형상으로서, 개방 루프와 폐루프를 조합한 형상을 가질 수 있다. 또한, 개방 루프는 복수 개의 개방 루프 파트로 이루어져 자기장 유도를 최소화할 수 있다.
도 12는 상판부에 제2 박막을 구비한 본 개시의 유도 가열 방식의 쿡탑을 도시한 도면이다.
도 12에서는 제2 박막(TL-2)의 형상이 도 7에 도시된 경우를 예로 들었으나, 이는 예시적인 것에 불과하므로 이에 제한되지 않는다.
도 12와 같이, 본 개시의 제2 박막(TL-2)의 중심(TL-C)은 워킹 코일(WC)의 중심(WC-C)과 수직 방향 위에 놓일 수 있으며, 제2 박막(TL-2)은 상판부(15) 상면에 배치될 수 있다.
제2 박막(TL-2)은 상판부(15)에서 분리 가능할 수 있다. 따라서, 제2 박막(TL-2)은 피가열 물체(HO)가 금속 비자성체일 때에만 상판부(15)에 배치하여 사용될 수 있다.
다음으로, 도 13을 참조하여, 본 개시의 유도 가열 방식의 쿡탑(1)의 피가열 물체(HO)의 소재에 따른 가열 효율을 설명한다.
도 13은 본 개시의 유도 가열 방식의 쿡탑의 가열 효율을 나타낸 그래프이다.
도 13에서, 제1 막대 그래프(1301)는 피가열 물체(HO)가 금속 강자성체일 때 가열 효율을 나타낸 것이고, 제2 막대 그래프(1303)는 피가열 물체(HO)가 제1 금속 비자성체일 때 가열 효율을 나타낸 것이고, 제3 막대 그래프(1305)는 피가열 물체(HO)가 비금속 비자성체일 때 가열 효율을 나타낸 것이고, 제4 막대 그래프(1307)는 피가열 물체(HO)가 제2 금속 비자성체일 때 가열 효율을 나타낸 것이다.
또한, 그래프의 왼쪽부터 순서대로, IH(1311)는 제1 박막(TL-1)과 제2 박막(TL-2)이 구비되지 않은 기존 유도 가열 방식의 쿡탑(1)에서 피가열 물체(HO)의 특성 별 가열 효율을 나타낸 것이다. IH+제1 박막(1313)은 본 개시의 유도 가열 방식의 쿡탑(1)이 제1 박막(TL-1)을 구비할 때, 피가열 물체(HO)의 특성 별 가열 효율을 나타낸 것이다. IH+제1 박막+제2 박막(1315)은 본 개시의 유도 가열 방식의 쿡탑(1)이 상판부(15)의 하면에 제1 박막(TL-1)을 구비하고, 상면에 제2 박막(TL-2)을 구비했을 때, 피가열 물체(HO)의 특성 별 가열 효율을 나타낸 것이다. IH+인덕터(1317)는 기존 유도 가열 방식의 쿡탑(1)에서 본 개시의 제2 박막(TL-2)과 다른 형상인 금속 강자성체로 이루어진 판을 상판부(15)의 상면에 구비했을 때, 피가열 물체(HO)의 특성 별 가열 효율을 나타낸 것이다. 본 개시의 제2 박막(TL-2)과 다른 형상인 금속 강자성체로 이루어진 판이란, 워킹 코일(WC)의 중심 영역을 포함하는, 즉, 중심부가 채워진 형태의 원형 판을 의미할 수 있다.
도 13을 참조하면, 기존 유도 가열 방식의 쿡탑(IH, 1311)에서 피가열 물체(HO)가 금속 강자성체이면 출력이 3[kW]이고, 제1 금속 비자성체이면 출력이 1.25[kW]이며, 비금속 비자성체와 제2 금속 비자성체이면 출력이 없음을 알 수 있다. 즉, 기존 유도 가열 방식의 쿡탑(IH)에서는 금속 강자성체인 경우에만 가열 효율이 높고, 제1 금속 비자성체인 경우에는 가열 효율이 낮으며, 비금속 비자성체와 제2 금속 비자성체 용기는 가열이 되지 않음을 알 수 있다.
제1 금속 비자성체는 제2 금속 비자성체에 비해서 유도 자기장에 자화되는 정도가 강한 비자성체를 의미할 수 있다.
또한, 유도 가열 방식의 쿡탑(1)에 제1 박막(TL-1)을 추가로 구비한 실시예(IH+제1 박막, 1313)에서는, 피가열 물체(HO)가 금속 강자성체(1301)이면 출력이 3[kW]이고, 제1 금속 비자성체(1303)이면 출력이 2.4[kW]이며, 비금속 비자성체(1305)이면 출력이 2[kW]이며, 제2 금속 비자성체(1307)이면 출력이 1[kW]임을 알 수 있다. 즉, 유도 가열 방식의 쿡탑(1)에 제1 박막(TL-1)을 구비하면 금속 강자성체(1301)인 경우 가열 효율이 기존과 동일하며, 제1 금속 비자성체(1303)인 경우에는 가열 효율이 높아지고, 비금속 비자성체(1305)와 제2 금속 비자성체(1307)가 가열되는 것을 알 수 있다. 그러나, 제2 금속 비자성체(1307)의 경우, 다른 용기에 비해 가열 효율이 좋지 않음을 알 수 있다.
한편, 유도 가열 방식의 쿡탑(1)에 제1 박막(TL-1)과 제2 박막(TL-2)을 추가로 구비한 실시예(IH+제1 박막+제2 박막, 1315)에서는, 피가열 물체(HO)가 금속 강자성체(1301)인 경우 출력이 3[kW]이고, 제1 금속 비자성체(1303)인 경우에도 출력이 3[kW]이며, 비금속 비자성체(1305)와 제2 금속 비자성체(1307)의 출력이 2[kW]임을 알 수 있다. 즉, 유도 가열 방식의 쿡탑(1)에 제1 박막(TL-1)과 제2 박막(TL-2)을 구비하면 제1 박막(TL-1)만 있을 때에 비해 피가열 물체(HO)가 금속 비자성체(1303, 1307)인 경우 가열 효율이 상승하는 것을 알 수 있다.
그리고, 유도 가열 방식의 쿡탑(1)에 인덕터를 구비한 실시예(IH+인덕터, 1317)에서는, 모든 종류의 피가열 물체(HO)에 대한 가열 효율이 낮아진 것을 알 수 있다. 이는, 인덕터가 중심부가 채워진 형태의 강자성체 원형 판이므로, 모든 가열 용기에서 가열 효율이 낮아지는 것을 의미할 수 있다.
따라서, 도 13을 통해 본 개시의 제2 박막(TL-2)의 소재, 형상, 두께 및 배치에 의해 제1 금속 비자성체(예를 들어, 스테인레스 304)와 제2 금속 비자성체(예를 들어, 알루미늄)의 가열 효율을 높이는 이점이 있음을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 자성체와 비자성체 모두를 가열할 수 있는바, 피가열 물체(HO)의 배치 위치 및 종류에 상관없이 해당 피가열 물체를 가열할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 피가열 물체(HO)가 자성체인지 비자성체인지 여부를 파악할 필요 없이 상판부(15) 상의 임의의 가열 영역에 피가열 물체를 올려놓아도 되는바, 사용 편의성이 개선될 수 있다.
또한, 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 동일 열원으로 피가열 물체를 직간접적으로 가열할 수 있는바, 가열 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 재료비를 절감할 수 있다.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 개시에 개시된 실시 예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 개시의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 케이스;
    상기 케이스의 상단에 결합되고, 상면에 피가열 물체가 배치되는 상판부가 구비된 커버 플레이트;
    상기 케이스 내부에 구비되는 워킹 코일;
    상기 상판부와 상기 워킹 코일 사이에 구비되는 단열재;
    상기 상판부의 하면에 구비되고, 상기 워킹 코일에 의해 유도 가열되는 제1 박막; 및
    상기 상판부의 상면에 구비되고, 상기 피가열 물체와 접촉하는 제2 박막을 포함하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 박막은
    적어도 하나 이상의 원형 개방 루프를 포함하고,
    상기 원형 개방 루프는
    중심이 비어있고 일 측이 끊긴 원형 형상을 갖는,
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 박막은 강자성체인
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 박막은
    상기 원형 개방 루프를 복수 개 포함하고,
    상기 복수 개의 원형 개방 루프는
    서로 중심이 동일한,
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수 개의 원형 개방 루프는 서로 연결되는,
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 박막과 상기 제2 박막은
    상기 상판부를 사이에 두고 수직 오버랩되도록 배치되는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 박막과 상기 제2 박막은
    상기 워킹 코일과 수직 오버랩되도록 배치되는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 박막은
    상기 상판부에서 분리 가능한
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 워킹 코일은
    상기 제2 박막에 접촉된 금속 비자성 피가열 물체를 유도 가열하는,
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  10. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 박막은
    열 대류 또는 열 전도를 통해 상기 금속 비자성 피가열 물체를 가열하는,
    유도 가열 방식의 쿡탑.
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