KR20170121416A - 마이크로파를 이용한 세라믹 발열 조리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로파를 이용한 세라믹 발열체 제조방법 및 그 발열체를 이용한 가열 조리기에 관한 것으로,
마이크로파를 이용한 세라믹 발열체 트레이에 있어서,
트레이의 접착력을 높이기 위한 표면처리 단계:
마이크로파 흡수 세라믹 발열체인 입도 3mm 이하의 밀 스케일(mill scale) 이나 제강 슬래그(Steel making slag)또는 자철석 중에서,
선택되는 어느 하나 또는 하나 이상의 100 중량%에 대하여, 콜로이달 실리카 함유량이 8~30 중량%인 실리카 졸(Colloidal Silica Sol) 20~40 중량%의 무기 바인더와 믹서 후 발열체 홈에 도포 성형 단계:
발열체 건조단계:
발열체 표면 넌스틱 발수 코팅 및 열경화 단계:
의 공정을 거치는 발열체를 이용하여, 용도에 따라 설계 제작된 발열 트레이를 응용하여 음식을 조리하거나, 건조기, 온수기 등 다양한 용도로 사용될 수 있게 한 것이다.

Description

마이크로파를 이용한 세라믹 발열 조리기{Ceramic heating cooker using microwave}

본 발명은 마이크로파를 이용한 세라믹 발열체 제조방법 및 그 발열체를 이용한 가열조리기에 관한 것으로, 세라믹 발열체에 마이크로파가 투사되면 유전가열에 의해 마이크로파 에너지가 열에너지로 변환되는 열을 이용하여 음식의 조리나 건조기,온수기,음식물 처리기 등 다양하게 응용될 수 있다.

마이크로파는 이산화 탄소나 유해가스를 발생하지 않기에 청정 에너지로서 사용되며,전열기나 가스에너지 등 전도열에 비해 열에너지로 순간 변환력이 우수해 최근 산업사회에서 다양하게 적용되고 있으며 그 적용 방법에 다양한 수단이 제시되고 있다.

마이크로파를 이용하는 기본 사양의 전자레인지는 통상 마이크로파 만을 이용하여 음식을 조리하게 되므로, 높은 열을 낼 수 없어 음식을 구울 수 없는 문제,음식의 겉과 속을 동시에 가열시키는 유전가열의 원리로 음식에 함유된 수분이 날아가 음식이 딱딱하고 건조해지는 문제,계란과 같이 껍질 있는 음식의 폭발문제 등으로,통상 음식물을 간단하게 데우는 조리기로 사용되어져 왔다.

이러한 문제를 보완하기 위해 전자레인지 제조사는 내부에 히타 장치 등을 구비하여 음식울 구울 수 있게하는 수단이 구비된 전자레인지가 출시되고 있다.

그러나 상기 히타 장치가 구비된 전자레인지는 효과적으로 음식을 구울 수 는 있지만 가격이 비싸고 전기 소모량이 많은 문제점이 있다.

그러나 마이크로파를 열에너지로 변환시키는 발열체가 전자레인지의 가열수단에 이용되는 기술이 발전하면서 전자레인지 조리의 문제점을 해결하게 되어, 음식을 짧은 시간에 구울 수 있게 하였고, 음식이 딱딱하게 마르지 않고 조리할 수 있게 하였으며,계란과 같이 껍질 있는 음식도 폭발하지 않고 익힐 수 있게 되어,

마이크로파의 발열체를 이용한 다양한 음식 조리기가 출시되고 있으며, 전자레인지 제조사에서도 전자레인지의 조리성을 높이기 위해 내부에 전기 히타장치나 발열 트레이 등을 넣은 복합 전자레인지가 출시되고 있다.

최근 전기용량이 많이 소요되는 전기 히타 장치를 대체할 수 있는 트레이의 발열에너지와 마이크로파 에너지를 복합적으로 사용하여 음식을 조리할 수 있는 전자레인지가 고안됨으로서, 조리 가열 에너지를 절감할 수 있게 되었고, 음식을 구울 때 고열의 (원)적외선으로 조리되게 하여 냄새나 연기 발생도 줄일 수 있게 하였다.

본 발명은 이러한 마이크로파를 이용한 효과적이고 안전한 세라믹 발열체가 제안되는 것으로, 발열체가 열팽창과 수축에 적응되게 하며, 발열체가 초고온에서도 견딜 수 있는 (약 800℃의 내열온도)발열 트레이가 제안된다.

종래의 기술로서,

전자레인지의 마이크로파를 이용한 발열체와 본 발명과 비교될 수 있는 기술을 상세하게 설명하면,

크게 3분류로 구분될 수 있다.

종래 기술의 첫째 분류로서,

실리콘 고무와 페라이트를 컴파운드하여 트레이 바닥에 성형 접착한 후 그 발열력을 이용하는 것으로서,

*대한민국 특허청 등록번호 1001099380000

"전자레인지용 발열체 트레이"

*대한민국 특허청 공개번호 특1996-0001644

"전자레인지용 구이기"

등이 있다.

위 기술을 이용한 트레이는 현재 중국, 미국, 유럽, 일본, 중국, 한국 등에서 전자레인지 제조사의 내부 부속품으로 주로 많이 이용되고 있으며,

상기 발열체는 금속 트레이에 실리콘 고무와 페라이트를 컴파운드하여 바닥에 부착되므로, 실리콘 고무 물성의 특성으로 부착도가 양호하며 생산이 간편하고 취급이 편리한 장점이 있지만,

발열체인 페라이트의 바인더를 실리콘 고무를 사용하게 되므로 발열체의 내열온도는 실리콘 고무의 내열온도에 제한되는 문제점이 있다.

즉,실리콘 고무의 내열온도는 약 250도이므로, 발열체의 온도를 250도 이상 올릴 수 없는 한계점이 있으며, 200도 이상의 온도에 도달되면 실리콘 고무가 타서 연기가 나고,열팽창으로 바닥에 기포가 형성되는 문제점이 있기에 고열을 내기 위한 조리기로는 부적합하며, 음식 조리기로 이용될 때 조리 가열시간이 많이 소요되어 불편하였다.

종래 기술의 둘째 분류로서,

도자 재질의 점토와 발열체인 탄화 규소, 카본, 기타 금속 산화물 등을 믹서하여

900~1300℃에서 자화시킨 세라믹 발열체의 기술로서,

*대한민국 특허청 공개번호 특2003-0033196호

*"마이크로파 세라믹 발열체 조성물 및 그 제조방법"

*대한민국 특허청 공개번호 10-2016-0010156

"발열체를 이용한 전자레인지용 워머"

*대한민국 특허청 공고번호 10-1428945호

"전자레인지용 발열 도자기 제조방법"

*대한민국 특허청 등록번호 10-1317922호

"원적외선 발열 도자기 및 그 제조방법"

등이 있다.

상기 자화 세라믹 발열체 기술은 통상 크게 3종류로 응용되고 있다.

그 하나는, 도자점토에 발열체 소재를 혼련한 후 발열용기로 성형 및 건조 그리고 자화시킨 것을 제품화하여, 마이크로파 흡수 발열 "발열 자화 조리기" 로 사용하는것이고,

다른 하나는 발열체 소재를 도자 점토에 믹서하여 "자화 발열 플레이트"로 제조한 후,조리용 금속성 트레이 하부에 상기 자화 발열 플레이트를 구성하고, 그 발열 플레이트의 발열이 금속성 팬에 전도되게 하여 그 전도된 열로서 음식을 가열하는 것이며,

다른 또 하나는 도자기 용기의 바닥에 발열체 소재를 매립하거나 발열체 소재로서 피막을 입혀 발열 조리기로 이용되는 것이 있다.

상기에 기술된 "발열 자화 조리기"는 강도가 높은 도자기 재질의 조리기이므로 친환경 조리기로서의 장점이 있고, 도자기 조리기를 일반 도자기 용기보다는 고온으로 상승시켜 마이크로파 요리를 할 수 있는 장점이 있으나,

마이크로파는 도자기나 유리 재질을 투과하므로 조리되는 음식물에 마이크로파가 투사되어 음식이 마르고, 계란과 같이 껍질있는 음식은 폭발하므로, 전자기파 요리의 한계에서 벗어나지 못하는 문제점이 있다.

또한 상기 재질은 도자기 재질이므로 마이크로파가 투사되면 용기 자체가 아주 뜨거워지게 되어 사용자의 안전과 화상의 우려가 있으며, 취급의 불편함이 있는 단점이 있다.

그리고 상기의 "자화 발열 플레이트" 에 마이크로파가 투사되어 발열된 열의 전도열로서 음식물을 가열하는 기술은,고열을 받으면 금속성 트레이의 열팽창과 수축으로 자화 발열플레이트와의 밀착도가 떨어져 열전도의 문제가 발생되므로, 금속성 트레이로의 열전도율이 낮아 팬의 온도가 낮아 조리시간이 오래 걸리는 불편함이 있다.

종래 기술의 셋째 분류로서,

"대한민국 특허청 공개번호 10-2005-0080036

"전자렌지용 발열 복합 조리기"

*대한민국 특허청 공개번호 10-2005-0090337

"전자렌지용 구이팬"

은 철스케일(밀스케일)을 주성분으로 실리콘 바인더를 사용한 후 고열로 경화시킨 것으로,

산화철을 주 성분(산화철 함유량 55-85중량%)으로 하는 입경 0.01㎛-1mm의 철스케일의 수분과 가스를 300-400℃의 온도에서 1-3시간 동안 제거한 분말 60-90 중량%를 난연,내열 실리콘고무 10-40 중량%와 함께 정량하여 혼련한 후, 300-350℃의 온도에서 1-3시간 경화시킨 발열판이다.

상기 기술은 실리콘 고무를 기본 바인더로 사용하지만,

마지막 경화 단계에서 실리콘 고무에 함유된 실리콘 오일,실리콘 검 성분 등을 300~350℃에서 태워서 없애면

실리콘 고무에 함유된 비정형 실리카가 발열체를 결합하는 바인더 기능을 하게 되어 발열체를 결합하게 되는 것으로,

비정형 규소 바인더를 사용하고, 발열 소재를 철 스케일(밀 스케일)을 사용하는 점은 본 발명과 비슷한 부분도 있지만,

상기 기술과 본 발명의 차이점으로,

①상기 종래 기술은 발열체의 발열로 인한 금속성 팬의 열팽창과 수축이 자유롭게 하기 위해, 금속성 팬 하부에 발열체를 접착하지 않고 그 하부에 구성되는 세라믹 단열 시트와 본체가 팬을 상향으로 지지하게 하여 발열체가 팬하부에 밀착되는 구조로서 팬의 열팽창과 수축에 적응되도록 고안된 것이고,

본 발명은 기본 바인더를 실리콘 고무가 아닌 실리카 졸의 비정형 실리카의 3차원 망상 결합을 사용하여 팬 바닥에 발열체를 직접 접착하게 한 후 열팽창과 수축에 적응하도록 한 것이다.

②상기 종래 기술은 기본 바인더가 실리콘 고무이므로 실리콘 고무의 고온 경화(300~350℃)및 가스제거에 필요한 시간이 많이 소요되고, 고온에서 실리콘 고무의 함유된 실리콘 오일이나 검 성분 등이 연소 배출되어 환경오염의 문제가 발생되는 불편함이 있었다.

그러나 본 발명에 사용되는 기본적인 무기 바인더는 실리카 졸로서 환경오염이 없으며, 150~200℃의 비교적 낮은 온도에서 경화시킬 수 있어 제조 비용이 줄어들 수 있는 장점이 있다.

③상기 종래 기술은 발열체를 상향으로 밀착 지지시키기 위해서는 세라믹 단열재와 지지 본체가 반드시 필요하나,

본 발명의 발열체는 고열에서도 트레이 바닥에 온전하게 부착되어 있으므로 컴팩트 한 제품을 위한 응용성이 높다.

따라서 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 본 발명은 고온의 발열체를 금속성 트레이에 견고하고 접착 될 수 있게 하였고 열팽창과 수축에 문제없이 적응될 수 있게 하였다.

*대한민국 특허청 등록번호 1001099380000 *대한민국 특허청 공개번호 특1996-0001644 *대한민국 특허청 공개번호 특2003-0033196호 *대한민국 특허청 공개번 호10-2016-0010156 *대한민국 특허청 공고번호 10-1428945호 *대한민국 특허청 등록번호 10-1317922호 *대한민국 특허청 공개번호 10-2005-0080036 *대한민국 특허청 공개번호 10-2005-0090337

본 발명은 종래의 기술을 해결하기 위해 제안되는 기술로서,

트레이 바닥에 발열체가 견고하게 부착되고 초고온에서 견딜 수 있게 하며,

열팽창과 수축에서도 균열이나 열손상 없이 유지되게 하는 내열성과 내구성이 발휘되게 하는수단을 제시;

발열 소재로서 강 자성체인 밀 스케일나 제강 슬래거 또는 자철석을 이용하여 마이크로파 흡수 발열력을 높여주는 수단을 제시;

본 발명을 응용한 다양한 제품 개발을 위한 수단을 제시;

하는 것이 본 발명의 해결하고자 하는 과제이다.

본 발명의 해결수단으로,

트레이와의 부착력을 높이기 위한 표면처리 단계:

마이크로파 흡수 세라믹 발열체인 입도3mm 이하의 밀스케일(mill scale)이나 제강슬래그(Steel making slag)또는 자철석 중에서

선택되는 어느 하나 또는 하나 이상의 100 중량%에 대하여,

실리카졸(Colloidal Silica Sol)20~40 중량%의 무기 바인더와 믹서 후 발열체 홈에 도포 성형 단계:

발열체 건조 그리고 넌스틱,발수코팅 및 경화단계:

의 공정으로서 발열체의 발열력이 높게 발휘되게 하고, 열 팽창과 수축에서도 균열이나 떨어짐 없는 내열성과 내구성이 유지되게 하였으며,

상기 발열체를 양면 조리기의 상부트레이와 하부트레이에 접착하는 방식이나,

전자레인지 내부에 거치하는 방식이나,

타공이 형성된 금속성 커버를 구비하는 방식 등을 통해

*본 발명의 응용성을 제시하였다.

본 발명의 효과로서,

(1)접착력과 내열성이 우수하다

본 발명은 트레이 온도를 300~400도 상승시킨 후 15℃의 냉수를 급속히 트레이 내부에 투입해도 발열체의 균열이나 부분 이탈 현상이 발생되지 않고 최고 800℃ 정도의 초고내열성을 갖인다.

(2)발열력 우수하다

트레이 규격(두께 0.8mm * 직 경 220mm * 높이 30mm)

발열체 150g의 반죽을 발열체 홈에 두께1.5~2mm로 평평하게

바른 상태에서 3분간 발열 테스트한 결과,

음식을 구울 때 최적의 온도인

고주파 출력 700W에서 300~320℃의 발열 성능과

고주파 출력 1000W에서 350~400도의 발열 성능을 나타내어

음식을 짧은 시간에 요리할 수 있게 하였다.

통상 가스렌지에 프라이팬을 올려두고 음식을 올리지 않고 강불로서 3~5분 가열하면 300~350의 열을 나타내므로

가스렌지의 화력과 비교하여 부족하지 않는 화력을 나타내므로

발열력이 우수한 효과가 있다.

(3)발열체 생산공정이 쉽고 간단하다.

적용되는 기본 바인더는 실리카 졸로서 성형 후 건조,경화 공정이 짧고 저온경화(150~200도)가 가능하여, 생산공정이 쉽고 간단하여 대량 생산 체제를 갖출 수 있다.

(4)다양한 응용 상품 생산이 가능하다

발열체의 바인더의 주재료는 실리카 졸을 이용한 반죽 상태이므로, 요철 구조의 그릴 팬,원형 팬,사각 팬 등 조리 트레이의 형상에 상관없이 다양한 응용상품을 생산할 수 있는 효과가 있다.

(5)청정 에너지

취사 가열원으로 가스불의 열전도에 의한 가열 수단은 최근 화석연료에 의한 지구온난화 문제,실내 불연소 가스 오염 등으로 대기 환경을 고려하여 보다 효과적인 가열원이 요구되어지고 있는 최근의 실정에서,

본 발명은 가스불 가열에서 발생되는 지구 온난화의 주범인 이산화탄소의 배출과 불연소 유해가스 배출에서 자유로울 수 있는 청정에너지로 이용될 수 있다.

(6)전기히타에 의한 것 보다 에너지 효율이 높아 에너지 절감효과가 있다.

(7)조리되는 음식의 맛이 좋다

마이크로파를 고열의(원)적외선의 복사열로서 변환된 에너지로 음식이 조리되므로,

즉,전자기파 요리가 아닌 고열의 (원)적외선에 의한 요리이므로 음식물 고유의 맛과 향이 유지되는 효과가 있다.

본 발명에서 예시된,
도1은 본 발명의 단면 예시도.
A:확대 단면 예시도.
도2는 본 발명의 분해 사시 예시도.
도3은 본 발명의 발열체가 접착된 사각 트레이 사시 예시도.
도4는 본 발명의 내부 바닥에 발열체가 접착된 트레이의 사시 예시도.
도5는 본 발명의 상부 트레이 및 하부 트레이에 발열체가 접착된 양면 가열팬의 사시 예시도.
도6은 본 발명의 발열체 하부에 단열 세라믹 시트와 지지체가 구성된
트레이의 단면 예시도.
도7은 본 발명의 발열체 외부에, 타공이 형성된 금속성 커버가 구성된
조리기의 사시 예시도.
도8은 본 발명 전자레인지 내부 좌 우측에 형성된 걸림턱을 이용하여
트레이가 거치 안착된 내부 사시 예시도.

이하 본 발명의 기술적 사상에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하는 것으로 하되,이해를 돕기 위한 수단으로 관련도면들을 참조하도록 한다.

단, 제시되는 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 보여주는 것인 바,

타인에 의한 단순한 구조적 변경이나 등가적인 요소로의 치환과 같은 변형 실시예들 역시 본 발명의 기술적 범주에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 마이크로파 흡수 세라믹 발열체 제조방법 및 그 발열체를 이용한 조리기에 관한 것으로,

마이크로파가 발열체에 투사되면 발열된 열로 가열되게 하는 발열체의 제조 방법을제시하고, 보다 더 효율적이고 편리하게 일상에 적용할 수 있는 응용제품의 구조와 구성을 제시한다.

첨부되는

도1은 본 발명의 단면 예시도.

A:확대 단면 예시도.

도2는 본 발명의 분해 사시 예시도.

도3은 본 발명의 발열체가 접착된 사각 트레이 사시 예시도.

도4는 본 발명의 내부 바닥에 발열체가 접착된 트레이의 사시 예시도.

도5는 본 발명의 상부 트레이 및 하부 트레이에 발열체가 접착된 양면 가열팬의 사시 예시도.

도6은 본 발명의 발열체 하부에 단열 세라믹 시트와 지지체가 구성된

트레이의 단면 예시도.

도7은 본 발명의 발열체 외부에 타공이 형성된 금속성 커버가 구성된

조리기의 사시 예시도.

도8은 본 발명 전자레인지 내부 좌 우측에 형성된 걸림턱을 이용하여

트레이가 거치 안착된 내부 사시 예시도.

로서,

본 발명은 예시 도면과 부호로서 설명될 수 있으며,

상기 예시 도면과 부호에 한정되지 않고 다양한 디자인과 스타일의 마이크로파를

이용한 세라믹 발열체 가열기구에 적용될 수 있다.

본 발명 발열체의 기본 제조 방법은 아래와 같다.

상기 본 발명 제조방법을 보다 상세하게 설명하면,

1.트레이 성형 단계

본 발명의 트레이(1)는,

발열체의 피착물로서 금속성이나 도자재질,유리재질 등으로 제조된 내열 소재의

트레이나,

발열체의 피착물이 없이 발열체 소재를 실리카 졸의 바인더를 사용하여 제작된 발열 트레이가 포함된다.

용도별 즉, 전자레인지용 조리기, 마이크로파를 이용한 건조기 등에 이용될 수 있는 규격과 형상 및 디자인으로 설계되며,

트레이의 발열체를 부착할 부분으로서, 발열체의 두께를 고려하여 외측 가이드가 형성되게 발열체 홈(2)을 형성시킬 수 있고, 그 홈부에 바인더와 섞인 반죽 상태인 발열체를 요구되는 일정 두께로 도포하여 성형될 수 있게 하였다.

2.표면 처리 단계

트레이(1)의 발열체가 부착되는 부분은 샌딩 공정으로 이 물질을 제거하고 표면을 거칠게 형성하여 발열체의 접착 강도를 높인 것이나,

발열체 부착 표면에 트레이(1)와 발열체의 접착 가교층을 형성시키기 위해, 무광택 법랑(3)을 발열체 홈(2)에 1차 코팅한 뒤 그 위에 발열체 반죽을 일정 두께로 도포하면, 발열체가 무광택 법랑층에 강하게 접착될 수 있는 것도 본 발명의 범주에 포함된다.

상기 무광택 법랑층(3)은 통상적인 당업자의 무광택 법랑 코팅방법을 채택하면 되고,

바람직한 본 발명의 무광택 법랑층은 금속성 트레이와의 열팽창과 수축에 적응하고 내열성을 확보하면서 안정적인 접착강도를 확보하는 가교 코팅층으로서,

무광택 법랑 주 재료로서 규석 10~40중량 %,장석 10~20중량%,붕사 15~20중량%이고 소다회,산화니켈,산화코발트,산화니켈,형,망간 중

최소 어느 하나 이상의 성분을 선택적으로 혼합하여 유약을 구성하며,이 유약을 발열체 홈(2)에 발라 800~900℃ 에서 소성 부착시킨것이다.

상기 무광택 법랑층은 표면이 거칠고 내부 기공이 자연스럽게 형성되어 있으므로

본 발명의 바인더인 실리카 졸 성분이 무광택의 거친표면을 통해 내부기공에

스며들어 발열체와의 접착강도를 높여주게 된다.

3.발열체 도포 단계

본 발명에 이용되는 발열 소재는, 입도 3mm 이하의 강 자성체인 밀 스케일(mill scale)이나 제강 슬래그(Steel making slag) 또는 자철석(Fe3O4) 중에서 하나 또는 하나 이상 혼합하여 사용된다.

상기 밀스케일은

강 자성체로서 발열 성능과 열전도성이 일반 세라믹보다 뛰어나므로,

본 발명에서는 밀 스케일을 주 성분으로 이용된다.

밀 스케일은 철강을 800℃ 이상으로 압연이나 열 가공시 공기중의 산소에 의해 고온 산화가 일어나서 생성되는 산화물 피막으로 FeO, Fe3O4, Fe2O3의 산화철이 60~70%를 함유하고 규소, 아연,구리,크롬,니켈,알루미나 등이 소량 함유된 것이다.

철광석의 생산지에 따라 성분 함유량의 차이는 있으나, 본 발명에서는 주성분인 산화철 함유량이 60% 이상 함유되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 제강 슬래그는

제철 생산 과정 중에는 고로 슬래그(Blast fumace slag)와 제강 슬래그(Steel making slag)가 발생된다.

고로 슬래그는 철을 제련하는 제철과정에서 발생되는 찌꺼기로 철강석 가운데 철분을 포함하지 않는 부분이 용광로에서 나오는 것이고,

제강 슬래그는 제강단계에서 나오는 불순물로 철분이 포함된 것이다.

본 발명에서 이용되는 철분이 함유된 제강 슬래그는 강 자성체로서 마이크로파가 투사되면 고열을 발산하는 산화철(Fe2O3)이 주 성분이고 산화 칼슘과 이산화 규소 등이 함유된 것으로,

바람직하게 산화철이 60% 이상 함유된 것을 파쇄하여 본 발명에 이용된다.

상기 자철석( Fe2O3:magnetite)은,

강 자성체 광물로서,

본 발명에서는 산화철 함유량이 60% 이상 함유되는 것을 파쇄하여 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 발열체 소재들의 원재료는 입도가 균일하지 않고 이물질을 다량 포함하고 있으므로,

이물질을 제거하고 요구되는 입도의 크기 이하로 파쇄한 것을 본 발명에 이용하게 된다.

발열체의 선별 메쉬 망 규격은 3mm 체를 이용하게 되므로, 미크론 단위의 미분부터

최대 입자는 3mm 정도가 된다.

그리고 상기 발열 소재들은 모두 강 자성체로서 비슷한 성질을 가지므로, 혼합하여 사용하는 경우 혼합비로서 온도 상승에 큰 영향이 없으나, 마이크로파 출력량과 트레이에 투입되는 발열체의 중량에 따라 온도가 변화된다.

상기 발열체 소재들을 미분이 포함되는 입도 3mm 이하의 거친 것으로 사용되게 한 것은, 발열 소재가 바인더에 결합되어 경화된 후 발열체 입자 간에 다량의 기공이 형성되게 하여 열팽창과 수축에 적응되어 내열성이 높아지고,

다량의 기공이 형성된 발열체 조직은 발열 입자간의 표면적이 커지고, 형성된 기공을 통해 마이크로파가 발열체의 내부까지 유입되므로, 마이크로파 흡수율을 높일 수 있게 되어, 치밀한 발열체 조직인 것 보다 발열력을 더 높일 수 있게 된다.

따라서, 발열력을 높이기 위해서는 발열체의 입도가 매우 중요하므로, 발열체 내부에 기공을 다량 형성시킨 발열체를 본 발명에서는 제시하게 된다.

그리고 본 발명의 발열체에 이용되는 기본 적인 무기 바인드는,

실리카 졸(Colloidal Silica Sol)을 사용한다.

본 발명에 이용되는 실리카 졸은,

용매에 분산되어 있는 콜로이달 실리카의 함량이 8~30% 인 것을 사용하면 된다.

*

그리고 콜라이달 실리카의 함량의 증가는 발열체의 강도를 높여주나, 발열력에는 큰 영향을 미치지 못하므로 요구되는 트레이의 강도와 발열력을 참조하여 함량을 정하면 된다.

본 발명의 바람직한 실리카 졸은, 규산 나트륨에 산을 첨가 30분~1시간 교반하여 규산물을 형성한 후, 추가로 물을 첨가하여 2~3시간 교반하여 생성되는 것으로,

콜라이달 실리카 함유량이 8~30 중량%이고 물 함유량이 70~92 중량%가 되게 한 것을 사용한다.

본 발명에 이용되는 콜로이달 실리카의 용매는 바람직하게 물 뿐만 아니라 알코올 등 유기 용매를 사용하는 것도 포함된다.

알콜 등의 유기 용매를 사용하면 제조 공정시 냄새가 발생되어 불쾌하지만 건조속도가 빨라 경화 시간을 줄일 수 장점이 있다.

상기 실리카 졸은 실리카가 콜로이드 상태로 물이나 유기용제의 용매에 안정적으로 분산된 것으로, 입자크기가 1~100nm이며 실록산 결합을 이루게 되는 무정형의 다공성 삼차원 망상구조를 이루게 되어 결합성과 내열성이 우수하며 특히 열팽창과 수축에 잘 적응된다.

본 발명 발열체의 바람직한 실리카 졸 함유량은

발열체 소재인 밀 스케일 (또는 제강 슬래거 또는 자철석) 100 중량%에 대하여, 실리카 졸(Colloidal Silica Sol)20~40 중량% 와 믹서하여 발열체 반죽을 만든다.

그리고 본 발명의 또 다른 바람직한 무기 바인더는,

발열체의 강도를 높이고, 발열 분산을 높이기 위해 상기 실리카 졸 100% 중량에 대하여,

플라이 애쉬(Fly ash) 또는 실리카 흄 중에서 선택되는 어느 하나 또는 하나 이상을 10~30 중량%를 더 첨가한 것이다.

상기 플라이 애쉬(Fly ash)는,

화력발전소 등의 연소 보일러에서 부산되는 석탄재로서 주요성분은 생산지별로 차이는 있으나 대체로 SiO2:30~60%,Al2O:25~35%

Fe2O3:5~8%,기타 산화 칼슘,산화 마그네슘,삼산화황,산화칼륨 등이함유된 미분말이고,

상기 실리카 흄(silica fume)은,

실리카 흄은 실리콘(Si), 페로실리콘(FeSi), 실리콘 합금 등을 제조할 때에 발생되는 폐가스 중에 포함되어 있는 SiO2를 집진기로 수집 여과하여 얻어지는 마이크로 실리카 입자이다.

본 발명에서 플라이 애쉬나 실리카 흄이 주요한 재료로 사용되는 이유는 둘 다 자체적인 수경성은 없지만 수산화 칼슘과 반응하여

경화하는 포졸란 반응을 일어켜 발열체의 강도를 높여 줄뿐만 아니라 입자가 구형이므로 성형할 때 마찰 저항을 줄여주는 볼 베아링 역할을 하여 성형성을 높여주고,

성분으로 함유된 비정형 규소성분과 산화철은 마이크로파를 흡수하여 발열하는 성질이 있으므로 본 발명의 발열성능을 유지시켜 주는 기능을 한다.

그리고 본 발명의 또 다른 바람직한 무기 바인더는,

발열체의 경화 속도 높여 제조시간을 단축하고 발열체의 강도를 높이기 위한 것으로, 상기 실리카 졸 100 중량%에 대하여 급경 시멘트(hardening cement)를 1.5~6중량%를 더 첨가한 것이고,상기에 기술된 실리카 졸과 플라이 애쉬나 실리카 흄이 믹서된 바인더에도 상기 급경시멘트를 동일한 함량으로 첨가하면 된다.

급경 시멘트의 함량을 높이면 발열체의 경화도가 빨라져서 성형에 어려움이 있으므로, 제작에 소요되는 시간을 참조하여 첨가 함량을 정하면 된다.

그리고 본 발명에서,

발열체의 부착력과 자체 강도를 높이기 위한 공정으로서,

발열체 반죽에 와이어 메쉬(4) 또는 유리 섬유 메쉬(4)를 함침시키는 것이다.

상기 메쉬(4)를 사용하는 것은 고강도의 발열체가 요구될 때나 발열체가 두꺼울 때 강도를 보강하기 위한 수단이다.

상기 메쉬의 망 규격은 바람직하게 10~20mm로 하고 두께는 성형물을 고려하여 정하면 되되,와이어 메쉬의 망규격은 마이크로파 투과에 장애를 주지 않는 크기로 해야되고, 끝단 정리가 잘 된 것을 사용하여 스파크가 발생되지 않도록 하며,금속성 트레이의 경우는 바닥과 와이어 메쉬를 웰딩하여 사용 할 수 있다. 발열체가 두께에 따라 상기 메쉬 중 선택되는 어느 하나 또는 그 이상을 사용할 수 도 있다.

그리고 본 발명의 발열체의 부착력을 더 높이기 위한 수단으로서,

도6에서 볼 수 있듯이,

트레이에 부착된 발열체 하단에 세라믹 단열시트(17)를 깔고,

지지대를 상향으로 밀착시킬 수 있는 결합수단을 사용하여 발열체가 상향으로 밀착되어 트레이 바닥에 발열체가 밀착되게 한 것이다.

즉, 지지대(18)의 측면 걸림홈(15)에 트레이의 걸림턱(16)을 삽입시켜 결합하면

발열체가 트레이 바닥에 밀착되게 접착된다.

발열체의 부착력을 더 강화시킬 필요가 있을 때 보조적으로 구조시킴으로서

발열체의 떨어짐을 방지할 수 있고,

세라믹 단열 시트가 발열체의 열을 하부로의 열전도를 차단시켜

발열력을 높일 수 있을 뿐만아니라

조리 후 가열된 트레이의 취급을 용이하고 안전하게 할 수 있는 장점이 있다.

상기 지지대의 바람직한 소재는 마이크로파가 투과되는 내열 플라스틱이나 실리콘 소재,자기,유리 재질 등을 사용하면 된다.

본 발명에서 제시된 발열체를 강화시키고 온전한 접착을 위한 제시된 다양한 수단은 위에서 제시된 어느 하나의 방법으로서 확정되는 것이 아니고,

발열체를 이용한 응용제품의 특성에 따라 하나의 방법을 사용하거나 하나 이상의 방법을 조합하여 사용할 수도 있다.

4.건조단계

본 발명의 건조방법은 건조로를 이용한 강제건조와 실온 건조하는 방법이 있다.

강제 건조는 150~200도의 건조로에 넣어 건조하면 되고,

실온건조는 응달에서 천천히 건조시키는 방법으로,

발열체의 강도는 실온 건조가 더 높게 나타나지만 건조속도는 강제건조가 더 빠르므로 응용제품의 특성에 따라 건조방법은 선택하면 된다.

5.넌스틱,발수 코팅 단계

발열체 겉 표면을 넌스틱 발수 코팅(6)을 하는 단계로서,

본 발명의 경화된 발열체(5)는 기공이 많은 세라믹 재질이므로 수분을 흡수하게 된다.

수분이 흡수되면 발열력이 떨어지고, 발열체의 수명이 짧아지므로 발열력을 유지하고 내구성을 높이기 위해서는 외부 넌스틱 발수 코팅을 하여 수분 흡수를 방지해야한다. 코팅 재료는 실란 방수제, 넌스틱 세라믹 코팅, 불소수지 코팅 등

기존의 다양한 넌스틱 발수 코팅제를 단독 또는 조합하여 코팅하면 된다.

그리고 본 발명을 이용한 응용제품으로,

도4에서 볼 수 있듯이

내부 바닥면에 발열체(5)를 접착하고 발열체 표면을 넌스틱 발수 코팅(6)한 것으로,

본 발명의 발열체 소재 들은 금속성인 산화철이 주 성분이므로 일반 세라믹과 비교하여 열보존력과 열 전도율이 우수하여 조리기의 내부 바닥에 일정 두께로 도포하여 적용하면 우수한 성능이 발휘된다.

즉, 프라이팬의 내부 바닥에 본 발명의 발열체가 적용된 것은, 일반 금속성 프라이팬과 달리 조리물이 잘 타지 않고 연기가 발생되지 않아 친환경 조리기로 사용될 수 있으며, 발열체에서 발산되는 원적외선의 열로서 조리되어 음식의 맛과 향이 유지 될 수 있다.

그리고 팬 바닥이 고열로 상승되지 않아 코팅의 수명이 획기적으로 연장 될 수 있는 장점도 있다.

전자레인지, 가스레인지, 인덕션렌지, 오븐, 전기렌지 등 다용도로 사용 될 수 있게 한 조리기를 본 발명은 제시한다.

본 발명을 이용한 또 다른 응용제품으로

도 5에서 볼수 있듯이,

상부트레이(9)와 하부 트레이(10)의 일측에는 힌지부(11)가 형성되고 타측에는 잠금손잡이(12)와 결합구(13)가 형성된 것으로,

상부 트레이와 하부 트레이의 발열체 홈에 발열체(5)가 접착되어 양면이 마이크로파를 흡수하여 발열되게 한 것으로,

샌드위치 빵, 스테이크, 생선 등을 구울 때 양면을 동시에 조리할 수 있는 조리기를 본 발명은 제시한다.

본 발명을 이용한 또 다른 응용제품으로

도 7에서 볼 수 있듯이

트레이(1)의 발열체(5) 표면 외곽에 타공(20)이 다수 형성된 금속성 커버(19)가 구비되게 한 제품으로, 바람직하게 금속성 커버(19)의 재질을 철(Fe) 성분으로 구성하여 인덕션렌지의 유도가열에 의해 발열 될 수 있게 하고, 형성된 타공(20)의 크기는 바람직하게 20~30mm로서 마이크로파가 충분하게 유입될 수 있는 규격으로 한다.

따라서, 본 응용제품은 인덕션렌지의 유도가열과 전자레인지의 유전가열을 동시에 이용할 수 있는 효과적인 조리기를 본 발명은 제시한다.

가스레인지, 전자레인지, 인덕션 레인지, 오븐, 전기레인지 등 여러가지 가열수단에 사용될 수 있는 장점으로 다양한 디자인으로 응용할 수 있는 장점이 있다.

본 발명을 이용한 또 다른 응용제품으로,

도 8에서 볼 수 있듯이,

전자레인지용 거치 트레이로서,

금속성 트레이의 스파크 방지를 위해 바닥 절연커버(8)와 손잡이 절연커버(7)에는 실리콘 고무나 내열 플라스틱 소재 등 절연성 재질로 감싸고, 바닥면의 발열체 홈(2)에는 본 발명의 발열체(5)가 일정 두께로 도포된 것이다.

전자렌지 조리실 내부 좌 우측 걸림턱(16)을 이용하여 거치되게 하여, 트레이 하부에서 발산되는 마이크로파를 발열체의 열로서 음식을 가열 할 수 있게 한 것이다.

더불어, 적용되는 전자레인지 상부에 전기 히타 장치를 추가 구비하여, 하부는 발열 트레이의 발열로서, 상부는 히타 열로서 음식 아래 위를 동시에 가열하는 오븐 기능으로 사용 될 수 도 있다.

그리고 본 발명에 이용되는 전자레인지의 마이크로파 도파관은 상기 트레이 보다 하부에 형성되며, 마이크로파 분산장치인 스터러를 구비하여, 마이크로파가 발열체의 일부분에 집중 되지 않고 분산되게 투사되게 해야 발열체의 열손상을 방지하고 음식을 균형있게 조리할 수 있다.

(본 발명을 이용한 실험예)

●실험 방법

(1)트레이 성형(피 실험 트레이:두께 0.8mm * 직경 220mm * 높이 30mm의 원형 용기)

(2)표면 샌딩처리(또는 무광택 법랑층)

(3)발열체 도포 및 성형

①입도 3mm 이하의 밀 스케일(또는 제강 슬러그 또는 자철석):100g

②무기 바인더(콜라이달 실리카 8~30 중량%이 함유된 실리카 졸 30g+플라이

애쉬 6g+급경 시멘트1g을 넣고 교반)

③트레이 바닥에 형성된 발열체 홈에 두께 1.5~2mm로 평평하게 도포.

(4)건조:건조된 발열체 표면에 넌스틱 발수 코팅

(4)터널식 히타로에서 300~350℃의 온도에서 30~1시간 경화

●상기 발열체의 성능

(1)발열 성능

고주파 출력 700W에서 트레이 바닥온도 300~320℃의 발열성능과

고주파출력 1000W에서 트레이 바닥온도 350~400℃의 발열성능을 나타냈다.

(2)연필경도 9이상 확인

(3)열 팽창 수축성능 테스트

350℃ 열경화 직후 약15℃의 냉수를 트레이에 붓고

균열 및 떨어짐 확인: 문제 없었음

(4)충격 강도테스트

발열 트레이를 1M 높이에서 낙하: 발열체의 균열이나 떨어지는 문제 없었음.

본 발명은 마이크로파를 이용한 세라믹 발열체로서 2차 에너지인 전기에너지를 미래형 고효율 3차 에너지로 변환되는 청정 에너지이므로, 에너지 세이빙 할 수 있을뿐 아니라, 화석 연료인 가스 에너지에서 발생 되는 지구 온난화의 주범인 이산화탄소를 줄여 온실가스 배출을 줄일 수 있는 고효율 마이크로파를 이용한 세라믹 발열 트레이로서, 가정의 전자레인지용 음식 조리기나 ,마이크로파를 이용한 건조기나 음식물 처리기나 온수기 등 다방면으로 이용될 수 있는 효과적인 발명이다

1:트레이 2:발열체 홈 3.무광택 법랑층
4:메쉬(mesh) 5:발열체 6:넌스틱 발수 코팅
7:손잡이 절연 커버 8:바닥 절연 커버 9:상부 트레이
10:하부 트레이 11:힌지부 12:잠금 손잡이
13:결합구 14:전자레인지 15:걸림홈
16:걸림턱 17:세라믹 단열시트 18:지지대
19:금속성 커버 20:타공

Claims (12)

1. 마이크로파를 이용하는 발열 트레이에 있어서,
   트레이에 형성된 발열체 홈의 부착력을 높이기 위한 표면처리 단계:
   마이크로파 흡수 세라믹 발열체 소재로서 강한 자성체인 밀스케일(mill scale)이나 제강 슬래그(Steel making slag) 또는 자철석(Fe3O4) 중에서,
   선택되는 어느 하나 또는 하나 이상의 100 중량%에 대하여,
   실리카 졸(Colloidal Silica Sol) 20~40 중량%의 무기 바인더와 믹서 후 발열체 홈에 도포 성형 단계:
   건조 그리고 넌스틱,발수코팅 및 경화단계:
   공정으로서 이루어지는 발열체 트레이 임을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 세라믹 발열 조리기.
2. 청구항 제1항에 있어서,
   발열체는,
   밀 스케일 이나 제강 슬래그 또는 자철석의 입도를 3mm 이하의 것을 사용하여,
   무기 바인더인 실리카 졸과 믹서한 후 경화시킨 것으로,
   발열체 내부에 기공이 다량 함유되게 한 것임을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 세라믹 발열 조리기.
3. 청구항 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
   무기 바인더인 실리카 졸(Colloidal Silica Sol)은,
   규산 나트륨에 산을 첨가 30분~1시간 교반하여 규산물을 형성한 후, 추가로 용매를 첨가하여 2~3시간 교반하여
   콜로이달 실리카 함유량이 8~30 중량%이고,물 또는 유기 용매 중에서 어느 하나 또는 어느 하나 이상의 함유량이 70~92 중량%가 되게 한 무기 바인더임을 특징으로 마이크로파를 이용한 세라믹 발열 조리기.
   
4. 청구항 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 무기 바인더는,
   실리카 졸 100% 중량에 대하여,
   플라이 애쉬(Fly ash) 또는 실리카 흄(silica fume) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 하나 이상을 10~30 중량%를 더 첨가한 것임을 특징으로 하는
   마이크로파를 이용한 세라믹 발열 조리기.
5. 청구항 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 무기 바인더는,
   실리카 졸 100 중량%에 대하여, 급경 시멘트를 1.5~6 중량%를 더 첨가한 것임을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 세라믹 발열 조리기.
6. 청구항 제1항에 있어서,
   표면 처리 단계는, 발열체 홈에 샌딩 또는 무광택 법랑층 코팅 중에서 어느 하나 또는 하나 이상의 공정 후, 그 위에 발열체가 도포되는 것임을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 세라믹 발열 조리기.
7. 청구항 제1항에 있어서,
   발열체는,
   발열체 내부에 와이어 메쉬 또는 유리섬유 메쉬 중에서 어느 하나 또는 하나 이상이 함침된 것임을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 세라믹 발열 조리기.
8. 청구항 제1항에 있어서,
   발열체는,
   트레이에 접착된 발열체의 하단에 세라믹 단열시트를 두고,
   지지대의 상향 지지 구조로서, 트레이 바닥에 발열체가 밀착되게 한 것임을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 세라믹 발열 조리기.
9. 청구항 제1항에 있어서,
   트레이는,트레이 내부 바닥에 일정 두께의 발열체가 도포된 것임을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 세라믹 발열 조리기.
10. 청구항 제1항에 있어서,
    트레이는, 상부 트레이와 하부 트레이로 결합 구성된 것으로, 일측에는 힌지부가 형성되고 타측에는 잠금 손잡이와 결합구가 형성되며,
    상기 상부 트레이와 하부 트레이 바닥의 발열체 홈에는 세라믹 발열체가 도포되어, 양면 발열체로 이용될 수 있는 조리기임을 특징으로 하는
    마이크로파를 이용한 세라믹 발열 조리기.
11. 제1항에 있어서,
    트레이는, 전자렌지 조리실 내부의 좌 우측에 형성 시킨 걸림턱에 거치될 수 있는 것으로,
    상기 트레이는 절연 손잡이 커버와 절연 바닥커버가 구비되고,
    바닥의 발열체 홈에는 발열체가 도포된 것 임을 특징으로 하는
    마이크로파를 이용한 세라믹 발열 조리기.
12. 제1항에 있어서,
    트레이는, 발열체 하단에 마이크로파가 유입되는 타공이 다수 형성된 금속성 커버가 부착됨을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 세라믹 발열 조리기.
    

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