KR100818944B1

KR100818944B1 - 유도가열을 이용한 발열장치 및 발광장치

Info

Publication number: KR100818944B1
Application number: KR1020060108470A
Authority: KR
Inventors: 김성일
Original assignee: 김성일
Priority date: 2006-11-03
Filing date: 2006-11-03
Publication date: 2008-04-04
Anticipated expiration: 2026-11-03
Also published as: WO2008054070A1

Abstract

본 발명은 유도가열을 이용한 발열장치 및 발광장치에 관한 것으로,

교류전류를 공급하는 전원공급부와; 상기 전류가 흘러서 교류자속을 발생시키는 유도코일과; 상기 교류자속에 의해서 발열되며 발열효율이 높은 강자성체 또는 강자성체 합금으로 이루어진 판 또는 관 형태의 발열체로 이루어지되,

상기 발열체는 최대 작동온도보다 더 높은 퀴리온도를 가진 물질이거나 최대 작동온도 또는 최적의 작동온도 근처의 퀴리온도를 가진 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 것이다.

유도가열, 발열장치, 발광장치, 발열판, 발광판, 유도코일

Description

유도가열을 이용한 발열장치 및 발광장치 {A Heating Apparatus and luminous Apparatus Using Induction Heating}

도 1은 기존 유도가열 발열장치의 간략화된 구성도

도 2는 본 발명에 의한 유도가열 발열장치의 간략화된 구성도

도 3은 본 발명의 유도가열 발열장치를 위한 발열판과 유도코일을 나타낸 도면

도 4는 본 발명의 유도가열 발열장치를 위한 발열판과 지지판을 나타낸 도면

도 5는 본 발명의 유도가열 발열장치를 위한 발열판의 설치상태를 나타낸 도면

도 6은 본 발명의 유도가열 발열장치를 위한 자속유도용 자성체를 나타낸 간략화된 도면

도 7은 본 발명의 유도가열 발열장치의 제1실시예를 나타낸 도면

도 8은 본 발명의 유도가열 발열장치의 제2실시예를 나타낸 도면

도 9는 본 발명의 유도가열 발열장치의 제3실시예를 나타낸 도면

도 10은 본 발명의 유도가열 발열장치의 제4실시예를 나타낸 도면

도 11은 본 발명의 유도가열 발열장치의 제5실시예를 나타낸 도면

도 12는 본 발명의 유도가열 발열장치의 제6실시예를 나타낸 도면

도 13은 본 발명의 유도가열 발열장치의 제7실시예를 나타낸 도면

도 14는 본 발명의 유도가열 발열장치의 제8실시예를 나타낸 도면

도 15는 본 발명의 유도가열 발열장치의 제9실시예를 나타낸 도면

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 맴돌이전류 2 : 교류자속

10 : 전원공급부 20 : 유도코일

50 : 발열판 60 : 단열재

본 발명은 유도가열을 이용한 발열장치 및 발광장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유도코일에서 발생된 교류자속에 의해서 발열되는 발열판 또는 발광되는 발광판을 포함하는 유도가열을 이용한 발열장치 및 발광장치에 관한 것이다.

일반적으로 생활에 필요한 열은 석탄, 석유, 가스 등의 연소 또는 전기저항에 전류를 공급하여 얻고 있다. 그러나 소득수준이 점점 더 높아지면서 전기를 이용한 가정용 발열장치들은 산소를 소비하지 않아 쾌적하고 신선한 실내를 유지할 수 있는 특성과 사용상의 간편성 때문에 사용이 점점 더 늘어나고 있다.

모든 전기를 사용하는 발열장치들은 저항에 전류가 흐를 때 발생되는 줄열(joule's heat)을 이용하고, 발열체로는 주로 니크롬선 발열체, 세라믹 발열체, 피티씨(PTC, positive temperature coefficient) 발열체와 탄소 발열체 등이 사용 된다.

이런 전기 발열장치들 중에서 유도가열을 이용한 발열장치는 발열효율이 다른 전기를 사용하는 발열장치들보다 훨씬 좋아서 전기요금을 절감할 수 있다는 뛰어난 장점을 가진다. 하지만 유도가열에 의한 기존 발열장치들은 산업용으로만 주로 사용되었으며 최근 국내에서는 유도가열을 이용한 가정용 전기밥솥이 급속히 보급되고 있다.

하지만, 산업용이나 가정용으로 사용되는 기존 유도가열 발열장치들은 열처리를 위해서 도체 판재나 또는 음식을 조리하기 위한 도체 그릇 자체에 맴돌이 전류를 발생시켜서 가열하는 방법을 사용한다. 이 경우, 가열되는 피가열체가 도체이어야만 한다는 단점과 조리기 등에서와 같이 피가열체의 재료 특성이 바뀔 경우 발열전력도 크게 변한다는 단점을 가진다.

기존 유도가열 발열장치들의 단점들을 더 자세히 설명하기 위해서 기존 유도가열 조리기(90)의 간략화된 구성도를 도 1에 나타내었다. 도 1과 같이, 기존 유도가열 조리기(90)는 교류전류를 공급하는 전원공급부(10)와; 이 교류전류에 의해서 교류자속을 발생시키는 유도코일(20)과; 상기 교류자속(2)에 의해서 생성된 맴돌이전류(1)에 의해서 직접 가열되고 음식이 담겨있는 도체 그릇(30)으로 구성된다.

이와 같이, 기존 유도가열 발열장치(90)는 유도코일(20)에 의해서 발생된 교류자속(2)이 조리용 그릇(30)의 바닥면(31)에 맴돌이전류(1)를 발생시켜서 그릇의 바닥면(31)이 자체 저항에 의해서 발열되는 방법을 사용한다.

이 때문에, 도 1과 같이 가정용으로 사용되는 기존 유도가열 발열장치들(90) 은 사용되는 그릇(30)들의 투자율이 변할 경우 맴돌이전류의 크기도 따라서 변하게 되므로 이를 보상하기 위해서, 기존 고주파 전원공급부에는 그릇의 투자율 변화를 감지하는 회로와 유도코일에 공급되는 전류의 주파수를 변화시키기 위한 회로가 일반적으로 더 추가되므로 전원공급 장치가 복잡하고 가격이 비싼 문제점을 가진다.

더불어, 기존의 유도가열 발열장치(90)에 구리나 알루미늄과 같이 저투자율을 가진 그릇(30)을 사용할 경우 발열효율이 매우 낮아서 사용전력이 크게 증가한다는 단점을 가진다.

도 1에서 보인 기존 유도가열 발열장치(90)에서와 같이, 산업용이나 가정용의 기존 유도가열 발열장치들은 피가열체를 맴돌이전류에 의해서 직접 가열하는 방식을 사용하고 있다.

한편, 일상생활에서 사용되는 발광장치는 주로 백열전구와 형광등이 사용된다. 이들은 모두 텅스텐 선으로 된 필라멘트를 사용한다. 하지만 이들의 사용시간은 전구의 경우 일반적으로 약 1000시간, 형광등은 약 5000시간이며 이것은 주로 2000℃이상의 높은 온도에서 텅스텐 선이 점차 증발하여 필라멘트가 끊어지기 때문에 발생된다. 즉, 이들의 사용시간이 짧은 것은 주로 가는 필라멘트 선을 사용하기 때문이다.

상술한 바와 같은 실정을 감안하여 안출된 본 발명은 발열체를 더 구비하여 이 발열체에 의해서 피가열체가 간접적으로 가열되는 일반적인 유도가열 발열장치 를 제공하기 위한 것이고, 높은 발열효율 및 튼튼한 구조를 가진 판 또는 관 형태의 발열체를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 발광판을 구비한 일반적인 유도가열 발광장치를 제공하기 위한 것이며, 유도가열 발광장치를 위한 면 발광을 하는 발광판의 재료 및 구조를 제공하기 위한 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

유도가열 발열장치는 교류자속이 도체의 표면과 쇄교할 때 맴돌이전류 손실(eddy current loss)에 의해서 도체가 가열되는 현상이며, 특히 상기 도체가 자성체인 경우 맴돌이전류 손실과 자기이력 손실(hysteresis loss)에 의해서 도체가 발열된다.

맴돌이전류 손실은 교류자속 속에 놓인 도체의 표면에 교류자속을 거스르려는 방향으로 맴돌이전류가 발생되고 이 전류에 의한 줄열, 즉 P = i²* R에 의해서 발열되는 현상이다. 여기서, P는 전력, i는 전류, R은 저항을 나타낸다.

또한, 자기이력 손실은 자성체에서만 발생되며 자성체를 구성하고 있는 자기분자가 교류자속 안에서 회전진동에 의해서 열이 발생되는 현상이다. 즉, 교류자속이 1회 반복될 때 자기이력 곡선으로 둘러싸인 면적이 발생되는 단위 체적당의 에너지 손실을 나타낸다.

특히, 유도가열에 의해서 발열되는 자성체의 가장 중요한 특성은 퀴리온도와 비투자율이다. 여기서, 퀴리온도는 자성체가 이 퀴리온도보다 더 높은 온도로 가열될 때 열운동에 의한 교란 때문에 자성체의 자화(magnetization)가 소멸되어 비투자율이 거의 1인 상자성체로 바뀌는 온도이다.

표 1은 여러 물질들의 비투자율과 퀴리온도를 보여준다. 표 1에서 보는 것과 같이, 상자성체인 알루미늄과 텅스텐, 반자성체인 구리의 비투자율은 거의 1이지만 강자성체인 니켈, 코발트, 철 그리고 78퍼멀로이의 비투자율은 1보다 훨씬 크다. 또한 표1의 강자성체들 중에서 코발트의 퀴리온도가 1152℃로 가장 높다. 일반적으로 강자성체와 다른 물질들과 합금된 상태인 강자성체 합금을 하여서 원하는 퀴리온도를 얻을 수 있다.

수식1은 도체의 표피두께(δ,skin depth)와 표피저항(Ｒ _ａｃ , skin resistance)을 구하는 식을 보여준다.

여기서 ｆ는 전류의 주파수, σ는 전기전도율, μ는 투자율, π는 원주율이다. 교류자속에 의해서 도체 표면에 발생되는 맴돌이전류는 도체 안에서 지수 함수적으로 급격히 감쇠되며, 이때, 표피두께는 도체 표면에서의 전류 크기가 도체 안에서 1/e, 즉 36.7%로 줄어드는 깊이를 가리킨다. 맴돌이전류가 도체의 표면에서 표피두께 사이에 집중되어 분포하므로 이 사이의 저항을 표피저항이라고 하며 수학식1과 같이 표피깊이가 얇을수록 더 증가한다.

표피두께와 표피저항은 수학식1과 같이 주파수와 비투자율의 값에 따라서 크게 변한다. 도체 표면과 표피두께 사이에서 발생되는 발열전력은 전체 전력의 86.5%를 차지하며 표피두께의 0.8배에서는 전체 전력의 80%가 발열된다. 그리고, 표피두께의 1.5배와 3.1배의 두께에서는 각각 전체 발열전력의 95%와 98%가 발열된다.

표 2는 각 물질들의 전기 비저항과 50kHz와 100kHz에서의 표피두께 및 표피저항을 각각 보여준다. 단 표 1과 표 2의 값들은 20℃에서 측정된 것을 사용하였다. 구체적으로, 50kHz의 주파수에서 수학식 1을 사용해서 구한 상자성체인 알루미늄과 강자성체인 78퍼멀로이의 표피두께는 각각 364.17㎛와 2.85㎛로 매우 큰 차이가 있다. 특히 주목할 것은 50kHz에서 78퍼멀로이의 표피두께가 2.85㎛로 매우 얇다는 것이고, 또한 표 2에서와 같이 78퍼멀로이의 표피저항은 알루미늄의 것보다 약 790배 더 크다는 것이다. 그리고 주파수가 50kHz에서 100kHz로 높아지면 표피두께는 줄어들고, 따라서 표피저항은 증가한다. 일반적으로 가정용으로 사용되는 유도가열 발열장치는 10kHz에서 100kHz 사이의 주파수가 사용된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

우선, 도면들 중에서 동일한 구성요소들은 동일한 참조번호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.

본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 2에 나타낸 것과 같이 본 발명에 의한 유도가열을 이용한 발열장치 및 발광장치는 교류전류를 공급하는 전원공급부(10)와; 상기 교류전류가 흘러서 교류자속(2)을 발생시키는 유도코일(20)과; 상기 교류자속(2)에 의해서 발생된 맴돌이전류(1)에 의해서 발열되는 발열판(50)과; 상기 발열판(50)에서 발생된 열로부터 상기 유도코일(20)을 보호하기 위한 단열재(60)로 구성된다.

단, 도 2에서는 평판형 유도코일(20)이 사용되었다.

상기 발열판(50)은 상기 교류자속(2)과 대부분 쇄교되어서 높은 발열효율을 가지도록 표피두께의 0.8배보다 더 두껍도록 하는 것이 바람직하다.

더불어, 도 2에 고체판이 더 포함되고 발열된 상기 발열판(50)에 의해서 상기 고체판이 간접 가열되는 것일 수 있다. 또한 상기 고체판은 조리용 또는 물을 담는 통이나 그릇일 수 있다.

도 3에서 보인 것과 같이, 발열판(50) 또는 유도코일(20)은 각각 하나 이상으로 이루어져서 다수의 셀로 구성될 수 있으며 각각의 유도코일(20)들에 전력이 분리 공급되도록 함으로써 상기 발열판(50)에서 발열되는 면적을 쉽게 바꿀 수 있도록 한다.

즉 본 발명에 의한 도 3a와 도 3b와 같이 하나의 발열판(50)에 하나 이상의 유도코일들(20,21)이 포함될 수 있으며 이때 전원공급부(10)가 상기 유도코일들(20,20)에 전류를 선택적으로 공급하여 상기 발열판(50)의 발열되는 면적을 조절할 수 있다.

더 구체적으로, 도 3a와 같이 발열판들(50,51)의 가열되는 면적을 바꾸기 위해서 유도코일(20)의 외주에 도넛 형태로 다른 유도코일(21)을 더 포함시키거나, 또는 도 3b와 같이 유도코일(20)의 바로 옆에 다른 유도코일(21)을 더 포함시킬 수 있다. 이때, 발열판(50)의 넓이는 유도코일(20)을 모두 덮을 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이와 다른 방법으로는, 도 3c와 도 3d와 같이 복수개의 발열판들(50,51)로 구성되어 있고 이들을 위한 각각의 유도코일들(20,21)로 이루어질 수 있다. 발열판들(50,51)과 유도코일들(20,12)은 도 3c와 도 3d와 같이 하나의 발열판에 하나의 유도코일이 각각 위치하도록 구성될 수 있다.

또한 도 3c와 도 3d의 방법과 도 3a와 도 3b의 방법을 서로 조합하여 구성할 수도 있다. 상기 전원공급부(10)가 상기 유도코일들(20,21)에 교류전류를 선택적으로 공급하여 발열되는 면적은 바꿀 수 있다. 도 3에 나타낸 발열판들(50,51)과 유도코일들(20,21)은 편의를 위해서 사각형 형태로 그려졌으나 원형 형태 또는 그 외의 다른 형태들을 가질 수 있다. 또한 유도코일이 솔레노이드 형태로 감긴 경우는 도 3e와 같은 형태를 가질 수 있다. 유도코일과 판 또는 관 형태의 발열체가 복수개로 이루질 수 있다.

또한, 도 2의 유도가열 발열장치에서 주목할 것은 상기 유도코일(20)과 발열판(50) 사이의 간격이 너무 커지면 발열판(50)과 쇄교되는 교류자속(2)이 줄어들고, 따라서 발열효율도 감소하게 된다. 그러므로, 도 2에서 보인 것과 같이 본 발명에 의한 유도가열 발열장치는 유도코일(20)과 발열판(50) 사이에 단열재(60)를 더 포함하여 유도코일(20)과 발열판(50) 사이의 간격을 더 좁게 하여 발열효율을 높이는 동시에 발열판(50)에서 발생된 열부터 상기 유도코일(20)을 보호할 수 있도록 한다. 또한, 이와 달리 상기 유도코일(20)의 양면을 단열재로 모두 감싸서 유도코일(20)을 보호할 수도 있다.

상기 유도코일(20)은 리쯔선(litz wire)을 사용하고 상기 리쯔선은 그 자체에 맴돌이 전류(1)가 발생되는 것을 억제할 수 있도록 서로 꼬여있는 것일 수 있다.

상기 발열판(50)은 그 표면에 내식성(corrosion resistance)을 지닌 층을 더 포함할 수 있다.

더불어, 상기 발열판(50)은 원적외선 또는 음이온 또는 이 둘이 함께 방출되도록 세라믹 코팅 등과 같은 기능성 코팅을 더 포함할 수 있다.

상기 발열판(50)의 두께는 대부분의 자속이 발열판(50)과 쇄교하도록 표피두께의 0.8배보다 더 두껍게 하는 것이 바람직하다. 하지만 발열판(50)의 두께가 표피두께보다 너무 두꺼워지면 발열판(50)의 표면 중에서 유도코일(20)과 마주보는 표면에서만 주로 발열이 발생되고, 그 반대편의 발열판 표면, 즉 발열이 필요한 부분에서는 열이 발생되지 않게 되는 문제점이 발생하므로 발열판을 너무 두껍게 하지 않는 것이 좋다. 구체적으로 전체전력의 98%가 발열되는 두께인 표피두께의 3.1배 이하로 하는 것이 바람직할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 발열판(50)은 발열전력을 높이기 위해서 Fe, Co, Ni, Gd 등의 강자성체 또는 강자성체 합금으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 강자성체 합금은 Ni-Cr 합금 등의 Ni합금, 스테인리스나 퍼멀로이(permalloy)나 Fe-Co합금이나 알니코(alnico) 등의 Fe합금, Co함유 합금, 또는 Mn나 Cr함유 합금 등으로 이루어질 수 있다. 상기 합금들에 Si, Al, C, Mn, Cu, Cr, Mo, V, W 등의 원소들이 10% 이하로 더 포함될 수 있다.

그리고 상기 발열판(50)은 높은 발열효율을 가지기 위해서 작업온도 범위 내에서 강자성체인 것이 바람직하다. 또한, 상기 발열판(50)은 발열판(50)이 과열되는 것을 방지할 수 있도록 최대 작동온도 또는 최적의 작동온도 근처의 퀴리온도를 가진 재료일 수 있다.

판 또는 관 형태의 발광체는 최대 작동온도 또는 최적의 작동온도 근처의 퀴리온도를 가진 재료를 사용함으로써 과열을 방지하거나 최적의 발열온도를 유지할 수 있다. 즉 상기 발열체의 온도가 퀴리온도보다 더 높아지면 상기 발열체는 상자성체로 바뀌어 발열전력이 줄어들게 되어 발열체의 온도가 내려가게 되고, 다시 발열체의 온도가 퀴리온도 미만으로 내려가면 이제는 강자성체가 되어서 발열전력이 올라간다. 이런 원리에 의해서, 발열체의 온도를 퀴리온도 부근에서 거의 일정하게 유지시킬 수 있다.

또한, 상기 발열판(50)은 원하는 퀴리온도와 비투자율을 얻기 위하여 비정질 합금으로 이루어질 수 있다.

일반적으로 동일한 두께를 가진 강자성체에 교류자속의 주파수를 바꾸면서 유도가열을 할 경우 교류자속의 주파수가 낮으면 자기이력 손실이 더 크지만 일정한 주파수보다 더 높아지면 맴돌이전류 손실이 더 커진다고 알려져 있다. 물론 발열판의 재료에 따라 달라지지만 도체인 경우 주파수가 약 수십 kHz 이상이면 맴돌이전류 손실이 더 크다고 알려져 있다.

맴돌이전류 손실은 비투자율 등의 비선형성과 그 외의 여러 조건들에 따라서 큰 차이가 생긴다. 하지만 도체의 두께가 표피두께보다도 훨씬 두꺼운 경우, 맴돌이전류에 의한 발열전력은 수학식 2와 같이 주파수의 제곱근에 비례하여 증가한다고 알려져 있다.

여기서, ｋ는 비례상수, Ｎ은 유도코일이 감긴 횟수, ｉ는 전류, ρ는 1/σ로 전기 비저항, ｆ는 주파수를 나타낸다. 특히, 수학식 2에서 주목할 것은 맴돌이전류 손실에 의한 발열전력은 표피저항(또는 전기 비저항의 제곱근)에 비례하기 때문에 표피저항(또는 전기 비저항)의 영향이 매우 크다는 것이다. 구체적으로, 표2에 의하면 50kHz의 주파수에서 유도가열에 의한 철의 발열전력은 알루미늄에 비해서 137배만큼 크다. 즉, 알루미늄과 같이 표피저항이 대단히 작은 것은 맴돌이전류가 발생하더라도 발열전력이 작다.

다시 말하면, 맴돌이전류 손실에 의해서 높은 발열전력을 얻기 위해서는 일반적으로 도체의 전기 비저항은 높아야 한다. 도체의 전기 비저항을 높이는 일반적인 방법은 합금을 사용하는 것이다. 수학식 2에 의하면, 상기 발열판(50)은 높은 비투자율과 큰 비저항을 가진 강자성체 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이와 달리, 자기이력 손실에 의해서 발생되는 발열전력은 수학식3의 스테인메츠(Steinmetz)가 구한 경험식으로 구할 수 있다.

여기서 ｋ _ｈ 는 자기이력 상수이며, Ｂ는 도체표면에서의 자속밀도를 나타낸다. 만약 교류자속의 주파수가 낮을 경우 발열판은 맴돌이전류 손실이 큰 재료 대신에 자기이력 손실이 큰 재료가 사용할 수도 있을 것이다.

맴돌이전류 손실과 자기이력 손실에 의해 발생되는 유도가열에 의한 발열전력은 유도코일에 공급되는 교류전류의 주파수가 증가할수록 커진다. 따라서, 더 높은 주파수를 사용하면 더 큰 발열전력을 얻을 수 있고 동시에 전원공급부의 부피도 줄일 수 있는 이점이 있다.

본 발명에 의한 발열판은 도 4a에서 보는 것과 같이 쇄교하는 교류자속에 의해서 발열되는 발열층(50b)과 상기 발열층(50b)의 열을 전도하기 위한 전도층(50a)으로 구성될 수도 있다. 또한 도 4a의 상기 발열층(50b)과 전도층(50a)은 복수개로 이루어질 수 있다. 이때, 높은 발열효율을 얻기 위해서 상기 발열층(50b)은 높은 비저항과 높은 비투자율을 가진 강자성체 또는 강자성체 합금일 수 있다. 상기 전도층(50a)은 적은 열손실을 가지도록 상기 발열층(50b)에서 발생된 대부분의 열이 전도될 수 있는 재료를 사용할 수 있다. 이를 위해서 상기 전도층(50a)은 낮은 저항, 즉 열전도율이 큰 재료의 도체이고 두께가 얇은 것일 수 있다. 이와 같은 구조 는 솔레노이드형 유도코일을 위한 발열관에도 사용될 수 있다.

더불어, 본 발명에 의한 도 4b에서 도 4d는 평판형 유도코일을 사용할 경우 발열판(50)을 지지하기 위한 부도체 재료의 지지판(55)과 발열판의 형태를 보여준다. 표 2에서와 같이 비투자율이 큰 78퍼멀로이의 경우 교류전류의 주파수가 50kHz일 경우 표피두께가 2.85㎛로 너무 얇아지기 때문에 상기 발열판(50)을 지지하기 위한 지지판(55)이 더 포함될 수 있다.

도 4b에서 도 4c의 도면에서 보는 것과 같이, 본 발명에 의한 상기 발열판(50)은 상기 지지판(55)의 위 또는 홈에 위치할 수 있고, 또한 도 4d와 같이 청소 등의 편의를 위해서 지지판(55) 속에 위치할 수도 있다.

그리고 도 4e는 솔레노이드형 유도코일(20)의 경우 발열시키기 위한 발열관(53)과 이를 지지하기 위한 지지관(56)의 형태를 보여준다. 상기 발열관(53)은 속이 빈 관(pipe) 형태를 가지며 유도코일(20)은 최외각에 위치한 지지관(56) 외주에 감기게 된다. 솔레노이드형 유도코일의 경우 발열관(53)의 두께가 너무 얇아질 경우 도 4e에서와 같이 발열관(53)을 지지하기 위한 비자성체이고 부도체로 된 지지관(56)이 더 포함될 수 있다. 도 4e는 지지관(56)의 안쪽에 발열관(53)이 위치하나 도 4e와 달리 지지관(56)의 외부에 발열되는 발열관(53)이 위치할 수도 있다. 이 구조는 가열된 발열관 안으로 공기를 통과시켜서 공기를 데우는데 사용될 수 있을 것이다.

이와 함께, 도 5는 송풍기를 더 추가하여 공기를 가열하는 히터로 사용될 수 있는 발열판과 발열관의 구조를 보여준다.

본 발명에 의한 도 5a의 발열판과 도 5b의 발열관에서와 보는 것과 같이, 반지름이 다른 복수개의 발열판들 또는 발열관들이 서로 겹쳐 있을 수 있다. 도 5a에서는 두 개의 발열판들(50c,50d)이 두 개의 지지판들(55c,55d)에 의해서 각각 지지되고, 이 두 발열판들(50c,50d)이 서로 마주보고 있는 경우이다. 이때, 상기 발열판들(50c,50d)을 가열하기 위한 유도코일은 지지판들(55c,55d)의 외부에 하나 또는 양쪽에 두 개가 있을 수 있다. 만일 하나의 유도코일이 상기 지지판들(55c,55d)의 외부에 구비될 경우 상기 발열판들은 유도코일에서 발생된 교류자속이 상기 두 발열판들(50c,50d) 모두와 쇄교되어서 모두 발열되도록 하고 이때 발열판들의 총 두께는 표피깊이의 0.8배보다 더 두껍게 하여는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 도5c에서 보는 것과 같이 발열관(53)의 내부에 지지관(53)이 위치할 수 있다. 이 경우 발열관(53)의 외부에 부도체 재료의 외부관(59)을 더 추가하여 이 외부관(59)의 외주에 유도코일이 감기게 된다. 외부관(59)의 재료는 부도체인 것이 바람직하다. 또는 도5c에서 외부관(59) 대신에 도 5b에서 보인 발열관(53b)과 지지관(56b)이 위치하도록 하여 두 발열관들이 마주보도록 할 수 있다.

이와 같은 방법은 히터에서 공기를 데우는 용도로 유용하게 사용될 수 있을 것이며, 공기가 가열되는 면적을 증가시켜 주어 발열효율을 크게 높여줄 수 있다.

더불어, 도 5a에서 지지판들(55c,55d)의 양쪽 외부에 유도코일들을 구비하여 유도코일들에 의해 두 개의 발열판들(50c,50d)이 각각 가열될 수도 있다.

도 5b는 유도코일이 솔레노이드 형태로 감기는 발열관들(53a,53b)과 이들을 지지하기 위한 지지관들(56a,56b)의 모습을 보여준다. 이 경우 유도코일은 가장 바 깥쪽의 지지관(56b) 외주에 위치하고 이 유도코일에서 발생된 교류자속에 의해서 유도코일의 안쪽에 위치한 두 개의 발열관들(56a,56b)이 함께 가열된다. 이 때문에 교류자속이 두 발열관들(53a,53b)에 침투하여 상기 발열관들이 모두 가열될 수 있도록 발열관들의 두께를 조절하는 것이 바람직하다. 이와 같은 방법을 사용하면 발열판과 발열관의 전체 발열면적을 크게 증가시킬 수 있다.

그리고, 본 발명에 의한 도 6a와 도 6b에서 보인 것 같이 유도코일(20)에서 발생된 전자기파에 의한 전자파 장해를 방지하도록 고저항과 고투자율을 가진 페라이트 등의 자속차폐용 자성체가 더 포함될 수 있다. 이로서 불필요한 자속의 누설을 막고 전자파 장해(EMI, electromagnetic interference) 잡음을 감소시킴으로써 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 6a와 도 6b는 각각 평판형과 솔레노이드 형태의 유도코일이 사용될 경우 자속차폐용 자성체들의 간략화된 형태를 보여준다.

도 6a에서와 같이 유도코일(20)에서 발생된 교류자속(2)이 발열판(50)과 쇄교하여 발열판(50)에 맴돌이전류(1)가 발생되어 가열되며 이때 발생된 상기 교류자속(2)을 차폐하기 위한 자속유도용 자성체들(70,71)이 유도코일(20)을 외부로 감싸도록 한다.

도 6a의 경우, 두 개의 상기 자성체들(70,71)로 구성되지만 상기 자성체들(70,71)을 서로 연결하여 하나의 자성체로 이루어질 수도 있다. 금속 산화물인 페라이트(ferrite)는 대체로 전기저항이 매우 커서 맴돌이전류에 의한 전력손실이 적으므로 자속차폐용 자성체로 많이 사용되고 있다.

또한 도 6b는 솔레노이드형 유도코일(25)에서 사용될 수 있는 자속유도용 자성체들(72,73)을 보여준다. 상기 자성체들(72,73)은 발열관(53)의 양쪽 모서리들에서 상기 유도코일(25)을 외부로 감싸고 있다. 도 6에서 보인 모든 자속유도용 자성체들(70~73)은 사각막대 형태로 제작될 수 있고 복수개로 이루어질 수 있다.

위에서 언급한 내용은 아래의 유도가열을 이용한 발열장치 또는 발광장치의 실시예들에 적용될 수 있다.

(제1 실시예)

도 7은 본 발명에 의한 유도가열 발열장치(100)를 전기 레인지, 전기팬, 전기 그릴, 전기 구이기 또는 핫플레이트 등에 적용한 실시예를 나타낸다.

본 발명에 의한 유도가열 발열장치(100)는 교류전류를 발생시키는 전원공급부(10)와; 상기 교류전류가 흘러서 교류자속(2)을 발생시키는 평판형의 유도코일(20)과; 상기 교류자속(2)에 의해서 발생된 맴돌이전류(1)에 의해 가열되는 강자성체 또는 강자성체 합금으로 이루어진 발열판(50)과; 상기 유도코일(20)을 보호하기 위한 단열재(60)와; 상기 발열판(50)을 지지하는 상판(110)과; 상기 발열판(50)에서 발생된 열에 의해서 간접 가열되는 조리용 그릇(130)으로 구성된다.

도 7과 같이 유도코일(20)에 의해서 발생된 교류자속(2)에 의해서 상기 발열판(50)에 맴돌이전류(1)가 발생되어 상기 발열판(50)이 가열된다. 이때, 발생된 열에 의해서 상기 그릇(130)의 바닥면(131)이 데워져서 조리가 된다.

본 발명에 의한 유도가열 발열장치(100)는 상기 발열판(50)이 상기 그릇(130) 을 가열하여 음식을 조리하지만, 기존 유도가열 발열장치는 도1과 같이 그릇(130) 자체가 맴돌이전류에 의해서 가열된다는 차이점이 있다.

따라서, 도 1에서 보인 기존 유도가열 발열장치에 사용되는 그릇(130)은 도체이어야 한다는 단점을 가진다. 하지만, 본 발명에 의한 유도가열 발열장치(100)는 상기 발열판(50)에서 발생된 열에 의해서 그릇(130)이 가열되므로 부도체 재료를 포함한 모든 종류의 그릇들이 사용될 수 있으므로 폭넓은 범용성을 가진다.

이 경우 도 4b에서 도 4d에서 보인 지지판 대신에, 상기 상판(110)이 상기 발열판(50)을 지지하기 위한 지지판 역할을 대신하여 상기 발열판(50)은 상기 상판(110)의 표면, 홈 속 또는 상판(110) 속에 삽입될 수도 있으며, 또한 상기 발열판이 상판(110)과 일체형으로 구성될 수도 있다.

본 발명에 의한 유도가열 발열장치(100)는 사용자가 발열판(50)의 온도를 쉽게 알 수 있도록 발열판(50)의 온도를 측정하기 위한 온도센서와 온도 표시장치를 더 포함할 수 있다.

(제2 실시예)

도 8a와 도 8b는 본 발명에 의한 유도가열 발열장치(200)를 전기냄비 또는 전기밥솥 등에 적용한 실시예를 나타낸다.

도 8의 유도가열 발열장치(200)는 도 7과 같은 기본구성으로 이루어진다.

도 8a와 도 8b의 경우 발열판(50)에서 발생된 열에 의해서 그릇(230)의 바닥면(231) 또는 옆면(232) 또는 두 부분이 모두 다 가열되어 조리가 된다.

이때, 도 8a의 유도코일(20)은 나선(spiral)형태 등의 평판 형태를 가지지만 도8(b)의 유도코일(25)은 발열관(53)의 외주에 솔레노이드 형태로 감긴다. 또는 옆면에 평판형의 유도코일이 위치할 수도 있다. 즉, 한 개 이상의 발열판이 옆면에 위치하고 하나이상의 유도코일이 지그재그형 또는 나선형으로 구성된 평판형태를 가질 수도 있다. 그리고 모든 실시예들에서 옆면에 사용되는 솔레노이드 형태는 평판 형태로 대체될 수도 있다. 옆면에 평판형태의 유도코일이 구비될 때 발열판은 평판 또는 휘어진 판 또는 오목한 판 등 여러 형태의 판이 사용될 수 있다.

(제3 실시예)

도 9는 본 발명에 의한 유도가열 발열장치(300)를 전기오븐 등에 적용한 실시예를 나타낸다.

도 9a의 유도가열 발열장치(300)는 도 7과 같은 기본구성으로 이루어지며 발열판(50)에서 발생된 열에 의해서 선반(330)이 가열된다.

상기 발열판(50)은 열의 전도 또는 대류에 의해서 상기 선반의 바닥면(330)을 데워서 요리가 된다. 더불어, 도 9b와 같이 옆면에 솔레노이드형 유도코일(20)과 발열관(53)이 더 포함될 수 있다. 솔레노이드형 유도코일은 제3 실시예에서와 같이 평판형으로 구성될 수도 있다.

그리고, 본 발명에 의한 상기 유도가열 발열장치(300)는 그 내부에 송풍기를 더 포함하여 열풍으로 조리를 할 수도 있다. 또한 상기 유도가열 발열장치(300)는 수증기를 발생시켜서 수증기에 의해서 요리가 되는 것 일 수 있다.

(제4 실시예)

도 10의 본 발명에 의한 유도가열 발열장치(400)는 물을 데우기 위한 전기보일러 또는 전기 순간온수기 또는 가습기 또는 전기포트 등에 적용될 수 있는 실시예를 보여준다. 기본구성은 도 7과 같으며 발열판(50)에서 발생된 열에 의해서 물(410)이 담긴 수조 또는 그릇(430)이 가열되어 물이 데워진다.

도 10과 같이 유도코일(20)에서 발생된 교류자속에 의해서 상기 발열판(50)이 가열되고 이 열에 의해서 수조(430) 또는 그릇(430)의 바닥면(431)이 가열되어 물이 데워진다.

도 10의 경우 평판형 유도코일과 발열판이 사용되었으나, 솔레노이드형 또는 평판형의 유도코일이 옆면을 가열할 수도 있다.

본 발명에 의한 전기 순간온수기는 샤워용, 싱크대용 또는 목용용 등에 사용될 수 있다.

(제5 실시예)

도 11의 본 발명에 의한 유도가열 발열장치(500)는 음식물 또는 물체 등을 자동화한 가열방법을 보여주는 실시예이다. 도 11의 경우, 도 7의 기본구성에 가열되는 음식물 또는 물체(550)가 담긴 그릇(530)을 운반하는 이동수단(520,510)이 더 포함된다. 상기 이동수단(520,510)에 의해서 이동하는 그릇(530)은 일정시간동안 발열판(50)에서 발생된 열에 의해서 가열된다. 도 11에서 보인 상기 이동수단은 원 형의 회전체(510)와 그릇(530)을 지지하기 위한 지지대(520)로 이루어져 있다. 구체적으로, 상기 지지대(520)는 양쪽에 그릇(530)을 걸어놓을 수 있도록 이루어져서 상기 발열판(50)이 상기 그릇(530)을 가열할 수 있도록 할 수 있다. 이와 달리, 이동수단에 의해서 발열판이 움직이거나 또는 발열판과 가열될 물체가 함께 움직일 수도 있다.

도 11의 유도가열 발열장치에 송풍기를 더 포함하여 상기 발열판(50)이 공기를 가열하고 이 가열된 공기에 의해서 음식물 또는 물체가 건조될 수도 있다. 또한 상기 발열판(50)이 물을 가열하여 수증기를 발생시키고 이 수증기로 음식물 또는 물체를 가열할 수도 있을 것이다.

(제6 실시예)

본 발명에 의한 도 12a에서 도 12c의 유도가열 발열장치(600)는 교류전류를 발생시키는 전원공급부(10)와; 상기 교류전류가 흘러서 교류자속을 발생시키는 리쯔선을 사용한 유도코일(20)과; 상기 자속에 의해서 발열되고 발열효율을 높이기 위해서 강자성체 또는 강자성체 합금으로 이루어진 발열판(50)과; 전자파 장해를 방지하기 위한 페라이트 등의 고저항과 고투자율을 가진 자속차폐용 자성체(미도시)와; 상기 발열판(50)에서 발생된 열로부터 유도코일(20) 등을 보호하기 위한 단열재(60)로 구성되고,

높은 발열효율을 얻을 수 있도록 상기 발열판(50)의 두께는 표피두께의 0.8배보다 더 두꺼워서 대부분의 자속이 상기 발열판(50)과 쇄교하고 동시에 발열판(50) 은 최대 작동온도보다 더 높은 퀴리온도를 가진 물질로 이루어지며, 상기 발열판(50)은 발열되는 면적을 쉽게 바꿀 수 있도록 각각 하나 이상의 상기 발열판들 또는 유도코일들로 구성되어 각각의 유도코일들에 전력이 분리되어 공급될 수 있는 것을 특징으로 한다. 도 12에는 편의를 위해서 상기 자속유도용 자성체를 나타내지 않았다.

도 12a에서 도 12c에 보인 본 발명에 의한 유도가열 발열장치(600)는 열선을 이용하는 기존 발열체 대신에 유도가열에 의해서 가열되는 발열판(50)이 사용되며, 이 발열판(50)에서 발생된 복사열을 이용한다. 즉, 기존 히터들은 선 형태의 열선을 사용하지만 상기 발열판(50)은 판 형태의 면 발열체를 사용한다. 이 때문에, 상기 발열판(50)은 기존 열선들에 비해서 단위 면적당 더 많은 열을 발산할 수 있으므로 제품의 크기를 더 작게 만들 수 있고 또한 단선으로 고장이 생길 가능성이 낮다는 장점을 가진다.

또한 도 12b와 도 12c에서와 같이 송풍기(610)를 더 추가하여 차가운 공기를 가열된 발열판 또는 발열관의 사이로 강제로 통과시켜서 이 가열된 공기(630)를 외부로 배출하여 실내온도를 조절할 수 있다. 상기 발열판(50) 또는 발열관(53)은 도 4b에서 도 4e에서 보인 것과 같이 지지판(55)에 의해서 지지될 수도 있다. 또한 발열판과 발열관은 도 4a와 같은 구조를 가질 수 있다. 그리고 도5에서 보인 구조를 발열체로 사용하면 발열되는 면적과 발열효율을 크게 증가시킬 수 있다. 도 12에서는 평판형 유도코일인 경우를 나타내고 있지만 도 5b와 도 5c와 같은 발열관과 솔레노이드형 유도코일이 사용될 수도 있다.

(제7 실시예)

도 13a에서 도 13d까지는 본 발명에 의한 또 다른 유도가열 발열장치(700)를 보여준다. 본 발명에 의한 유도가열 발열장치(700)는 선풍기형 전기히터로 사용될 수 있으며, 발열체로 기존의 열선이 아닌 유도가열에 의해서 발열되는 발열판(50)이 사용된다. 유도가열 발열장치(700)는 도 12에서 보인 기본구성에 반사판들(710,720)이 더 포함된다.

더 구체적으로, 본 발명에 의한 유도가열 발열장치(700)는 기존의 열선을 사용하는 선풍기형 히터와 달리, 유도가열에 의해서 발열되는 평판형 발열판(50)을 더 구비하고 있으며 상기 발열판(50)과 마주하는 전면 보호망(780)의 중앙부분에 볼록한 사발모양의 앞 반사판(710)이 더 포함되어 있어서 상기 발열판(50)에서 발생된 복사열(701)이 앞 반사판(710)에 의해서 반사되고 다시 오목한 형태의 뒤 반사판(720)에 의해서 반사된 복사열(701)이 사용자에게 공급된다. 반사판들(710,720)의 재료는 도체인 것이 바람직하다.

또한 도 13c와 같이 송풍기(730)를 더 포함하여 상기 발열판(50)에서 복사열(701)이 방사되는 동시에 입구(750)에서 들어온 공기를 송풍기(730)를 사용해서 가열하고 이 가열된 공기(702)에 의해서 실내의 온도를 조절할 수 있다.

또한 온풍을 얻기 위해서 도 13d와 같이, 단지 온풍만을 위한 발열판(51)과 유도코일(21)과 송풍기(630)를 더 포함하여 가열된 공기에 의해서 실내 온도를 조절하는 기능을 가지도록 할 수 있다. 도 13d의 경우 온풍을 위한 발열판(51)과 유 도코일(21)과 송풍기(730)의 위치는 선풍기형 히터(700)의 머리 부분 또는 그 외의 부분에도 위치할 수 있다.

(제8 실시예)

도 14는 본 발명에 의한 다른 유도가열 발열장치(800)를 보여준다. 도 14a에서 도 14c까지의 유도가열 발열장치(800)는 도 13의 발열장치(800)와 같은 기본구성으로 이루어진다. 도 13과 같이 도 14에서도 발열판(50)에서 발생된 복사열(801)이 첫 번째 반사판(810)에서 두 번째 반사판(820)으로 반사되고 이것이 사용자에게 공급된다.

도 14c에서와 같이, 상기 반사판들(810,820)은 평면형 또는 오목하거나 볼록한 형태를 가질 수 있다.

(제9 실시예)

앞의 유도가열 발열장치의 실시예들과 달리, 아래는 유도가열을 이용한 일반적인 유도가열을 이용한 발광장치에 관한 것이다. 기존 발광장치는 필라멘트에 전류를 흘려서 발광이 되지만, 유도가열 발광장치는 교류자속에 의해서 가열되어 발광하는 발광판이 사용된다. 본 발명에 의한 유도가열 발광장치는 텅스텐 선을 이용한 기존의 선 발광체와 달리 평면형태의 발광이 가능하다는 큰 장점을 가진다.

본 발명에 의한 유도가열 발광장치(900)는 교류전류를 공급하기 위한 전원공급부(910)와; 교류전류가 흘러서 교류자속을 발생시키는 유도코일(920)과; 상기 교 류자속에 의해서 가열되어 발광하는 발광판(950)과; 상기 발광판(950)에 발생된 열로부터 상기 유도코일(920) 등을 보호하기 위한 단열수단(960)으로 구성된다.

상기 유도가열 발광장치(900)는 석영이나 유리 등의 재료로 된 유리관(930)이 더 포함될 수 있다.

전원공급부(910)에서 공급되는 교류전류의 주파수가 너무 높아져서 상기 발광판(950)의 두께가 너무 얇아질 경우, 상기 발광판(950)을 지지하기 위한 지지구조(미도시)를 더 포함하고 상기 발광판(950)은 상기 지지구조에 의해서 지지될 수 있다. 상기 지지구조와 발광판은 도 4b와 도 4c와 같은 구조일 수 있다. 또한 상기 지지구조는 유리관의 일부일 수 있다.

상기 발광판(950)의 발광되는 면적을 쉽게 바꿀 수 있도록, 상기 발광판(950)과 유도코일(920)은 도 3과 같이 각각 하나 이상으로 구성되고 각각의 유도코일(920)에 전력이 분리되어 공급될 수도 있다.

상기 유도코일(920)과 발광판(950) 사이의 간격을 좁게 하여 유도코일(920)에서 발생된 대부분의 교류자속이 상기 발광판(950)과 쇄교하여 높은 발광효율을 얻을 수 있도록 단열수단(960)은 최대한 얇게 만드는 것이 바람직하다. 상기 단열수단(960)에는 공기를 가두어 공기를 단열재로 사용할 수도 있고 복사열을 반사하기 위한 얇은 반사판이 포함될 수도 있다.

유도가열 발광장치(900)는 도 6과 같이 전자파 장해를 방지하기 위한 페라이트 등의 자속차폐용 자성체(미도시)를 더 포함하여 상기 자성체가 상기 유도코일(920)을 외부로 감싸도록 하여 자속을 차폐할 수 있다.

표 3은 텅스텐과 대표적인 강자성체들의 녹는점을 보여준다. 텅스텐의 녹는점은 3422℃이지만, 강자성체인 코발트의 녹는점은 1495℃로 발광판으로 사용하기에는 녹는점이 너무 낮다. 이는 백열전구의 경우 보통 2500℃ ~ 2700℃에서 최적의 백색광을 얻을 수 있기 때문이다. 따라서, 상기 발광판(950)은 녹는점이 높은 텅스텐, 또는 텅스텐 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.

발열판(950)은 높은 발열효율을 얻기 위해서 강자성체일 수 있지만, 강자성체의 퀴리온도가 최적의 백색광을 얻을 수 있는 온도인 약 2500℃보다 훨씬 낮으므로 녹는점이 높은 금속과의 합금으로 퀴리온도를 더 높이는 것이 바람직하다. 상기 발광판(950)의 재료는 더 구체적으로 철, 니켈, 코발트 등의 강자성체와 녹는점이 높은 텅스텐과의 합금으로 이루어질 수 있다. 텅스텐 합금에는 Si, Al, C, Mn, Cu, Cr, Mo, V, W 등의 원소들이 소량 더 포함될 수 있다.

상기 발광판(950)은 작동온도 범위 내에서 강자성체를 유지하는 것이 바람직하다. 또한 발광을 위한 최대 작동온도 또는 최적의 작동온도 근처의 퀴리온도를 가진 재료를 사용하여 과열을 방지하거나 최적의 발광온도를 유지할 수 있다. 일정한 온도를 유지하기 위한 원리는 앞에서 언급한 발열을 위한 발열체와 같다.

상기 발광판(950)은 높은 온도에서 증발되는 것을 줄이기 위해서 도 4a와 같이 상기 발광판의 표면에 녹는점이 높은 텅스텐 등의 코팅이 더 포함될 수 있다.

상기 발광판(950)은 고온에서 발광판이 변형되는 것을 방지하기 위해 알루미나, 산화규소, 산화칼륨 등이 더 포함될 수 있다.

상기 발광판(950)의 두께는 표피두께의 0.8배보다 더 두껍게 하여 대부분의 자속이 상기 발광판과 쇄교하도록 하는 것이 바람직하다. 그러나 표피 두께의 0.8배보다 얇게 만들 수도 있다.

상기 발광판(950)의 표면에는 고온에서 열전자를 방출하기 위한 바륨 등의 산화물이 더 포함되어 있는 것일 수 있고 또한 상기 유리관(930) 내벽에 형광물질이 더 도포되어 있을 수 있다.

상기 발광판(950)은 평면 형태를 가지며 목적에 따라서 기다란 판 모양이나 동그란 원형 또는 하트 모양 등을 가질 수 있다. 또한 목적에 따라서 발열판의 형태를 오목하거나 볼록하게 제작될 수도 있다.

상기 유리관(910)이나 상기 발광판(950)에는 냄새를 없애거나 공기를 정화하기 위해서 전자를 방출시키는 물질 등이 더 포함될 수 있다.

상기 유도코일(920)로는 리쯔선을 사용하고 상기 리쯔선은 그 자체에서 맴돌이 전류가 발생되는 것을 억제하도록 서로 꼬여있는 것일 수 있다.

상기 전원공급부(910)는 고효율, 초소형, 경량화를 위한 반도체(MOSFET, IGBT 등) 방식의 인버터 회로가 내장될 수 있다. 또한 전원공급부(910)는 효율이 좋은 공진형 전원이 사용될 수 있다.

상기 전원공급부(910)의 부피를 더 줄이고 공급전력을 높이기 위해서 전원공급부(910)는 높은 주파수를 가질 수 있다. 구체적으로, 10kHz 이상의 주파수를 가질 수 있다.

본 발명에 의한 유도가열 발광장치(900)는 도 15a와 도 15b에서와 같이 교체가 가능한 전구 또는 형광램프로 제작될 수 있으며, 상기 전구와 형광램프는 유리관(930)과 상기 발광판(950)으로 구성되거나 또는 이것들에 유도코일(920)이 더 포함되어 구성될 수 있다. 또한, 이것들에 단열수단(960)이 더 포함될 수 있다.

도 15a에 보인 전구는 유리관(930)과 발광판(950)과 단열수단(960)과 유도코일(920)로 구성되어 있고, 전원공급부(910)는 전구의 외부에 구비되어 있다. 하지만, 전원공급부(910)도 전구에 더 포함될 수 있을 것이다. 그리고, 도 15b에 보인 전구는 유리관(930)과 유도코일(920)로 구성되고 나머지 구성요소들은 전구 외부에 위치한다. 더불어, 도 15에서 단열수단(960)은 전구에 포함되거나 또는 전구의 외부 또는 전구와 전구 외부에 모두 포함될 수도 있다.

상기 유리관(930)의 내부에는 소량의 가스를 더 주입하여 고유의 색을 내도록 할 수 이으며 상기 가스는 아르곤, 질소, 크립톤 또는 나트륨, 수은 등일 수 있다.

본 발명에 의한 유도가열 발광장치(900)에는 발광판(950)에서 발생된 빛을 반사하기 위한 반사판(970)이 전구의 외부 또는 내부에 더 포함될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예들 및 첨부된 도면들에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의한 유도가열을 이용한 발열장치는 추가된 발열판이 발열되므로 기존 방식과 달리 그릇이 도체이어야 한다는 제약으로부터 벗어날 수 있어서 다양한 용도에 사용될 수 있는 것이고, 발열판을 더 포함하고 있어서 가열되는 물질의 투자율을 감지하여 출력전력을 조절할 필요가 없으므로 전원회로가 단순하고 이로서 제품의 가격을 낮출 수 있는 것이며,

저항을 이용한 기존 장치들보다 에너지 변환효율이 좋아서 소비전력을 줄일 수 있는 것이고, 또한 산소를 소비하지 않아 유해한 연소가스가 발생하지 않으므로 쾌적하고 깨끗한 실내 환경을 유지할 수 있는 것이다.

그리고, 본 발명에 의한 유도가열을 이용한 발광장치는 필라멘트를 사용하는 기존의 선 형태가 아닌 발광판에 의한 면 형태이므로 발광효율이 좋아질 뿐 아니라 발광판을 소비자가 원하는 다양한 형태로 제작할 수 있는 것이고, 면 형태의 발광판을 사용하므로 기존 필라멘트 선에서 발생되는 증발에 의한 단선 현상을 막을 수 있어서 훨씬 더 긴 사용시간을 갖는다.

Claims

교류전류를 공급하는 전원공급부와; 상기 교류전류가 흘러서 교류자속을 발생시키는 유도코일과; 상기 교류자속에 의해서 발열되며 발열효율이 높은 강자성체 또는 강자성체 합금으로 이루어진 판 또는 관 형태의 발열체를 구비하며,

상기 발열체는 최대 작동 온도보다 더 높은 퀴리 온도를 가진 물질로 이루어지되,

상기 발열체는 그 두께가 대부분의 자속이 상기 발열판과 쇄교하여서 높은 발열 효율을 얻을 수 있도록 표피두께의 0.8배보다 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발열장치.
제 1항에 있어서,

상기 발열체 중에서 판 형태의 발열판에 의해서 간접 가열되는 고체판을 더 포함하며,

상기 발열판은 평판(plate), 오목한 또는 볼록한 판, 휘어진 판 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유도 가열을 이용한 발열 장치.
제 1항에 있어서,

상기 발열체 및 유도코일은 다수의 셀로 나뉘어 전원공급부의 선택적인 전력공급에 따라 발열면적이 달라지는 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발열장치.
제 1항에 있어서,

상기 발열체를 지지하기 위한 부도체 재료의 판 또는 관 형태의 지지구조 또는 판 형태의 상판을 더 포함하며,

상기 발열체는 상기 지지구조 또는 상판에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발열장치.
삭제
제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서,

상기 발열체가 발열판인 경우,

상기 발열판은 다수개의 판이 겹쳐진 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발열장치.
제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서,

상기 발열체가 발열관인 경우,

상기 발열관은 서로 다른 직경을 갖는 다수개의 관이 동심원 형태로 겹쳐지는 것을 특징으로 하는 유도 가열을 이용한 발열 장치.
제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서,

상기 발열체의 강자성체 합금은 Si, Al, C, Mn, Cu, Cr, Mo, V, W 등의 원소가 더 포함되며, 그 함유량이 10% 이하인 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발열장치.
제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서,

상기 발열체는 발열을 위한 하나 이상의 발열층과,

상기 발열층에서 발생될 열을 전도하기 위한 하나 이상의 전도층을 구비하는 것을 특징으로 하는 유도 가열을 이용한 발열 장치.
제 9항에 있어서,

상기 발열층은 높은 저항과 높은 비투자율을 가진 강자성체 또는 강자성체 합금으로 이루어지며,

상기 전도층은 낮은 저항과 비자성체의 도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유도 가열을 이용한 발열 장치.
제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서,

상기 유도코일에서 발생된 전자파에 의한 전자파 장해를 방지하기 위해서 고저항과 고투자율을 가진 페라이트 등의 재료로 된 하나 이상의 자속차폐용 자성체들을 더 포함하며,

상기 자속 차폐용 자성체는 상기 유도코일을 외부로 감싸도록 하여 자속이 차폐되는 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발열장치.
제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서,

상기 발열체에서 발생된 열로부터 유도코일 등을 보호하기 위한 단열재가 더 포함된 것을 특징으로 하는 유도가열 발열장치.
제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서,

상기 유도코일은 리쯔선을 사용하고 상기 리쯔선은 그 자체에서 맴돌이 전류가 발생되는 것을 억제할 수 있도록 서로 꼬여있는 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발열장치.
제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서,

상기 발열체는 원하는 퀴리온도와 비투자율을 얻기 위하여 비정질의 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발열장치.
제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서,

상기 발열체는 원적외선 또는 음이온 또는 이 둘이 함께 방출되도록 세라믹 코팅 등과 같은 기능성 코팅을 더 포함한 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발열장치.
제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서,

송풍기를 더 포함하여 가열된 상기 발열판에 의해서 강제로 공기를 가열시키는 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발열장치.
제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서,

상기 발열체가 음식물 또는 물 등의 물체를 가열하거나 또는 물을 가열하여 수증기를 발생시키는 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발열장치.
제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서,

상기 가열체 또는 가열하기 위한 물체 또는 음식물 등을 이동시키기 위한 이동수단을 더 포함하고 상기 발열체에서 발생된 열 또는 열풍 또는 수증기에 의해서 이동하는 물체 또는 음식물 등이 가열되는 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발열장치.
제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서,

상기 발열체에 의해서 발생된 복사열을 사용자에게 공급하거나 또는 상기 발열체에 의해서 공기가 가열되고 이 가열된 공기로 실내 온도가 조절되는 히터, 온풍기 등 인 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발열장치.
제 19항에 있어서,

상기 발열체에서 발생된 복사열을 반사하기 위한 하나 이상의 반사판을 더 포함하고, 상기 반사판은 평면형 또는 오목하거나 또는 휘어진 형태인 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발열장치.
교류전류를 공급하기 위한 전원공급부와; 상기 교류전류가 흘러서 교류자속을 발생시키는 유도코일과; 상기 교류자속에 의해서 가열되어 발광되는 발광판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발광장치.
제 21항에 있어서,

상기 발광판 및 유도코일은 다수의 셀로 나뉘어 전원공급부의 선택적인 전력공급에 따라 발광면적이 달라지는 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발광장치.
제 21항에 있어서,

교류자속의 주파수가 높아서 상기 발광판의 두께가 너무 얇아질 경우 상기 발광판을 지지하기 위한 지지구조를 더 포함하며,

상기 발광판이 상기 지지구조에 의해서 지지되는 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발광장치.
제 21항에 있어서,

상기 발광판에 발생된 열로부터 상기 유도코일 등을 보호하기 위한 단열수단을 더 포함한 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발광장치.
제 21항에 있어서,

상기 유도코일에서 발생한 전자파 장해를 방지하기 위한 페라이트 등의 자속차폐용 자성체를 더 포함하여 상기 자성체가 상기 유도코일을 외부로 감싸도록 한 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발광장치.
제 21항에 있어서,

상기 발광판의 재료는 녹는점이 높은 텅스텐 또는 텅스텐 합금, 그리고 발광효율이 높은 강자성체 합금, 강자성체와 텅스텐의 합금 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발광장치.
제 26항에 있어서,

상기 발광판은 최적의 발광온도를 유지하거나 발광판의 과열을 방지하기 위해서 발광을 위한 최대 작동온도 근처 또는 최대 작동온도보다 더 높은 퀴리온도를 가진 재료인 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발광장치.
제 26항에 있어서,

상기 발광판의 두께는 대부분의 자속이 상기 발광판과 쇄교하도록 표피두께의 0.8배보다 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발광장치.
제 26항에 있어서,

상기 발광판이 높은 온도에서 증발되는 것을 줄이기 위해서 상기 발광판의 표면에 얇은 텅스텐 코팅이 더 포함된 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발광장치.
제 26항에 있어서,

상기 발광판은 평면 형태를 가지며 목적에 따라서 기다란 판, 원형, 또는 하트 모양 등인 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발광장치.
제 21항에 있어서,

상기 유도코일로는 리쯔선을 사용하고 상기 리쯔선은 그 자체에서 맴돌이 전류가 발생되는 것을 억제하도록 서로 꼬여있는 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발광장치.
제 21항에 있어서,

상기 고주파 전원공급부는 고효율, 초소형, 경량이고 저가격인 반도체 소자를 사용한 인버터 회로를 내장한 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발광장치.
제 21항에 있어서,

빛을 반사하기 위한 빛 반사판을 더 추가한 것을 특징으로 하는, 유도가열 발광장치.
제 21항 내지 33항 중 어느 한 항에 있어서,

석영이나 유리 등의 재료로 된 유리관을 더 포함한 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발광장치.
제 34항에 있어서,

상기 유리관 안에는 발광을 돕거나 또는 상기 발광판을 보호하기 위한 가스가 더 주입된 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발광장치.
제 34항에 있어서,

상기 발광판의 표면에는 고온에서 열전자를 방출하기 위한 금속산화물 등이 더 포함되어 있고, 유리관의 표면에는 형광물질이 더 도포된 것을 특징으로 하는 유도가열을 이용한 발광장치.