가정용 또는 상업용으로 사용되는 조리 기구는 열원을 얻기 위해 사용하는 에너지원에 따라서 가스 가열 조리 기구와 전기 가열 조리 기구로 나뉜다. 가스 가열 조리 기구는 전기 가열 조리 기구 보다 상대적으로 가격, 화력 면에서는 우수하지만 폭발, 가스누출 및 가스를 공급하기 위한 ...
가정용 또는 상업용으로 사용되는 조리 기구는 열원을 얻기 위해 사용하는 에너지원에 따라서 가스 가열 조리 기구와 전기 가열 조리 기구로 나뉜다. 가스 가열 조리 기구는 전기 가열 조리 기구 보다 상대적으로 가격, 화력 면에서는 우수하지만 폭발, 가스누출 및 가스를 공급하기 위한 인프라 구축의 문제점이 있다. 전기 가열 조리 기구는 가스 가열 조리 기구의 문제점을 해결하여 국내 및 해외에서 사용이 증가하고 있다.
전기 가열 조리 기구에는 크게 열선 가열 조리기구와 유도가열조리기구로 나뉠 수 있다. 열선 가열 조리 기구의 경우 저항선을 이용하여 조리 용기를 가열하는 방식으로 에너지 변환 손실이 크고 소모 전력이 증대하는 단점이 있어 가정용으로 공급되는 전력으로는 최대출력의 한계가 있다. 또한 저항선의 온도 상승에 의하여 화재 및 사고의 위험성이 존재하고 있다. 반면에 유도 가열 조리기구는 와전류에 의한 전력 변환 공급으로 화재의 위험성이 없으며, 전력변환 효율도 열선가열조리기구보다 우수한 특성을 갖는다[1].
유도가열 기술은 산업 전반에 걸쳐 폭 넓게 사용되는 기술로 근본이 되는 원리는 1831년 패러데이(Faraday)에 의해서 발견된 전자기 유도현상이다. 유도가열 방식은 종래의 연소에 의한 발열방식이나 다른 전기가열 방식과 비교하여 가열효율이 높아 경제적이고, 온도에 대한 신속한 응답성으로 인하여 시스템의 워밍업 등에 수반되는 열 손실을 줄일 수 있다. 또한 출력온도 제어의 용이성 및 안전성이 뛰어나고, 배출가스 등의 오염물질 발생이 없어 위생적이고 청결한 장점을 가지고 있어 산업 현장의 여러 분야에 응용되고 있다. 유도가열 방식은 발열체와 유체이동에 의한 열교환이 이루어지며 기체, 액체 등을 높은 온도까지 가열할 수 있는 장점이 있다. 이러한 방식은 구조를 간단하게 할 수 있을 뿐만 아니라 기존 전기가열방식과 비교할 때 사용상 제약이 적다.
유도가열 기술은 전력용 반도체 소자의 스위칭 회로기술을 기본으로 하여 고속화, 대용량화로 발전함에 따라 공진형 인버터개발과 더불어 지속적으로 향상되고 있다. 산업용 유도가열장치는 큰 출력을 요구하므로 출력과 스위칭 주파수 면에서 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor)가 적합하며 10[kHz]이상의 고주파로 스위칭 할 경우에는 보편적으로 전압형 인버터가 안정성 면에서 적합하다[2].
하지만 가정용 유도 가열 조리 기구의 경우 조리 용기의 크기, 재질, 모양이 각각 다르고 조리 용기와 가열 코일의 위치 또한 설계된 시스템과는 다른 위치에 존재한다. 이때 부하의 용량, 스위칭 주파수, 공진 주파수 등 실제 사용되는 파라미터는 설계된 파라미터와 다르게 되어 가정의 사용자는 설계된 용량, 효율 만큼 사용하지 못하게 된다. 이러한 문제점으로 인하여 가정용 조리 기구의 선택에서 다른 조리 기구에 비하여 선택도가 낮은 단점을 가지고 있다.
본 논문에서는 유도 가열 조리 기구의 문제점인 가열코일과 가열부하의 이격거리 변화에 따른 특성을 분석하였다. 즉, 기존의 고정주파수 방식의 유도가열기의 문제점인 이격거리 변화시 가열시간, 입력전류, 효율의 변화를 실험 및 결과를 통하여 확인하며 이를 해결하기 위한 방법으로 가변주파수 방식의 유도 가열 기구를 설계 및 제작하여 이격거리 변화시 가열시간, 입력전류, 효율의 변화를 실험 및 비교하여 새로운 방식의 유도 가열 기구의 가열방식을 제안한다. 또한 온도분포, EMI(Electro Magnetic Interference)특성을 비교․분석하며 이상전압, 내부고장, 가열부하의 문제점 등으로 발생되는 상황을 미연에 방지하는 보호시스템을 구성하여 유도 가열 기구를 사고로부터 보호 할 수 있게 설계하였다.
본 논문은 제 Ⅰ장 서론, 제 Ⅱ장 관계이론에 대하여 기술하였다. 그리고 제 Ⅲ장은 유도가열기 설계 및 구성을 Ⅳ장은 실험 및 결과를 검토하였다. 마지막으로 Ⅴ장에서 본 논문의 결론을 제시하였다.
가정용 또는 상업용으로 사용되는 조리 기구는 열원을 얻기 위해 사용하는 에너지원에 따라서 가스 가열 조리 기구와 전기 가열 조리 기구로 나뉜다. 가스 가열 조리 기구는 전기 가열 조리 기구 보다 상대적으로 가격, 화력 면에서는 우수하지만 폭발, 가스누출 및 가스를 공급하기 위한 인프라 구축의 문제점이 있다. 전기 가열 조리 기구는 가스 가열 조리 기구의 문제점을 해결하여 국내 및 해외에서 사용이 증가하고 있다.
전기 가열 조리 기구에는 크게 열선 가열 조리기구와 유도가열조리기구로 나뉠 수 있다. 열선 가열 조리 기구의 경우 저항선을 이용하여 조리 용기를 가열하는 방식으로 에너지 변환 손실이 크고 소모 전력이 증대하는 단점이 있어 가정용으로 공급되는 전력으로는 최대출력의 한계가 있다. 또한 저항선의 온도 상승에 의하여 화재 및 사고의 위험성이 존재하고 있다. 반면에 유도 가열 조리기구는 와전류에 의한 전력 변환 공급으로 화재의 위험성이 없으며, 전력변환 효율도 열선가열조리기구보다 우수한 특성을 갖는다[1].
유도가열 기술은 산업 전반에 걸쳐 폭 넓게 사용되는 기술로 근본이 되는 원리는 1831년 패러데이(Faraday)에 의해서 발견된 전자기 유도현상이다. 유도가열 방식은 종래의 연소에 의한 발열방식이나 다른 전기가열 방식과 비교하여 가열효율이 높아 경제적이고, 온도에 대한 신속한 응답성으로 인하여 시스템의 워밍업 등에 수반되는 열 손실을 줄일 수 있다. 또한 출력온도 제어의 용이성 및 안전성이 뛰어나고, 배출가스 등의 오염물질 발생이 없어 위생적이고 청결한 장점을 가지고 있어 산업 현장의 여러 분야에 응용되고 있다. 유도가열 방식은 발열체와 유체이동에 의한 열교환이 이루어지며 기체, 액체 등을 높은 온도까지 가열할 수 있는 장점이 있다. 이러한 방식은 구조를 간단하게 할 수 있을 뿐만 아니라 기존 전기가열방식과 비교할 때 사용상 제약이 적다.
유도가열 기술은 전력용 반도체 소자의 스위칭 회로기술을 기본으로 하여 고속화, 대용량화로 발전함에 따라 공진형 인버터개발과 더불어 지속적으로 향상되고 있다. 산업용 유도가열장치는 큰 출력을 요구하므로 출력과 스위칭 주파수 면에서 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor)가 적합하며 10[kHz]이상의 고주파로 스위칭 할 경우에는 보편적으로 전압형 인버터가 안정성 면에서 적합하다[2].
하지만 가정용 유도 가열 조리 기구의 경우 조리 용기의 크기, 재질, 모양이 각각 다르고 조리 용기와 가열 코일의 위치 또한 설계된 시스템과는 다른 위치에 존재한다. 이때 부하의 용량, 스위칭 주파수, 공진 주파수 등 실제 사용되는 파라미터는 설계된 파라미터와 다르게 되어 가정의 사용자는 설계된 용량, 효율 만큼 사용하지 못하게 된다. 이러한 문제점으로 인하여 가정용 조리 기구의 선택에서 다른 조리 기구에 비하여 선택도가 낮은 단점을 가지고 있다.
본 논문에서는 유도 가열 조리 기구의 문제점인 가열코일과 가열부하의 이격거리 변화에 따른 특성을 분석하였다. 즉, 기존의 고정주파수 방식의 유도가열기의 문제점인 이격거리 변화시 가열시간, 입력전류, 효율의 변화를 실험 및 결과를 통하여 확인하며 이를 해결하기 위한 방법으로 가변주파수 방식의 유도 가열 기구를 설계 및 제작하여 이격거리 변화시 가열시간, 입력전류, 효율의 변화를 실험 및 비교하여 새로운 방식의 유도 가열 기구의 가열방식을 제안한다. 또한 온도분포, EMI(Electro Magnetic Interference)특성을 비교․분석하며 이상전압, 내부고장, 가열부하의 문제점 등으로 발생되는 상황을 미연에 방지하는 보호시스템을 구성하여 유도 가열 기구를 사고로부터 보호 할 수 있게 설계하였다.
본 논문은 제 Ⅰ장 서론, 제 Ⅱ장 관계이론에 대하여 기술하였다. 그리고 제 Ⅲ장은 유도가열기 설계 및 구성을 Ⅳ장은 실험 및 결과를 검토하였다. 마지막으로 Ⅴ장에서 본 논문의 결론을 제시하였다.
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