인덕션 온도 조절 원리 - indeogsyeon ondo jojeol wonli

아이폰 올려둔 자리에만 먼지가 안쌓였다 ㅋㅋ
집 리모델링 하느라....

가스 레인지
장점은 불의 강약 조절이 세밀하고 온도를 꾸준하게 유지 할 수 있다.
튀김이나 탕약 다릴때 온도 유지가 중요한데 가스 레인지가 가장 정확하다.
누진제 걱정안해도 됨

단점은 화재의 위험, 가스 누출 위험, 사용시 실내 온도 상승(겨울엔 장점, 여름엔 단점) 타이머가 없다.

하이라이트 전기 레인지
유리판 아래 열선을 깔아 연선을 가열하는 방식이다.
쉽게 말해 전기장판을 생각하면 된다.
잔열이 남아 끄고 나서도 상판이 뜨겁다, 찌개류에는 장점 이지만 다른 요리는 끄고 그냥 올려두면 과하게 익는다
전기제품 특성상 타이머 있어 편하고 일부제품은 무조건 타이머를 켜고 사용해야해서 더 안전하다.
장점은 냄비 종류를 안가리고 가스 레인지와 같이 어떤 재질이든 가열 가능하다.
단점은 온도가 꾸준하지 않아 튀김은 못한다.
끌었다 식었다, 끌었다 식었다를 반복한다.
온도센서가 위치상 냄비 온도와 차이가 있고 열선이 단계적으로 온도 조절되는 것이 아니라 열선에 전기가 공급되는 시간으로 온도를 조절하는 방식이라 더욱 그렇다.
1단계 온도라면 1초 열선에 전기가 통하고 9초 꺼진다면 9단계에선 9초 전기가 통하고 1초 쉬는 식으로 온도 조절한다.

인덕션 전기레인지
철 재질만 사용가능하고 알루미늄, 유리, 자기 계열은 사용 못한다.
자기장으로 철재질만 가열한다는데 정확한 원리는 모른다.
샤오미 제품을 보면 튀김, 찜 다 된다는데 지켜 봐야 할 것 같다.

2010년대 이후로 폭발적으로 사용이 증가하면서 주방 풍경을 바꾼 제품이 있다. 바로 전기레인지(Electric Stove)인 ‘인덕션 레인지’(이하, 인덕션)다. 인덕션은 2010년대 이후 새로 건설된 오피스텔 등에 빠르게 보급됐다. 2016년 55만대였던 숫자가 2020년쯤에는 100만대를 넘겼다.

인덕션의 장점은 별도의 가스 설비 없이 건물, 주방 내 전력을 이용해 음식을 조리할 수 있다는 것이다. 가스 설비를 설치 하기 위한 부대 공사가 줄고, 같은 숫자의 화구(火口)를 설치할 때도 가스레인지보다 값이 저렴한 경제적인 장점도 존재한다.

인덕션 전기레인지를 통해 냄비에서 음식을 조리하는 모습 / 밀레

높은 인기를 누리고 있는 인덕션의 비밀은 ‘전자기유도’과 이를 통해 형성되는 ‘와전류(渦電流)’에 있다. 전자기유도는 쉽게 설명하면 구리 등으로 만든 도선(코일) 주변에서 자석 등으로 자기장을 변화시킬 시 전압 발생하며 전류를 만들어내는 현상이다.

인덕션 내부는 원형으로 촘촘히 둘러싼 코일로 이루어져 있다. 인덕션의 원형 코일에 고주파 교류 전류를 흘리면, 수시로 방향이 변하는 교류자기장이 만들어진다. 이 자기장 위에 전기가 잘 흐르는 후라이팬 등 도체를 올리면, 소용돌이 전류인 ‘와전류’가 형성된다.

후라이팬 등 도체에 형성된 와전류는 금속의 전기 저항과 만나 충돌하게 된다. 와전류와 전기 저항의 충돌은 전기 에너지를 열 에너지로 변환시키는 유도가열 현상을 만들고, 이를 통해 인덕션 위에 올려진 후라이팬 등 도체가 뜨거워져 조리를 할 수 있게 된다.

일반적인 인덕션 레인지의 내부 간략화도 / 한국화재보험협회

인덕션Iinduction)이라고 부르는 이름 역시 이런 전자기유도를 이용한 와전류, 유도가열을 통한 작동방식을 담고 있다. 영어 단어 인덕션은 유도(誘導), 감응(感應) 등을 의미한다. 유도 가열 역시 영미권에서 ‘IH(Induction Heating)’으로 표시된다.

우리가 인덕션을 사용하기 위해 전용 냄비나 그릇 등을 마련해야 하는 이유도 전자기유도 특성에서 비롯된다. 인덕션의 원리인 전자기유도와 와전류, 유도가열을 활용하기 위해선 냄비나 그릇이 성분이 전기에너지를 열로 변화시킬 수 있도록 적절한 저항을 보유해야 한다.

인덕션에서 흔히 활용할 수 있는 스테인리스, 철 주물 후라이팬이나 냄비 등은 와전류를 충분히 전도할 수 있을 만큼 전기전도율을 보유하고 있고 저항도 꽤 높다. 반면, 인덕션에서 대부분 활용하기 어려운 순도 높은 알루미늄이나 구리 제품은 저항이 지나치게 낮다. 저항이 낮은 만큼 열을 발생시키기 어렵기에 특수한 처리를 통한 경우에만 사용할 수 있다.

이민우 기자

인덕션이란?

인닥타썸그룹은 유도가열의 전자기장 원리를 전기유도용해로, 가열기, 용접기 분야에 다양하게 적용하고 있습니다. 그런데, 유도가열의 원리는 무엇이고 다른 가열 방법과의 차이는 무엇일까요?

Watching a piece of metal in a coil turn cherry red in a matter of seconds can be surprising to those unfamiliar with induction heating

특수한 분야에서 유도가열은 매력적인 가열 방법이 될 수 있습니다. 유도가열을 접해 보지 못한 사람들에게는 수 초 내로 가열 코일 내부의 금속이 선홍색으로 가열되는 것을 보는 것이 놀라운 일일지도 모릅니다. 유도가열을 이해하기 위해서는 물리학, 전자기장, 전원장치의 발진 원리와 가열 프로세스의 제어를 이해해야 하지만, 유도가열의 기초 개념은 이해하기 어렵지 않습니다.

유도가열의 기초

유도가열의 원리는 Michael Faraday에 의해 최초로 발견되었으며, 그 시작은 전도도가 있는 코일로부터 시작되었습니다. 전류를 동과 같은 전도도가 있는 코일에 흘리게 되면, 코일의 내부와 주위에 자기장이 형성 됩니다. 이 자기장이 일을 할 수 있는 능력은 코일의 설계와 코일에 흘려주는 전류의 양에 따라 결정됩니다.

The magnetic field is represented here as lines passing through and around the coil

자기장의 방향은 전류의 방향에 의해 결정됩니다. 그러므로 코일에 교류를 흘리게 되면 자기장의 방향이 교류의 주파수 만큼 변환 됩니다. 만약, 60Hz의 교류를 흘리면 자기장의 방향이 1초에 60번 변환 되고, 400kHz의 교류를 흘리면 자기장의 방향은 1초에 400,000번 변환하게 됩니다

전도도를 가진 물질이나 피가열 소재를 변화하는 자장에 넣게 되면 (예를 들어, 교류에 의해 형성된 자장), 페러데이의 법칙에 의해 이 소재에는 전압이 유도되게 됩니다. 이 유도된 전압에 의해 소재에서 전자의 흐름이 발생됩니다. 소재에 유도된 전류의 흐름은 코일에 흐르는 전류의 반대 방향으로 흐릅니다. 따라서, 우리는 코일에 흐르는 전류의 주파수를 제어 함으로써 소재에 흐르는 전류의 주파수도 같이 제어할 수 있습니다.

이 소재에 전류가 흐르게 되면, 전자의 흐름을 방해하려는 저항이 발생되고, 이 저항에 의해 열이 발생하게 됩니다. 전기 저항이 큰 소재에 전류가 흐르게 되면 더 많은 열이 발생되지만 동과 같은 전도도가 높은 소재도 유도 전류를 이용하여 가열이 가능합니다. 이러한 현상은 유도가열에서 매우 중요합니다.

유도가열을 하기 위해 필요한 것들?

유도가열을 하기 위해서는 두 가지 요소가 필요합니다.

변환되는 자기장
자기장내에 위치한 전도도가 있는 소재

다른 가열 방법들과 유도가열의 차이점은 무엇일까요?

유도가열 외에도 물질을 가열하는 방법은 여러 가지가 있으며, 산업 현장에서 실용화 된 가열 방법으로는 가스로, 전기 저항로, 염욕(鹽浴) 등이 있습니다. 이러한 방법들은 버너나 발열체, 소금물 등의 열원에 의해 일어나는 대류나 복사열에 의해 소재가 발열되는 현상입니다. 피 가열 소재의 표면이 우선 가열되고 나면, 전도열에 의해 열이 소재의 내부까지 가열되게 됩니다.

그에 반해, 유도가열은 대류나 복사 현상 없이 소재에 유도된 전류의 흐름에 의해 소재의 표면에서 자체적으로 발열을 일으키고, 이 열은 전도열에 의해 소재의 내부까지 전달 됩니다. 직접 가열의 범위는 소위, “전류침투깊이”라고 부르는 유도전류에 의해 결정 됩니다.

이 전류침투깊이는 대부분 소재에 유도된 교류전류의 주파수에 의해 결정됩니다. 고주파 일수록 전류의 침투깊이가 얇고, 저주파 일수록 전류의 침투깊이가 깊게 나타납니다. 이 깊이는 또한 피 가열 소재의 전자기장적인 특성에 의해 영향을 받습니다.

Electrical Reference Depth of High and Low Frequency

인닥타썸 그룹의 많은 회사들은 이러한 물리적 현상과 전기적 현상을 이용하여 특수한 분야와 제품의 가열에 적합한 솔루션을 제공하고 있습니다. 인닥타썸 그룹은 유도 가열 및 용해에 필요한 다양한 전원장치와 코일 설계 능력을 바탕으로 산업 현장의 여러 분야에 신뢰성 있고 안정적인 장비를 공급하고 있습니다.

전기유도용해로 (Induction Melting)

유용한 철강 제품의 생산에 필요한 첫 번째 과정은 용해입니다. 유도용해는 빠르고 효율적입니다. 코일의 형태만 바꾸는 것으로 커피 잔 만큼 작은 용해로부터 수 백 톤을 용해할 수 있는 용해로까지 만들 수 있습니다. 또한, 인닥타썸 그룹은 전원장치의 주파수를 제어함으로써 주강, 주철, 스테인레스스틸, 동, 동합금, 알루미늄, 실리콘 등의 물질들을 용해할 수 있으며, 고객의 필요에 따라 가장 효율적인 용해로를 제작, 공급하고 있습니다.

진공유도용해로 (Induction Vacuum Melting)

유도가열은 자기장에 의해 발생 되기 때문에 피 가열 소재는 물리적으로 내화물이나 비 전도성 물질에 의해 가열 코일과 분리되어 있지만 자기장은 이 물질들을 통과하여 피 가열 소재에 전압을 발생시킬 수 있습니다. 이러한 유도가열의 특성 때문에 진공 상태나 분위기 상태에서도 소재를 가열할 수 있기 때문에 티타늄이이나 알루미늄과 같은 반응성 금속, 특수 합금강, 실리콘, 그라파이트 등의 가열 및 용해 과정에 응용할 수 있습니다.

전기유도가열기 (Induction Heating)

연소 가열 방법과 달리 유도가열은 가열로의 크기에 관계없이 정밀하게 온도 관리를 할 수 있으며, 코일에 흐르는 전류, 전압, 주파수를 제어하여 금속의 표면 열처리, 소려 공정, 풀림 공정 등의 열처리 분야와 자동차, 우주 산업, 광섬유, 무기 산업, 선재 열처리 및 템퍼링 공정 등에 응용되고 있을 뿐만 아니라 특수강, 귀금속 등의 분야에도 적용되고 있습니다. 유도가열은 다른 어떤 가열 방법보다 정밀하게 제어가 되기 때문에 진공 가열 설비뿐만 아니라 스테인리스스틸 파이프의 광휘 소둔 열처리와 같은 분위기 상태에서의 열처리 분야에도 응용할 수 있습니다.

고주파유도용접기 (High Frequency Induction Welding)

고주파 전류 발생기를 사용하여 전류침투 깊이를 얇게 하면 금속의 용접에도 응용할 수 있습니다. 이러한 원리를 이용하여 파이프 연속 생산 과정에서 유도 가열의 원리를 이용하여 ERW용접을 하고 있습니다.

The Future

With the coming age of highly engineered materials, alternative energies and the need for empowering developing countries, the unique capabilities of induction offer engineers and designers of the future a fast, efficient, and precise method of heating.