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1. 머리말

  가정용으로 사용되는 조리용 가열기구에는 가스를 이용한 가스레인지와 전기를 이용한 전기레인지로 크게 나눌 수 있다. 이 중 가스레인지는 가격과 화력 면에서 우수하여 국내에서 가장 폭 넓게 사용되고 있지만 가스배관 설치비용, 가스누설 및 가스폭발의 위험성, 낮은 효율, 조리 시 산소농도 저하 및 유해물질(일산화탄소, 이산화탄소, 이산화황 등) 발생 등의 단점이 있다.

  전기레인지는 전기로 발열해 불꽃이나 그을음이 생기지 않으며 세척 등 사용성이 뛰어나기 때문에 주거용 건물(공동주택, 리조트, 주상복합건물 등)에 최근 많이 설치되고 있다.

2. 전기레인지의 구조

  [그림 1]에서 보는 것처럼, 인덕션 레인지는 인버터 회로 및 제어구동 회로 부분, 고주파 자기장을 발생시키는 워킹코일, 전원스위치, 온도조절장치 등으로 구성되어 있다.

3. 인덕션 레인지의 발화위험성

가. 가연물 접촉 시 발화위험성

(1) 실험방법

  인덕션과 가연물의 위험성 실험을 위해 200(도씨는 단위로)로 맞춘 후 열화상 카메라로 측정하였다. 인덕션레인지 상부에 금속재질 주방용품(국자, 뒤집개 등)을 인덕션레인지의 워킹코일에서 발생하는 자기장의 위치와 동일하게 놓고 금속 주방용품에 열이 발생되는 상황을 실험하였다.
※이 실험의 목적은 금속주방용품과 접촉하는 가연물의 발화위험성을 확인하기 위함이다.

<표 1> 재질별 특징 비교

재 질	스테인리스	알루미늄	플라스틱
열전도율	낮음	높음	아주 낮음
무게	무거움	다소 무거움	가벼움
충격흡수	다소 약함	다소 약함	다소 강함

(2) 실험결과

  [그림 2]에서 보는 것처럼, 인덕션 레인지와 용기 사이에 조리기구가 위치한 상태에서 전원을 투입하였다. 조리기구의 표면온도는 전원 투입 직후에 113.66 ℃까지 순식간에 상승되었고, 40분 경과 후에는 최대 302.16 ℃까지 온도가 상승하였다. 조리기구의 온도 상승은 인덕션 레인지와 접촉된 면에만 국한되었으며, 조리기구의 손잡이 부분 등 그 이외 부분에는 열이 전달되지 않았다. 금속 주방용품으로 많이 사용되고 있는 스테인리스 재질은 열전도율이 낮기 때문에 조리기구와 인덕션 레인지의 접촉된 면에서 조리기구의 손잡이 부분까지 열이 전달되지 않은 것으로 보인다.

나. 손상된 세라믹유리 상판 틈으로 수분 침투 시 발화 위험성

(1) 실험방법

  수분 침투에 의한 발화위험성을 확인하기 위해 세라믹유리 상판 중앙에 위치한 화구의 표면에 충격을 가해 세라믹유리를 파손하였다. 온도조절 스위치는 200 ℃로 설정하였으며, 수분 침투를 재현하기 위해 용기에 물을 가득 채운 상태에서 국물이 있는 음식물을 조리하였다.

(2) 실험결과

   파손된 세라믹유리 상판에 국물이 끓어 넘쳤을 때에는 [그림 3]에서 보는 것처럼 침투된 수분(국물)으로 인해 인쇄회로기판 내 회로 간 도전로가 형성되어 아크가 발생하였으며, 이때 발생된 아크에 의해 회로가 소실되면서 전원이 차단되었다.

다. 인덕션 레인지 내 워킹코일의 코일 간 층간단락 시 발화위험성

(1) 실험방법

  워킹코일의 코일 간 층간단락 시 발화위험성을 확인하기 위하여 절연바니시로 코팅된 면을 라이터를 사용하여 열화(이하 “열화된 부분“이라 칭함) 시켰다. 또한, 인덕션 레인지의 장시간 사용으로 내부에 미세한 도전성 분진이 체류하는 것을 가정하기 위해 코팅 면이 열화된 부분에 흑연가루 20 mg을 뿌렸으며, 전원을 인가한 후 온도조절 스위치는 200 ℃로 설정하였다.

(2) 실험결과

  [그림 5]에서 보는 것처럼 약 5분 26초 동안 워킹코일에서 발생하는 줄열과 기기 상부의 피가열체로부터 전달되는 열에 의해 열화된 부분의 코팅 면이 열분해 되어 절연이 파괴되었으며, 이때 코일 간 층간단락 되면서 아크가 발생하였다. 지속적으로 발생하는 아크열에 의해 워킹코일의 코팅 면이 열분해 되었고, 이때 생성된 가연성가스와 공기 중의 산소가 혼합하여 연소범위 내의 가연성 혼합기체가 형성되었다.

  [그림 5]의 b)에서 보는 것처럼 5분 26초 후 혼합기체가 착화되면서 화재가 발생하였으며, 화염이 냉각팬에 의해 배기구 후면으로 분출되면서 동 부분에 위치한 인쇄회로기판 및 소자 등이 연소되었다.

  [그림 5]의 c)와 d)에서 보는 것처럼, 인덕션 레인지 내부에서 발생된 화염으로 인해 전원은 차단되지 않았고, 냉각팬에 의해 화염의 길이가 더 길어짐을 알 수 있었다. 이와 같은 사실을 통해 층간단락에 의해 발생된 화염은 조리대와 조리대 주변에 위치한 가연물(조리대 상부 수납장, 전기밥솥, 식용유 용기 및 키친타월 등)을 통해 연소가 확대될 수 있음을 확인하였다.

  [그림 6]에서 보는 것처럼, 인덕션 레인지 내부에서 발생된 화염으로 인해 배기구 및 그 주변을 중심으로 소실되었으며, 워킹코일 표면에는 층간단락에 의해 용융흔이 생성되었다. 인쇄회로기판 후면 우측부분에 설치된 세라믹 퓨즈(전류퓨즈)의 가용체는 용단되지 않은 상태로써 층간단락에 의한 전류가 세라믹 퓨즈 특성(일정전류를 퓨즈에 흘릴 때 용단되는 시간)을 충족하지 못해 가용체가 용단되지 않은 것으로 보인다.

4. 맺음말

가. 인덕션 레인지와 용기 사이에 위치한 조리기구의 표면온도는 전원 투입 직후에 113.66 ℃까지 순식간에 상승되었고, 40분 경과 후에는 최대 302.16 ℃까지 온도가 상승하였다. 조리기구의 온도 상승은 인덕션 레인지와 접촉된 면에만 국한되었으며, 조리기구의 손잡이 부분 등 그 이외 부분에는 열이 전달되지 않았다. 금속 주방용품으로 많이 사용되고 있는 스테인리스 재질은 열전도율이 낮기 때문에 조리기구와 인덕션 레인지의 접촉된 면에서 조리기구의 손잡이 부분까지 열이 전달되지 않은 것으로 보인다.

나. 침투된 수분(국물)으로 인해 인쇄회로기판 내 회로 간 도전로가 형성되면서 아크가 발생하였다. 이때 발생된 아크에 의해 전원회로가 소실되었으며, 인덕션 레인지의 작동은 정지되었다. 전원회로 이외에 부분에 수분이 침투하는 경우, 인덕션 레인지의 전원은 차단되지 않을 수 있으며, 이때 발생된 지속적인 아크가 인쇄회로기판을 탄화시켜 분해가스를 생성시키거나 인접한 가연물(전선의 피복 등)이 착화되는 경우 화재의 위험성이 있다는 것을 알 수 있었다.

다. 다음과 같은 경우에는 워킹코일의 코팅 면이 열화 되어 워킹코일의 코일 간 층간단락이 발생하게 되고 화재로 이어질 수 있는 위험성이 존재한다.

(1) 인덕션 레인지를 빌트인 방식으로 조리대에 설치할 때 급·배기구와 조리대 간 공간이 협소하여 공기 순환이 원활하지 못하는 경우

(2) 급·배기구의 필터에 먼지가 끼어 공기 순환이 원활하지 못하는 경우

(3) 장시간 조리로 인해 불필요한 열이 지속적으로 발생하는 경우

(4) 인덕션 레인지의 경과 연수에 따라 워킹코일의 코팅 면이 열화되는 경우 등

절연바니시로 코팅된 구리연선을 나선형으로 원판에 감아서 고정시킨 것을 워킹코일이라 한다.
특집 생활속의 물리학_전자기조리기구, 김상표교수 (http://www.kps.or.kr/~pht/11-7_8/020713.htm)