KR100314441B1 - 가열장치의온도제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도변화의 동요를 저감시킬 수 있는 가열장치의 온도제어방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 설정온도와 소정의 온도차를 가지는 제1온도까지 가열하는제1단계와; 제1온도에서 상대적으로 낮은 온도상승율로 가열하는 제2단계; 그리고 가열중 실제온도가 설정온도에 도달하면, 가열실의 특성에 따른 온도상승율에 기초하여 결정되는 출력값으로 단속가열에 의하여 설정온도를 유지하도록 가열하는 제3단계를 포함하여 구성되는 제어방법을 개시하고 있다. 제3단계의 출력값은, 가열실의 온도상승율에 대한 상수(K1)와, 설정온도와 실제온도의 차값의 곱에 의하여 결정되는 듀티값에 기초하여 결정된다. 그리고 상기 제3단계의 출력값은, 단속 가열시간은, 설정온도에 대한 실제온도의 온도편차를 포함하여 결정될 수 있다.

Description

가열장치의 온도제어방법

본 발명은 가열장치의 온도제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가열장치의 고유특성을 고려하여 더욱 정확하게 설정된 온도에 가장 근접한 상태로 온도제어가 가능한 온도제어방법에 관한 것이다.

전자레인지 전기밥솥 등과 같은 조리기기에 있어서, 종래의 온도제어방식은, 목적온도보다 현재온도가 낮으면 히터와 같은 가열원을 통전하여 가열작용을 수행하고, 목적한 온도에 도달하였음을 감지부에서 감지하면, 히터의 통전을 차단하는 방식에 의하고 있었다.

상기 온도제어방법의 일례로서 히터를 내장한 전자레인지에 대한 종래의 온도제어방법을, 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 설명한다.

히터를 내장한 전자레인지란 전자레인지 고유의 가열방식인 유전가열방식 이외에, 별도의 전기히터를 내장하여, 이 히터의 발열에 의하여 조리대상 음식물을 가열하는 직접가열방식을 함께 가지고 있는 전자레인지를 말한다.

이러한 전자레인지는 조리대상 음식물을 수납하는 조리실(Cavity)과 조리실 내를 가열하는 전기히터와, 조리대상 음식물을 유전가열하도록 전자파를 발생시키는 마그네트론부, 그리고 상기 조리실의 온도를 감지하는 온도감지부를 포함하여 구성된다.

도 1은 종래기술의 온도제어방법의 동작 흐름도이다.

시작단계에서 히터요리가 선택되면, 이하의 각 온도제어단계들이 수행된다.

히터요리가 선택되면(S10), 먼저 온도감지기를 통해 입력된 조리실내의 온도값이 설정온도(목적온도)값보다 낮은지 또는 높은지를 판별한다(S12). 이 단계 (S12)는 히터를 가열할 필요가 있는지 또는 없는지를 결정하기 위한 단계이다.

만일 조리실내의 온도감지값이 설정온도 또는 목적온도값보다 작으면(YES), 히터 온 단계(S14)가 수행된다. 이 단계는 히터를 가열하여 조리실내의 온도를 상승시키는 단계이다.

반면, 조리실내의 온도가 설정온도보다 낮지 않다면, 히터를 가열할 필요가 없으므로 히터의 가열신호는 출력되지 않고, 제 2 판별단계(S16)가 수행된다. 제 2 판별단계(S16)는 히터의 전원을 차단(S18)하거나 또는 현재상태를 유지(S20)할 지 를 결정하는 단계이다.

제 2 판별단계(S16)에서의 판별결과가 실제온도가 설정온도 보다 높으면, 즉 조리실 내의 온도감지값이 설정온도 또는 목적온도값보다 높으면, 히터의 전원 차단단계(S18)가 수행된다. 반면, 제 2판별단계에서의 판별결과 조실내의 온도감지값이 설정온도값 또는 목적온도값보다 낮으면 현재상태가 유지된다(S20).

한편, 현재상태 유지단계에서 실제적으로는, 조리실내의 온도와 외부온도가 평형되는 점을 향하여 온도변화가 일어난다. 이러한 온도변화는 조리실과 외부의 단열상태 등에 의하여 그 변화시간이 결정된다. 상술한 바와 같은 종래기술의 온도 제어방법에서는 단순히 조리실내의 온도감지값이 일정치에 도달하면, 히터의 전원이 차단되도록 구성되는 것임을 알 수 있다.

실제로 히터를 오프한 직후에는 약간의 온도상승이 있고 그후, 상술한 바와 같이 조리실내의 온도는, 외부온도나 조리실내의 단열상태에 따른 조건 등에 따라 조리실내의 온도는 하강한다.

한편, 조리실내의 온도감지값이 일정값까지 내려가면 다시 히터의 가열작동이 이루어지게 되나, 이때에도, 히터의 열용량 및 조리실내의 열용량에 따라 조리실내의 온도는 단시간내에 원하는 온도값에 도달하지 않는다. 따라서 히터의 전원을 인가한 후에도 소정 시간동안은 조리실내의 온도가 하강한다.

상술한 바와 같은 온도의 동요변화에 따라, 종래 방식의 조리기기에서는 원하는 바의 정확한 온도로서 제어되지 못하고 일정한 상하폭의 범위내에서 온도가 제어되며, 조리상태의 품질저하가 발생하는 등의 문제점이 있다.

이러한 문제점은 특히 일정한 설정온도를 유지하면서 일정시간동안 조리를 행해야 하는 경우나, 일정한 온도로서 보온상태가 지속될 것을 요하는 조리기기에서는 더욱 현저한 문제점으로 지적되기도 한다.

또한 종래방법의 온도제어방식은 조리실의 열용량을 고려하여 제어하는 방식이 아니므로, 조리기기의 크기 특히 조리실의 열용량에 따라서 조리품질의 불균형이 존재하는 요인이 되기도 한다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 온도편차를 최소한으로 하여 제어가 가능한 온도제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 조리기기에 있어서, 조리실의 열용량 특성을 감안하여 제어하는 온도제어방법을 제공하는 것을 또다른 목적으로 한다.

제 1도는 종래기술에 의한 온도제어방법을 설명하기 위한 플로우 챠트이다.

제 2도는 본 발명에 따른 온도제어방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.

본 발명의 온도제어방법은, 설정온도와 소정의 온도차를 가지는 제1온도까지 가열하는 제1단계와; 제1온도에서 상대적으로 낮은 온도상승율로 가열하는 제2단계; 그리고 가열중 실제온도가 설정온도에 도달하면, 가열실의 특성에 따른 온도상승율에 기초하여 결정되는 출력값으로 단속가열에 의하여 설정온도를 유지하도록 가열하는 제3단계를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 제3단계의 출력값은, 가열실의 온도상승율에 대한 상수(K1)와, 설정온도와 실제온도의 차값의 곱에 의하여 결정되는 듀티값에 기초하여 결정되거나, 설정온도에 대한 실제온도의 온도편차를 포함하여 결정하는 것이 가능하다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 설정온도에 대한 소정 온도편차 범위까지 가열하는 가열단계; 설정온도와 실제온도가 일치한 때가 있는지를 판단하는 판단단계; 그리고 설정온도와 실제온도가 일치한 때가 없으면 설정온도에 도달하기까지 가열하고, 가열중 실제온도가 설정온도와 일치한 때가 있으면, 가열실의 특성에 따른 온도상승율에 기초하여 결정되는 출력값으로 단속가열에 의하여 설정온도를 유지하도록 가열하는 제어단계를 포함하여 구성되는 가열장치의 온도제어방법을 개시하고 있다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 설정된 온도에서 조실의 고유특성을 고려한 단속가열시간을 제어하는 것에 의하여, 설정된 온도에 대하여 가장 효율적으로 대상물을 가열하거나 보온할 수 있는 제어방법을 제공할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예로서의 기술적 작용을 상세히 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명에 따른 온도제어방법을, 일정한 특성의 조리실과 히터를 구비한 전자레인지에 대하여 적용하는 경우에 대한 일 실시예를 보인 플로우 차트이다.

본 발명에 의한 온도제어방법은, 가열원을 가지는 어떠한 가열장치에도 이용될 수 있는 것으로, 예를 들면 전자레인지나 보온밥솥 등과 같은 가열장치에 간단하게 적용하는 것이 가능함은 물론이다. 그리고 도 2에서는 히터를 하나의 가열원으로 사용하는 전자레인지에 적용된 실시예가 되시되어 있으며, 이러한 실시예를 통하여 본 발명을 설명하기로 한다.

사용자는 전자레인지의 그릴 기능을 선택하여, 히터를 사용하여 음식물을 가열하도록 할 수 있다. 도 2에서의 그릴요리 선택단계(제30단계)는 이를 의미하고 있다. 그리고 상기 제30단계에서 그릴요리가 선택되면, 히터에 전원이 인가되어 대상물이 가능된다.

히터에 의한 가열이 진행되는 동안, 현재의 조리실의 실제온도를 측정하고, 온도감지값과 설정온도와의 온도차를 계산한다(제32단계). 이때, 그 온도차가 소정값(K) 이상이면, 예를 들어 10℃ 이상이면, 목적온도와 현재온도와의 차이가 현저한 것을 의미하므로, 히터를 계속하여 가열할 필요가 있다(제33단계). 그러나, 그 온도차가 상기 소정값(K)보다 작은 경우에는, 목적온도와 현재온도가 근사한 차이 이내인 것을 의미하므로, 히터를 계속 가열하지 않고, 통전과 단전을 반복하는 단속가열단계(S35)로 가열하거나, 듀티값에 따라 온 또는 오프시간으로 제어하는 듀티값제어단계(S36)로 가열토록 한다.

이와 같이 단속가열 또는 듀티값으로 제어하는 것은 조리실내의 온도상승율을 둔화시킴으로써 목적온도 이상으로 조리실이 가열되는 것을 방지하기 위한 것이다.

이와 같은 목적하에서, 상기 소정값은 10℃ 이외에 다른 값을 갖는 것도 무방할 것이다. 또한 이 값은 조리실의 단열특성과 조리실내의 온도감지기의 온도감지특성 및 히터의 열용량을 고려하여 결정되어야 할 것이다.

한편, 상기 단속가열단계(제35단계)와 상기 듀티값 제어단계(제36단계)는, 설정온도가 온도감지값이 일치한 경우가 있는지를 확인하는 단계에 의하여 선택된다. 즉, 온도감지값이 설정온도에 도달하지 않은 상태에서는 상기 단속가열단계(제35단계)가 수행되지만, 일단 설정온도에 도달한 후에는 상기 듀티값 제어단계(제36단계)가 수행된다. 다시 말하면, 온도감지값이 최초로 설정온도값에 도달하기까지는 단속가열단계(제35단계)가 수행되지만, 온도감지값이 한번 설정온도값에 도달한 후에는 듀티값 제어단계(제36단계)가 수행된다.

단속가열단계(S35)에서는 히터를 소정시간(예컨대, 3초)동안 통전하고, 소정시간(예컨대, 7초)동안은 단전하는 사이클을 반복한다. 이는 조리실의 온도를 완만히 상승시키기 위한 것이다.

이와 같이 단속가열하는 것은 조리실내의 온도상승율을 둔화시킴으로써 목적온도 이상으로 조리실이 가열되는 것을 방지한기 위한 것으로서, 이와 같은 단속가열단계(제35단계)의 시간주기는, 조리실의 단열특성과 조리실내의 온도감지기의 온도감지특성 및 히터의 열용량을 고려하여 결정되는 것이 바람직하다.

한편, 듀티값 제어단계(제36단계)에서는 다음의 공식에 의하여, 히터의 통전 또는 단전의 제어시간을 결정한다.

듀티값 = K1 ×{설정온도 - (실제온도+K)} ..................식(1)

히터의 제어시간 = 100 ×(1 - 듀티값)......................식(2)

상기 식(1)에 있어서, K1은 조리실(즉 가열되는 공간)의 특성을 감안한 변수이다. 이러한 변수를 결정하기 위한 조리실의 성질로는, 조리실의 크기 및 단열특성, 히터의 용량 등의 조리실의 고유특성에 의하여 결정되는 상수로서, 가열이 시작되어 현재까지의 온도상승율을 고려하여 결정된다. 이때, K1은 상기 듀티값이 0에서 1사이의 값을 가지도록 설정되어야 한다. 그리고 식(1)에서 소정의 보상값을 나타내는 K는, 설정온도에 도달시 어떠한 온도폭을 가지고 동작하느냐에 대한 온도폭을 의미하는 값이다. 이렇게 듀티제어시, 가열실내부와 가열원과의 관계를 고려한 고유특성과, 보상값을 고려하여 제어하는 것에 의하여, 설정된 온도에 대하여 더욱 안정되고 정확한 온도제가가 가능하게 된다.

그리고 식(2)에 있어서, 히터제어시간은 듀티값제어단계에 있어서, 히터의 온시간 또는 오프시간을 의미한다. 식(1)에 의하여 듀티값이 얻어지면, 이러한 듀티값에 기초하여 식(2)에 의하여 히터의 온시간 또는 오프시간을 결정할 수 있다. 즉, 식(2)에 의하여 얻어지는 시간비율 동안 히터의 온 또는 오프를 제어하는 것이다. 예를 들면, 시간제어에 대한 기본주기를 N이라고 할 경우, 상기 식(2)에 의하여 50%가 얻어지면 N X 50%의 시간 동안을 온시간 또는 오프시간으로 결정할 수 있는 것이다.

따라서, 예를 들어, 상기 히터의 제어시간은 주기 10초를 기준으로 하였을때, 듀티값에 기초한 히터제어시간에서 얻어지는 율만큼의 시간간격으로 온 또는 오프를 반복한다. 예를 들어 상기 히터제어시간에서 10%가 얻어진 경우에는 히터의 작동은, 1초동안 온을 유지한 후 9초동안 오프를 유지하는 사이클을 반복하거나, 9초동안 온을 유지한 후 1초동안 오프를 유지하는 사이클을 반복하게 할 수 있다.

이는 본 발명을 구체적으로 조리실별로 적용하는 경우에, 개별적인 조리실의 특성에 따라서 기본적으로 히터를 온시키는 시간을 증감시키기 위해 사용된다.

상술한 바와 같이 결정된 히터 제어시간값에 따라서 히터의 통전(제39단계) 혹은 단전(제40단계)이 결정된다. 즉 상술한 듀티값으로, 히터의 온 시간을 결정하거나, 또는 오프 시간을 결정할 수도 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예로서는, 상술한 바와 같이 현재의 조리실의 실제온도를 측정하고, 온도감지값과 설정온도와의 온도차를 계산(제32단계)하는 방법 이외에 조리실내에 온도의 상승율을 확인하여, 시간제어를 시작하게 할 수 있다. 즉, 조리실의 단위시간당의 온도상승폭이 소정값에 도달하기까지는 히터의 연속가열단계 (제33단계)가 수행되게 하고, 그 온도상승폭이 소정값에 도달한 후에는 설정온도와 온도감지값이 동일한 온도가 된 경우가 있는지를 확인하는 단계(제34단계)가 수행되도록 구성하는 것도 가능하다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 의한 제어방법은, 비록 히터를 구비하는 전자레인지에서 히터에 의한 가열이 수행되는 경우의 예를 들어 설명하였으나, 소정의 가열실과 가열원을 구비하는 어떠한 가열장치에도 이용될 수 있음은 물론이다.

그리고 본 발명에 의한 제어방법은, 예를 들어 설정된 온도를 유지하면서 소정시간 가열하는 경우에 사용될 수 있고, 설정된 온도로 보온을 행하는 경우에도 사용될 수 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이, K, K1 등의 상수를 조리실별 특성에 맞도록 변경하여 설정하는 것이 가능하므로, 온도제어가 필요한 모든 장치에 대하여, 단지 알고리즘상의 변수를 조리실별 특성이 반영되도록 조정하는 것에 의하여, 온도변화의 동요가 저감되는 온도제어를 가능케 한다.

특히 본 발명은 전자레인지, 밥솥 등 온도제어 또는 보온제어가 필요한 조리기기에 있어서, 보온 또는 온도제어의 편차를 저감시킨 온도제어가 가능한 효과를 제공한다.

또한 상술한 바와 같은 본 발명의 온도제어방법은 특히 정밀한 온도제어가 필요하거나, 보온의 제어가 필요한 기타 장치에 널리 응용될 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (4)

1. 가열원의 가열에 따라 변화되는 온도를 검출하는 제 1 단계와;

   상기 검출온도를 기설정된 온도와 비교하는 제 2 단계와;

   상기 제 2 단계에서, 검출온도가 설정온도로부터 일정범위 이상 차이가 발생될 때, 검출온도가 설정온도로부터 일정범위 이내에 도달할때까지 가열원을 연속 가열하는 제 3 단계와;

   상기 제 3 단계에 의한 가열원의 연속 가열 후, 검출온도가 설정온도로부터 일정범위 이내에 포함되었을때, 상기 제 3 단계보다 완만한 온도 상승이 이루어질 수 있도록 가열원을 단속 가열하는 제 4 단계와;

   상기 제 4 단계에 의한 가열원의 단속 가열후, 검출온도가 설정온도에 도달했을때, 설정온도를 유지할 수 있도록 가열원의 듀티값을 제어하는 제 5 단계를 포함하여 구성되는 가열장치의 온도제어방법.
2. 제 6 항에 있어서:

   상기 제 4 단계에 따른 가열원의 단속 가열주기는, 조리실의 특성에 의한 온도상숭률을 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 가열장치의 온도제어방법.
3. 제 6 항에 있어서:

   상기 제 5 단계에 의한 가열원의 듀티값 제어단계는, 조리실의 특성에 의한 온도상숭률을 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 가열장치의 온도제어방법.
4. 제 8 항에 있어서:

   상기 제 5 단계에 의한 가열원의 듀티값 제어단계는, 검출온도가 설정온도에 도달할때의 온도폭을 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 가열장치의 온도제어방법.

Images