KR100186390B1 - 전자레인지의 냉동식품 해동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자레인지의 냉동식품 해동방법에 관한 것으로, 초기 고출력으로 가열하는 시간(T1)을 얻기 위해서는 중량센서를 이용해야만 하기 때문에 비용이 많이 들고, 시간(T1) 이후에는 식품의 크기에 관계없이 같은 비율로 마그네트론의 출력을 제어하고 있기 때문에 부하의 크기에 따라 부분적으로 익거나 또는 해동이 덜되는 문제점이 있었다. 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 초기 턴테이블의 1회전 시간동안에의 측정온도의 진동폭을 산출하는 제1단계와; 상기 산출된 진동폭을 이용하여 부하의 편심정도값을 산출하는 제2단계와; 마그네트론의 온/오프제어주기마다 마그네트론의 온/오프시간비를 산출하는 제3단계와; 상기 제3단계의 마그네트론의 온/오프시간비가 산출되면 이를 상기 부하의 편심정도값과 조합하여 해동종료시점을 산출하는 제4단계로 이루어진 것을 특징으로 한 전자레인지의 냉동식품 해동방법을 창안한 것으로, 이와같이 함으로써 일정시간 마다 부하의 순시온도와 초기온도를 조합한 값을 이용하여 마그네트론의 온/오프 시간비를 계산함으로써 부하량에 따라 적절한 에너지 공급을 제어할 수 있는 효과가 있고, 부하의 위치가 센서의 시야에서 다소 벗어나더라도 적절한 에너지를 공급할 수 있는 효과가 있으며, 센서의 편차와 센서출력 증폭회로 등의 세트편차 영향을 줄일 수 있는 효과가 있고, 일정시간마다 측정되는 순시온도의 변화량을 이용하여 해동종료 시간을 결정함으로써 가장 최적인 상태에서 해동을 종료할 수 있는 효과가 있다.

Description

전자레인지의 냉동식품 해동방법

제1도는 일반적인 전자레인지의 블록 구성도.

제2도는 종래 전자레인지의 냉동식품 해동동작 흐름도.

제3도는 제2도의 해동방법에 따른 L값의 그래프.

제4도는 제2도의 해동방법에 따른 마그네트론의 출력제어 그래프.

제5도는 마그네트론의 온/오프시간비의 산출 그래프.

제6도는 음식물의 크기 및 편심과 편심된 센싱영역의 관계를 나타낸 도.

제7도의 (a)는 냉동부하의 표면온도 변환상태를 나타낸 그래프.

제7도의 (b)는 같은 부하에 대한 편심된 정도와 측정온도 변화에 대한 관계를 나타낸 그래프.

제7도의 (c)는 부하의 편심정도와 턴테이블이 회전할 때 생기는 진동폭과의 관계를 나타낸 그래프.

제7도의 (d)는 진동폭과 Kd값과의 관계를 나타낸 그래프.

제8도는 본 발명 냉동식품 해동동작을 나타낸 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 써모파일센서 2 : 증폭부

3 : A/D변환기 4 : 마이크로 컴퓨터

5 : 스위치 6 : 마그네트론

7 : 모터 8 : 턴테이블

9 : 식품 10 : 케비티

본 발명은 전자레인지의 해동방법에 관한 것으로, 특히 일정시간 마다 부하온도의 변화에 따른 마그네트론의 온/오프 시간비를 계산하고, 부하의 순시온도와 초기온도를 조합한 값과 상기 시간비를 이용하여 마그네트론의 온/오프를 제어하고, 초기 턴테이블의 1회전 시간동안의 측정 온도와 진동폭과 부하의 편심에 따라 변하는 값과 마그네트론의 온/오프 시간비를 이용하여 해동종료 시점을 제어하도록 한 전자레인지의 냉동식품 해동방법에 관한 것이다.

제1도는 일반적인 전자레인지의 블록 구성도로서, 이를 참조하여 동작과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.

전자레인지의 케비티(10)에 냉동된 식품(9)이 삽입되면 써모파일센서(1)는 식품(9)이나 턴테이블(8)로부터 센서(1)로 입사되는 적외선에 해당하는 전압을 발생시킨다.

이때, 증폭부(2)는 상기 써모파일센서(1)의 출력신호를 마이크로 컴퓨터(4)에서 인식할 수 있는 레벨로 증폭하여 출력한다.

그러면 아날로그/디지탈(A/D)변환기(3)는 상기 증폭부(2)의 출력신호를 디지털신호로 변환하여 마이크로 컴퓨터(4)에 인가한다.

상기 마이크로 컴퓨터(4)는 상기 아날로그/디지탈변환기(3)로부터의 신호 및 중량센서(미도시)로 부터의 식품의 중량값(W)을 입력받아 현재의 상태를 판단하고, 기 저장된 해동프로그램에 따라 해동동작이 수행될 수 있도록 제어를 한다.

이와같이 구성된 종래 전자레인지의 냉동식품 해동방법에 관하여 첨부한 종래 전자레인지의 냉동식품 해동동작 흐름도를 나타낸 제2도와, 제2도에 따른 L값의 그래프인 제3도의 (a)내지 (c)와, 제2도에 따른 마그네트론 출력제어 그래프인 제4도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 해동스위치가 선택되면 턴테이블모터, 고내등, 냉각팬이 구동되고 중량센서를 이용하여 식품의 중량(W)을 측정한다.

턴테이블 1회전시간 Q를 상용전원의 1 주기시간 TO와 턴테이블 모터의 계수 P를 이용하여 Q = (1/TO)/P에 의해 산출한다. 여기서 P = 5, TO = 20 밀리초로 정하여 Q = 10초로 한다.

이후, 250밀리초가 카운트되면, 마그네트론 출력치(600W, 300W, 0W)와 출력시간을 제어한다. 즉, 제4도에 도시한 바와같이 처음 Q초(1초)간은 0와트를 출력하고, T1시간동안에는 600와트를 출력하며, 이후에는 300와트와 0와트를 10초간격으로 교번으로 출력하게 한다.

여기서 T1시간은 중량센서에 의해 검출된 부하의 중량(W)을 이용하여 T1 = 0.06 * W으로 구한다.

한편, 마그네트론 오프시에만 써모파일센서의 출력을 측정하는데, 이는 전자파노이즈의 영향을 제거하기 위함이다.

써모파일센서의 출력을 증폭한 전압(V1)과 써미스터의 전압(V2)과 써모파일센서의 기준전압(V3)을 이용하여 전압(V)를 V = R(V1-V3) + SV2 + T와 같이 산출하고, 그 전압 V를 데이터로써 이용한다. R.S.T는 모두 상수이다.

텐테이블의 1회전 경과 여부 즉, 초기에 Q초가 경과 했는가를 판단하고, 1회전 동안에는 연속적으로 데이터를 입력받고, 이후에는 식품의 중량측정이 완료되기 때문에 중량값(W)을 이용해서 상기의 T1을 산출한다. 그리고 TLmax = 2W, TLmin = 1W를 산출한다.

상기 TLmax는 써모파일센서가 해동종료 검지를 하지 않더라도 무조건 해동을 종료하는 시간이고, TLmin은 써모파일센서가 해동종료 검지를 하지 않더라도 무조건적으로 마그네트론의 가열을 단속하는 시간이다.

반면에 써모파일센서가 해동종료를 검지하는 시간은 TLmin에서 TLmax 사이의 시간으로 되어 있다.

마그네트론의 2회째 이후의 비발진시(오프시)에는 조리경과시간이 TLmin에서 TLmax 사이에 있으면, 해동종료 검지가 행해진다.

즉, 이때의 종료검지는 L = min/ave, M =dV/dt의 값들에 의해 행해지는데, min는 턴테이블의 1회전시에 최소전압값이고, ave는 평균치이고, dV/dt는 시간에 대한 전압(V)의 미분치이다.

따라서 L값은 턴테이블의 1회전 동안에 측정되는 전압데이타의 진동이 얼마나 되는가에 대한 평가값이 되고, M은 식품의 온도가 급격히 상승하는지의 여부를 판단하는 값이 된다.

통상적으로 L의 값은 제3도의 (a)에 도시된 바와같고, 큰 부하(중심온도가 증가하기 힘듬)의 경우에는 제3도의 (b)에 도시된 바와 같으며, 극단적으로 온도가 높은 부분과 낮은 부분의 써모파일센서 시야에 들어오면 제2도의 (c)와 같이 된다.

이상에서 설명한 바와같이 종래 전자레인지의 냉동식품 해동방법은 써모파일센서와 중량센서에 의해 검출된 식품의 표면온도와 중량값에 따라 마그네트론의 출력 및 해동종료 시점을 결정하였다.

따라서 초기 고 출력으로 가열하는 시간(T1)을 얻기 위해서는 중량센서를 이용해야만 하기 때문에 비용이 많이 들고, 시간(T1) 이후에는 식품의 크기에 관계없이 같은 비율로 마그네트론의 출력을 제어하고 있기 때문에 부하의 크기에 따라 부분적으로 익거나 또는 해동이 덜되는 문제점이 있었다.

그리고 해동초기에 측정한 식품의 중량에 의해 종료시간의 범위(TLmin - TLmax)를 설정하고 이 시간 범위에서 적외선 센서의 출력전압을 이용하여 종료시점을 결정하기 때문에 식품이 턴테이블에 편심되게 위치하면 해동종료 동작을 정확히 하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 일정시간마다 부하온도의 변화에 따른 마그네트론의 온/오프 시간비를 계산하고, 부하의 순시온도와 초기온도를 조합한 값과 상기 시간비를 이용하여 마그네트론의 온/오프 제어하며, 얼음에서 물로 되는 상전이 시점을 파악하여 최적의 해동종료 시점을 결정함으로 정확한 해동동작을 할 수 있는 전자레인지의 냉동식품 해동방법을 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 전자레인지의 냉동식품 해동방법은 초기 턴테이블의 1회전 시간동안에의 측정온도의 진동폭을 산출하는 제1단계와; 상기 산출된 진동폭을 이용하여 부하의 편심정도값을 산출하는 제2단계와; 마그네트론의 온/오프제어주기마다 마그네트론의 온/오프시간비를 산출하는 제3단계와; 상기 제3단계의 마그네트론의 온/오프시간비가 산출되면 이를 상기 부하의 편심정도값과 조합하여 해동종료시점을 산출하는 제4단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 작용 및 효과에 관하여 첨부한 제5도 내지 제8도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전자레인지의 일반적인 구성 및 동작은 제1도와 같다. 좀더 부연설명을 하자면, 식품의 온도를 감지하는 써모파일센서(1)는 케비티(10) 측면에 위치함으로써 턴테이블(8)위에 있는 부하(식품)(9)의 온도를 측정할 수 있는 영역이 편심되도록 되어 있다.

이와같이 구성된 전자레인지에서 냉동식품을 해동하기 위해 마그네트론의 온/오프시간비를 아래 식(1)과 같이 구한다.

여기서, D(k)는 해동시작 후 k시점에서 산출되는 마그네트론의 온/오프시간비로써 마그네트론의 온/오프 주기로 온시간을 나눈 값이다. 즉,

이다.

k는 마그네트론 온/오프주기마다 1씩 증가하는 정수이다.

T(k)는 k시점에서의 센서에 의해 측정되는 순시 온도이다.

t(0)는 해동을 시작한 초기에 측정된 온도이다.

ω는 초기온도에 대한 가중치로 0에서 1사이의 값을 가진다.

Tr은 상수로 부하온도가 증가할수록 산출되는 D(k)값이 양수인 상태에서 감소하도록 한다.

Kp는 상수이다.

그리고 상기 식(1)에서, T(k) - ω * T(0)의 값과 D(k) 값과의 관계는 제5도에 도시한 그래프와 같은데, 여기에서 Tp는 그래프의 기울기가 되고 Kp * Tr은 y절편 값이 된다.

즉, Kp값은 부하의 온도가 증가함에 따라 일정한 비율로 마그네트론의 온/오프 시간비가 감소하게 한다.

가령 Kp = 0.05이면, T(k) - ω * T(0)가 2도씩 증가하면 D(k)는 0.1씩 감소한다. 이때 Tr은 x절편값으로 그래프를 상하로 이동시키는 역할을 한다.

상기 Tr이 너무 크면 D(k)가 너무 작게되어 해동시간이 길어지고, 반대로 Tr이 너무 작으면 D(k)가 너무 커서 식품이 부분적으로 익는 부분이 생기게 된다.

이와같이 식품의 온도를 검출할 때, 순시온도(T(k)와 초기온도(T(0)를 모두 이용하여 검출하는데, 만약, T(k) - ω * T(0) 대신 순시측정 온도값인 T(k) 만을 이용한다면, 즉 마그네트론 온/오프 시간비를 아래 식(2)와 같이 산출하면, 센서의 단품오차, 증폭회로의 오차, 센서를 전자레인지 캐비티에의 장착할 때 생기는 기구적인 오차 등에 의해 온도 측정에 오차가 발생하게 되고, 이에따라 해동이 불완전하게 될 수 있다.))

예를들어 Kp = 0.05, Tr = 20이고 마그네트론 온/오프 주기가 20초일 때 똑같은 조건의 부하에 대해 하나는 T(k) = 10도로 측정되고, 다른 하나는 단품오차가 있어서 4도로 측정되어 서로 6도의 오차가 있다고 한다면 각각의 경우에 대해 D(k)의 값은 0.05, 0.8이 된다.

이것은 20초의 주기중에서 10초를 온 시키고 10초를 오프시키던 것을 16초 온 시키고 4초 오프시킨다는 의미가 된다.

위에서와 같이 순시온도 T(k)만을 이용하여 온도를 측정하게 되면, 단품오차가 있는 경우는 너무 많은 에너지를 공급하여 과해동 되거나 또는 충분한 에너지를 공급하지 못하여 해동시간이 길어지게 된다.

상기와 같은 측정오차를 줄이기 위해서 순시 측정온도 대신 초기 측정온도 T(0)와의 상대적인 온도변화를 이용하는 것이다.

그런데, 순시온도(T(k)에서 초기온도(T(0)를 감산한 값만을 이용하게 되면 아래 식(3)과 같다.

그러나 상기 식(3)과 같이 상대적인 온도변화만을 이용할 때는 부하의 크기가 작거나 부하가 편심되었을 때 과해동 되거나 부분적으로 익는 부분이 생길 수 있다.

그 이유는 다음과 같다.

써모파일센서가 측정하는, 순시온도 값은 부하의 온도와 턴테이블온도가 합쳐진 값이 된다.

만약 센싱영역에서 부하가 차지하는 영역비가 α, 부하의 온도가 Ta(k)이고 턴테이블온도가 Tb(k)이면 순시측정온도 T(k)는 아래 식 (4)와 같이 된다.

상기 식(4)는 센싱영역에서 부하가 차지하는 비율이 적다면 센서가 측정하는 순시온도값에는 턴테이블의 온도가 많이 포함되어 있다는 의미가 된다.

이에대해 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.

제6도의 (a)내지 (c)는 부하의 크기와 편심에 따른 센싱영역에서의 부하의 비율이 변하는 것을 보여준다.

제6도의 (a)에 도시한 바와같이 큰 음식물인 경우에는 센싱이 비교적 정확하게 되지만, 제6도의 (b)(c)에 도시한 바와같이 센싱영역에서 부하의 비율이 작거나 편심된 경우는 초기온도에 대한 상대적인 온도변화가 작게 되어 식(3)에 의해 마그네트론 온/오프 시간비를 산출할 때 매우 큰 D(k)값이 계산되어 과해동 되거나 부분적으로 익는 부분이 생길 수 있다.

예를 들어 초기의 부하의 온도가 -5도, 턴테이블의 온도가 20도, 센싱영역에서 편심된 부하가 차지하는 비율인 α가 0.2일 때, 초기에 마그네트론을 가열하여 20초 후에 부하의 온도가 0도가 되었다고 가정한다.

이때, 턴테이블의 온도는 부하보다 작으므로 마그네트론을 20초 가열한 후에는 온도변화가 미세하여 20도 그대로 유지한다고 가정할 수 있다.

이 경우 써모파일센서가 측정하는 초기온도 T(k)는 0.2 * (-5) + 0.8 * 20 = 15도로 측정되고 20초 후의 측정온도는 0.2 * 0 + 0.8 * 20 = 16도로 되어 상대적인 온도변화는 1도로 측정된다.

이때, Kp = 0.05, Tr = 20이면 이 경우의 D(k)는 각각 0.75(= 0.05 * (20-5)), 0.98 (= 0.05 * (20-1))이 되어 부하가 편심된 경우는 과도한 에너지가 공급되어 과해동 되거나 부분적으로 익는 부분이 생기게 된다.

따라서 센서의 단품오차와 부하의 크기 및 부하의 위치에 상관없이 초기의 시간비로 마그네트론을 온/오프 제어하기 위해서는 순시측정온도(T(k)와 상대적인 온도변화 T(k) - T(0)를 적절하게 조합한 온도값을 이용해야 한다.)

아래 식(5)는 상기 두 온도값을 조절하여 D(k)를 산출하는 방법으로 결국 상기 식(1)과 같다.

여기서 ω의 값이 1이면 상대적인 온도만을 이용하게 되고, ω의 값이 0이면 순시측정 온도만을 이용하게 된다.

따라서 센서의 단품오차의 범위와 부하의 위치 범위를 고려하여 적절한 ω값을 설정하면 부하의 위치와 크기 및 센서의 단품오차에 대해 둔감한 마그네트론 온/오프시간비를 산출할 수 있다.

다음은 해동의 종료시점에 관하여 설명한다.

전자레인지에 있어서, 해동종료 시점의 결정은 마그네트론 온/오프시간비와 같이 해동성능을 결정하는 중요한 요소이다.

D(k)가 큰 상태에서 해동시간을 길게할 경우 과해동되고, D(k)가 작은 상태에서 해동시간을 짧게 할 경우 해동이 덜 될 수 있다.

가장 최적인 해동종료 시점은 부하표면이 얼음에서 물로의 상전이가 끝나고 온도가 계속 증가하기 시작하는 시점이다.

이 시점은 제7도의 (a)에 도시한 바와같은 냉동부하의 표면온도 변화곡선의 변화로부터 알 수 있는데, 이에 도시한 바와같이 해동을 종료하기에 알맞은 시점에서는 곡률이 변하는데, 곡률변화를 알 수 있는 방법은 온도 증가율을 조사하는 것이다.

즉, 0도의 얼음이 0도의 물로 상전이 되는 구간에서는 온도증가율이 작지만, 곡률이 변하기 시작하는 시점부터는 온도증가율이 증가하기 시작한다.

해동종료 시점을 결정하기 위해서 온도 증가율만을 이용하면 큰 부하와 작은 부하의 구분이 되지 않는다.

즉, 부하표면에서 물로의 상전이가 끝나고 온도가 증가하기 시작할 때, 온도증가율은 부하량에 따라 다르게 되기 때문에 온도 증가율만을 이용하여 해동종료 시점을 결정한다면 온도증가율이 작은 큰 부하인 경우에 과해동 될 수 있다.

따라서 해동의 종료시점은 상기 식(1)을 이용하여 산출한 마그네트론의 온/오프시간비와 부하의 온도증가율을 조합한 값을 이용하여 아래 식(6)과 같이 구한다.

여기서 T(k-1)은 마그네트론 온/오프시간 전에 측정된 순시온도이다.

Dr은 상수이다.

Kd는 부하의 편심정도에 따라 변하는 값이다.

상기 써모파일센서가 부하의 편심에 따라 측정하는 온도의 변화는 제7도의 (b)에 도시한 바와같다. 이에 도시한 바와같이 편심된 부하인 경우 온도변화량이 작기 때문에 해동종료 시점이 길어지게 되어 과해동될 수 있다.

이와같이 부하가 편심된 경우는 Kd의 값을 크게하여 작은 온도변화량에 대해 해동을 종료시킬 수 있어야 한다.

상기 부하의 편심정도를 알기 위해서는 턴테이블을 회전시킬 때, 턴테이블 1회전 동안에 측정온도의 진동폭을 이용해야 한다.

즉, 센서의 센싱영역이 편심되어 있기 때문에 일반적으로 전자레인지 사용자가 부하를 놓는 범위에서는 부하의 편심이 많을수록 1회전 동안에 측정온도의 진동폭은 커진다.

이를 그래프 나타내면 제7도의 (c)에 도시한 바와같다.

이와같이 부하의 편심정도에 따라 Kd값을 산출하기 위해서 제7도의 (d)에 도시한 그래프와 같이 진동폭이 a1보다 작거나 a2보다 큰 범위에서는 Kd의 값이 K1 또는 K2로 일정하고, 그 사이의 값에서는 진동폭이 증가함에 따라 Kd의 값을 증가시킨다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 전자레인지에서 써모파일센서를 이용하여 해동할 때 일정시간마다 부하온도의 변화에 따라 마그네트론의 온/오프 시간비를 계산함으로써 부하량에 따라 적절한 에너지 공급을 제어할 수 있는 효과가 있다.

그리고 마그네트론의 온/오프 시간비를 계산하기 위한 부하온도로써 단순히 순시온도나 초기온도에 대한 상대적인 온도만을 이용하지 않고 두 온도를 조합한 값을 이용함으로써 부하의 위치가 센서의 시야에서 다소 벗어나더라도 과해동되거나 해동이 덜 되지않도록 적절한 에너지를 공급할 수 있는 효과가 있다.

그리고 써모파일센서를 이용한 전자레인지를 대량으로 생산할 경우에 센서의 펀차와 센서의 신호를 증폭하여 마이크로 컴퓨터가 인식할 수 있도록 하는 증폭회로 등의 세트편차 영향을 줄일 수 있는 효과가 있다.

그리고 센서가 일정시간마다 측정되는 순시온도의 변화량은 부하 표면온도 곡선의 변화에 대한 정보를 포함하기 때문에 이것을 이용하여 해동종료 시간을 결정함으로써 가장 최적인 상태에서 해동을 종료할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 초기 턴테이블의 1회전 시간동안에의 측정온도의 진동폭(Ao)을 산출하는 제1단계와; 상기 산출된 진동폭(Ao)을 이용하여 부하의 편심정도(Kd)를 산출하는 제2단계와; 마그네트론의 온/오프제어주기(tm)마다 아래 식(1)과 같이 마그네트론의 온/오프시간비 D(k)를 산출하는 제3단계와; 상기 제3단계의 D(k)가 산출되면 아래 식(2)과 같이 해동종료 시점을 산출하는 제4단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자레인지의 냉동식품 해동방법.

   단, D(k)는 해동시작 후 k시점에서 산출되는 마그네트론의 온/오프시간비로써 마그네트론의 온/오프 주기로 온시간을 나눈 값이다. k는 마그네트론 온/오프주기마다 1씩 증가하는 정수이다. T(k)는 k시점에서의 센서에 의해 측정되는 순시 온도이다. t(0)는 해동을 시작한 초기에 측정된 온도이다. ω는 초기온도에 대한 가중치로 0에서 1사이의 값을 가진다. Tr은 상수로 부하온도가 증가할수록 산출되는 D(k)값이 양수인 상태에서 감소하도록 한다. Kp는 상수이다.

   단, T(k-1)은 마그네트론 온/오프시간 전에 측정된 순시온도이다. Dr은 상수이다. Kd는 부하의 편심정도에 따라 변하는 값이다.