KR100243029B1 - 조리기기에서 가열 용기의 과열 방지장치와 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조리기기의 소정 위치에 설치한 비접촉식 온도 센서를 이용하여 가열 용기의 온도를 모니터링하되 가열 용기의 과열이 판단되면 가열을 중단하도록 한 조리기기에서 가열 용기의 과열 방지장치과 그 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 가열 용기와 접촉되지 않는 조리기기의 소정 위치에 설치되어 조리기기에 의한 가열 용기의 가열에 의하여 발생되는 적외선을 수광하여 온도를 감지하되 감지 온도에 따라 출력 전압이 변화되는 비접촉식 적외선 온도 감지센서(100)와, 상기 적외선 온도 감지센서(100)의 출력 전압을 소정 이득으로 증폭하되 상기 적외선 온도 감지센서(100)의 온도 변화에 대한 출력 전압의 변동을 별도의 온도센서를 이용하여 자동 보정하여 상기 가열 용기의 온도에만 비례하는 전압을 산출하여 출력하는 비례 전압 산출부(200)와, 상기 비례 전압 산출부(200)를 통해 입력받은 상기 가열 용기의 온도 감지값과 기 설정된 기준값을 기 프로그래밍된 과열 판단 알고리즘에 따라 비교하여 상기 가열 용기의 과열 여부를 판단하되 판단 결과에 따라 과열 경보 신호 또는 가열 차단 신호를 출력하는 마이컴(300)과, 상기 마이컴(300)에서 출력되는 과열 경보 신호에 따라 과열 경고음을 송출하는 부저(410)와, 상기 마이컴(300)에서 출력되는 가열 차단 신호에 따라 조리기기의 에너지원을 차단하는 가열 차단부(420)로 구성된다.

Description

조리기기에서 가열 용기의 과열 방지장치와 그 방법

본 발명은 조리기기에서 가열 용기의 과열 방지에 관한 것으로, 특히 조리기기의 소정 위치에 설치한 비접촉식 온도 센서를 이용하여 가열 용기의 온도를 모니터링하되 가열 용기의 과열이 판단되면 가열을 중단하도록 한 조리기기에서 가열 용기의 과열 방지장치와 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 가스 레인지, 가스 오븐레인지, 전기 레인지, 전기 오븐레인지 등의 조리기기를 사용하여 피가열체를 가열하고자 할 경우에는 냄비나 커피 포트 등의 가열 용기를 이용하게 된다.

그러나, 종래에는 조리기기의 사용자가 가열 용기를 이용하여 피가열체를 가열하던 중에 이를 망각하여 가열 용기의 적절한 가열 시간이 경과되었을 경우에는 가열 용기 즉, 냄비나 커피 포트 등이 과열되어 손상될 뿐만 아니라 급기야 화재가 발생될 수 있는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안한 것으로서, 조리기기의 소정 위치에 설치한 비접촉식 온도 센서를 이용하여 가열 용기의 온도를 모니터링하되 가열 용기의 과열이 판단되면 가열을 중단하도록 한 조리기기에서 가열 용기의 과열 방지장치와 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 조리기기의 가열에 의한 가열 용기의 온도를 감지하는 가열 용기 온도 감지수단과, 이 가열 용기 온도 감지수단의 자체 온도 변화에 대한 온도 감지값의 변동을 보정하여 가열 용기의 온도에만 비례하는 온도 감지값을 산출하여 출력하는 비례 감지값 산출수단과, 이 비례 감지값 산출수단을 통해 입력받은 가열 용기의 온도 감지값과 기 설정된 기준값을 기 프로그래밍된 과열 판단 알고리즘에 따라 비교하여 가열 용기의 과열 여부를 판단하는 과열 판단수단과, 이 과열 판단수단에서 출력되는 제어 신호에 따라 조리기기에 의한 가열 용기의 가열을 차단하는 가열 차단수단으로 이루어짐을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 조리기기에서 가열 용기의 과열 방지장치 블록 구성도.

도 2 (가)는 도 1에 도시된 적외선 온도센서의 수광 과정도이고, 도 2 (나)는 적외선 온도센서의 종류별 수광 특성도.

도 3은 도 1에 도시된 비례 전압 산출부의 회로도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 실험에 의하여 마이컴에 입력되는 전압 파형도.

도 5는 도 4에 도시된 전압 파형이 마이컴에 입력될 때의 가열 과정을 나타낸 상태 천이도.

도 6은 도 1에 도시된 마이컴에 프로그래밍된 과열 판단 알고리즘.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

100 : 적외선 온도 감지센서 200 : 비례 전압 산출부

300 : 마이컴 410 : 부저

420 : 가열 차단부

이하, 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 조리기기에서 가열 용기의 과열 방지장치 블록 구성도를 나타낸 것으로서, 가열 용기와 접촉되지 않는 조리기기의 소정 위치에 설치되어 조리기기에 의한 가열 용기의 가열에 의하여 발생되는 적외선을 수광하여 온도를 감지하되 감지 온도에 따라 출력 전압이 변화되는 비접촉식 적외선 온도 감지센서(100)와, 상기 적외선 온도 감지센서(100)의 출력 전압을 소정 이득으로 증폭하되 상기 적외선 온도 감지센서(100)의 온도 변화에 대한 출력 전압의 변동을 별도의 온도센서를 이용하여 자동 보정하여 상기 가열 용기의 온도에만 비례하는 전압을 산출하여 출력하는 비례 전압 산출부(200)와, 상기 비례 전압 산출부(200)를 통해 입력받은 상기 가열 용기의 온도 감지값과 기 설정된 기준값을 기 프로그래밍된 과열 판단 알고리즘에 따라 비교하여 상기 가열 용기의 과열 여부를 판단하되 판단 결과에 따라 과열 경보 신호 또는 가열 차단 신호를 출력하는 마이컴(300)과, 상기 마이컴(300)에서 출력되는 과열 경보 신호에 따라 과열 경고음을 송출하는 부저(410)와, 상기 마이컴(300)에서 출력되는 가열 차단 신호에 따라 조리기기의 에너지원을 차단하는 가열 차단부(420)로 구성되어져 있다.

도면 중 미설명 부호 201은 상기 비례 전압 산출부(200)가 출력하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 마이컴(300)으로 출력하는 A/D 변환기이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과를 첨부한 도면 도 1 내지 도 6 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 비접촉식 적외선 온도센서(100)의 출력 전압은 특정 파장대의 입사 적외선의 양과 자신의 온도와의 차이가 클수록 증가하는데, 이때 입사 적외선량은 물체의 온도와 색 및 거리에 따라 달라진다.

따라서, 물체를 특정한 것으로 고정시키면(사용자가 가열 용기를 조리기기 위에 올려놓으면 이 가열 용기를 사용하는 동안은 고정된다고 본다) 색과 거리가 고정되므로 결국 적외선의 양은 물체의 온도에만 관계되고, 적외선 온도센서(100)의 출력 전압은 물체의 온도와 자신의 온도와의 차에만 관계되게 되어 온도 차이가 커지면 센서의 출력 전압이 커지는 반면 온도 차이가 작아지면 센서의 출력 전압이 작아지게 된다. 즉, 자신의 온도를 별도로 측정하고 이를 센서의 출력에 더하면 원하는 물체의 온도를 구할 수 있게 된다.

이러한 원리를 응용한 적외선 온도센서(100)의 수광 과정은 도 2 (가)에 도시된 바와 같이, 조리기기의 가열 용기 가열에 의하여 방출된 적외선이 적외선 온도센서(100)의 반사경/렌즈(101)에 의하여 집광되어 적외선 온도센서(100)의 수광부(102)에 의하여 감지되게 된다.

한편, 비접촉식 적외선 온도센서(100)는 서모파일(Thermopile) 센서와 파이로일렉트릭(Pyroelectric) 센서를 사용할 수 있는데 종류별 수광 특성은 도 2(나)에 도시된 바와 같이, 적외선이 구형파와 같이 입사되면 서모파일 센서는 약간의 시정수를 갖고 이에 비례하여 전압이 발생되고, 파이로일렉트릭 센서는 초퍼를 사용하여 변화를 유발하여 전압이 발생된다. 따라서, 데이터로 읽는 시점은 도면의 A 시점이 접합하다.

도 3은 본 발명에 의한 비례 전압 산출부(200)의 회로도를 나타낸 것으로서, 적외선 온도 감지센서(100)의 출력 전압을 소정 이득으로 증폭하되 적외선 온도 감지센서(100)의 온도 변화에 대한 출력 전압의 변동을 서미스터 센서(Rt)를 이용하여 자동 보정하여 가열 용기의 온도에만 비례하는 전압을 산출하여 출력하게 된다.

Vc는 기준 전압(통상 5V)이고, Vt는 주위 온도센서인 서미스터 센서(Rt)의 출력이며, Vo는 주위 온도가 보상되고 연산 증폭기(OP Amp)에 의하여 증폭된 적외선 온도센서(100)의 출력이다.

여기서, Vt는 R1, R2, R3, R4와 서미스터 센서(Rt)에 의하여 결정되어 지고, 적외선 온도센서(100) 자체의 출력(ds)은 미세하므로 연산 증폭기(OP Amp)에 의하여 증폭되게 된다. (C1, C2, C3은 잡음 처리를 위한 캐패시터이다)

이때, 연산 증폭기(OP Amp)의 증폭률은 R5, R6에 의하여 결정되고, 관계식은 식 1과 같다.

[식 1]

따라서, 주위 온도가 보상된 출력 Vo는 식 2와 같이 나타난다.

[식 2]

다음으로, 적외선 온도센서(100)의 출력 전압(또는 온도)이 가열 용기가 가열됨에 따라 점차적으로 어떻게 변화되는지를 설명한다.

도 4는 가열 용기(예: 냄비)에 물을 약간 넣고 가열을 시작한 후 시간이 경과함에 따른 적외선 온도센서(100)의 출력을 마이컴(300)에서 읽은 전압이다.

도면에서, X측은 시간축이고, Y축은 전압축 Vm(t)이며, 일반적으로 Vm(t)은 잡음이 혼합되므로 식 3과 같이 나타난다.

[식 3]

Vm(t)=V(t)+n(t)

단, Vm(t)은 마이컴(300)에서 읽히는 전압이고, V(t)는 잡음이 없을 때의 전압(측정 불가능)이며, n(t)은 잡음이다.

가열 용기를 조리기기에 올려놓고 t=0 에서 가열하면 센서의 전압은 점차로 증가하게 된다.(S1 구간)

이때, 증가하는 속도는 실험 결과에 의하면 내용물의 양과 종류 및 가열 용기의 재질에 따라 달라지나 여하튼 증가하게 되는데 이는 물의 온도가 증가하면서 가열 용기의 온도도 같이 증가하기 때문이다.

물이 끓기 시작하는 t1=400 부터는 거의 일정한 전압을 유지하게 되고, 증가하더라도 그 증가 기울기는 대단히 미약하다.(S2 구간)

S2 구간의 전압이 일정한 이유는 물의 온도가 100℃로 일정하기 때문에 가열 용기의 온도도 크게 변화하지 않기 때문이다. 발열로 인한 에너지는 물의 증발로 모두 변환되고, 이 기간이 얼마나 오래 지속되는가는 가열 용기 내의 물의 양에 따라 다르게 나타난다.

물이 모두 증발된 t2=900 부터는 가열 용기의 온도가 급격히 증가하게 된다.(S3 구간)

이 구간은 증발할 물이 없기 때문에 가열 용기가 열을 흡수하여 자신의 온도가 올라가는 구간으로 소위 가열 용기가 타 들어가는 구간이다.

이러한 가열 과정을 상태 천이도로 나타내면 도 5에 도시된 바와 같다.

도 5에서 S1, S2, S3는 상태 즉, S1은 가열 용기의 온도가 증가하는 상태(내용물의 온도가 상승)이고, S2는 가열 용기의 온도가 거의 일정한 상태(내용물의 수분이 비등하는 상태)이며, S3은 가열 용기의 온도가 급격히 증가하는 상태(내용물의 수분이 모두 증가된 상태에서 가열이 계속되는 상태)이다.

그리고, C12, C22, C23, C33은 천이 조건을 나타내는 것으로, C12는 가열 용기내의 내용물의 온도가 100℃에 도달하는 조건이고, C22는 가열 용기내의 내용물의 온도가 100℃를 유지하는 조건이며, C23은 가열 용기내의 내용물 중 수분이 모두 증발하는 조건이고, C33은 가열 용기내의 수분이 없고 가열 용기의 온도는 증가하는 조건이다.

따라서, 마이컴(300)은 가열 용기가 과열됨을 감지하기 위해서 상태 천이도에서 S3 상태로 들어갔음을 감지하면 된다. 이를 실행하기 위하여 마이컴(300)에 프로그래밍하는 과열 판단 알고리즘은 도 6에 나타낸 바와 같다.

먼저, 마이컴(300)은 비례 전압 산출부(200)의 출력 전압이 A/D 변환기(201)를 통해 디지털값으로 입력되면 소정 시간 간격으로 전압 데이터를 샘플링하게 된다.(ST10)

이후, 샘플링된 전압 데이터가 거의 일정한 경향을 보이는가를 판단하게 되는데 이는 도 4의 S2 구간을 판단하기 위함이다.(ST20)

단계 ST20의 판단 결과에서 전압 데이터가 일정한 경향을 보이지 않으면 소정 시간 간격으로 전압 데이터를 샘플링하는 단계 ST10을 재수행하게 된다.

그러나, 단계 ST20의 판단 결과에서 전압 데이터가 일정한 경향을 보이면 마이컴(300)은 가열 용기 내의 수분이 비등하는 상태인 도 4의 S2 구간을 판단하여 단계 ST10에서 전압 데이터를 샘플링하는 소정 시간 간격 또는 보다 짧은 시간 간격으로 전압 데이터를 샘플링하게 된다.(ST30)

이후, 마이컴(300)은 단계 ST30에서 샘플링된 전압 데이터가 증가하는 경향을 보이는가를 판단하게 되는데 이는 도 4의 S3 구간을 판단하기 위함이다.(ST40)

단계 ST40의 판단 결과에서 전압 데이터가 증가하는 경향을 보이지 않으면 소정 시간 간격 또는 보다 짧은 시간 간격으로 전압 데이터를 샘플링하는 단계 ST40을 재수행하게 된다.

그러나, 단계 ST40의 판단 결과에서 전압 데이터가 증가하는 경향을 보이면 마이컴(300)은 가열 용기내 수분이 모두 증발된 상태에서 가열이 계속되는 도 4의 S3 상태를 판단하게 된다.

한편, 마이컴(300)은 온도 감지값과 기 설정된 기준값(도 4에 도시된 허용 한계점 dv)을 비교하여 가열 용기의 온도가 허용 온도를 상위하면 경보 신호 또는 가열 차단 신호를 출력하게 된다.

이때, 허용 한계점(dv)을 높게 설정하면 오동작은 줄어들지만 시간 지연이 증가하게 되고, 허용 한계점(dv)을 낮게 설정하면 동작이 민감해져 오동작의 확률이 높아지게 된다. 즉, 잡음의 크기에 따라 오동작의 확률이 달라지는데 잡음의 원인으로는 조리기기의 순간적인 화염 변동과 전기 및 자기적 노이즈 또는 A/D 변환기(201)의 분해능 등이 있다.

따라서, 여러 번의 실험에 따라 오동작의 확률과 시간 지연을 감안하여 적절한 허용 한계점(dv)을 설정하여야만 한다.

다음으로, 마이컴(300)에서 출력되는 과열 경보 신호에 따라 부저(410)는 과열 경고음을 송출하게 되고, 마이컴(300)에서 출력되는 가열 차단 신호에 따라 가열 차단부(420)는 메인파이프나 메인노즐을 차단하여 가스를 차단하거나 조리 기기로의 전원 공급을 차단하여 조리기기의 에너지원을 차단하게 된다.(ST50)

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 조리기기의 소정 위치에 설치한 비접촉식 온도 센서를 이용하여 가열 용기의 온도를 모니터링하되 가열 용기의 과열이 판단되면 가열을 중단함으로써, 적절한 가열 시간이 경과하여 가열 용기가 과열되어 손상되는 것을 방지할 뿐만 아니라 화재가 발생될 수 있는 위험성을 해소하는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 조리기기의 가열에 의한 가열 용기의 온도를 감지하는 가열 용기 온도 감지수단과,

   상기 가열 용기 온도 감지수단의 자체 온도 변화에 대한 온도 감지값의 변동을 보정하여 상기 가열 용기의 온도에만 비례하는 온도 감지값을 산출하여 출력하는 비례 감지값 산출수단과,

   상기 비례 감지값 산출수단을 통해 입력받은 상기 가열 용기의 온도 감지값과 기 설정된 기준값을 기 프로그래밍된 과열 판단 알고리즘에 따라 비교하여 상기 가열 용기의 과열 여부를 판단하는 과열 판단수단과,

   상기 과열 판단수단에서 출력되는 제어 신호에 따라 상기 조리기기에 의한 상기 가열 용기의 가열을 차단하는 가열 차단수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 조리기기에서 가열 용기의 과열 방지장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열 용기 온도 감지수단은 상기 조리기기의 상기 가열 용기와 접촉되지 않는 소정 위치에 설치되어 상기 조리기기에 의한 가열 용기의 가열에 의하여 발생되는 적외선을 수광하여 온도를 감지하는 적외선 온도 감지센서인 것을 특징으로 하는 조리기기에서 가열 용기의 과열 방지장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 비례 감지값 산출수단은 상기 가열 용기 온도 감지수단의 출력 전압을 소정 이득으로 증폭하되 자체 온도 변화에 대한 출력 전압의 변동을 별도의 온도센서를 이용하여 보정하여 상기 가열 용기의 온도에만 비례하는 전압을 산출하여 출력하는 비례 전압 산출부인 것을 특징으로 하는 조리기기에서 가열 용기의 과열 방지장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열 차단수단은 상기 과열 판단수단에서 출력되는 과열 경보 신호에 따라 과열 경고음을 송출하는 부저인 것을 특징으로 하는 조리기기에서 가열 용기의 과열 방지장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열 차단수단은 상기 과열 판단수단에서 출력되는 가열 차단 신호에 따라 조리기기의 에너지원을 차단하는 가열 차단부인 것을 특징으로 하는 조리기기에서 가열 용기의 과열 방지장치.
6. 소정 시간 간격으로 조리기기의 가열에 의한 가열 용기의 온도를 샘플링하는 제 1 단계와,

   상기 제 1 단계에서 샘플링된 온도가 일정한 경향을 보이는가를 판단하는 제 2 단계와,

   상기 제 2 단계서 온도가 일정한 경향을 보이지 않으면 상기 제 1 단계를 재수행하되 온도가 일정한 경향을 보이면 상기 제 1 단계에서 온도를 샘플링하는 소정 시간 간격 또는 보다 짧은 시간 간격으로 온도를 샘플링하는 제 3 단계와,

   상기 제 3 단계에서 샘플링된 온도가 증가하는 경향을 보이는가를 판단하는 제 4 단계와,

   상기 제 4 단계에서 온도가 증가하는 경향을 보이지 않으면 상기 제 3 단계를 재수행하되 온도가 증가하는 경향을 보이면 온도 감지값과 기 설정된 기준값을 비교한 후 상기 가열 용기의 온도가 허용 온도를 상위하면 상기 조리기기의 에너지원을 차단하여 상기 조리기기에 의한 상기 가열 용기의 가열을 차단하는 제 5 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 조리기기에서 가열 용기의 과열 방지방법.

Images