KR102142416B1 - 가열 장치 및 이의 전력 제어 방법 - Google Patents

가열 장치 및 이의 전력 제어 방법 Download PDF

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송치영
이정철
김영국
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(주)쿠첸
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Abstract

본 개시는 가열 장치를 개시한다. 본 개시의 기술적 사상에 따른 가열 장치는, 제1 발열체 및 제2 발열체를 포함하는 복수의 발열체들, 및 복수의 발열체들 각각의 출력을 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는 복수의 발열체들이 구동할 때 소모되는 총 소모 전력을 계산하고, 총 소모 전력이 가용 전력을 초과할 때 제2 발열체를 제1 구간에서 제한 출력 구동 및, 제2 구간에서 정 출력 구동하도록 제어하고, 정 출력은 사용자의 설정 출력에 따른 출력이고, 제한 출력은 정 출력보다 낮은 레벨을 갖는 출력이고, 제1 발열체는 일정 주기 내에서 온-구간과 오프-구간의 비율에 따라 출력이 제어되고, 제1 구간은 상기 제1 발열체의 온-구간과 오버랩되고, 제2 구간은 상기 제1 발열체의 오프-구간에 포함된다.

Description

가열 장치 및 이의 전력 제어 방법{HEATING DEVICE AND POWER CONTROL METHOD}
본 개시의 기술적 사상은 가열 장치 및 가열 장치의 전력 제어 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 다수의 발열체들의 전력을 효율적으로 제어하는 가열 장치 및 이의 전력 제어 방법에 관한 것이다.
가정이나 식당에서 조리 또는 살균을 포함한 다양한 목적을 위해 다양한 방식의 가열 장치들이 사용되고 있다. 최근에는 전기를 이용하여 냄비, 프라이팬, 찜솥 또는 주전자와 같은 피가열체를 가열하는 가열 장치들의 보급이 이루어지고 있다.
전기를 이용한 가열 방식은 크게 저항 가열 방식 및 유도 가열(induction heating) 방식을 포함한다. 저항 가열 방식은 금속 저항선 또는 탄화규소와 같은 비금속 발열체에 전류를 흘릴 때 생기는 열을 방사 또는 전도를 통해 피가열체에 직접적으로 전달함으로써 물체를 가열하는 방식으로, 하이라이트에 사용된다. 한편, 유도 가열 방식은 고주파 전력을 코일에 인가할 때 코일 주변에 발생하는 자기장의 변화를 이용하여 피가열체에 유도 전류를 발생시켜 피가열체가 가열되도록 하는 방식으로 인덕션에 사용된다.
이러한 전기를 이용한 가열 방식은 다수의 발열체들에 전력을 계속 공급할 경우, 소비 전력이 허용치를 벗어나 차단기가 차단될 수 있고, 발열로 인하여 화재 등의 전기 사고가 발생할 수 있다. 따라서, 가열 장치를 구성하는 다수의 발열체들이 동시에 동작하여 소비 전력이 허용치를 초과하여 발생할 수 있는 전기 안전 사고를 방지하기 위한 여러 가지 방안이 도출되었다.
본 개시의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 다수의 발열체들이 동시에 동작할 경우, 발열체의 발열량 증가로 인한 안전 사고를 방지하도록 발열체들의 전력을 제어할 수 있는 가열 장치를 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 개시의 일 실시예에 따른 가열 장치는, 제1 발열체 및 제2 발열체를 포함하는 복수의 발열체들, 및 복수의 발열체들 각각의 출력을 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는 복수의 발열체들이 구동할 때 소모되는 총 소모 전력을 계산하고, 총 소모 전력이 가용 전력을 초과할 때 제2 발열체를 제1 구간에서 제한 출력 구동 및, 제2 구간에서 정 출력 구동하도록 제어하고, 정 출력은 사용자의 설정 출력에 따른 출력이고, 제한 출력은 정 출력보다 낮은 레벨을 갖는 출력이고, 제1 발열체는 일정 주기 내에서 온-구간과 오프-구간의 비율에 따라 출력이 제어되고, 제1 구간은 상기 제1 발열체의 온-구간과 오버랩되고, 제2 구간은 상기 제1 발열체의 오프-구간에 포함될 수 있다.
일 실시 예에서, 복수의 발열체들은 제3 발열체를 포함하고, 총 소모 전력이 가용 전력을 초과할 때 제어부는 제3 발열체를 제3 구간에서 제한 출력 구동 및 제4 구간에서 정 출력 구동 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 제1 구간과 제3 구간은 서로 오버랩되고, 제2 구간과 제4 구간은 서로 오버랩될 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부는, 제2 발열체가 제한 출력 구동하고 제2 발열체를 제외한 발열체들이 정 출력 구동할 때 소모되는 총 소모 전력을 재계산하고, 재계산된 상기 총 소모 전력이 가용 전력을 초과할 때, 제3 발열체를 제3 구간에서 제한 출력 구동하도록 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부는 제2 발열체를 제5 구간에서는 정 출력보다 높은 레벨을 갖는 보상 출력 구동 제어하고, 제5 구간은 제1 발열체의 오프-구간에 포함될 수 있다.
일 실시 예에서, 제한 출력의 레벨은 일정한 값을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부는 총 소모 전력이 가용 전력 이하일 때 복수의 발열체들을 각각 정 출력 구동하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 발열체는 저항 가열 발열체이고, 제2 발열체는 유도 가열 발열체일 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 가열 장치는 각각의 발열체들의 전력 제어를 통해 소비 전력의 허용치를 만족시킬 수 있다. 따라서, 발열체의 발열량 증가로 인한 안전 사고를 방지할 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 가열 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 가열 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 가열 장치의 전력 제어 방법에 대한 흐름도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 가열 장치의 전력 제어 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 가열 장치의 전력 제어 방법에 대한 흐름도이다.
도 6은 도 5의 가열 장치의 전력 제어 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 개시의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 개시의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 개시의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 개시의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 개시를 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명 개념은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 가열 장치를 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 가열 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 가열 장치(1)는 플레이트 형상의 몸체(2)를 포함할 수 있다. 몸체(2)의 상부에는 복수의 발열체들(10_1~10_3), 및 발열체들(10_1~10_3)의 일측에 구비되어 사용자의 입력을 수신하고 복수의 발열체들(10_1~10_3)의 상태 정보를 표시하는 사용자 인터페이스(40)가 배치될 수 있다. 가열 장치(1)는 복수의 발열체들(10_1~10_3)을 동작시킬 때, 소비 전력의 허용치를 초과하지 않도록 전원을 공급하여 복수의 발열체들(10_1~10_3) 각각의 전력을 제어할 수 있다. 예를 들어, 가열 장치(1)는 전기를 에너지원으로 하여 화구에 대응하는 복수의 발열체들(10_1~10_3)을 통해 피가열체를 가열하는 전기레인지일 수 있다.
가열 장치(1)는 복수의 발열체들(10_1~10_3)로 전력을 제공하여 복수의 발열체들(10_1~10_3)을 구동시키는 복수의 구동부들(20_1~20_3), 복수의 발열체들(10_1~10_3)로 제공되는 전력을 생성하는 전원부(30) 및, 가열 장치(1)의 전반적인 동작들을 제어하는 제어부(50)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 가열 장치(1)는 3개의 발열체들, 즉, 제1 발열체(10_1), 제2 발열체(10_2) 및 제3 발열체(10_3)를 포함할 수 있고, 제1 발열체(10_1)에 전력을 공급하는 제1 구동부(20_1), 제2 발열체(10_2)에 전력을 공급하는 제2 구동부(20_2) 및 제3 발열체(10_3)에 전력을 공급하는 제3 구동부(20_3)를 포함할 수 있다. 다만, 본 개시는 이에 한정되지 않으며, 가열 장치(1)에 포함된 발열체의 개수는 다양하게 구성될 수 있다. 즉, 가열 장치(1)는 2개의 발열체를 포함하거나, 4개 이상의 발열체들을 포함할 수도 있다.
일 실시예에서, 가열 장치(1)는 가열 방식이 서로 다른 발열체들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 발열체(10_1)는 하이라이트일 수 있고, 제2 발열체(10_2) 및 제3 발열체(10_3)는 인덕션일 수 있다. 예를 들어, 제1 발열체(10_1)는 일정한 주기에서 출력되는 온-구간에 따라 다단계로 출력이 조절될 수 있다. 제1 발열체(10_1)는, 온-구간이 짧을수록 낮은 단계의 출력, 온-구간이 길수록 높은 단계의 출력이 발생할 수 있다.
복수의 발열체들(10_1~10_3) 중 적어도 하나의 발열체는 다른 발열체의 최대 출력과 다른 최대 출력을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 발열체(10_1)의 최대 출력 및 제2 발열체(10_2)의 최대 출력은 동일하나, 제3 발열체(10_3)의 최대 출력은 제1 발열체(10_1)의 최대 출력과 다를 수 있다. 또는 예를 들어, 제1 발열체(10_1)의 최대 출력, 제2 발열체(10_2)의 최대 출력 및 제3 발열체(10_3)의 최대 출력 각각은 서로 다를 수도 있다. 다만, 본 개시는 이에 한정되지 않으며, 복수의 발열체들(10_1~10_3)의 최대 출력은 모두 동일할 수도 있다.
전원부(30)는 외부 전원으로부터 복수의 구동부들(20_1~20_3) 각각으로 전원을 제공할 수 있다. 복수의 구동부들(20_1~20_3) 각각은 제어부(50)의 제어에 응답하여 대응하는 발열체를 구동시킬 수 있고, 전원부(30)로부터 제공된 전원을 이용하여 대응하는 발열체의 출력을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 구동부(20_1)는 제어부(50)의 제어에 응답하여 제1 발열체(10_1)의 출력을 조절할 수 있고, 제2 구동부(20_2)는 제어부(50)의 제어에 응답하여 제2 발열체(10_2)의 출력을 조절할 수 있고, 제3 구동부(20_3)는 제어부(50)의 제어에 응답하여 제3 발열체(10_3)의 출력을 조절할 수 있다.
사용자 인터페이스(40)는 사용자의 명령을 입력 받는 조작부 및 복수의 발열체들(10_1~10_3) 각각의 동작 상태에 관련된 정보를 표시하는 표시부를 포함할 수 있다. 즉, 사용자 인터페이스(40)는 사용자의 조작, 예를 들어, 구동시킬 복수의 발열체들(10_1~10_3)을 선택하거나, 선택된 발열체의 온/오프 동작, 구동 시간 조절 및 출력 조절 등에 대응되는 명령을 발생시켜서 제어부(50)로 출력할 수 있다. 또한, 사용자 인터페이스(40)는 제어부(50)의 제어를 받아서, 발열체의 온/오프, 출력 단계, 구동 시간 및, 온도 등 가열 장치(1)의 동작 상태를 표시할 수 있다.
제어부(50)는 복수의 구동부들(20_1~20_3) 각각을 제어함으로써, 복수의 발열체들(10_1~10_3) 각각의 출력을 제어할 수 있다. 제어부(50)는 사용자 인터페이스(40)를 통해 수신된 사용자의 설정에 기초하여, 복수의 발열체들(10_1~10_3) 각각의 출력을 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(50)는 복수의 발열체들(10_1~10_3) 중 적어도 2개 이상이 동작될 때, 소비 전력의 허용치, 즉 가용 전력을 초과하지 않도록 복수의 발열체들(10_1~10_3) 각각의 출력을 제어할 수 있다. 제어부(50)가 복수의 발열체들(10_1~10_3)의 전체 소모 전력을 제어하는 동작은 다음 도 3 내지 도 6에서 상세히 후술하겠다.
본 개시에 따른 가열 장치(1)는, 소비자의 설정에 따라 복수의 발열체들(10_1~10_3)이 구동할 경우 전체 소비 전력이 가용 전력을 초과가 예측되면, 복수의 발열체들(10_1~10_3) 중 일부의 출력을 제한할 수 있다. 즉, 가열 장치(1)는 복수의 발열체들(10_1~10_3)이 구동 시, 전체 소비 전력이 가용 전력을 초과하지 않도록 복수의 발열체들(10_1~10_3) 각각의 출력을 제어할 수 있다.
도 3은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 가열 장치의 전력 제어 방법에 대한 흐름도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, S10 단계에서, 제어부(50)는 사용자의 설정 출력에 따른 복수의 발열체들(10_1~10_3)의 총 소모 전력을 계산할 수 있다. 사용자의 설정 출력은, 사용자가 사용자 인터페이스(40)를 통해 설정한 출력일 수 있다. 즉, 제어부(50)는 사용자가 설정한 설정 출력에 따라 복수의 발열체들(10_1~10_3)이 구동할 경우, 복수의 발열체들(10_1~10_3)의 총 소모 전력을 미리 계산할 수 있다. 예를 들어, 제어부(50)는 사용자의 설정 출력을 갖도록 제1 발열체(10_1)를 구동할 경우의 제1 소모 전력, 사용자의 설정 출력을 갖도록 제2 발열체(10_2)를 구동할 경우의 제2 소모 전력, 및 사용자의 설정 출력을 갖도록 제3 발열체(10_3)를 구동할 경우의 제3 소모 전력을 합산하여, 예측되는 복수의 발열체들(10_1~10_3)의 총 소모 전력을 계산할 수 있다.
S20 단계에서, 제어부(50)는 S10 단계에서 계산된 복수의 발열체들(10_1~10_3)의 총 소모 전력이 가용 전력을 초과하는지 판단할 수 있다. 일 실시예에서, 가용 전력은 미리 설정된 값일 수 있으며, 전기 사고가 발생되지 않기 위한 기준 값일 수 있다. 일 실시예에서, 사용자가 설정한 출력을 갖도록 복수의 발열체들(10_1~10_3) 중 3개 이상의 발열체들이 동시에 구동될 때, 총 소모 전력이 가용 전력을 초과할 수 있다.
계산된 복수의 발열체들(10_1~10_3)의 총 소모 전력이 가용 전력을 초과할 경우, S30 단계에서, 제어부(50)는 복수의 발열체들(10_1~10_3) 중 적어도 하나의 발열체를 제1 구간에서 제한 출력 구동하도록 제어하고, 제2 구간에서 정 출력 구동하도록 제어할 수 있다. 정 출력은 사용자의 설정 출력과 동일한 출력을 의미할 수 있고, 제한 출력은 사용자의 설정 출력보다 낮은 출력을 의미할 수 있다. 이 때, 제1 구간은 복수의 발열체들(10_1~10_3)이 모두 정 출력으로 구동할 때 가용 전력을 초과하는 구간일 수 있고, 제2 구간은 복수의 발열체들(10_1~10_3)이 모두 정 출력으로 구동할 때 가용 전력을 초과하지 않는 구간일 수 있다.
본 개시에 따른 가열 장치(1)의 제어부(50)는 제1 구간에서는 적어도 하나의 발열체의 출력을 낮춤으로써, 총 소모 전력이 가용 전력을 초과하지 않도록 제어할 수 있다. 반면, 제어부(50)는 제2 구간에서는 상기 적어도 하나의 발열체를 정 출력을 유지함으로써, 상기 적어도 하나의 발열체의 출력이 과도하게 감소되는 것을 방지할 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 발열체들(10_1~10_3) 중 제1 발열체(10_1)가 하이라이트인 경우, 제1 구간은 제1 발열체(10_1)가 출력되는 온-구간에 대응될 수 있고, 제2 구간은 제1 발열체(10_1)가 출력되지 않는 오프-구간에 포함될 수 있다.
계산된 복수의 발열체들(10_1~10_3)의 총 소모 전력이 가용 전력을 초과하지 않는 경우, S40 단계에서, 제어부(50)는 복수의 발열체들(10_1~10_3) 각각을 정 출력 구동하도록 제어할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 가열 장치의 전력 제어 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다. 도 4a 및 도 4b는 제1 발열체는 하이라이트, 제2 발열체 및 제3 발열체는 인덕션인 경우에 대해 설명하나, 본 개시에 따른 가열 장치는 이에 한정되지 않으며, 하이라이트 및 인덕션을 함께 포함하는 가열 장치에 대해 이하의 설명이 적용될 수 있다. 또한, 도 4a 및 도 4b는 제1 발열체 및 제2 발열체가 구동 중에 제3 발열체가 구동을 시작하는 경우에 대해 도시하였으나, 본 개시는 이에 한정되지 않으며, 제1 발열체 내지 제3 발열체가 모두 구동 할 때 이하의 설명이 적용될 수 있다.
도 4a를 참조하면, 제1 발열체는 일정한 주기(P) 내에서 일정한 제1 정 출력(Wa)으로 출력되는 온-구간(P_ON) 및 출력되지 않는 오프-구간(P_OFF)을 반복적으로 가질 수 있다. 사용자가 제1 발열체의 설정 출력을 높이면, 제어부는 제1 정 출력(Wa)의 레벨을 유지하면서, 주기(P) 내에서 출력되는 온-구간(P_ON)이 길어지도록 제어할 수 있다.
일정한 주기(P) 내에서 듀티비를 조절하는 제1 발열체와 달리, 사용자가 제2 발열체의 설정 출력을 높이면, 제어부는 제2 발열체의 출력의 레벨을 증가시킴으로써 제2 발열체의 출력을 증가시킬 수 있다. 즉, 사용자의 설정 출력에 대응하는 제2 발열체의 제2 정 출력(Wb2)은, 사용자의 설정 출력에 따라 출력 레벨이 높아질 수 있고 또는 출력 레벨이 낮아질 수 있다.
제어부는, 미리 계산된 복수의 발열체들의 총 소모 전력이 가용 전력을 초과할 경우, 제2 발열체를 제1 구간(Pb_1)에서 제한 출력(Wb1)으로 구동하도록 제어할 수 있다. 제한 출력(Wb1)은 사용자의 설정 출력에 대응하는 제2 정 출력(Wb2)보다 낮은 레벨을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제한 출력(Wb1)은 미리 설정된 특정 값을 가질 수 있고, 제한 출력(Wb1)은 제2 발열체의 제2 정 출력(Wb2)의 레벨과 관계없이 일정한 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 정 출력(Wb2)이 1.4kW일 때 제2 발열체는 1.0kW의 제한 출력(Wbl)으로 구동하도록 제어될 수 있고, 제2 정 출력(Wb2)이 2.0kW일 때에도 제2 발열체는 1.0kW의 제한 출력(Wbl)으로 구동하도록 제어될 수 있다.
일 실시예에서, 제2 발열체의 제1 구간(Pb_1)은 제1 발열체의 온-구간(P_ON)과 오버랩될 수 있다. 예를 들어, 제어부는 제1 발열체의 온-구간(P_ON)에서, 제2 발열체가 제한 출력(Wb1)으로 구동하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 제1 발열체 및 제2 발열체가 각각 제1 정 출력(Wa) 및 제2 정 출력(Wb2)으로 구동 중에, 오프(OFF)되어 있던 제3 발열체를 사용자가 구동(ON)시킬 수 있다. 이 때, 제1 발열체, 제2 발열체, 및 제3 발열체가 각각 제1 정 출력(Wa), 제2 정 출력(Wb2) 및 제3 정 출력(Wc)으로 동시에 구동할 때 총 소비 전력(Wa+Wb2+Wc)이 가용 전력을 초과할 수 있다. 사용자 인터페이스를 통해 입력된 사용자의 명령에 기초하여, 제어부는 제1 발열체의 온-구간(P_ON)에 포함된 제1 시점(Tc_on)에서 제3 발열체를 제3 정 출력(Wc)으로 구동하도록 제어하고, 제1 시점(Tc_on)에서 제2 발열체를 제한 출력(Wb1)으로 구동하도록 제어할 수 있다.
구체적으로 예를 들어, 제1 정 출력(Wa)이 1.4kW, 제2 정 출력(Wb2)이 1.4kW, 제3 정 출력(Wc2)이 1.4kW인 경우, 제어부는 제1 정 출력(Wa), 제2 정 출력(Wb2) 및 제3 정 출력(Wc2)을 모두 합산하여, 복수의 발열체들의 총 소모 전력을 총 3.8kW으로 계산할 수 있다. 가용 전력이 3.4kW인 경우 계산된 총 소모 전력이 가용 전력을 초과하였으므로, 제어부는 제1 구간(Pb_1)에서, 제2 발열체가 제한 출력(Wb1, 예를 들어, 1.0kW)으로 구동하도록 제어할 수 있다.
제어부는, 계산된 복수의 발열체들의 총 소모 전력이 가용 전력을 초과하지않는 구간인 제2 구간(Pb_2)에서는, 제2 발열체를 제2 정 출력(Wb2)으로 구동하도록 제어할 수 있다. 제1 발열체는 출력이 발생되는 온-구간(P_ON) 및 출력이 발생되지 않는 오프-구간(P_OFF)을 포함할 수 있다. 따라서, 제1 발열체의 오프-구간(P_OFF)에서는 실질적으로 제1 발열체에서는 전력이 소모되지 않을 수 있다. 제어부는 제1 발열체의 오프-구간(P_OFF) 중 적어도 일부 구간에서, 제2 발열체가 제2 정 출력(Wb2)으로 구동하도록 제어할 수 있다.
일정한 주기(P) 내에서 듀티비를 조절하는 제1 발열체와 달리, 사용자가 제3 발열체의 설정 출력을 높이면, 제어부는 제3 발열체의 출력의 레벨을 증가시킴으로써 제3 발열체의 출력을 증가시킬 수 있다. 즉, 사용자의 설정 출력에 대응하는 제3 발열체의 제3 정 출력(Wc)은, 사용자의 설정 출력에 따라 출력 레벨이 높아질 수 있고 또는 출력 레벨이 낮아질 수 있다. 다만 본 개시는 이에 한정되지 않으며, 제3 발열체는 제1 발열체와 같은 하이라이트일 수도 있다. 따라서, 제3 발열체는 일정한 주기 내에서 일정한 제3 정 출력(Wc)으로 출력되는 온-구간 및 출력되지 않는 오프-구간을 반복적으로 가질 수 있다. 사용자가 제3 발열체의 설정 출력을 높이면, 제어부는 제3 정 출력(Wc)의 레벨을 유지하면서, 주기 내에서 출력되는 온-구간이 길어지도록 제어할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 제어부는, 계산된 복수의 발열체들의 총 소모 전력이 가용 전력을 초과할 경우, 제2 발열체와 함께 제3 발열체를 제1 구간(Pc_1)에서 제한 출력(Wc1)으로 구동하도록 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부는 제2 발열체를 제1 구간(Pc_1)에서 제한 출력(Wb1)으로 구동하여도 복수의 발열체들의 총 소모 전력이 가용 전력을 초과할 것으로 예상되는 경우에 제3 발열체를 제1 구간(Pc_1)에서 제한 출력(Wc1)으로 구동하도록 제어할 수 있다.
제한 출력(Wc1)은 사용자의 설정 출력에 대응하는 제3 정 출력(Wc2)보다 낮은 레벨을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제한 출력(Wc1)의 레벨은 미리 설정된 특정 값을 가질 수 있고, 제한 출력(Wc1)은 제3 정 출력(Wc2)의 레벨과 관계없이 일정한 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 제3 정 출력(Wc2)이 1.4kW일 때 제3 발열체는 1.0kW의 제한 출력(Wc1)으로 구동하도록 제어될 수 있고, 제3 정 출력(Wc2)이 1.3kW일 때에도 제3 발열체는 1.0kW의 제한 출력(Wc1)으로 구동하도록 제어될 수 있다.
일 실시예에서, 제3 발열체의 제한 출력(Wc1)의 레벨은 제2 발열체의 제한 출력(Wb1)의 레벨과 동일할 수 있다. 다만, 본 개시는 이에 한정되지 않으며, 제3 발열체의 제한 출력(Wc1)의 레벨은 제2 발열체의 제한 출력(Wb1)의 레벨과 상이할 수도 있다.
일 실시예에서, 제3 발열체의 제1 구간(Pc_1)은 제1 발열체의 온-구간(P_ON)과 오버랩될 수 있다. 예를 들어, 제어부는 제1 발열체의 온-구간(P_ON)에서, 제3 발열체가 제한 출력(Wc1)으로 구동하도록 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 제3 발열체의 제1 구간(Pc_1)은 제2 발열체의 제1 구간(Pb_1)과 실질적으로 동일할 수 있다. 즉, 제어부는 제2 발열체 및 제3 발열체를 동일한 시점에서 각각 제한 출력(Wb1, Wc1)으로 구동하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 제1 발열체 및 제2 발열체가 각각 제1 정 출력(Wa) 및 제2 정 출력(Wb2)으로 구동 중에, 오프(OFF)되어 있던 제3 발열체를 사용자가 구동(ON)시킬 수 있다. 이 때, 제1 발열체, 제2 발열체, 및 제3 발열체가 각각 제1 정 출력(Wa), 제2 정 출력(Wb2) 및 제3 정 출력(Wc2)으로 동시에 구동할 때 총 소비 전력(Wa+Wb2+Wc2)이 가용 전력을 초과할 수 있다. 사용자 인터페이스를 통해 입력된 사용자의 명령에 기초하여, 제어부는 제1 발열체의 온-구간(P_ON)에 포함된 제1 시점(Tc_on)에서 제2 발열체를 제한 출력(Wb1)으로 구동하도록 제어하고, 제1 시점(Tc_on)에서 제3 발열체를 제한 출력(Wc1)으로 구동하도록 제어할 수 있다.
구체적으로 예를 들어, 제1 정 출력(Wa)이 1.4kW, 제2 정 출력(Wb2)이 1.4kW, 제3 정 출력(Wc2)이 1.4kW인 경우, 제어부는 제1 정 출력(Wa), 제2 정 출력(Wb2) 및 제3 정 출력(Wc2)을 모두 합산하여, 복수의 발열체들의 총 소모 전력을 총 3.8kW으로 계산할 수 있다. 가용 전력이 3.4kW인 경우 계산된 총 소모 전력이 가용 전력을 초과하였으므로, 제어부는 제2 발열체의 제1 구간(Pb_1)에서 제2 발열체가 제한 출력(Wb1, 예를 들어, 1.0kW)으로 구동하도록 제어할 수 있고, 제3 발열체의 제1 구간(Pc_1)에서 제3 발열체가 제한 출력(Wc1, 예를 들어, 1.0kW)으로 구동하도록 제어할 수 있다.
제어부는, 계산된 복수의 발열체들의 총 소모 전력이 가용 전력을 초과하더라도 실질적으로 복수의 발열체들의 총 소모 전력이 가용 전력을 초과하지 않는 구간인 제3 발열체의 제2 구간(Pc_2)에서는, 제3 발열체를 제3 정 출력(Wc2)으로 구동하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 제1 발열체의 오프-구간(P_OFF) 중 적어도 일부 구간에서는, 제3 발열체가 제3 정 출력(Wc2)으로 구동하도록 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 제3 발열체의 제2 구간(Pc_2)은 제2 발열체의 제2 구간(Pb_2)과 실질적으로 동일할 수 있다. 즉, 제어부는 제2 발열체 및 제3 발열체를 동일한 시점에서 제한 출력(Wb1, Wc1)으로부터 정 출력(Wb2, Wc2)으로 구동하도록 제어할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 개시에 따른 가열 장치는 복수의 발열체들이 동시에 동작할 때 가용 전력을 초과할지 미리 예측할 수 있다. 가열 장치는 하이라이트인 제1 발열체의 온-구간(P_ON)에서는 제2 발열체 및 제3 발열체 중 적어도 하나의 발열체가 정 출력(Wb2, Wb3)보다 낮은 레벨을 갖는 제한 출력(Wb1, Wc1)을 갖도록 제어할 수 있다. 또한, 가열 장치는 이외의 구간에서는 에서는 제2 발열체 및 제3 발열체가 정 출력(Wb2, Wb3)을 갖도록 제어할 수 있다. 따라서, 가열 장치는 소비 전력의 허용치를 초과하는 것을 방지할 수 있는 동시에 가열 효율이 과도하게 감소되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 가열 장치의 전력 제어 방법에 대한 흐름도이다. 도 5에서는 도 3과 동일한 부호에 대해서는 중복되는 설명을 생략하겠다.
도 2 및 도 5를 참조하면, S10 단계에서, 제어부(50)는 사용자의 설정 출력에 따른 복수의 발열체들(10_1~10_3)의 총 소모 전력을 계산할 수 있다. S20 단계에서, 제어부(50)는 S10 단계에서 계산된 복수의 발열체들(10_1~10_3)의 총 소모 전력이 가용 전력을 초과하는지 판단할 수 있다.
계산된 복수의 발열체들(10_1~10_3)의 총 소모 전력이 가용 전력을 초과할 경우, S35 단계에서, 제어부(50)는 복수의 발열체들(10_1~10_3) 중 적어도 하나의 발열체를 제1 구간에서 제한 출력 구동하도록 제어하고, 제2 구간에서 정 출력 구동하도록 제어하고, 제3 구간에서 보상 출력 구동하도록 제어할 수 있다. 이 때, 정 출력은 사용자의 설정 출력과 동일한 출력을 의미할 수 있고, 제한 출력은 사용자의 설정 출력보다 낮은 출력을 의미할 수 있고, 보상 출력은 사용자의 설정 출력보다 높은 출력을 의미할 수 있다.
본 개시에 따른 가열 장치(1)의 제어부(50)는 복수의 발열체들(10_1~10_3)이 동시에 정 출력 구동 시에 가용 전력을 초과하는 구간인 제1 구간에서는 적어도 하나의 발열체의 출력을 낮춤으로써, 총 소모 전력이 가용 전력을 초과하지 않도록 제어할 수 있다. 반면, 제어부(50)는 복수의 발열체들(10_1~10_3)이 동시에 정 출력 구동 시에 가용 전력을 초과하지 않는 구간인 제2 구간 및 제3 구간에서는 정 출력을 유지하거나, 보상 출력하도록 제어함으로써, 상기 적어도 하나의 발열체의 출력이 과도하게 감소되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 가열 장치(1)는 제1 구간에서 제한 출력 구동한 발열체가, 제3 구간에서는 사용자의 설정 출력보다 높은 출력인 보상 출력 구동하도록 제어함으로써, 제1 구간에서 손실된 출력 효율을 제3 구간에서 보상할 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 발열체들(10_1~10_3) 중 제1 발열체(10_1)가 하이라이트인 경우, 제1 구간은 제1 발열체(10_1)가 출력되는 온-구간과 오버랩될 수 있다. 제2 구간 및 제3 구간은 제1 발열체(10_1)가 출력되지 않는 오프-구간에 포함될 수 있다.
도 6은 도 5의 가열 장치의 전력 제어 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다. 도 6은 제1 발열체는 하이라이트, 제2 발열체 및 제3 발열체는 인덕션인 경우에 대해 설명하나, 본 개시에 따른 가열 장치는 이에 한정되지 않으며, 하이라이트 및 인덕션을 함께 포함하는 가열 장치에 대해 이하의 설명이 적용될 수 있다. 도 6에서는 도 5a와 동일한 부호에 대해서는 중복되는 설명을 생략하겠다.
도 6을 참조하면, 제어부는, 계산된 복수의 발열체들의 총 소모 전력이 가용 전력을 초과할 경우, 제2 발열체를 제1 구간(Pb_1)에서 제한 출력(Wb1)으로 구동하도록 제어할 수 있다. 제한 출력(Wb1)은 사용자의 설정 출력에 대응하는 제2 정 출력(Wb2)보다 낮은 레벨을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제한 출력(Wb1)의 레벨은 미리 설정된 값일 수 있다.
일 실시예에서, 제2 발열체의 제1 구간(Pb_1)은 제1 발열체의 온-구간(P_ON)과 오버랩될 수 있다. 일 실시예에서, 제어부는 제1 발열체의 온-구간(P_ON)에서, 제2 발열체가 제한 출력(Wb1)으로 구동하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 발열체, 제2 발열체, 및 제3 발열체가 각각 제1 정 출력(Wa), 제2 정 출력(Wb2) 및 제3 정 출력(Wc)으로 동시에 구동할 때 총 소비 전력(Wa+Wb2+Wc)이 가용 전력을 초과하게 될 경우, 제어부는 제1 발열체의 온-구간(P_ON)에서, 제2 발열체가 제한 출력(Wb1)으로 구동하도록 제어할 수 있다.
제어부는, 계산된 복수의 발열체들의 총 소모 전력이 가용 전력을 초과하더라도 실질적으로 복수의 발열체들(10_1~10_3)의 총 소모 전력이 가용 전력을 초과하지 않는 구간인 제2 구간(Pb_2)에서는, 제2 발열체를 제2 정 출력(Wb2)으로 구동하도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부는, 계산된 복수의 발열체들의 총 소모 전력이 가용 전력을 초과하더라도 실질적으로 복수의 발열체들의 총 소모 전력이 가용 전력을 초과하지 않는 구간인 제3 구간(Pb_3)에서는, 제2 발열체를 제2 정 출력(Wb2)보다 높은 레벨을 갖는 보상 출력(Wb3)으로 구동하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 구간(Pb_2) 및 제3 구간(Pb_3)은 제1 발열체의 오프-구간(P_OFF)에 포함될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 구간(Pb_2) 및 제3 구간(Pb_3)은 연속적으로 진행될 수 있다. 다만, 도 6에 도시된 것과 달리 제3 구간(Pb_3) 이후에 제2 구간(Pb_2)이 진행될 수도 있다.
도 6에서는 복수의 발열체들 중 하나의 발열체가 제1 구간(Pb_1), 제2 구간(Pb_2) 및 제3 구간(Pb_3)에서 각각 대응하는 제한 출력(Wb1), 제2 정 출력(Wb2) 및 보상 출력(Wb3)으로 구동하는 실시 예를 도시하고 있으나, 본 개시는 이에 한정되지는 않는다. 복수의 발열체들 중 하나 이상의 발열체는 하이라이트인 제1 발열체의 온-구간(P_ON) 또는 오프-구간(P_OFF)에 따라, 제한 출력, 정 출력 또는 보상 출력으로 동작할 수 있다. 따라서, 가열 장치는 제1 발열체의 온-구간(P_ON)에서 소비 전력의 허용치를 초과하는 것을 방지할 수 있고, 제1 발열체의 오프-구간(P_OFF)에서 가열 효율을 보상할 수 있다.
이상에서 설명한 본 개시의 기술적 사상은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않는다. 또한 본 개시의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
1: 가열 장치
10_1~10_3: 복수의 발열체들
20_1~20_3: 복수의 구동부들
30: 전원부
40: 사용자 인터페이스
50: 제어부

Claims (8)

  1. 저항 가열 발열체인 제1 발열체 및 유도 가열 발열체인 제2 발열체를 포함하는 복수의 발열체들; 및
    상기 복수의 발열체들 각각의 출력을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    일정 주기 내에서 상기 제1 발열체가 온 상태로서 일정한 출력 레벨로 출력하는 온-구간과 상기 제1 발열체가 오프된 오프-구간의 비율을 조절함으로써 상기 제1 발열체의 출력을 조절하고,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 발열체들 각각이 사용자의 설정에 따른 출력으로 구동할 때 소모되는 상기 복수의 발열체들의 총 소모 전력을 계산하고, 상기 총 소모 전력이 가용 전력을 초과할 때 상기 제2 발열체를 제1 구간에서 제한 출력 구동, 제2 구간에서 정 출력 구동하도록 제어하고,
    상기 정 출력, 및 상기 제한 출력은 제2 발열체가 온(ON) 상태에서의 출력이고, 상기 정 출력은 사용자의 설정에 따른 출력이고, 상기 제한 출력은 상기 정 출력보다 낮은 레벨을 갖는 출력이고,
    상기 제1 구간은 상기 제1 발열체의 온-구간과 오버랩되고, 상기 제2 구간은 상기 제1 발열체의 오프-구간에 포함되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 발열체들은 유도 가열 발열체인 제3 발열체를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제2 발열체가 제한 출력 구동하고 상기 제2 발열체를 제외한 발열체들이 정 출력 구동할 때, 상기 복수의 발열체들의 총 소모 전력을 재계산하고,
    재계산된 상기 총 소모 전력이 상기 가용 전력을 초과할 때 상기 제3 발열체를 제3 구간에서 제한 출력 구동, 및 제4 구간에서 정 출력 구동하도록 제어하고,
    상기 정 출력 및 상기 제한 출력은 제3 발열체가 온 상태에서의 출력이고,
    상기 제1 구간과 상기 제3 구간은 서로 오버랩되고, 상기 제2 구간과 상기 제4 구간은 서로 오버랩되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 발열체의 상기 제한 출력의 레벨은 상기 제3 발열체의 상기 제한 출력의 레벨과 서로 동일한 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 발열체의 상기 제한 출력의 레벨은 상기 제3 발열체의 상기 제한 출력의 레벨과 서로 상이한 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2 발열체를 제5 구간에서는 상기 정 출력보다 높은 레벨을 갖는 보상 출력 구동 제어하고,
    상기 제5 구간은 상기 제1 발열체의 오프-구간에 포함되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제한 출력의 레벨은 일정한 값을 가지는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 총 소모 전력이 가용 전력 이하일 때 상기 복수의 발열체들을 각각 정 출력 구동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  8. 삭제
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