KR20110043056A - 직화구이 불판의 온도 조절을 위한 수동 및 자동 화력 조절 및 차단 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 숯불이나 석탄 화로, 석쇠를 이용한 직화구이처럼 단시간에 화력 조절할 수 없거나 화력 조절이 불편한 직화구이 장치에서, 화원(火原)과 불판 사이에 화력 차단판을 설치하여 사용자가 불판에 가해지는 화력을 수동으로 차단할 수 있도록 하거나 사용자가 선택한 직화구이 조건에 따라 실제 불판의 온도를 감지하고 온도 변화에 따라 불판에 가해지는 화력을 자동으로 차단하거나 조절함으로써 최적의 직화구이 온도를 자동으로 조절할 수 있도록 설계한 장치에 관한 것이다.

본 고안의 기구는 수동식인 경우 화원과 불판 사이에 위치하면서 필요 시 화력을 차단하는 화력 차단 장치로만 구성되며, 자동식인 경우 1) 화원과 불판 사이에 위치하면서 필요 시 화력을 차단하는 화력 차단 장치, 2) 직화구이용 불판의 온도 측정 장치, 3) 불판 온도 설정, 측정 온도와 설정 온도 비교, 전원 공급, 화력 차단틀을 구동하기 위한 차단 구동 장치로 구성된다.

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Description

직화구이 불판의 온도 조절을 위한 수동 및 자동 화력 조절 및 차단 장치 {Manual and automatic heating power control device to manage and control the temperature of roast plate}

본 고안을 구현하기 위한 자동식 화력 차단 장치 구성도는 도 1과 같다.

화원(22)과 불판(1) 사이에 위치하면서 필요 시 수동 또는 자동으로 화력을 차단하는 화력 차단 장치(4), 직화구이용 불판의 온도 측정 장치(2), 불판 온도 설정, 측정 온도와 설정 온도 비교, 전원 공급, 화력 차단틀을 구동하기 위한 차단 구동 장치(3)로 구성된다.

숯불이나 석탄 화로나 석쇠 등을 이용한 화원(22) 투입 초기에는 차단 구동 장치(3) 내의 화력 차단틀 구동부(20)에는 아무런 전류나 힘이 작용하지 않는다. 이 경우 화력 차단축(6)에 고정된 화력 차단판(5-1 ~ 5-5)은 도 5에서 보이듯이 수직이나 약간의 왼쪽 사각을 가진 각도로 직립하게 되어 화원(22)의 화력이 불판(1)에 직접 전달되게 된다.

불판(1)의 온도가 상승하게 되면 온도 측정 장치(2) 내의 온도 측정부(15) 에서 측정되는 온도가 상승하면서 전류가 발생한다. 차단 구동 장치(3) 내의 온도 비교부(17)에서는 온도 측정부(15)에서 측정된 전압과 사용자가 불판 온도 설정 스위치(21)에서 설정한 온도로 표현되는 가변 전압과의 차이를 비교하게 된다. 불판(1) 온도가 사용자 설정 전압보다 낮은 경우 아무런 변화도 일어나지 않는다.

온도 측정부(15)에서 측정되는 전압으로 표시되는 불판(1) 온도가 온도 설정 스위치(21)의 설정 전압 상한치를 초과하게 되면 차단 구동 장치(3) 내의 회로를 통하여 차단판 구동부(19) 내의 액추에이터에 전압이 인가되고 이에 연결된 차단판 연결부(20)에 아래 또는 좌 하 방향으로 이동하도록 하는 힘이 작동하게 되어 화력 차단틀 연결부(20) 내의 플런저가 아래로 이동되고 플런저에 직접 맞물려있거나 철선이나 체인으로 연결된 차단판 연결막대(8)가 아래로 동시에 이동하게 된다.

도 6에서 보이듯이 화력 차단판(5)과 슬리브(9)로 연결된 차단판 연결막대(8)가 아래로 이동하면 직각이나 약간의 왼쪽 사각 상태로 직립하고 있던 화력 차단판(5)이 차단판 연결 막대(8)에 눌리어 왼쪽으로 회전하면서 아래로 이동한 후 화력을 차단하게 된다.

화력 차단판(5)이 거의 수평 상태에 도달하여 화력이 완전히 차단되거나 화력 차단판(5)이 일부 각도로 닫혀져서 화력이 감소한 이후, 불판(1)의 온도가 떨어 져서 온도 설정 스위치(21)에서 사전에 설정된 온도 이하로 떨어지면 온도 측정부(14)의 발생 전압이 저하되고 차단 구동 장치(3) 내의 회로를 통하여 차단판 구동부(19)의 액추에이터에 인가되는 기전력이 저하되거나 사라지게 되고 이로 인하여 차단판 연결 막대(8)에 작용하였던 힘도 감소하거나 사라진다. 이렇게 되면 액추에이터가 위쪽 방향으로 이동하는 힘이 발생하여 화력 차단축(6)과 화력 차단판(5)을 밀어올리게 되어 화력 차단판(5)이 직립에 가까운 상태로 복귀되거나 설정된 온도 조건에 적당한 각도로 열리게 된다.

이러한 상태로 시간이 지나면 불판(1)에 가해지는 화력이 증가하여 불판(1)의 온도가 다시 상승하게 되는 과정을 반복하게 된다.

수동식 화력 차단 장치는 도 2에서 보이듯이 연결 막대를 상하로 이동시키는 방법을 전기적 신호나 회로가 아닌 사용자가 수동으로 적절한 화력 차단판(5) 위치가 되도록 차단판 연결막대를 상하로 이동시키는 기구로 제작된다.

자동 화력 차단 장치를 구성하기 위하여 사용되는 측정 및 제어 기술은 다음과 같으며 이러한 기술은 이미 다양한 분야에서 상용화되어 있다.

1) 써모커플, 써모스테트, 바이메탈 등 다양한 원리에 의한 온도 측정 또는 온도 스위치 장치

2) 온도 제어 회로에서 가변 저항을 이용한 사용자가 원하는 온도 목표치 또는 전압 목표치 설정 회로

3) 솔레노이드, 스텝 모터, 서보 모터, PID (Proportional integral derivative) 컨트롤러를 이용하여 온-오프 또는 다단계의 변위 변경을 가능하게 하는 기술

1) 온도 또는 화력 조절 버튼이나 스위치가 없는 숯불이나 석탄 화로와 석쇠구이 등 직화구이 장치에서 일반적으로 적용되는 화력 조절은 화력 장치 하단에서 유입되는 공기의 흐름을 차단하거나 감소시키는 것이 가장 일반적인 방법이다. 이 경우 화력의 조절을 위하여 공기 유입을 차단한 후에도 화력이 조절되기 때까지는 상당한 시간이 소요되거나 화력 장치 상부에서 하부로 유입되는 공기로 인하여 화력 조절의 한계가 존재하여 육류 등의 최적의 직화구이를 위해서 사용자의 상당한 유의가 필요한 상황이다.

2) 이러한 문제를 해결하고자 제안된 별도의 일체형 상단부 화력 차단판을 적용하는 장치나 화력과 불판과의 높낮이를 자동으로 조절하는 장치의 적용을 위해서는 부수적으로 식탁 등의 구조도 함께 변경되어야 하는 단점이 있다. 식탁의 구조가 변경되는 경우에도 화력 조절이 가능한 가스나 전기를 이용한 화력 장치와의 겸용 사용에 공간적인 제한이나 사용상 불편이 있어서 실제 가정이나 업소에서 사용처에 따른 제약을 받게 된다.

3) 더 나아가 육류 등에 대한 최적의 직화구이 상태를 사용자의 기호에 따라서 굽는 정도로 차등화하는 것은 현재까지 사용자 자신이 직접 감각에 의존한 수작업이 전부였다.

4) 이러한 점을 개선하여 최초에 사용자가 육류 등이 구워지는 정도를 선택하면 일반적인 화로나 석쇠 등의 사용 조건 실험을 통하여 이를 불판 상부의 온도로 환산한 후 이러한 온도 범위 내에서 자동으로 불판 상부 온도가 조절되도록 하고자 한다. 화력 조절 버튼이나 스위치가 없고 사용자가 별다른 주의를 기울이지 않아도 요리가 과도하게 구워지지 않고 사용자가 선택한 최적의 온도 상태를 유지하도록 하고자 한다. 불판의 온도가 과도하게 상승하면 화원에서 불판으로 공급되는 화력을 감소시키거나 차단하고 온도가 너무 떨어지게 되면 다시 화력이 불판에 정상적으로 공급되도록 하는 목적이다.

5) 이러한 장치의 개발을 통하여 현재의 가정이나 업소에서 적용 중인 장치를 개조하거나 대체하지 않고도 사용 가능하다.

이러한 수동 또는 자동 온도 조절 및 이를 구현하기 위한 화력 조절 및 차단 기능을 구현하기 위하여 다음과 같은 수단을 적용한다.

1) 요리가 직접 접촉하는 불판(1) 상부의 최적 온도 조건을 일반적인 화력의 크기와 숯불, 석탄, 석쇠 등 사용 조건에 따라 실험적으로 산출한 후, 요리를 굽는 조건(즉, 화력의 강도별)에 따른 최적의 온도 범위를 잘 익음, 적당히 익음, 덜 익 음, 화력 완전 차단 등 4내지 5단계로 설정한다.

2) 위에서 설정된 온도 범위가 불판에서 구현되도록 화력 차단 구동 장치(3) 내의 온도 설정 스위치(21)의 가변 저항값을 설계한다. 요리를 굽는 정도에 따라 설정되는 온도 범위는 각 굽는 조건별(즉, 화력의 강도별)로 상한 온도와 하단 온도를 가지도록 한다. 이러한 상한과 하단 온도는 가변 저항의 히스테리시스(실제로는 가변 저항 내에서의 상한 전압과 하한 전압)에 의하여 설정된다. 이는 전자오븐 등에서 적절한 요리 굽는 온도를 설정하여 요리의 굽는 정도를 설정하는 것과 유사한 방법이다.

3) 불판 상부 온도 측정 장치 중 온도 측정부(14)는 써모커플, 써모스테트, 바이메탈 등 적절한 온도 측정 센서를 선택하여 불판 표면에 접촉한 상태에서 온도 측정할 수 있도록 설계한다. 온도 측정 센서는 저가형 설계를 위하여는 바 형태가 아닌 선 형태의 써모커플 등을 적용하고 이를 온도 측정 고정부(22)가 누르는 설계로도 제작이 가능하다. 온도 측정 센서가 석쇠의 철선과 직접 접촉할 수 있도록 온도 측정 고정부(15) 바닥면에 일자 홈을 판 후 일자 홈 중앙에 온도측정센서가 위치하도록 한다. 평평하거나 기울어진 불판(1)에서 온도 측정 센서가 불판과 직접 접촉할 수 있도록 온도 측정 고정부(15)와 온도 측정부(14) 사이에 약간의 틈을 둔다. 또한, 온도 측정 고정부(15)는 불판(1) 위에 일정한 위치에 놓인 후 쉽게 이동하지 않도록 자중이 충분하고 온도 측정부(14)를 지지하기에 충분한 크기로 제작 한다. 온도 측정 손잡이(16)는 요리 도중 불판(1)의 이동을 용이하게 하거나 식사 후 불판의 세척을 용이하게 한다.

4) 화력 차단판(5)의 형태는 기존 숯불이나 석탄 화로나 석쇠 모양 등을 따라 원형 또는 사각형 패널을 화로의 크기보다 크거나 같게 적당한 크기의 차단판 몇 개로 잘라서 사용하는 형태로 가공한다. 패널을 잘라서 차단판을 만드는 경우 길이는 다르더라도 동일한 폭을 가지도록 하고 가공이나 조립의 용이성과 경제성을 고려하여 가능한 적은 개수의 차단판으로 잘라 사용하되, 너무 적은 개수로 자르면(즉, 차단판의 폭이 너무 넓게 되면) 조립 완료 후 화력 차단판(5)을 수직으로 조립하였을 때 높이가 매우 높아지게 되어 화력 차단틀(7)의 높이도 높아지고 화원과 불판의 거리가 너무 멀어져서 불판의 가열이 불충분해지지는 않도록 적절한 폭으로 설계한다. 가장 중요한 점은 화력 차단판(5)이 조립된 후 수평 상태가 되었을 때 미세한 틈을 제외하고 화원 전체를 덮어서 화력을 충분히 차단하는 설계가 되도록 하는 것이다.

5) 화력 차단판(5)과 화력 차단축(6)은 단단히 고정하여 헛돌지 않도록 용접하거나 단단히 고정하도록 한다. 화력 차단판(5)의 양끝단은 약간 구부려서 가공하여 차단판 연결막대(8)가 움직이기 시작할 때 슬리브(9)를 통하여 화력 차단판(5)에 전달되는 힘의 방향이 상하 방향뿐만 아니라 도 5에서 보듯이 수직 방향에서 약간 사각으로 힘이 전달되도록 한다. 인접한 화력 차단판(5) 상호 간에는 완전히 화력을 차단하기 위한 수평 상태에서는 차단판 끝 부분이 아래 위로 약간 중첩되도록 설계하여 화력 차단판 사이로의 불필요한 화력 전달을 차단하도록 한다.

6) 수동식 화력 차단 장치에서는 도 2에서 보이듯이 차단판 연결 막대(8)의 고온으로 인한 화상을 방지하기 위하여 연결막대 손잡이(22)를 추가로 설치하고 도 2의 View X에서 보이듯이 차단판 연결 막대 지름보다 조금 큰 크기의 안착 홀(11) 여러 개를 동시에 가공하여 차단판 연결 막대(8)를 이동시킨 후 특정 높이에 고정되기 쉽도록 제작한다.

7) 차단판 연결 막대(15)는 차단판 구동부(19) 내의 액추에이터에는 온-오프 솔레노이드, 스텝 모터, 서보 모터, PID 컨트롤러 중 적절한 것을 선택하여 온-오프 또는 다단계의 변위 변경 장치로 구성한다. 온-오프 장치인 경우 상한 온도와 하한 온도의 두 개 온도 조건에서 화력 차단판(5)이 완전히 열리거나 완전히 닫히는 조건으로 작동한다. 도 7에서 보이듯이 다단계 변위 변경 장치인 경우 각 사용자의 4-5개 사전 설정 온도 조건의 상한 온도와 하한 온도가 되도록 화력 차단판(5)이 일정 각도로 열리거나 닫힌 상태를 유지하는 조건으로 작동한다.

8) 화력 차단틀(7), 차단판 연결막대(8), 슬리브(9), 화력 차단판(5) 화력 차단축(6) 등은 열 절연성이 좋은 재질로 제작하되 충격에 부러지지않고 열에 변형 되지 않도록 충분한 강도를 가진 재질과 두께로 제작한다.

9) 화력 차단틀(7)의 측면에는 화력 차단으로 인한 과도한 화력 차단틀 내의 온도 상승을 방지하고 적절한 열의 외부 방출을 위하여 충분한 크기의 여러 개 열 배출구(10)를 가공한다. 또한, 화력 차단축(6)의 지지를 위한 다수의 홀도 가공한다. 차단 구동 장치(3)와 그 반대 방향으로는 차단판 연결 막대(8)의 상하 운동에 필요한 상하 방향의 장 홀(13)을 가공한다.

10) 화력 차단 구동 장치(3) 내에는 센서, 액추에이터, 회로의 작동을 위한 직류 또는 교류 전원(18)을 공급한다.

11) 차단 구동 장치(3) 내의 차단판 구동부(19)의 액추에이터에서 발생하여 차단판 연결부(2)을 통하여 차단판 연결 막대(8)에 전달되는 힘은 차단판 연결막대, 화력 차단판, 슬리브, 화력 차단축 등의 무게와 정지 마찰력을 극복할 정도로 충분하여야 한다.

숯불이나 석탄 화로나 석쇠 등을 이용한 직화구이 방식에서 불판의 온도를 직접 제어하여 구이 요리의 품질 개선

사용자의 별다른 유의 사항이나 세심한 주의 없이도 적정 온도 범위 내에서의 최적의 요리 온도 설정 및 조절 가능

화력의 차단이나 조절을 위한 기구학적인 완성도 및 효율 향상

간단한 추가 장치에 의하여 기존 설비나 장치와 호환하거나 보완적으로 적용 가능함

도 8에서 보듯이 요리를 굽는 조건에 대한 사용자 설정이 없이 각 1개의 상한 온도와 하단 온도 범위로 작동하도록 간략화하는 경우에는 가변 저항을 히스테리시스를 고려한 저항으로 대체하고 화력 차단판을 작동시키는 액추에이터도 온-오프 기능을 가진 솔레노이드 형태로 설계할 수 있다.

필요에 따라 PID (Proportional integral derivative) 컨트롤 등이 적용되는 경우 아날로그 신호를 디지털로 변환하기 위한 아날로그-디지털 컨버터가 각 온도 비교부(17) 회로 입구 부에 설계될 수도 있다.

소비자들이 구이 요리를 하기 위하여 신속한 화력 조절이 불가능한 숯불이나 석탄 화로와 석쇠 등을 이용한 직화구이 방식을 선호하는 현 상황 하에서 화력 조절 문제를 해결하는 방안은 상당히 적용 가능성이 큰 고안이다.

더욱이 지금까지의 개선이 주로 화원과 불판의 거리 조절 등 간접적인 구이 온도 조절 방식에 의존해왔던 것에 비하여 직접적으로 화력을 차단하거나 조절하고 이에 따른 적절한 구이 온도를 사전 또는 조리 중에 조절할 수 있게 함으로써 사용자의 커다란 수고나 유의 사항 없이도 육류 등의 요리가 가능해졌다고 할 수 있다.

다른 한편으로 기존에 설치되어 사용 중인 직화구이 장치나 탁자의 변경이 없이 간단한 장치를 추가로 더하여 사용할 수 있게 함으로써 제작비용 측면에서 다른 어떠한 개선 아이디어보다 경쟁력이 있어서 시장에서의 적용 확대도 원활히 수행 가능하리라 판단된다.

도 1 자동식 화력 차단 장치 구성도

도 2 수동식 화력 차단 장치 구성도

도 3 화력 차단판을 고정하고 불판을 지지하는 화력 차단틀 구조

도 4 온도 측정 장치와 차단 구동 장치 구성

도 5 설정된 상한 온도 이하에서의 화력 차단 장치 작동

도 6 설정된 하한 온도 이상에서의 화력 차단 장치 작동

도 7 다단 온도 설정 시의 온도 변화 및 화력 차단판 위치

도 8 2단 온도 설정 시의 온도 변화 및 화력 차단판 위치

불판(1)

온도 측정 장치(2)

차단 구동 장치(3)

화력 차단 장치(4)

화력 차단판(5-1, 5-2, 5-3, 5-4, 5-5)

화력 차단축(6)

화력 차단틀(7)

차단판 연결막대(8)

슬리브(9)

열 배출구(10)

안착 홀(11)

차단축 홀(12)

장 홀(13)

온도 측정부(14)

온도 측정 고정부(15)

온도 측정 손잡이(16)

온도 비교부(17)

전원 공급부(18)

차단판 구동부(19)

차단판 연결부(20)

온도 설정 스위치(21)

화원(火原)(22)

Claims (3)

1. 숯불이나 석탄 화로와 석쇠와 같은 직화구이 장치에서 화원(火原)과 불판 사이에 화원의 원형, 사각형 또는 기타 모양의 외곽 형태와 동일하거나 다소 큰 투영 면적의 화력 차단판을 제작하기 위하여, 상호 동일한 폭을 가진 수 개의 조각난 판으로 절단하여 같은 간격으로 조립하여 막대 등으로 연결하여 조각난 판이 동시에 동작하도록 배치한 후 조각난 판이 수직인 상태에서는 화력을 통과시키고 기구학적으로 회전하여 수평인 상태에서는 화력을 차단하도록 설계된 화력 차단판
2. 불판 위의 온도 측정을 위하여 온도 측정 센서를 불판에 직접 접촉하도록 하기 위하여 온도 측정 센서부의 가로 방향으로 석쇠 철선 굵기 보다 다소 큰 일자 모양의 홈을 가공하고 바닥면이 온도 측정 센서 끝단 보다 약간 높게 위치하도록 제작한 온도 측정 센서를 지탱할 수 있는 무게의 이동 손잡이를 부착한 육면체 형태의 온도 측정 고정부 장치
3. 불판 위에서 온도 측정 센서를 이용하여 직접 온도를 측정하고 온도를 전압신호로 변환하여 이를 사용자가 설정한 요리가 구워지는 조건의 전압과 비교하여 불판의 온도 조건에 따라 액추에이터의 동작 여부를 결정하고 동작하는 경우 액추 에이터에 기계적으로 연동되는 청구항 1의 화력 차단판 등을 이용하여 화원(火原)과 불판 사이의 화력을 차단하거나 조절하는 기능을 수행하도록 구성된 자동화된 화력 조절 회로 장치

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