KR20230079748A - 유도 가열 방식의 쿡탑 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 물의 양 또는 용기 재질에 관계없이 조리 용기의 과열 여부를 감지하는 유도 가열 방식의 쿡탑을 제공하기 위한 것으로, 조리 용기가 놓이는 상판부, 상기 조리 용기를 통과하는 자기장을 발생시키는 워킹 코일, 상기 워킹 코일에 전류를 공급하는 인버터, 및 상기 조리 용기의 과열 여부를 감지하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 부하 임피던스를 이용하여 상기 조리 용기의 과열 여부를 감지할 수 있다.

Description

유도 가열 방식의 쿡탑{INDUCTION HEATING TYPE COOKTOP}
본 개시는 유도 가열 방식의 쿡탑에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 조리 용기 내 물이 모두 증발하여 조리 용기가 과열되는 문제를 최소화하는 유도 가열 방식의 쿡탑에 관한 것이다.
가정이나 식당에서 음식을 가열하기 위한 다양한 방식의 조리 기구들이 사용되고 있다. 종래에는 가스를 연료로 하는 가스 레인지가 널리 보급되어 사용되어 왔으나, 최근에는 가스를 이용하지 않고 전기를 이용하여 피가열 물체, 예컨대 냄비와 같은 조리 용기를 가열하는 장치들의 보급이 이루어지고 있다.
전기를 이용하여 피가열 물체를 가열하는 방식은 크게 저항 가열 방식과 유도 가열 방식으로 나누어진다. 전기 저항 방식은 금속 저항선 또는 탄화규소와 같은 비금속 발열체에 전류를 흘릴 때 생기는 열을 방사 또는 전도를 통해 피가열 물체(예를 들어, 조리 용기)에 전달함으로써 피가열 물체를 가열하는 방식이다. 그리고 유도 가열 방식은 소정 크기의 고주파 전력을 코일에 인가할 때 코일 주변에 발생하는 자계를 이용하여 금속 성분으로 이루어진 피가열 물체에 와전류(eddy current)를 발생시켜 피가열 물체 자체가 가열되도록 하는 방식이다.
최근에는 쿡탑(Cooktop)에 유도 가열 방식이 대부분 적용되고 있다.
이러한 쿡탑에 의해 가열되는 조리 용기 내 물이 모두 증발될 수 있고, 이와 같이 물이 모두 증발된 조리 용기의 상태를 드라이업(Dry-up) 상태라고 일컫을 수 있다. 한편, 이와 같이 조리 용기가 드라이업 상태로 계속 가열될 경우 조리 용기가 과열되고, 그에 따라 쿡탑 상판부가 변색되는 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 쿡탑에서 조리 용기의 드라이업 상태를 모니터링하고, 드라이업 상태를 감지하면 파워 오프하는 등의 방안이 요구될 수 있다.
본 개시는 물의 양 또는 용기 재질에 관계없이 조리 용기의 드라이업 상태를 감지하는 유도 가열 방식의 쿡탑을 제공하고자 한다.
본 개시는 물의 양 또는 용기 재질에 관계없이 조리 용기의 과열 여부를 감지하는 유도 가열 방식의 쿡탑을 제공하고자 한다.
본 개시는 별도의 센서를 추가하지 않고도 조리 용기의 과열 여부를 감지하는 유도 가열 방식의 쿡탑을 제공하고자 한다.
본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑은 조리 용기가 놓이는 상판부, 상기 조리 용기를 통과하는 자기장을 발생시키는 워킹 코일, 상기 워킹 코일에 전류를 공급하는 인버터, 및 상기 조리 용기의 과열 여부를 감지하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 부하 임피던스를 이용하여 상기 조리 용기의 과열 여부를 감지할 수 있다.
제어부는 상기 조리 용기의 끓음 여부를 감지하고, 끓음이 감지된 이후에 상기 조리 용기의 과열 여부를 감지할 수 있다.
제어부는 상기 부하 임피던스의 기울기에 기초하여 상기 조리 용기의 끓음 여부를 감지할 수 있다.
제어부는 상기 부하 임피던스의 기울기가 끓음 기준 레벨 보다 작은 경우가 연속으로 2회 이상 감지되면 상기 조리 용기에 끓음이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
유도 가열 방식의 쿡탑은 끓음의 발생을 나타내는 알람을 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
유도 가열 방식의 쿡탑은 조리 용기의 온도를 감지하는 센서를 더 포함할 수 있고, 제어부는 상기 조리 용기의 온도를 더 이용하여 상기 조리 용기의 과열 여부를 감지할 수 있다.
제어부는 상기 조리 용기에 끓음이 발생한 시점에 상기 센서를 통해 감지한 온도의 기울기가 현재 센서를 통해 감지된 온도의 기울기의 두 배 보다 크면 상기 조리 용기를 과열로 판단할 수 있다.
제어부는 상기 조리 용기에 끓음이 발생한 시점에 상기 센서를 통해 감지한 온도의 기울기가 현재 센서를 통해 감지된 온도의 기울기의 두 배 이하이면, 과열 감지를 위한 보조 동작을 더 수행할 수 있다.
제어부는 상기 보조 동작을 통해 상기 부하 임피던스의 기울기가 과열 기준 레벨 보다 크고, 현재 감지된 온도의 기울기가 끓음 발생 시점 온도의 기울기에 소정 값을 더한 값 보다 큰 경우 상기 조리 용기를 과열로 판단할 수 있다.
유도 가열 방식의 쿡탑은 과열의 발생을 나타내는 알람을 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 물의 양 및 용기 재질에 관계 없이 드라이업으로 인한 과열 여부를 감지 가능한 이점이 있다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 별도의 부품 추가 없이 과열 여부를 감지 가능하고, 이에 따라 구조가 단순화되며, 오작동 및 과열 감지를 위한 소음이 최소화되는 이점이 있다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑과 조리 용기가 도시된 사시도이다.
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑과 조리 용기의 단면도이다.
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑의 회로도가 도시된 도면이다.
도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑의 출력 특성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑의 제어 블록도이다.
도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑의 동작 방법이 도시된 순서도이다.
도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑에서 조리 용기의 끓음 여부를 판단하는 방법이 도시된 순서도이다.
도 8은 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑에서 조리 용기의 끓음을 판단시 부하 임피던스가 도시된 그래프이다.
도 9는 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑이 조리 용기의 과열 여부를 판단하는 방법이 도시된 순서도이다.
도 10은 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑이 제1 재질의 조리 용기를 가열하는 동안의 온도 및 부하 임피던스의 기울기가 도시된 그래프이다.
도 11은 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑이 제2 재질의 조리 용기를 가열하는 동안의 온도 및 부하 임피던스의 기울기가 도시된 그래프이다.
이하, 본 개시와 관련된 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
이하, 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑 및 그의 동작 방법을 설명한다. 설명의 편의를 위해, “유도 가열 방식의 쿡탑”을 “쿡탑”으로 일컫는다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑과 조리 용기가 도시된 사시도이고, 도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑과 조리 용기의 단면도이다.
조리 용기(1)는 쿡탑(10) 상부에 위치할 수 있고, 쿡탑(10)은 상부에 위치하고 있는 조리 용기(1)를 가열시킬 수 있다.
먼저, 쿡탑(10)이 조리 용기(1)를 가열시키는 방법을 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 쿡탑(10)은 적어도 일부가 조리 용기(1)를 통과하도록 자기장(20)을 발생시킬 수 있다. 이 때, 조리 용기(1)의 재질에 전기 저항 성분이 포함되어 있다면, 자기장(20)은 조리 용기(1)에 와류 전류(30)를 유도할 수 있다. 이러한 와류 전류(30)는 조리 용기(1) 자체를 발열시키고, 이러한 열은 전도 또는 방사되어 조리 용기(1)의 내부까지 전달되므로, 조리 용기(1)의 내용물이 조리될 수 있다.
한편, 조리 용기(1)의 재질에 전기 저항 성분이 포함되지 않은 경우에는 와류 전류(30)가 발생하지 않는다. 따라서, 이러한 경우 쿡탑(10)은 조리 용기(1)를 가열시킬 수 없다.
따라서, 이러한 쿡탑(10)에 의해 가열될 수 있는 조리 용기(1)는 스테인리스 계열 혹은 법랑이나 주철 용기 같은 금속 재질 용기일 수 있다.
다음으로, 쿡탑(10)이 자기장(20)을 발생시키는 방법을 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 쿡탑(10)은 상판부(11), 워킹 코일(150) 및 페라이트 코어(13) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상판부(11)는 조리 용기(1)가 놓이며, 조리 용기(1)를 지지할 수 있다. 즉, 조리 용기(1)는 상판부(11)의 상면에 놓일 수 있다. 상판부(11)에는 조리 용기(1)가 가열되는 가열 영역이 형성될 수 있다.
그리고, 상판부(11)는 여러 광물질을 합성한 세라믹 재질의 강화 유리로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상판부(11)는 쿡탑(10)을 외부 충격 등으로부터 보호할 수 있다.
또한, 상판부(11)는 쿡탑(10) 내부로 먼지 등의 이물질이 인입되는 문제를 방지할 수 있다.
워킹 코일(150)은 상판부(11)의 아래에 위치할 수 있다. 이러한 워킹 코일(150)은 자기장(20)을 발생시키도록 전류가 공급되거나 공급되지 않을 수 있다. 구체적으로, 쿡탑(10) 내부 스위칭 소자의 온/오프에 따라 워킹 코일(150)에 전류가 흐르거나 흐르지 않을 수 있다.
워킹 코일(150)에 전류가 흐르면 자기장(20)이 발생하고, 이러한 자기장(20)은 조리 용기(1)에 포함된 전기 저항 성분을 만나 와류 전류(30)를 발생시킬 수 있다. 와류 전류는 조리 용기(1)를 가열시키고, 이에 따라 조리 용기(1)의 내용물이 조리될 수 있다.
또한, 워킹 코일(150)에 흐르는 전류의 양에 따라 쿡탑(10)의 화력이 조절될 수 있다. 구체적인 예로, 워킹 코일(150)을 흐르는 전류가 많을수록 자기장(20)이 많이 발생하게 되고, 이에 따라 조리 용기(1)를 통과하는 자기장이 증가하므로 쿡탑(10)의 화력이 높아질 수 있다.
페라이트 코어(13)는 쿡탑(10)의 내부 회로를 보호하기 위한 구성 요소이다. 구체적으로, 페라이트 코어(13)는 워킹 코일(150)에서 발생한 자기장(20) 또는 외부에서 발생한 전자기장이 쿡탑(10)의 내부 회로에 미치는 영향을 차단하는 차폐 역할을 한다.
이를 위해, 페라이트 코어(13)는 투자율(permeability)이 매우 높은 물질로 형성될 수 있다. 페라이트 코어(13)는 쿡탑(10)의 내부로 유입되는 자기장이 방사되지 않고, 페라이트 코어(13)를 통해 흐르도록 유도하는 역할을 한다. 페라이트 코어(13)에 의해 워킹 코일(150)에서 발생한 자기장(20)이 이동하는 모습은 도 2에 도시된 바와 같을 수 있다.
한편, 쿡탑(10)은 상술한 상판부(11), 워킹 코일(150) 및 페라이트 코어(13) 외에 다른 구성을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 쿡탑(10)은 상판부(11)와 워킹 코일(150) 사이에 위치하는 단열재(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 즉, 본 개시에 따른 쿡탑은 도 2에 도시된 쿡탑(10)으로 제한되지 않는다.
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑의 회로도가 도시된 도면이다.
도 3에 도시된 쿡탑(10)의 회로도는 설명의 편의를 예시적으로 든 것에 불과하므로, 본 개시는 이에 제한되지 않는다.
도 3을 참조하면, 유도 가열 방식의 쿡탑은 전원부(110), 정류부(120), DC 링크 커패시터(130), 인버터(140), 워킹 코일(150) 및 공진 커패시터(160) 중 적어도 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
전원부(110)는 외부 전원을 입력받을 수 있다. 전원부(110)가 외부로부터 입력받는 전원은 AC(Alternation Current) 전원일 수 있다.
전원부(110)은 정류부(120)로 교류 전압을 공급할 수 있다.
정류부(120, Rectifier)는 교류를 직류로 변환하기 위한 전기적 장치이다. 정류부(120)는 전원부(110)을 통해 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다. 정류부(120)는 변환된 전압을 DC 양단(121)으로 공급할 수 있다.
정류부(120)의 출력단은 DC 양단(121)으로 연결될 수 있다. 정류부(120)를 통해 출력되는 DC 양단(121)을 DC 링크라고 할 수 있다. DC 양단(121)에서 측정되는 전압을 DC 링크 전압이라고 한다.
DC 링크 커패시터(130)는 전원부(110)과 인버터(140) 사이의 버퍼 역할을 수행한다. 구체적으로, DC 링크 커패시터(130)는 정류부(120)를 통해 변환된 DC 링크 전압을 유지시켜 인버터(140)까지 공급하기 위한 용도로 사용된다.
인버터(140)는 워킹 코일(150)에 고주파의 전류가 흐르도록 워킹 코일(150)에 인가되는 전압을 스위칭하는 역할을 한다. 인버터(140)는 반도체 스위치를 포함할 수 있고, 반도체 스위치는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 WBG(Wide Band Gab) 소자일 수 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하므로, 이에 제한되지 않음이 타당하다. 한편, WBG 소자는 SiC(Silicon Carbide) 또는 GaN(Gallium Nitride) 등일 수 있다. 인버터(140)는 반도체 스위치를 구동시킴으로써 워킹 코일(150)에 고주파의 전류가 흐르게 하고, 이에 따라 워킹 코일(150)에 고주파 자계가 형성된다.
워킹 코일(150)은 스위칭 소자의 구동 여부에 따라 전류가 흐르거나 전류가 흐르지 않을 수 있다. 워킹 코일(150)에 전류가 흐르면 자기장이 발생한다. 워킹 코일(150)은 전류가 흐름에 따라 자기장을 발생시켜 조리기기를 가열시킬 수 있다.
워킹 코일(150)의 일측은 인버터(140)의 스위칭 소자의 접속점에 연결되어 있고, 다른 일측은 공진 커패시터(160)에 연결된다.
스위칭 소자의 구동은 구동부(미도시)에 의해서 이루어지며, 구동부에서 출력되는 스위칭 시간에 제어되어 스위칭 소자가 서로 교호로 동작하면서 워킹 코일(150)로 고주파의 전압을 인가한다. 그리고, 구동부(미도시)로터 인가되는 스위칭 소자의 온/오프 시간은 점차 보상되는 형태로 제어되기 때문에 워킹 코일(150)에 공급되는 전압은 저전압에서 고전압으로 변한다.
공진 커패시터(160)는 완충기 역할을 하기 위한 구성요소일 수 있다. 공진 커패시터(160)는 스위칭 소자의 턴오프 동안 포화 전압 상승 비율을 조절하여, 턴오프 시간 동안 에너지 손실에 영향을 준다.
도 3에 도시된 바와 같은 회로도로 구성되는 쿡탑(10)의 경우, 공진 주파수(resonance frequency)는 워킹 코일(150)의 인덕턴스 값과 공진 커패시터(160)의 커패시턴스 값에 의해 결정된다. 그리고, 결정된 공진 주파수를 중심으로 공진 곡선이 형성되며, 공진 곡선은 주파수 대역에 따라 쿡탑(10)의 출력 파워를 나타낼 수 있다.
다음으로, 도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑의 출력 특성을 나타내는 도면이다.
먼저, Q 팩터(quality factor)는 공진 회로에서 공진의 예리함을 나타내는 값일 수 있다. 따라서, 쿡탑(10)의 경우, 쿡탑(10)에 포함된 워킹 코일(150)의 인덕턴스 값과 공진 커패시터(160)의 커패시턴스 값에 의해 Q 팩터가 결정된다. Q 팩터에 따라 공진 곡선은 상이하다. 따라서, 워킹 코일(150)의 인덕턴스 값과 공진 커패시터(160)의 커패시턴스 값에 따라 쿡탑(10)은 상이한 출력 특성을 갖는다.
도 4에는 Q 팩터에 따른 공진 곡선의 일 예가 도시되어 있다. 일반적으로, Q 팩터가 클수록 곡선의 모양이 샤프(sharp)하고, Q 팩터가 작을수록 곡선의 모양이 브로드(broad)하다.
공진 곡선의 가로축은 주파수(frequency)를 나타내고, 세로축은 출력되는 전력(power)을 나타낼 수 있다. 공진 곡선에서 최대 전력을 출력하는 주파수를 공진 주파수(f0)라고 한다.
일반적으로, 쿡탑(10)은 공진 곡선의 공진 주파수(f0)를 기준으로 오른쪽 영역의 주파수를 이용한다. 그리고, 쿡탑(1)은 동작 가능한 최소 동작 주파수와 최대 동작 주파수가 미리 설정되어 있을 수 있다.
일 예로, 쿡탑(10)은 최대 동작 주파수(fmax)부터 최소 동작 주파수(fmin)의 범위에 해당하는 주파수로 동작할 수 있다. 즉, 쿡탑(10)의 동작 주파수 범위는 최대 동작 주파수(fmax)부터 최소 동작 주파수(fmin)까지일 수 있다.
일 예로, 최대 동작 주파수(fmax)는 IGBT 최대 스위칭 주파수일 수 있다. IGBT 최대 스위칭 주파수란 IGBT 스위칭 소자의 내압 및 용량 등을 고려하여, 구동 가능한 최대 주파수를 의미할 수 있다. 예를 들어, 최대 동작 주파수(fmax)는 75kHz일 수 있다.
최소 동작 주파수(fmin)는 약 20kHz일 수 있다. 이 경우, 쿡탑(10)이 가청 주파수(약 16Hz~ 20kHz)로 동작하지 않으므로, 쿡탑(10)의 소음을 줄일 수 있는 효과가 있다.
한편, 상술한 최대 동작 주파수(fmax) 및 최소 동작 주파수(fmin)의 설정 값은 예시적인 것에 불과하므로, 이에 제한되지 않는다.
이러한 쿡탑(10)은 가열 명령을 수신하면 가열 명령에서 설정된 화력 단계에 따라 동작 주파수를 결정할 수 있다. 구체적으로, 쿡탑(10)은 설정된 화력 단계가 높을수록 동작 주파수를 낮추고, 설정된 화력 단계가 낮을수록 동작 주파수를 높임으로써 출력 파워를 조절할 수 있다. 즉, 쿡탑(10)은 가열 명령을 수신하면 설정된 화력에 따라 동작 주파수 범위 중 어느 하나로 동작하는 가열 모드를 실시할 수 있다.
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑의 제어 블록도이다.
본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(10)은 인버터(140), 워킹 코일(150), 센서(170), 출력부(180) 및 제어부(190) 중 적어도 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
인버터(140)는 워킹 코일(150)에 전류를 공급할 수 있다. 인버터(140)는 정류부(120)에 의해 정류된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 워킹 코일(150)에 공급할 수 있다. 인버터(140)는 하프 브릿지(half-bridge) 또는 풀 브릿지(full-bridge) 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
워킹 코일(150)은 인버터(140)로부터 전류를 공급받아 조리 용기(1)를 통과하는 자기장을 발생시킬 수 있다.
센서(170)는 온도를 감지할 수 있다. 센서(170)는 조리 용기(1)의 온도를 감지하기 위한 온도 센서일 수 있다. 센서(170)는 쿡탑(10)에서 가장 위쪽에 배치되는 센서로서, 탑 센서일 수 있다.
센서(170)는 워킹 코일(150)의 가운데에 배치될 수 있다. 센서(170)는 상판부(11)에 직접 또는 간접적으로 접촉되게 배치될 수 있다. 센서(170)는 상판부(11)를 통해 조리 용기(1)의 온도를 감지할 수 있다. 구체적으로, 조리 용기(1)의 열은 상판부(11)로 전달되므로, 센서(170)는 상판부(11)의 온도를 측정함으로써 조리 용기(1)의 온도를 간접적으로 감지할 수 있다.
출력부(180)는 쿡탑(10)의 동작과 관련된 정보를 출력할 수 있다. 출력부(170)는 쿡탑(10)과 관련된 정보를 청각적으로 출력하기 위한 오디오 (미도시) 또는 쿡탑(10)과 관련된 정보를 시각적으로 출력하기 위한 디스플레이(미도시) 등을 포함할 수 있다.
출력부(170)는 조리 용기(1)에서 끓음의 발생을 나타내는 끓음 알람 또는 조리 용기(1)의 과열을 나타내는 과열 알람 중 적어도 하나를 출력할 수 있다.
제어부(190)는 인버터(140), 워킹 코일(150), 센서(170) 및 출력부(180) 등 쿡탑(10)에 구비된 각 구성요소를 제어할 수 있다.
제어부(190)는 조리 용기(1)의 과열 여부를 감지할 수 있다. 또한, 제어부(190)는 조리 용기(1)의 과열 여부를 감지하기 이전에, 조리 용기(1)의 끓음 여부를 먼저 감지할 수 있다. 즉, 제어부(190)는 조리 용기(1)의 음 여부를 감지하고, 끓음이 감지된 이후에 조리 용기(1)의 과열 여부를 감지할 수 있다.
제어부(190)는 부하 임피던스를 이용하여 조리 용기(1)의 과열 여부를 감지할 수 있고, 이하 상세히 설명한다.
도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑의 동작 방법이 도시된 순서도이다.
제어부(190)는 부하 임피던스를 산출할 수 있다(S10).
부하 임피던스는 다음과 같은 수학식 1을 통해 산출될 수 있다.
Figure pat00001
위 수학식 1에서
Figure pat00002
[rad/s]는 2πf이며, f는 동작 주파수일 수 있다. 그리고,
Figure pat00003
[Ω]는
Figure pat00004
이고,
Figure pat00005
[Ω]은
Figure pat00006
이고,
Figure pat00007
[A]는
Figure pat00008
이고,
Figure pat00009
[A]는
Figure pat00010
이며,
Figure pat00011
는 워킹 코일(150)을 흐르는 전류로, 설정된 화력 단계 또는 조리 용기(1)의 종류 등에 따라 달라질 수 있다.
Figure pat00012
는 공진 커패시터의 커패신턴스일 수 있다.
한편, 수학식 1은 예시에 불과하다. 즉, 제어부(190)는 수학식 1이 아닌 다른 방법을 통해 부하 임피던스를 산출할 수도 있다.
제어부(190)는 부하 임피던스에 기초하여 조리 용기(1)의 끓음 여부를 판단할 수 있다(S20).
구체적으로, 제어부(190)는 부하 임피던스의 기울기에 기초하여 조리 용기(10)의 끓음 여부를 판단할 수 있다.
도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑에서 조리 용기의 끓음 여부를 판단하는 방법이 도시된 순서도이다.
도 7은 도 6에서 조리 용기(10)의 끓음 여부를 판단하는 방법을 구체화한 순서도일 수 있다.
제어부(190)는 부하 임피던스의 기울기에 기초하여 조리 용기(1)의 끓음 여부를 감지할 수 있다.
도 7을 참고하면, 제어부(190)는 부하 임피던스의 기울기와 끓음 기준 레벨을 비교할 수 있다(S21).
끓음 기준 레벨은 미리 설정된 상수일 수 있다. 끓음 기준 레벨은 조리 용기(1) 내 물이 끓을 때 부하 임피던스의 기울기와 조리 용기(1) 내 물이 끓지 않을 때 부하 임피던스의 기울기 간의 경계 값으로, 다양한 물 양과 다양한 용기 재질에 대한 실험을 통해 산출되어 미리 설정될 수 있다.
즉, 제어부(190)는 부하 임피던스의 기울기를 미리 설정된 끓음 기준 레벨과 비교할 수 있다.
제어부(190)는 부하 임피던스의 기울기가 끓음 기준 레벨 보다 작은지 판단할 수 있다(S23).
부하 임피던스의 기울기가 작다, 즉 부하 임피던스의 기울기가 다소 평평(flat)하다는 것은 부하 임피던스의 변화가 작다는 것을 의미하며, 이는 물이 끓고 있다는 것으로 추정될 수 있다.
제어부(190)는 부하 임피던스의 기울기가 끓음 기준 레벨 이상이면, 계속해서 부하 임피던스의 기울기를 미리 설정된 끓음 기준 레벨과 비교할 수 있다.
제어부(190)는 부하 임피던스의 기울기가 끓음 기준 레벨 작으면, 부하 임피던스의 기울기가 끓음 기준 레벨 보다 작은 횟수를 카운트할 수 있다(S25).
부하 임피던스의 기울기가 끓음 기준 레벨 보다 작음이 감지되자마자 끓음으로 판단할 경우, 물의 양 또는 용기 재질 등에 의한 오차로 인해 끓음으로 오판단되는 문제가 최소화되도록, 부하 임피던스의 기울기가 끓음 기준 레벨 보다 작은 횟수를 카운트할 수 있다.
제어부(190)는 부하 임피던스의 기울기가 끓음 기준 레벨보다 작은 횟수를 카운트하면, 카운트 횟수가 연속 2회 이상인지 판단할 수 있다(S27).
제어부(190)는 카운트 횟수가 연속 2회 이상이 되지 않으면, 카운트 횟수를 초기화하고, 다시 부하 임피던스의 기울기과 끓음 기준 레벨을 비교할 수 있다.
제어부(190)는 카운트 횟수가 연속 2회 이상이면, 조리 용기에서 끓음이 발생한 것으로 판단할 수 있다(S29).
즉, 제어부(190)는 부하 임피던스의 기울기가 끓음 기준 레벨 보다 작은 경우가 연속으로 2회 이상 감지되면 조리 용기(1)에 끓음이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
다시, 도 6을 설명한다.
제어부(190)는 조리 용기(1)에서 끓음 발생 여부를 판단할 수 있다(S30).
제어부(190)는 조리 용기(1)에서 끓음이 발생한 것으로 판단되지 않으면, 계속해서 부하 임피던스를 산출할 수 있다.
한편, 제어부(190)는 조리 용기(1)에서 끓음이 발생한 것으로 판단되면, 끓음 알람을 출력할 수 있다(S40).
다음으로, 도 8을 참조하여, 제어부(190)가 조리 용기에서 끓음 발생 여부를 판단하는 방법을 부하 임피던스의 그래프를 통해 설명한다.
도 8은 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑에서 조리 용기의 끓음을 판단시 부하 임피던스가 도시된 그래프이다.
도 8에는 유도 가열 방식의 쿡탑에서 조리 용기를 가열하는 동안의 부하 임피던스가 도시되어 있다. 한편, 부하 임피던스의 실시간 값 변동이 있기 때문에, 부하 임피던스의 평균이 도 8에 함께 도시되어 있다. 본 명세서에서 부하 임피던스의 기울기는 부하 임피던스의 평균의 기울기를 의미할 수 있다. 또한, 도 8에는 센서(170)가 측정한 온도 및 실제 물의 온도가 함께 도시되어 있다.
도 8을 참고하면, 조리 용기(1)가 가열되는 동안 물의 온도가 서서히 증가하는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 이에 따라 센서(170)가 감지한 온도 또한 서서히 증가하는 것을 확인할 수 있다.
한편, 부하 임피던스도 계속해서 증가하나, 일부 평평한 구간이 나타남을 확인할 수 있다. 부하 임피던스의 평균 그래프를 참고하면, 기울기가 0에 가까운 구간이 나타난다. 도 8에서 제1 구간(section 1)은 부하 임피던스의 기울기가 끓음 기준 레벨 이상인 구간이고, 제2 구간(section)는 부하 임피던스의 기울기가 끓음 기준 레벨 보다 작은 구간일 수 있다.
도 8에서 t1은 제어부(190)가 부하 임피던스 및 부하 임피던스의 기울기를 산출 및 저장을 시작하는 시점이다. 제어부(190) 제2 구간이 연속해서 2회 이상 발생하지 않으면, 계속해서 부하 임피던스 및 부하 임피던스의 기울기를 산출 및 저장할 수 있다. t2는 제2 구간, 즉 부하 임피던스의 기울기가 끓음 기준 레벨 보다 작은 구간이 연속해서 2회 감지된 시점일 수 있다. 제어부(190)는 t2 시점에 부하 임피던스의 기울기가 끓음 기준 레벨 보다 작은 횟수가 연속 2회 이상 카운트된 것으로 판단할 수 있다. 이에 따라, 제어부(190)는 조리 용기(1)에서 끓음이 발생한 것으로 판단하고, t3 시점에 끓음 알람을 출력할 수 있다.
다시, 도 6을 설명한다.
제어부(190)는 조리 용기(1)의 끓음 알람을 출력하고, 조리 용기(1)의 과열 여부를 판단할 수 있다(S50).
다음으로, 도 9를 참고하여, 제어부(190)가 조리 용기(1)의 과열 여부를 판단하는 방법을 설명한다. 도 9는 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑이 조리 용기의 과열 여부를 판단하는 방법이 도시된 순서도이다. 도 9는 도 6의 단계 S50가 상세히 도시된 순서도이다.
제어부(190)는 조리 용기(1)에 끓음이 발생한 시점의 온도 기울기를 획득할 수 있다(S51).
제어부(190)는 부하 임피던스의 기울기가 끓음 기준 레벨 보다 작은 횟수가 연속으로 2회 발생한 시점의 온도 기울기를 획득할 수 있다. 제어부(190)는 도 8에 도시된 그래프의 t2 시점에서 온도 기울기를 획득할 수 있다.
제어부(190)는 조리 용기(1)에 끓음이 발생한 시점에 센서(170)를 통해 조리 용기(1)의 온도 기울기를 획득할 수 있다. 구체적으로, 제어부(190)는 조리 용기(1)에 끓음이 발생한 시점에 센서(170)가 감지한 조리 용기(1)의 온도 기울기를 획득할 수 있다. 이를 위해, 조리 용기(1)에 끓음이 발생한 시점에 센서(170)가 감지한 온도 기울기가 메모리(미도시)에 저장될 수 있다.
제어부(190)는 현재의 온도 기울기를 획득할 수 있다(S52).
제어부(190)는 현재 시점에 센서(170)를 통해 감지한 현재의 온도 기울기를 획득할 수 있다. 현재의 온도 기울기는 현재 시점에 센서(170)를 통해 감지한 조리 용기(1)의 온도 기울기일 수 있다.
제어부(190)는 현재의 온도 기울기가 2*끓음 발생 시점의 온도 기울기 보다 큰지 판단할 수 있다(S53).
즉, 제어부(190)는 조리 용기(1)의 온도를 더 이용하여 조리 용기(1)의 과열 여부를 감지할 수 있다. 제어부(190)는 현재의 온도 기울기가 끓음 발생 시점의 온도 기울기의 두 배인 값 보다 큰지 판단할 수 있다.
조리 용기(1)가 과열되면 온도가 급격하게 증가하기 때문에, 온도의 기울기 변화를 통해 조리 용기(1)의 과열 여부를 판단할 수 있다.
제어부(190)는 현재 온도의 기울기가 끓음 발생 시점의 온도 기울기의 두 배 보다 크면, 조리 용기(1)가 과열된 것으로 판단할 수 있다(S58).
즉, 제어부(190)는 조리 용기(1)에 끓음이 발생한 시점에 센서(170)를 통해 감지한 온도의 기울기가 현재 센서(170)를 통해 감지된 온도의 기울기의 두 배 보다 크면 조리 용기(1)를 과열로 판단할 수 있다.
제어부(190)는 현재 온도의 기울기가 끓음 발생 시점의 온도 기울기의 두 배 이하이면, 부하 임피던스의 기울기가 과열 기준 레벨 보다 큰 지 판단하고(S55), 부하 임피던스의 기울기가 과열 기준 레벨 보다 크면 현재의 온도 기울기가 끓음 발생 시점의 온도 기울기+소정 값(α) 보다 큰지 판단할 수 있다(S57).
용기 재질에 따라, 물이 모두 증발한 후에 급격하게 과열되는 조리 용기(1)가 있는 반면, 용기 자체의 열 용량이 커서 천천히 과열되는 조리 용기(1)가 있을 수 있다. 용기 자체의 열 용량이 큰 조리 용기(1)를 가열 중인 경우 센서(170)로의 열 전달이 느리기 때문에 온도의 기울기만으로 과열 감지가 어려울 수 있기 때문에, 단계 S55 및 단계 S57와 같은 과열 감지를 위한 보조 동작을 더 수행할 수 있다.
제어부(190)는 부하 임피던스의 기울기가 과열 기준 레벨 보다 크고, 현재 온도의 기울기가 끓음 발생 시점의 온도 기울기에 소정 값(α)을 더한 값 보다 크면, 조리 용기(1)가 과열된 것으로 판단할 수 있다. 소정 값은 미리 설정되는 값으로, 각 부품의 성능 등에 따라 다르게 설정될 수 있다.
한편, 제어부(190)는 부하 임피던스의 기울기가 과열 기준 레벨 이하이거나, 현재 온도의 기울기가 끓음 발생 시점의 온도 기울기에 소정 값을 더한 값 이하이면, 조리 용기(1)가 아직 과열되지 않은 것으로 판단하고, 계속해서 현재의 온도 기울기를 획득할 수 있다.
다시, 도 6을 설명한다.
제어부(190)는 조리 용기(1)가 과열되었는지 판단할 수 있다(S60).
제어부(190)는 조리 용기(1)가 과열되지 않았으면, 계속해서 조리 용기의 과열 여부를 판단할 수 있다.
제어부(190)는 조리 용기(1)가 과열된 경우, 과열 알람을 출력할 수 있다(S70).
도 10은 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑이 제1 재질의 조리 용기를 가열하는 동안의 온도 및 부하 임피던스의 기울기가 도시된 그래프이고, 도 11은 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑이 제2 재질의 조리 용기를 가열하는 동안의 온도 및 부하 임피던스의 기울기가 도시된 그래프이다.
도 10을 참고하면, 제어부(190)는 t11 시점에서 끓음 알람을 출력하였고, 이 때 온도 기울기를 획득할 수 있다. 이 후, 제어부(190)는 현재 온도의 기울기가 끓음 시점의 온도 기울기의 두 배 보다 큰지 판단할 수 있고, t12 시점에서 현재 온도의 기울기가 끓음 시점의 온도 기울기의 두 배 보다 큰 것으로 감지하고, 과열 알람을 출력할 수 있다.
도 11을 참고하면, 제어부(190)는 t21 시점에서 끓음 알람을 출력하였고, 이 때 온도 기울기를 획득할 수 있다. 이 후, 제어부(190)는 현재 온도의 기울기가 끓음 시점의 온도 기울기의 두 배 보다 큰지 판단할 수 있다. 그런데, 제어부(190)는 현재 온도의 기울기가 끓음 시점의 온도 기울기의 두 배가 되기 전에, t22 시점에서 부하 임피던스의 기울기가 과열 기준 레벨 보다 크고, 현재 온도의 기울기가 끓음 발생 시점의 온도 기울기에 소정 값을 더한 값 보다 큰 것으로 감지하고, 이 때 과열 알람을 출력할 수 있다.
이와 같이, 본 개시에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(10)은 부하 임피던스 및 조리 용기(1)의 온도를 통해 조리 용기(1)의 과열 여부를 판단하므로, 물의 양 및 용기 재질에 관계 없이 드라이업으로 인한 과열 여부를 감지 가능한 이점이 있다.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 개시에 개시된 실시 예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 개시의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 조리 용기가 놓이는 상판부;
    상기 조리 용기를 통과하는 자기장을 발생시키는 워킹 코일;
    상기 워킹 코일에 전류를 공급하는 인버터; 및
    상기 조리 용기의 과열 여부를 감지하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는
    부하 임피던스를 이용하여 상기 조리 용기의 과열 여부를 감지하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 조리 용기의 끓음 여부를 감지하고, 끓음이 감지된 이후에 상기 조리 용기의 과열 여부를 감지하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 부하 임피던스의 기울기에 기초하여 상기 조리 용기의 끓음 여부를 감지하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 부하 임피던스의 기울기가 끓음 기준 레벨 보다 작은 경우가 연속으로 2회 이상 감지되면 상기 조리 용기에 끓음이 발생한 것으로 판단하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 끓음의 발생을 나타내는 알람을 출력하는 출력부를 더 포함하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 조리 용기의 온도를 감지하는 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 조리 용기의 온도를 더 이용하여 상기 조리 용기의 과열 여부를 감지하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 조리 용기에 끓음이 발생한 시점에 상기 센서를 통해 감지한 온도의 기울기가 현재 센서를 통해 감지된 온도의 기울기의 두 배 보다 크면 상기 조리 용기를 과열로 판단하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 조리 용기에 끓음이 발생한 시점에 상기 센서를 통해 감지한 온도의 기울기가 현재 센서를 통해 감지된 온도의 기울기의 두 배 이하이면, 과열 감지를 위한 보조 동작을 더 수행하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 보조 동작을 통해 상기 부하 임피던스의 기울기가 과열 기준 레벨 보다 크고, 현재 감지된 온도의 기울기가 끓음 발생 시점 온도의 기울기에 소정 값을 더한 값 보다 큰 경우 상기 조리 용기를 과열로 판단하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 과열의 발생을 나타내는 알람을 출력하는 출력부를 더 포함하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
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