KR900001969B1

KR900001969B1 - 가열장치

Info

Publication number: KR900001969B1
Application number: KR1019860002635A
Authority: KR
Inventors: 시게루 구스노기; 나오요시 마에하라
Original assignee: 마쓰시다덴기산교 가부시기가이샤; 다니이 아끼오
Priority date: 1985-04-11
Filing date: 1986-04-08
Publication date: 1990-03-27
Also published as: AU5604486A; DE3682696D1; KR860008695A; CA1253933A; JPH06103103B2; EP0198430B1; US4672180A; JPS61235615A; AU561727B2; EP0198430A2; EP0198430A3

Abstract

내용 없음.

Description

가열장치

제1도는 종래의 전자레인지의 종단면도.

제2도는 다른 종래의 전자레인지의 종단면도.

제3도는 본 발명의 일실시예에 있어서의 수분을 함유하는 물건을 가열하기 위한 검지장치의 구성도.

제4도는 동 압전소자센서 부착부의 단면도.

제5도는 동 압전소자센서의 단면도.

제6a, 6b도는 각각 동 압전소자센서의 출력전압 특성도.

제7도는 동 직류소자 증폭회로도.

제8도는 동 증폭회로의 출력특성도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 케이스 2 : 도어

3 : 가열실 4 : 팬

5 : 채널 6 : 소자

7 : 가열실 8 : 천정

9 : 후벽 10 : 밑바닥

11 : 도어 12 : 측벽

13 : 슬롯 14 : 도파관

15 : 마그네트론 16 : 안테나

17 : 선반 18 : 식품

19 : 접시 20 : 음향송신기

21 : 수신기 22 : 패드

23 : 방음커버 24 : 구멍

25 : 구멍 26 : 압전소자센서

27 : 증폭기 28 : 비교기

29 : 제어기 30 : 마그네트론

31 : 가열실 32 : 식품

33 : 팬 34 : 덕트

35 : 실선화살표시(냉각풍) 36 : 점선화살표시(수분등 함유기체)

37 : 배기부 38 : 모우터코어

39 : 전원플러그 40 : 전원스위치

41 : 모우터코일 42 : 코일

43 : 정류(整流)브리지 44 : 콘덴서

45 : 저항 46 : 정(定)전압다이오우드

47 : 버저 48 : 문턱전압

49 : 압전소자 50 : 실리콘고무스페이서

51 : 단자 52 : 진동부

53 : 진동페이스 54 : 리이드선

55 : 내부링 56 : 단자판

57 : 실리콘고무 58 : 회로기판

59 : 비스 60 : 출력단자

61 : 연산증폭기 62 : 고역통과필터

63 : 연산증폭기 64 : 저역통과필터

본 발명은, 수분을 함유하는 식품등의 피가열물을 가열했을때에, 이 식품등으로부터 발생하는 온도가 높은 수증기를 검지하여, 식품등의 과가열을 방지하는 장치에 관한 것이다.

가열수단으로서, 예를 들면 고주파 전자파(電磁波)에 의해 식품등의 조리물을 유전가열하여 조리하는 소위 전자 레인지를 예로 들어서 설명한다. 전자레인지의 경우, 그 가열속도가 빠르기 때문에 식품을 과가열해버릴 경우가 적지않다.

따라서 식품의 가열상태를 검지하는 장치에 대해서는 많은 제안이 있다. 종래예의 일례로서, 미국특허 제3,839,616호를 제1도에 표시한다. 제1도에 있어서, 케이스(1)과 도오(2)내에 형성된 가열실(3)내의 식품은 가열되어서, 증기를 함유한 배기는, 팬(4)에 의해 풍로(風路)(5)를 통과하여 습도에 의해 그 저항치가 변화하는 소자(6)를 거쳐서 외부로 방출된다. 이 소자(6)의 저항치변화를 전기적으로 처리하는데, 기준의 전압과 기준의 저항을 소자(6)와 직렬로 접속하여, 기준저항의 양단의 전압변화로서 검출하는 수단이 채택되고 있다.

다음에 다른 종래예로서, 제2도에 미국특허 제3,467,804호를 표시한다. 이 구성은, 천정(8), 후벽(9), 밑바닥(10), 측벽(12) 및 도어(11)에 의해서 전자레인지의 가열실(7)을 형성한 것이며, 마그네트론(15)에서 발생한 고주파를 안테나(16)를 개재해서 도파관(14)을 경유해서 천정(8)에 형성된 슬롯(13)으로부터 가열실(7)내에 고주파를 공급한다. 또 가열실(7)내에는 선반(17)이 착설되고, 식품(18)을 담은 접시(19)가 재치되어있다. 또 후벽(9)에는, 구멍(24),(25)이 형성되고, 이 구멍(24)의 이면에는 음향송신기(20)가 착설되고, 구멍(25)의 이면에는 패드(22)를 개재해서 수신기(21)가 착설되며, 이들 수신기(21)와 패드(22)를 덮는 방음커버(23)가 착설되어있다. 이 구성에서는, 식품(18)의 가열에 따라서 발생하는 수증기의 양을 검지하기 위해서, 음향송신기(20)로부터 음파를 발신하여, 이 음파가 가열실(7)내를 통과하여 수신기(21)에 도달한다. 이때 수신기(21)에서 검지하는 신호의 대소로 식품(18)으로부터의 증기발생 상황을 검지하는 것이다. 전자의 경우는 실용성이 높으며, 실제로 민생용전자레인지에 이 발명 내용이 실현되고 있다. 그경우 개방형의 소자가 식품 찌꺼기 등으로 더러워져서 특성이 변화되지 않도록 소자를 고온으로해서 찌꺼기 오염을 소각하는 연구등이 이루어지고 있다.

다만, 개량해야할 점으로서, 기준전압의 안정화나 기준저항의 불균일관리, 또한 고온소각을 위한 복잡한 구성, 소비전력이 크다는 것, 그리고 또 소자의 열적(熱的)인 시정수(時定數)를 작게하는 것등이 과제로서 열거되고 있다.

후자의 경우는, 전자에 비해서 송신기와 수신기가 필요하고 구성이 복잡하다는 것, 가열실의 치수에 의해 음향적 공진 상태가 변화하므로 전자레인지안에 넣는 다양한 형상이나 크기를 가진 식품의 모든것에 대해서 식품으로부터 발생하는 증기에 의한 음향임피이던스의 변화를, 정확하게 검지할 수 있도록 하기 위해서는 많은 복잡한 연구가 필요하게 된다.

본 발명은, 수분을 함유하는 식품등을 가열했을 때에 발생하는 증기를 종래와 같이, 습도에 의한 저항변화나, 음향임피이던스의 변화로서 잡는수단과는 다른 새로운 검지수단을 제공하는 것이다.

즉, 가열실의 배기부에, 압전소자(Piezo Electric Device)를 배설하여 검지장치를 구성하는 것이다. 특히 압전소자로부터 발생하는 분극에 의한 전압의 10Hz 부근에 해당되는 저주파 성분의 대소가 식품으로부터의 따뜻한 증기발생량과 상관관계를 가진다는 것을 이용하는 검지장치이다.

이하에 본 발명을 전자레인지에 이용했을 경우에 대해서 첨부도면에 의거하여 그 실시예를 상세히 설명한다.

제3도는 본 발명의 일실시예이다. 제3도에 있어서 전자레인지의 가열실(31)의 배기구(37)에 배기에 접촉하도록 착설한 안접소자센서(26)는, 이 압전소자센서(26)에 직류성분이 인가되지 않도록 특정의 주파수대역만을 통과시키는 정압증폭용의 증폭기(27) 및 전압비교용의 비교기(28), 그리고 또 제어기(29)에 접속되어있다. 가열실(31)내에는 식품(32)이 배치되고, 팬(33)에 의한 마그네트론(30)의 냉각풍의 일부는 덕트(34)를 개재해서 가열실(31)내로 인도된다. 이 냉각풍의 일부를 실선화살표시(35)로, 식품으로부터 발생하는 따뜻한 수분등의 기체를 점선화살표시(36)로 표시하고 있다. 냉각풍(35)과 식품(32)으로부터 발생하는 수분등을 함유하는 상기 기체(36)는 배기부(37)를 통과해서 가열실(31)로부터 외부에 배출된다.

본 실시예에서는, 팬(33)을 구동하는 모우터코어(38)에는, 모우터코일(41)이 전원플러그(39), 전원스위치(40)를 개재해서 감겨있어며, 또 다른 코일(42)이 상기 모우터코어(38)에 감겨있다.

이 코일(42)은, 정류브리지(43), 콘덴서(44), 저항(45), 정전압다이오우드(46)와 함께 정전압전 원부를 구성하고, 증폭기(27), 비교기(28), 제어기(29)의 트랜스를 필요없게 하고있다. 또 버저(47)는 중폭된 신호전압이 설정된 문턱전압(48)보다도 커졌을 때, 즉 수분이 충분히 발생했을때에 제어기(29)의 신호로 동작하도록 구성되어 있다. 또한 비저(47)의 취명대신에, 전원을 차단하고 혹은 가열출력을 낮게하는 제어도 가능하다. 제4도, 제5도에는 압전소자센서(26)로서 40KHz용의 방적형(防適形) 초음파마이크를 사용한 경우에 대해서, 그 부착예와 초음파마이크의 구성예를 표시한 것이다. 제5도에는 초음파마이크는 압전소자(49), 실리콘 고무스페이서(50), 단자(51), 진동부(52), 진동케이스(53), 리이드선(54), 내부링, 단자판(56) 실리콘고무(57)로 이루어져 있다. 제4도에서 압전소자센서(26)는 회로기판(58)에 부착되며, 비스(59)로 배기부(37)에 부착되어 있다.

이와같이 초음파마이크는 식품으로부터 발생하는 수분에 의해서 열화하지않도록, 압전소자(49)는 열전도성의 재료인 금속제품의 진동케에스(53)을 밀착피복하고 있다. 또 보다 간소하게하기 위해서는 압전소자(49)를 에폭시수지등으로 담금질해도 좋고, 유리관속에 봉지해도 좋다.

제6도(a), (b)에 상기 압전소자센서(26)의 신호 및 잡음에 대한 특성도를 표시한다. 제6도(a),(b)는 가열실(31)에 부하로서 물을 넣고, 물이 비등했을때의 데이터를 표시한 것이다. 제6도(a)는 압전소자센서(26)의 단자간전압의 시간변화를 표시하고 있다. 제6도(b)에는 같은 전압의 주파수스펙트럼의 예를 표시하고 있다. 40KHz용의 초음파마이크에 따뜻한 수증기를 함유하는 바람이 부딪치므로서 이초음파마이크의 본래의 주파수대인 40KHz의 약 1/1000의 주파수대인 0~약 50Hz로 큰 신호의 발생을 확인할 수 있다. 제6도(b)에 있어서 (i)은 전자레인지의 동작전, (ii)는 전원투입후, (iii)이 물비등시의 신호전압이다. 또한 60Hz부근의 전압피이크는 상용 전원에 의한 잡음이다.

초음파마이크를 사용해서 상기와같이 저주파의 신호를 얻을 수 있는 원리는 다음과 같이 생각된다. 즉, 배기부(37)를 통과하는 기체에 큰 열량의 온수증기가 함유되면, 그 열변화에 의해 압전소자(49)가 기계적응력을 받아, 분극에 의해 전압을 발생한다. 이와같은 압전소자(49)로서는 수정이나 로셀염(kNaC₄H₄O₆), 티탄산염(PbTiO₃), 티탄산바륨(BaTiO₃)등이 이용된다.

제7도에 증폭기(27)의 상세한 것을 표시한다. 압전소자센서(26)의 출력은, 연산증폭기(61)를 포함하는 고역통과필터(62)에 의해 예를 들면 3Hz 이상만을 선택되고, 계속해서 연산증폭기(63)을 포함하는 저역통과필터(64)에 의해 예를 들면 15Hz 이하만을 되어 , 출력단자(60)로부터 3~15Hz의 주파수대역의 신호만이 출력된다.

제8도에 상기 증폭기(27)의 출력단자(60)의 전압변화를 표시한다. 이 실험에서는 전자레인지의 가열실(31)에 물 4000CC가 들어간 비이커를 두고, 고주파에 의해 유전가열한 가열개시 직후에는 출력은 작고 일정하지만, 약 4분을 경과한쯤부터 출력이 커지는 것을 알수 있다. 이것은 상기 비이커내의 물이 비등하기 시작하는 타이밍과 거이같은 것을 실험에 의해 확인되었다.

따라서 압전소자센서(26)의 출력전압을 검지하므로서 수분을 함유하는 식품의 비등하는 타이밍을 알수 있기 때문에, 이 출력전압에 의해 자동조리가 가능해진다. 예를들면, 이 타이밍으로 전자레인지의 출력을 정지하거나, 출력을 약하게 한다고하는 조리를 할수 있어, 식품의 과가열방지를 할수 있다.

또, 압전소자센서(26)의 출력이 나왔을때에 즉시로 가열을 정지하는 것은 아니고, 더욱추가 가열을 한후에 자동적으로 가열을 완료한다고 하는 보다 고도의 조리제어도 가능하다. 이를 위해서는 가열되는 식품군에 의해 미리 정해진 상수(영도 포함함)를 제어기(29)내에 기억시켜두고, 사용자가 가열하는 식품에 대응하는, 예를들면 스위치 등에 의해 선택하여 입력한 후에 가열을 개시하면, 가열개시로부터 비교기(26)의 출력전압이 변화할때까지의 시간과 상기 선택된 상수와의 곱을 제어기(29)가 연산해서 그시간 만큼 추가 가열할수 있다.

다음에 다른 부가기능을 설명한다. 전원투입시에는 제6도(b)의 (ii)에 표시한 잡음전압이 출력으로서 압전소자센서(26)로부터 출력된다. 이 잡음전압을 비교기(28)가 수증기 발생의 신호로 오인하지 않도록, 오동작 방지를 위하여, 전원투입시에는 일정시간 압전소자센서(26)의 출력을 마스킹하는 타이머를 제어기(29)에 착설할수도 있다.

본 발명은, 수분을 포함하는 물건을 가열했을때의 가열상태의 검지를 실현할 수 있는 효과에 추가해서 또 다음의 효과가 있다.

(1) 압전소자의 단자간에 발생하는 분극전압을 처리하는 방식이므로, 종래예와 같이 기준전압이나 기준저항이 필요없으며, 부품정밀도의 관리가 용이하고 다량생산에 적합한 값싼 구성을 가능하게 한다.

(2) 검지소자를 착설한것뿐인 수동형이므로, 송신기와 수신기를 필요로하는 종래예에 비해서 구성부품 점수를 반분이하로 할수 있다.

(3) 검지신호의 주파수성분이 낮으므로, 기기운전시의 잡음이, 신호전압에 비해서 상대적으로 작기때문에, S/N 비가 높은 확실한 검지를 할수 있다(제6도(b)).

(4) 감습저항소자를 사용한 것은, 주로 소자의 결정입계(結晶粒界)를 이용하고 있으므로, 수분을 포함하는 기체를 소자의 입계에 직접작용시킬 필요가 있으며, 오염되기 쉽다. 이에 비해서 본 발명의 소자는 실시예와 같이, 소자를 진동판으로 커버하여도 충분한 감도를 가지는 것이므로 오염에 대해서 강하다. 약 5∼10Hz의 주파수 범위만으로보면, 진동판의 표면에 실리콘 그리이스를 약 0.5mm의 두께로 도포해도 거의 신호레벨에 차이가 없는 것을 실험에 의해 확인하고 있다. 따라서, 종래예와 같이, 오염을 소각하기 위한 히이터등은 전혀 필요없으며, 열시(熱時)상수등으로 전혀 고려할 필요가 없다.

(5) 압전소자에 직류가 인가되지 않은 증폭기의 구성을 취했을 경우는, 분극특성을 장기적으로 안정이용할 수 있게 된다. 또 상용주파수보다도 낮은 주파수를 선택증폭하는 증폭기를 사용하면, 대단히 S/N비가 높은 검지장치로 할수 있다.

(6) 본 발명을 전자레인지에 응용했을경우, 만일에 비등타이밍을 검지할 수 없어도, 과가열에 의해 식품이 발연(發煙)하기 시작하면, 온수증기보다도 큰 열량의 배기가 되므로, 높은 신호전압을 얻을수 있다. 그 때문에 전자레인지내에서 발화하여, 배기구멍으로 부터 발화한다고 하는 최악의 상태를 방지할 수 있는 안전성이 높은 검지장치를 구성할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 예를 들면 전자레인지 및 통상의 히이터를 사용한 식품 가열기를 사용해서, 식품의 과가열방지나 식품의 가열시간의 자동제어에 이용할 수 있다. 또한 본 발명은 화학프로세스의 온도제어에도 이용가능하다.

Claims

열원을 가진 가열실의 배기부의 압전소자를 착설하고, 피가열물의 가열시에 발생하는 상기 압전소자의신호를 근거로, 열원등의 피제어수단을 제어하는 가열장치.
열원을 가진 가열실의 배기부에 압전소자를 착설하고, 상기 압전소자의 분극전압을 증폭하는 증폭기와, 이증폭기의 출력 및 미리 설정한 문턱전압을 비교하는 전압비교기와, 이 전압비교기의 출력이 인가되는 제어기로 구성되고, 수분을 포함하는 피가열물의 가열승온에 따라서 증가하는 상용전원주파수 보다도 낮은 범위의 주파수를 주성분으로 하는 신호를 압전소자로부터 얻어서 피판단수단을 제어하는 가열장치.
제1항에 있어서, 압전소자는 그 표면의 적어도 일부를 열전도성의 재료로 밀착피복한 구성을 특징으로 하는 가열장치.
제1항에 있어서. 증폭기는 직류성분 보다도 높고, 상용주파수 보다도 낮은 주파수를 선택증폭하는 특성을 가진 것을 특징으로 하는 가열장치.