WO2023096033A1 - 유도 가열 방식의 쿡탑 - Google Patents

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WO2023096033A1
WO2023096033A1 PCT/KR2022/004394 KR2022004394W WO2023096033A1 WO 2023096033 A1 WO2023096033 A1 WO 2023096033A1 KR 2022004394 W KR2022004394 W KR 2022004394W WO 2023096033 A1 WO2023096033 A1 WO 2023096033A1
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cooking vessel
cooktop
boiling
induction heating
slope
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PCT/KR2022/004394
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English (en)
French (fr)
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성호재
오두용
옥승복
박병욱
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엘지전자 주식회사
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    • H05B2213/07—Heating plates with temperature control means

Definitions

  • the present disclosure relates to an induction heating type cooktop. More specifically, it relates to an induction heating type cooktop that minimizes the problem of overheating of the cooking vessel due to evaporation of all water in the cooking vessel.
  • a method of heating an object to be heated using electricity is largely divided into a resistance heating method and an induction heating method.
  • the electric resistance method is a method of heating an object to be heated by transferring heat generated when current flows through a metal resistance wire or a non-metallic heating element such as silicon carbide to an object to be heated (eg, a cooking vessel) through radiation or conduction.
  • the induction heating method uses a magnetic field generated around the coil when high-frequency power of a predetermined size is applied to the coil to generate eddy current in an object to be heated made of metal components, so that the object itself is heated. am.
  • All water in the cooking vessel heated by the cooktop may be evaporated, and a state of the cooking vessel in which all water is evaporated may be referred to as a dry-up state. Meanwhile, when the cooking vessel is continuously heated in a dry-up state, the cooking vessel is overheated, and as a result, a problem such as discoloration of the upper plate of the cooktop may occur. Therefore, a method of monitoring the dry-up state of the cooking container in the cooktop and turning off the power when the dry-up state is detected may be required.
  • An object of the present disclosure is to provide an induction heating type cooktop that detects a dry-up state of a cooking vessel regardless of the amount of water or the material of the vessel.
  • An object of the present disclosure is to provide an induction heating type cooktop that detects whether a cooking vessel is overheated regardless of the amount of water or the material of the vessel.
  • An object of the present disclosure is to provide an induction heating type cooktop that detects whether a cooking vessel is overheated without adding a separate sensor.
  • An induction heating cooktop includes an upper plate on which a cooking vessel is placed, a working coil that generates a magnetic field passing through the cooking vessel, an inverter that supplies current to the working coil, and whether or not the cooking vessel is overheated.
  • a control unit for sensing is included, and the control unit can detect whether the cooking container is overheated by using a load impedance.
  • the controller may detect whether the cooking vessel is boiling, and may detect whether the cooking vessel is overheated after the boiling is detected.
  • the control unit may detect whether the cooking container is boiling based on the slope of the load impedance.
  • the control unit may determine that boiling has occurred in the cooking container when a case where the slope of the load impedance is smaller than the boiling reference level is detected twice or more consecutively.
  • the induction heating type cooktop may further include an output unit outputting an alarm indicating occurrence of boiling.
  • the induction heating type cooktop may further include a sensor for detecting the temperature of the cooking vessel, and the controller may further use the temperature of the cooking vessel to detect whether the cooking vessel is overheated.
  • the controller may determine that the cooking vessel is overheated when the temperature gradient detected through the sensor at the time boiling occurs in the cooking vessel is greater than twice the temperature gradient currently detected through the sensor.
  • the controller may further perform an auxiliary operation for detecting overheating when the temperature gradient detected through the sensor when boiling occurs in the cooking vessel is less than twice the temperature gradient currently detected through the sensor.
  • control unit may determine that the cooking container is overheated when the slope of the load impedance is greater than the overheat reference level and the slope of the currently sensed temperature is greater than the value obtained by adding a predetermined value to the slope of the temperature at the time of boiling. there is.
  • the induction heating type cooktop may further include an output unit outputting an alarm indicating occurrence of overheating.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a cooktop and a cooking vessel according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a cooktop and a cooking vessel according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a cooktop according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating output characteristics of a cooktop according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a control block diagram of an induction heating type cooktop according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an operating method of an induction heating type cooktop according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of determining whether a cooking vessel is boiled in an induction heating type cooktop according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a graph showing load impedance when boiling of a cooking vessel is determined in an induction heating type cooktop according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a method of determining whether a cooking vessel is overheated by an induction heating type cooktop according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a graph illustrating a slope of temperature and load impedance while an induction heating type cooktop heats a cooking vessel made of a first material according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a graph illustrating a slope of a temperature and a load impedance while an induction heating type cooktop heats a cooking vessel made of a second material according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a cooktop and a cooking vessel according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the cooktop and a cooking vessel according to an embodiment of the present disclosure.
  • the cooking vessel 1 may be positioned above the cooktop 10, and the cooktop 10 may heat the cooking vessel 1 located thereon.
  • the cooktop 10 can generate a magnetic field 20 such that at least a portion of it passes through the cooking vessel 1 .
  • the magnetic field 20 may induce an eddy current 30 in the cooking vessel 1. This eddy current 30 heats the cooking vessel 1 itself, and since this heat is conducted or radiated to the inside of the cooking vessel 1, the contents of the cooking vessel 1 can be cooked.
  • the eddy current 30 does not occur. Accordingly, in this case, the cooktop 10 cannot heat the cooking vessel 1 .
  • the cooking container 1 that can be heated by the cooktop 10 may be a stainless steel container or a metal container such as an enamel or cast iron container.
  • the cooktop 10 may include at least one of an upper plate 11 , a working coil 150 , and a ferrite core 13 .
  • the upper plate portion 11 is placed with the cooking vessel 1, and may support the cooking vessel 1. That is, the cooking vessel 1 may be placed on the upper surface of the upper plate portion 11 . A heating region in which the cooking container 1 is heated may be formed on the upper plate portion 11 .
  • the upper plate portion 11 may be formed of ceramic tempered glass obtained by synthesizing various mineral materials. Accordingly, the upper plate portion 11 can protect the cooktop 10 from external impact.
  • the upper plate 11 can prevent foreign substances such as dust from entering the cooktop 10 .
  • the working coil 150 may be located below the upper plate portion 11 .
  • the working coil 150 may or may not be supplied with current to generate the magnetic field 20 . Specifically, current may or may not flow through the working coil 150 according to the on/off of the internal switching element of the cooktop 10 .
  • a magnetic field 20 When a current flows through the working coil 150, a magnetic field 20 is generated, and this magnetic field 20 may generate an eddy current 30 by meeting an electrical resistance component included in the cooking vessel 1.
  • the eddy current heats the cooking vessel 1, so that the contents of the cooking vessel 1 can be cooked.
  • the heating power of the cooktop 10 may be adjusted according to the amount of current flowing through the working coil 150 .
  • the current flowing through the working coil 150 increases, the magnetic field 20 is generated more, and accordingly, the magnetic field passing through the cooking container 1 increases, so the heat power of the cooktop 10 can increase.
  • the ferrite core 13 is a component for protecting the internal circuit of the cooktop 10. Specifically, the ferrite core 13 serves as a shield to block the influence of the magnetic field 20 generated from the working coil 150 or the electromagnetic field generated from the outside on the internal circuit of the cooktop 10 .
  • the ferrite core 13 may be formed of a material having very high permeability.
  • the ferrite core 13 serves to induce the magnetic field introduced into the cooktop 10 to flow through the ferrite core 13 without being radiated.
  • the movement of the magnetic field 20 generated in the working coil 150 by the ferrite core 13 may be as shown in FIG. 2 .
  • the cooktop 10 may further include components other than the upper plate 11, the working coil 150, and the ferrite core 13 described above.
  • the cooktop 10 may further include an insulator (not shown) positioned between the upper plate 11 and the working coil 150 . That is, the cooktop according to the present disclosure is not limited to the cooktop 10 shown in FIG. 2 .
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a cooktop according to an embodiment of the present disclosure.
  • the induction heating type cooktop includes at least some or all of a power supply unit 110, a rectifier unit 120, a DC link capacitor 130, an inverter 140, a working coil 150, and a resonant capacitor 160.
  • a power supply unit 110 can include
  • the power supply unit 110 may receive external power.
  • the power that the power supply unit 110 receives from the outside may be AC (Alternation Current) power.
  • the power supply unit 110 may supply AC voltage to the rectifying unit 120 .
  • the rectifier 120 (Rectifier) is an electrical device for converting alternating current into direct current.
  • the rectifying unit 120 converts the AC voltage supplied through the power supply unit 110 into a DC voltage.
  • the rectifier 120 may supply the converted voltage to DC both terminals 121 .
  • An output terminal of the rectifying unit 120 may be connected to DC both terminals 121 .
  • the DC both ends 121 output through the rectifier 120 may be referred to as a DC link.
  • the voltage measured across the DC terminals 121 is referred to as the DC link voltage.
  • the DC link capacitor 130 serves as a buffer between the power supply unit 110 and the inverter 140 . Specifically, the DC link capacitor 130 is used to maintain the DC link voltage converted through the rectifier 120 and supply it to the inverter 140 .
  • the inverter 140 serves to switch the voltage applied to the working coil 150 so that a high-frequency current flows through the working coil 150 .
  • the inverter 140 may include a semiconductor switch, and the semiconductor switch may be an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) or a Wide Band Gab (WBG) device, but since this is merely an example, it is reasonable not to be limited thereto. Meanwhile, the WBG element may be SiC (Silicon Carbide) or GaN (Gallium Nitride).
  • the inverter 140 causes a high-frequency current to flow through the working coil 150 by driving the semiconductor switch, and thus a high-frequency magnetic field is formed in the working coil 150 .
  • current may flow or current may not flow depending on whether the switching element is driven.
  • a current flows through the working coil 150, a magnetic field is generated.
  • the working coil 150 may heat the cooking appliance by generating a magnetic field as current flows.
  • One side of the working coil 150 is connected to the connection point of the switching element of the inverter 140, and the other side is connected to the resonant capacitor 160.
  • the driving of the switching element is performed by a driving unit (not shown), and is controlled at a switching time output from the driving unit to apply a high-frequency voltage to the working coil 150 while the switching elements alternately operate with each other. And, since the on/off time of the switching element applied from the driver (not shown) is controlled in a gradually compensated manner, the voltage supplied to the working coil 150 changes from a low voltage to a high voltage.
  • the resonance capacitor 160 may be a component for serving as a shock absorber.
  • the resonance capacitor 160 affects the energy loss during the turn-off time by adjusting the saturation voltage rise rate during the turn-off of the switching device.
  • the resonance frequency is determined by the inductance value of the working coil 150 and the capacitance value of the resonance capacitor 160. Then, a resonance curve is formed around the determined resonance frequency, and the resonance curve may represent the output power of the cooktop 10 according to the frequency band.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating output characteristics of a cooktop according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • a Q factor may be a value representing the sharpness of resonance in a resonance circuit. Therefore, in the case of the cooktop 10 , the Q factor is determined by the inductance value of the working coil 150 included in the cooktop 10 and the capacitance value of the resonant capacitor 160 . Depending on the Q factor, the resonance curve is different. Accordingly, the cooktop 10 has different output characteristics according to the inductance value of the working coil 150 and the capacitance value of the resonant capacitor 160 .
  • the horizontal axis of the resonance curve may represent frequency, and the vertical axis may represent output power.
  • the frequency at which the maximum power is output in the resonance curve is referred to as the resonance frequency f0.
  • the cooktop 10 uses a frequency in the right region based on the resonance frequency f0 of the resonance curve.
  • the cooktop 1 may have a minimum operating frequency and a maximum operating frequency set in advance.
  • the cooktop 10 may operate at a frequency corresponding to a range from the maximum operating frequency fmax to the minimum operating frequency fmin. That is, the operating frequency range of the cooktop 10 may be from the maximum operating frequency fmax to the minimum operating frequency fmin.
  • the maximum operating frequency fmax may be the IGBT maximum switching frequency.
  • the IGBT maximum switching frequency may refer to a maximum driving frequency in consideration of withstand voltage and capacity of the IGBT switching element.
  • the maximum operating frequency fmax may be 75 kHz.
  • the minimum operating frequency (fmin) may be about 20 kHz. In this case, since the cooktop 10 does not operate at an audible frequency (approximately 16Hz to 20kHz), noise of the cooktop 10 can be reduced.
  • the cooktop 10 may determine an operating frequency according to a heating power level set in the heating command. Specifically, the cooktop 10 may adjust the output power by lowering the operating frequency as the set heating power level increases and increasing the operating frequency as the set heating power level decreases. That is, upon receiving a heating command, the cooktop 10 may perform a heating mode operating in one of the operating frequency ranges according to the set heating power.
  • FIG. 5 is a control block diagram of an induction heating type cooktop according to an embodiment of the present disclosure.
  • the induction heating cooktop 10 may include at least some or all of the inverter 140, the working coil 150, the sensor 170, the output unit 180, and the control unit 190.
  • the inverter 140 may supply current to the working coil 150 .
  • the inverter 140 may convert the DC power rectified by the rectifying unit 120 into AC power and supply the working coil 150 with it.
  • the inverter 140 may be formed in various forms such as a half-bridge or a full-bridge.
  • the working coil 150 may generate a magnetic field passing through the cooking container 1 by receiving current from the inverter 140 .
  • the sensor 170 may detect temperature.
  • the sensor 170 may be a temperature sensor for sensing the temperature of the cooking container 1 .
  • the sensor 170 is a sensor disposed at the top of the cooktop 10 and may be a top sensor.
  • the sensor 170 may be disposed in the center of the working coil 150.
  • the sensor 170 may be disposed in direct or indirect contact with the upper plate portion 11 .
  • the sensor 170 may detect the temperature of the cooking vessel 1 through the upper plate portion 11 . Specifically, since the heat of the cooking vessel 1 is transmitted to the upper plate portion 11, the sensor 170 may indirectly sense the temperature of the cooking vessel 1 by measuring the temperature of the upper plate portion 11.
  • the output unit 180 may output information related to the operation of the cooktop 10 .
  • the output unit 170 may include audio (not shown) for audibly outputting information related to the cooktop 10 or a display (not shown) for visually outputting information related to the cooktop 10 . .
  • the output unit 170 may output at least one of a boiling alarm indicating occurrence of boiling in the cooking vessel 1 and an overheating alarm indicating overheating of the cooking vessel 1 .
  • the controller 190 may control each component provided in the cooktop 10, such as the inverter 140, the working coil 150, the sensor 170, and the output unit 180.
  • the controller 190 may detect whether the cooking container 1 is overheated. Also, the controller 190 may first detect whether the cooking vessel 1 is boiling before detecting whether the cooking vessel 1 is overheated. That is, the controller 190 may detect whether the cooking vessel 1 is sound, and detect whether the cooking vessel 1 is overheated after boiling is detected.
  • the control unit 190 may detect whether or not the cooking container 1 is overheated using the load impedance, which will be described in detail below.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an operating method of an induction heating type cooktop according to an embodiment of the present disclosure.
  • the controller 190 may calculate the load impedance (S10).
  • the load impedance can be calculated through Equation 1 below.
  • Equation 1 above [rad/s] is 2 ⁇ f, and f may be the operating frequency. and, [ ⁇ ] is ego, [ ⁇ ] is ego, [A] is ego, [A] is is, Is a current flowing through the working coil 150 and may vary depending on the set heating power level or the type of cooking vessel 1. may be the capacitance of the resonant capacitor.
  • Equation 1 is only an example. That is, the controller 190 may calculate the load impedance through a method other than Equation 1.
  • the controller 190 may determine whether the cooking container 1 boils based on the load impedance (S20).
  • the controller 190 may determine whether the cooking container 10 is boiling based on the slope of the load impedance.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of determining whether a cooking vessel is boiled in an induction heating type cooktop according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 may be a flowchart embodying a method of determining whether the cooking container 10 is boiling in FIG. 6 .
  • the controller 190 may detect whether the cooking container 1 is boiling based on the slope of the load impedance.
  • the controller 190 may compare the slope of the load impedance with the boiling reference level (S21).
  • the boiling reference level may be a preset constant.
  • the boiling reference level is the boundary value between the slope of the load impedance when the water in the cooking vessel (1) boils and the slope of the load impedance when the water in the cooking vessel (1) does not boil. It can be calculated and set in advance.
  • the controller 190 may compare the slope of the load impedance with a preset boiling reference level.
  • the controller 190 may determine whether the slope of the load impedance is smaller than the boiling reference level (S23).
  • the controller 190 may continuously compare the slope of the load impedance with a preset boiling reference level.
  • the controller 190 may count the number of times the slope of the load impedance is less than the boiling reference level (S25).
  • the slope of the load impedance is smaller than the boiling reference level to minimize the problem of misjudgment as boiling due to an error caused by the amount of water or the material of the container. number of times can be counted.
  • controller 190 When the controller 190 counts the number of times the slope of the load impedance is smaller than the boiling reference level, it can determine whether the count is two or more times in a row (S27).
  • controller 190 may initialize the number of counts and compare the slope of the load impedance with the boiling reference level again.
  • the controller 190 may determine that boiling has occurred in the cooking container (S29).
  • control unit 190 may determine that boiling has occurred in the cooking vessel 1 when a case where the slope of the load impedance is smaller than the boiling reference level is detected twice or more consecutively.
  • the controller 190 may determine whether boiling has occurred in the cooking container 1 (S30).
  • the controller 190 may continuously calculate the load impedance.
  • the controller 190 may output a boiling alarm (S40).
  • FIG. 8 is a graph showing load impedance when boiling of a cooking vessel is determined in an induction heating type cooktop according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 illustrates load impedance during heating of a cooking vessel in an induction heating type cooktop.
  • the average of the load impedance is also shown in FIG. 8 .
  • the slope of the load impedance may mean the slope of the average load impedance. 8 also shows the temperature measured by the sensor 170 and the actual water temperature.
  • a section with a slope close to 0 appears.
  • a first section may be a section in which the slope of the load impedance is equal to or greater than the boiling reference level
  • a second section (section) may be a section in which the slope of the load impedance is less than the boiling reference level.
  • t1 is a time point at which the controller 190 starts calculating and storing the load impedance and the slope of the load impedance. If the second section does not occur twice or more consecutively, the control unit 190 may continuously calculate and store the load impedance and the slope of the load impedance.
  • t2 may be a time point when a second period, that is, a period in which the slope of the load impedance is smaller than the boiling reference level is detected twice in succession.
  • the controller 190 may determine that the number of times that the slope of the load impedance is smaller than the boiling reference level is counted two or more consecutively at time t2. Accordingly, the controller 190 may determine that boiling has occurred in the cooking vessel 1 and output a boiling alarm at the time t3.
  • the controller 190 may output a boiling alarm of the cooking container 1 and determine whether the cooking container 1 is overheated (S50).
  • 9 is a flowchart illustrating a method of determining whether a cooking vessel is overheated by an induction heating type cooktop according to an embodiment of the present disclosure.
  • 9 is a flowchart illustrating step S50 of FIG. 6 in detail.
  • the controller 190 may obtain a temperature gradient at the time when boiling occurs in the cooking container 1 (S51).
  • the controller 190 may obtain the temperature slope at a time when the slope of the load impedance is smaller than the boiling reference level twice in a row.
  • the controller 190 may obtain the temperature gradient at time t2 of the graph shown in FIG. 8 .
  • the controller 190 may acquire the temperature gradient of the cooking vessel 1 through the sensor 170 at the time when boiling occurs in the cooking vessel 1 .
  • the control unit 190 may obtain the temperature gradient of the cooking vessel 1 detected by the sensor 170 when boiling occurs in the cooking vessel 1 .
  • a temperature gradient detected by the sensor 170 when boiling occurs in the cooking container 1 may be stored in a memory (not shown).
  • the controller 190 may acquire the current temperature gradient (S52).
  • the controller 190 may obtain the current temperature gradient sensed through the sensor 170 at the current time point.
  • the current temperature gradient may be a temperature gradient of the cooking container 1 detected through the sensor 170 at the current time.
  • the controller 190 may determine whether the current temperature gradient is greater than the temperature gradient at the time of 2*boiling (S53).
  • the controller 190 may further use the temperature of the cooking vessel 1 to detect whether the cooking vessel 1 is overheated. The controller 190 may determine whether the current temperature gradient is greater than twice the temperature gradient at the time of boiling.
  • the temperature of the cooking container 1 is rapidly increased when the cooking container 1 is overheated, it is possible to determine whether the cooking container 1 is overheated through a change in the temperature gradient.
  • the controller 190 may determine that the cooking vessel 1 is overheated when the current temperature gradient is greater than twice the temperature gradient at the time of boiling (S58).
  • control unit 190 controls the cooking vessel 1 when the temperature gradient detected through the sensor 170 is greater than twice the temperature gradient detected through the current sensor 170 at the time when boiling occurs in the cooking vessel 1 ( 1) can be judged as overheating.
  • the controller 190 determines whether the slope of the load impedance is greater than the overheat reference level (S55), and if the slope of the load impedance is greater than the overheat reference level, the current temperature slope is greater than the overheat reference level. It can be determined whether the temperature gradient of is greater than the temperature gradient at the time of boiling occurrence + a predetermined value ( ⁇ ) (S57).
  • a cooking vessel 1 that rapidly overheats after all the water evaporates, while a cooking vessel 1 that overheats slowly due to the large heat capacity of the vessel itself.
  • heat transfer to the sensor 170 is slow, so it may be difficult to detect overheating only with a temperature gradient, and thus, assistance for detecting overheating such as steps S55 and S57. More actions can be performed.
  • the control unit 190 determines that the cooking container 1 is overheated when the slope of the load impedance is greater than the overheat reference level and the slope of the current temperature is greater than the value obtained by adding a predetermined value ( ⁇ ) to the temperature slope at the time of boiling.
  • the predetermined value is a preset value and may be set differently according to the performance of each part.
  • the controller 190 determines that the cooking container 1 has not yet overheated when the slope of the load impedance is less than or equal to the overheating reference level, or if the slope of the current temperature is less than or equal to the value obtained by adding a predetermined value to the temperature slope at the time of boiling. and continuously acquire the current temperature gradient.
  • the controller 190 may determine whether the cooking container 1 is overheated (S60).
  • the controller 190 may continuously determine whether the cooking container is overheated.
  • the controller 190 may output an overheating alarm (S70).
  • FIG. 10 is a graph showing the slope of temperature and load impedance while an induction heating type cooktop heats a cooking vessel made of a first material according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 11 is an induction diagram according to an embodiment of the present disclosure. It is a graph showing the slope of the temperature and the load impedance while the heating type cooktop heats the cooking vessel made of the second material.
  • the controller 190 outputs a boiling alarm at time t11, and at this time, a temperature gradient may be acquired. Thereafter, the controller 190 may determine whether the current temperature gradient is greater than twice the temperature gradient at the boiling point, and detects that the current temperature gradient is greater than twice the temperature gradient at the boiling point at time t12, An overheating alarm can be output.
  • the controller 190 outputs a boiling alarm at time t21, and at this time, a temperature gradient may be obtained. Thereafter, the controller 190 may determine whether the current temperature gradient is greater than twice the temperature gradient at the boiling point. However, before the current temperature slope becomes twice the temperature slope at the boiling time, the load impedance slope is greater than the overheating reference level at time t22, and the current temperature slope is determined by the temperature slope at the time of boiling. It is detected as greater than the sum of the values, and an overheat alarm can be output at this time.
  • the cooktop 10 of the induction heating method according to the present disclosure determines whether the cooking vessel 1 is overheated through the load impedance and the temperature of the cooking vessel 1, dry-up regardless of the amount of water and the material of the vessel It has the advantage of being able to detect overheating due to

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
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 PCTKR2022004394-appb-img-000001
위 수학식 1에서
Figure PCTKR2022004394-appb-img-000002
[rad/s]는 2πf이며, f는 동작 주파수일 수 있다. 그리고,
Figure PCTKR2022004394-appb-img-000003
[Ω]는
Figure PCTKR2022004394-appb-img-000004
이고,
Figure PCTKR2022004394-appb-img-000005
[Ω]은
Figure PCTKR2022004394-appb-img-000006
이고,
Figure PCTKR2022004394-appb-img-000007
[A]는
Figure PCTKR2022004394-appb-img-000008
이고,
Figure PCTKR2022004394-appb-img-000009
[A]는
Figure PCTKR2022004394-appb-img-000010
이며,
Figure PCTKR2022004394-appb-img-000011
는 워킹 코일(150)을 흐르는 전류로, 설정된 화력 단계 또는 조리 용기(1)의 종류 등에 따라 달라질 수 있다.
Figure PCTKR2022004394-appb-img-000012
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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