전자레인지의 자동 요리제어방법

제 1 도는 종래의 전자레인지의 구성을 보인 개략도.

제 2 도는 종래의 전자레인지에 사용되는 마이콤의 신호흐름도.

제 3 도는 종래의 전자레인지의 동작에 따른 온도변화를 보인 그래프.

제 4 도 의(a)(b)는 유입공기의 온도변화에 따른 종래의 전자레인지의 동작을 보인 그래프로서, (a)는 온도의 상승시 동작을 보인 그래프, (b)는 온도의 하강시 동작을 보인 그래프.

제 5 도의 (a)(b)는 본 발명을 설명하기 위한 유입공기의 온도변화가 유출공기의 온도에 미치는 영향을 보인 그래프로서, (a)는 온도의 상승시 영향을 보인 그래프. (b)는 온도의 하강시 영향을 보인 그래프.

제 6 도는 본 발명을 설명하기 위한 유입 및 유출공기의 온도변화에 따른 기울기를 보인 그래프.

제 7 도는 본 발명의 원리를 보인 블록도.

제 8 도의 (a)-(b)는 본 발명에 적용되는 여러가지의 기울기 함수를 보인 그래프.

제 9 도는 본 발명의 전자레인지의 구성을 보인 개략도.

제 10 도는 본 발명에 의한 마이콤의 신호흐름도.

제 11 도 내지 제 13 도는 종래 및 본 발명에 의하여 양배추를 요리한 결과를 보인 그래프.

제 14 도는 제 13 도에 적용한 기울기를 보인 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 마이콤 13 : 마그네트론

14 : 가열실

본 발명은 가열실에 내장한 음식물을 온도감지센서를 이용하여 자동으로 요리하는 전자레인지의 자동 요리제어방법에 관한 것으로, 특히 전자레인지의 자동 요리제어방법에 관한 것으로, 특히 전자레인지의 외부온도가 상승 또는 하강되어 팬(Fan)에 의해 가열실로 유입시키는 유입공기의 온도가 변화되어도 음식물의 가열시간을 정확히 설정하여 요리하게 한 전자레인지의 자동 요리제어방법에 관한 것이다.

종래의 전자레인지는 제 1 도에 도시된 바와같이, 전자레인지의 전체동작을 제어하는 마이콤(1)과, 상기 마이콤(1)의 제어로 동작전원을 공급하는 전원공급부(2)와, 상기 전원공급부(2)의 출력전원에 따라 구동되어 전자파(micro wave)를 발생하는 마그네트론(3)과, 상기 마그네트론(3)에서 발생된 전자파로 음식물을 가열하는 가열실(4)과, 상기 가열실(4)의 유입구(4A)로 공기를 유입시키는 팬(5)과, 상기 가열실(4)의 유출구(4B)로 유출되는 공기의 온도를 감지하는 온도감지센서(6)와, 상기 온도감지센서(6)에서 감지된 유출공기의 온도의 신호를 디지탈 신호로 변환하여 상기 마이콤(1)에 입력시키는 아날로그/디지탈변환기(7)로 구성하였다.

이와같이 구성된 종래의 전자레인지는 사용자가 가열실(4)에 요리할 음식물을 넣고 요리시작버튼을 눌러 요리를 시작하면, 제 2 도 및 제 3 도에 도시한 바와같이 마이콤(1)은 일정시간(t1)동안 초기동작을 수행한다. 즉, 대략 16초 정도 동안 팬(5)만 구동시켜 유입구(4A)를 통해 가열실(4)로 공기를 유입시키면서 가열실(4)의 공기온도가 평형을 이루게 하고, 이때 가열실(4)의 유출구(4B)로 유출되는 공기의 온도는 온도감지센서(6)에서 감지되고, 그 감지된 온도신호는 아날로그/디지탈변환기(7)에서 디지탈신호로 변환되어 출력된다.

이와같은 상태에서 일정시간(t1)이 경과하면, 마이콤(1)은 상기 아날로그/디지탈변환기(7)에서 출력되는 현재온도(T1)의 신호를 입력받아 저장한 후 전원공급부(2)를 제어하여 마그네트론(3)를 구동시키며, 이와같이 마그네트론(3)이 구동되면, 마그네트론(3)은 전자파를 발생하여 가열실(4)에 내장된 음식물을 가열하게 되고, 음식물의 가열에 따라 가열실(4)의 유출구(4B)로 유출되는 공기의 온도가 점차 상승하게 되므로 온도감지센서(6)에서 감지되어 아날로그/디지탈변환기(7)를 통해 마이콤(7)으로 입력되는 온도 감지신호가 점차 상승하게 된다.

이와같은 상태에서 상승되는 온도의 증가분이 일정값(△T)에 도달하면, 즉 온도감지센서(6)에서 감지된 온도가 일정온도(T2)로 상승되어 온도 증가분이 일정값(△T)으로 되면, 마이콤(1)은 1단계 가열을 완료하고 2단계 가열을 수행한다. 즉, 1단계 가열을 수행한 시간(t2)을 기억하고, 요리할 음식물의 종류에 따라 설정된 일정값(α)을 그 1단계 가열을 수행한 시간(t2)에 곱하여 2단계 가열시간(t3)을 계산하며, 그 2단계 가열시간(t3)동안 마그네트론(3)을 계속 구동시켜 음식물을 가열하고, 2단계 가열시간(t3)이 경과되면, 마그네트론(3) 및 팬(5)의 구동을 정지하고, 음식물의 요리를 완료한다.

그러나, 이와같은 종래의 자동 요리제어방법은 1단계 가열을 수행하는 상태에서 전자레인지의 외부온도가 변화되어 팬(5)에 의해 가열실(4)로 유입되는 공기의 온도가 변화되면, 그 온도의 변화에 따라 온도감지센서(6)에서 감지되는 온도도 변화되어 음식물의 자동요리를 정확히 수행하지 못했다.

즉, 제 4 도의 (a)에 도시한 바와같이 일정시간(t2)동안 1단계 가열을 하는 상태에서 외부온도가 상승하여 팬(5)이 가열실(4)로 유입시키는 공기의 온도가 일정온도(△T1)만큼 상승하면, 그 온도의 상승에 따라 온도감지센서(6)에서 감지되는 온도가 정상온도에서 일정온도(△T2)만큼 상승하게 되고, 이에따라 1단계 가열을 수행하는 시간(t2)이 일정시간(△t2)만큼 빨라지게 되므로 음식물의 요리가 완료되지 않는 상태에서 자동요리를 완료하게 된다.

또한 제 4 도의 (b)에 도시한 바와같이 외부온도가 하강하여 팬(5)이 가열실(4)로 유입시키는 공기의 온도가 일정온도(△T´1)만큼 하강하면, 그 온도의 하강에 따라 온도감지센서(6)가 감지하는 온도가 정상온도에서 일정온도(△T´2)만큼 하강하여 1단계 가열을 수행하는 시간(t2)이 일정시간(△t´ 2)만큼 늦어지게 되므로 음식물이 과가열된 상태에서 자동요리가 정지되는 결함이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 전자레인지의 1단계 가열시 그 전자레인지의 주위온도가 변화되어 가열실에 유입되는 공기의 온도가 변화되더라도 유출공기의 온도증가분을 정확히 설정하여 음식물의 자동요리를 최량의 상태로 수행하게 함에 있다.

이러한 본 발명의 목적은 1단계 가열을 하는 상태에서 가열실로 유입되는 외부공기의 온도가 상승 또는 하강되면, 1단계 가열시 가열실에서 유출되는 유출공기의 온도증가분을 그 상승 또는 하강된 온도의 변화 및 하강된 시점에 따라 각기 다르게 보상하여 1단계 가열시 유출공기의 온도 증가분을 정확히 설정함으로써 달성된다.

먼저, 가열실로 유입되는 공기의 온도변화에 대한 온도보상분을 설명하면, 첫째, 온도보상분은 가열실로 유입되는 공기의 온도변화에 비례하는 것으로, 온도가 상승되면 온도보상분은 0보다 크게 되고, 온도가 하강되면, 온도보상분으로 0보다 작게 된다.

둘째, 동일한 크기로 온도가 변화되어도 그 온도가 변환된 시점에 따라 각기 다르게 온도보상을 하여야 한다. 즉, 동작초기 시간에는 온도보상분이 커야되고, 시간이 경과함에 따라 가중치는 감소되어 동작이 완료되는 시점에서 온도보상분이 거의 0에 가깝게 되어야 한다.

상기에서, 첫째의 설명은 가열실로 유입 및 유출되는 공기의 온도변화의 관계를 의미하는 것으로, 이를 그래프로 나타내면 제 5 도의 (a)(b)에 도시한 바와같이 되고, 수식으로 나타내면 아래와 같이된다.

여기서, U는 가열실로 유입되는 공기의 온도이고, V는 가열실에서 유출되는 공기의 온도이며, Q는 음식물에서 발생되는 열량이다.

따라서, 가열실로 유입 및 유출되는 공기의 온도변화분(△U), (△V)은 일정 비례관계가 성립됨을 알 수 있고, 이는 유입되는 공기의 온도(U)가 증가하면, 유출되는 공기의 온도(V)가 정상적인 표준상태 즉, 온도변화분(△U)이 0일때 보다 빠르게 증가하기 때문이다. 결국, 설정된 온도증가분(A)에 빨리 도달하게 된다. 이에따라 가열시간을 표준상태와 비슷하게 맞추기 위해서는 보상된 온도증가분(△A)이 설정된 온도증가분(A)보다 커야되며, 이때 유입공기의 온도변화분(△U)이 클수록 보상된 온도증가분(△A)이 커야되며, 또한 상기와는 반대로 유입공기의 온도(U)가 하강할 경우에는 보상된 온도증가분(△A)이 설정된 온도증가분(A)보다 적어야 된다.

그리고, 상기 둘째의 설명은 유입되는 공기의 온도(U)가 유출되는 공기의 온도변화(△V)에 미치는 영향을 시간의 변화에 따라 나타내는 것이다.

즉, 상기의 식(2)에서

제 6 도는 본 발명에 의한 유입 및 유출되는 공기의 온도변화(△U)(△V)를 실험적으로 구한 그래프이다.

여기서, δ는 온도보상분이고, V _t 는 음식물을 가열하여 일정시간(t)이 경과될 때 유출되는 공기의 온도이며, V _to 는 음식물을 가열하는 초기시간(t _o )의 유출공기의 온도이며, f _v 는 시간경과에 따른 기울기이다.

상기 그래프의 기울기(f _v )를 비롯한 여러가지의 특성은 가열실의 크기에 따라 약간씩 변화되니, 원칙적으로 음식물을 가열하는 시간이 경과함에 따라 화살표 방향으로 유입되는 공기의 온도변화(△U)가 유출되는 공기의 온도변화(△V)에 미치는 영향이 감소된다.

그리고, 제 7 도는 본 발명에 의한 유입공기의 온도변화(△U)에 대한 알고리즘을 나타낸다.

여기서, U _s 는 기존유입공기의 온도로서, 유입공기의 온도가 처음 U _s 에서 U로 △U만큼 변화될 때의 유출공기의 온도(V)를 이용하여 온도보상분(δ)을 계산하면 다음의 식(3)과 같다.

δ=f _v +△U ------- (3)

상기의 식(3)에서 기울기(f _v )는 온도변화분(V _to )에 대한 감소함수이고, 그 크기는 1을 넘지 않는다. 또한 제 8 도는 본 발명에 의한 여러가지 기울기(f _v )의 함수로서 가능한 것을 예시한 것이다.

이상에서 설명한 바와같이 하면, 음식물의 가열시 유입공기의 온도(U)가 증가할 경우에 온도보상분(δ)이 +값으로 되고 이때 마이콤에서 미리 설정된 온도증가분(A)을 보상된 온도증가분(△A)으로 재설정하게 되므로 마그네트론의 동작시간이 종래보다 길게 되고, 그 증가되는 마그네트론의 동작시간은 유입공기의 온도변화(△U) 및 온도변화(△U)가 발생된 시점에 따라 적절히 증가하게 된다.

또한, 유입공기의 온도(U)가 하강할 경우에는 상기와 같은 논리에 의하여 마그네트론의 동작시간을 적절히 감소시키게 된다.

즉, 기준유입공기의 온도(U _s )는 초기에 초기온도(U _to )로 설정되나, 온도가 변화되고, 온도보상분(δ)이 발생되어 온도증가분(A)이 보상된 온도증가분(△A)으로 변화되면, 그 변화가 발생한 시점의 온도(U _i )로 재설정된다.

이와같은 원리를 이용한 본 발명을 첨부된 제 9 도 내지 제 14 도에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 9 도는 본 발명의 방법에 의한 전자레인지의 구성을 보인 개략도로서, 이에 도시한 바와같이 전자레인지의 전체동작을 제어하는 마이콤(11)과, 상기 마이콤(11)의 제어로 동작전원을 공급하는 전원공급부(12)와, 상기 전원공급부(12)의 출력전압에 따라 구동되어 전자파를 발생하는 마그네트톤(13)과, 상기 마그네트톤(13)에서 발생된 전자파로 음식물을 가열하는 가열실(14)과, 상기 가열실(14)의 유입구(14A)로 공기를 유입시키는 팬(15)과, 상기 가열실(14)의 유입구(14A) 및 유출구(14B)에 각기 설치되어 유입 및 유출되는 공기의 온도를 감지하는 온도감지센서(16)(16')와, 상기 온도감지센서(16)(16')에서 감지된 공기의 온도의 신호를 디지탈신호로 변환하여 상기 마이콤(11)에 인가하는 아닐로그/디지탈변환기(17)(17')로 구성한다.

이와같이 구성된 본 발명은 가열실(14)에 요리할 음식물을 넣고, 요리시작 버튼을 눌러 요리시작을 알리게 되면, 제 10 도에 나타낸 흐름에서와 같은 동작을 수행하게 된다. 우선, 마이콤(11)은 초기동작을 수행하고, 즉, 일정시간(t1)동안 팬(15)을 구동시켜 가열실(14)의 공기온도가 평형을 이루게 하고, 일정시간(t1)이 경과하면, 마이콤(11)은 1단계 가열동작을 수행한다. 즉, 가열실(14)의 유입구(14A) 및 유출구(14B)에 설치된 온도감지센서(16)(16')에서 감지되고, 아닐로그/디지탈변환기(17)(17')에서 디지탈신호로 변환된 유입 및 유출공기의 현재온도(U _to )(V _to ) 신호를 마이콤(11)이 입력받아 저장하고, 즉, 이때 마이콤(11)에 입력되는 현재온도(U _to )신호를 기준유입공기의 온도(U _s )로 설정하고, 현재온도(V _to )를 기준으로 설정된 온도증가분(A)을 보상된 온도증가분(△A)으로 설정한 후, 전원공급부(12)을 제어하여 마그네트론(13)을 구동시키며, 마그네트론(13)의 구동에 따라 발생된 전자파는 가열실(14)에 내장된 음식물을 가열하게 된다.

이와같은 상태에서 마이콤(11)은 유입 및 유출되는 공기의 온도(U _t )(V _t )를 계속 측정하고, 이때 유입공기의 온도(U _t )가 변화되지 않아 U _t =U _s 이고, 유출공기의 온도(V _t )가 초기온도(V _to )에서 설정된 온도증가분(A) 즉, 보상된 온도증가분(△A)만큼 상승되면, 마이콤(11)은 1단계 가열동작을 완료한다.

그리고, 이때 1단계 가열을 하는 도중에 유입공기의 온도(U _t )가 변화되어 U _t =U _s 가 되지 않으면, 온도(U _t )에서 초기온도(U _to )를 감산하여 온도변화분(△U)을 계산하고, 그 온도가 변화된 시점의 기울기(f _v )와 온도변화분(△U)를 곱하여 온도보상분(δ)를 계산 즉, δ=f _v +△U를 계산한 후 보상된 온도증가분(△A)를 △A=△A+δ로 재설정하고, 현재의 유입공기의 온도(U _t )를 기준유입공기의 온도(U _s )로 한다. 이와같은 동작을 유출공기의 온도(V _t )가 보상된 온도증가분(△A)만큼 상승될 때까지 반복수행하며, 유출공기의 온도(V _t )가 보상된 온도증가분(△A)만큼 상승되면, 상기와 같이 1단계 가열동작을 완료한다.

이와같이 하여 가열실(14)에 내장한 음식물의 1단계 가열동작을 완료하면, 마이콤(11)은 그 1단계 가열을 한 시간(t2)에 음식물의 종류에 따라 설정된 일정값(δ)을 곱하여 2단계 가열을 할 시간(t3)을 계산하고, 그 시간(t3)동안 마그네트론(13)을 계속 구동시켜 음식물을 가열하고, 2단계 가열시간(t3)이 경과하면, 마그네트론(13) 및 팬(15)의 구동을 정지시키고, 음식물의 가열을 완료하게 된다.

이와같은 본 발명을 양배추를 요리하는 다음의 비교예 및 실시예로 상세히 설명하면 다음과 같다.

[비교예 1]

1단계 가열을 하는 시간(t2)동안 유입공기의 온도(U _t )가 변화되지 않은 상태에서 양배추를 자동요리하니 제 11 도와 같은 결과를 얻었다.

여기서, 양배추는 온도증가분(A)이 6℃로 설정되어 있고, 2단계 가열을 하는 일정값(α)은 1로 설정되어있다.

즉, 양배추를 초기 유입공기의 온도(U _to )가 22℃에서 자동요리하니 유출공기의 온도(V _t )가 6℃ 증가된 28℃에서 1단계 가열동작이 완료되었고, 1단계 가열동작을 수행한 시간은 4분이 소요되었으며, 2단계 가열동작을 수행한 시간도 4분이었다.

[비교예 2]

초기 유입공기의 온도(U _to )가 22℃에서 1단계 가열을 시작하여 40초가 경과할 때 2℃ 하강하여 20℃로 되었고, 다시 3분이 경과될 때 2℃ 상승하여 22℃로 복귀되었을 경우에 종래의 방식으로 음식물을 자동요리하니 제 12 도와 같은 결과를 얻었다.

즉, 온도증가분(A)을 일정하게 6℃로 사용하였으므로 1단계 가열동작을 수행한 시간(+2)이 온도변화가 없을 경우보다 1분이 길어져 5분이 소요되었고, 2단계 가열동작도 5분이 소요되어 전체 가열시간은 2분이 길어졌으며, 양배추는 과가열되어 식용할 수가 없었다.

[실시예]

상기의 비교예 2와 동일한 조건에서 본 발명에 의해 제 14 도와 같이 기울기(f _v )를 적용하여 양배추를 가열하니 제 13 도와 같은 결과를 얻었다.

즉, 1단계 가열을 시작하여 40초가 경과된 후 유입공기의 온도(U _t )가 2℃ 하강하였으므로 보상된 온도증가분(△A)은 다음과 같이 설정되었다.

δ=(U _t -U _to )×f _v

=(20-22)×1

=-2

A=A+δ

=6+(-2)

=4

그리고, 3분이 경과된 후 유입공기의 온도(U _t )가 2℃ 증가하여 22℃로 되니 보상된 온도증가분(△A)은 다음과 같이 재설정되었다.

δ=(22-20)×0.5

=1

A=4+1

=5

따라서, 유출공기의 온도(V _v )가 22℃에서 5℃ 증가한 27℃에서 1단계 가열동작이 완료되었고, 1단계 가열동작을 한 시간은 3분 50초가 소요되었으며, 2단계 가열동작도 3분 50초가 소요되어 전체 가열시간은 7분 40초로 온도의 변화가 없을 경우에 비해 약 20초 정도 적게 소요되었으며, 양배추도 매우 양호하게 요리되었다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 1단계 가열도중에 가열실로 유입되는 공기의 온도가 변화되면, 그 온도가 변화된 정도 및 시점에 따라 온도증가분을 보상하여 음식물을 가열하게 되므로 유입공기의 온도가 변화되어도 음식물의 가열시간을 정확히 설정하면서 최량의 상태로 요리하게 되는 효과가 있다.