KR0133476B1 - 마이크로 웨이브 오븐 - Google Patents
마이크로 웨이브 오븐Info
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Abstract
본 발명은 음식물 온도 검출센서에 관한 것으로, 종래에는 음식물에 직접 온도센서를 접속시킬 경우 사용자에게 혐오감을 주게되며, 위생적이고, 조작 간편화의 측면에서도 문제가 따르게 된다. 따라서, 음식물의 온도를 리모트(Remote)센싱하는 방법이 요구되는데, 그 한 예가 초전형 적외선센서(Pyroelectric Infrared Sensor)를 이용한 검지 방법이다. 그러나 초전형 적외선 센서를 이용할 경우 연속적 온도검지를 위해서는 분극(Polarization)을 위한 기계적으로 구동하는 쵸퍼(Chopper)가 필요하게 되므로 복잡한 구조를 갖게 되며 이에 따른 단가 상승으로 인해 실용화에 적용하기 어려운 문제점이 있었다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 흑체의 우수한 열흡수특성을 이용하여 음식물 혹은 음식물을 싸고 있는 랩에서 방출되는 복사열을 검지해 음식물의 온도변화 양상을 검출해 냄에 따라 보다 정확한 조리제어를 가능하게 하고, 해동이나 데우기와 같은 끓는점 이하에서의 조리시 오동작을 방지토록 하는 음식물 온도 감지센서를 제공하는 것이다.
Description
제1도는 본 발명에 사용되는 음식물 온도 검출센서의 단면구조도.
제2도는 제1도의 센서를 이용해 마운팅시킨 패키징의 실시예도.
제3도는 본 발명의 마이크로 웨이브 오븐의 구성 블록도.
제4도는 제3도에 따른 실 조리시에 출력신호 측정예도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 실리콘기판2 : 질화실리콘
3,7 : 절연층4,5 : 열전소자
6 : 온도센서8 : 흑체
9 : 패드10 : TO-8패키지
11 : 캡12 : 필터
13 : 하우징14 : 구멍
15 : 음식물16 : 턴테이블
17 : 모터18 : 마그네트론
19 : 송풍팬20 : 써모파일형 센서
21 : 아날로그/디지탈변환부22 : 전원공급부
본 발명은 마이크로 웨이브 오븐(MWO)의 자동조리를 위해 조리상황의 온도검출을 위한 센서에 관한 것으로, 특히 조리되고 있는 음식물의 온도를 리모트로 직접 검출함으로써 정확한 조리제어가 가능토록 하는 마이크로 웨이브 오븐에 관한 것이다.
일반적인 마이크로 웨이브 오븐(MWO)의 자동조리는 소비자의 편리성을 증대시키기 위한 조리 간편화라는 측면에서 많이 사용되고 있다.
현재 상품화되어 사용되는 자동조리 기능을 갖춘 마이크로 웨이브 오븐(MWO)에는 여러가지 다양한 센서가 적용되어 왔으며, 이에 따라 마이크로 웨이브 오븐은 센서시장의 커다란 분야로 부각되어 왔다.
지금까지 마이크로 웨이브 오븐(MWO)에 채용된 센서로는 개버티(Cavity)내의 온도검지센서, 습도검지센서, 조리시 발생되는 증기를 검지하는 증기검진센서, 음식물의 중량검지센서들이 채용되어 왔으나, 정확한 조리상황을 검지하는데는 한계를 갖고 있다.
예를 들어, 습도검지센서, 특히 절대습도 검지센서는 마이크로 웨이브 오븐(MWO)의 조리 자동제어에 가장 널리 쓰이는 센서로서, 많은 조리의 경우에 있어 제어를 가능하게 하지만, 미약한 열량을 이용하는 조리의 경우 문제가 발생하게 된다.
즉, 데우거나 육류 혹은 생선의 해동의 경우 전체 조리기간을 통해 발생되는 수분의 량은 습도의 감지에 의해 제어시점을 결정하는 데 어려움이 있다.
또한, 해동의 경우 사용자가 연속적으로 동일 용기내에서 동작시킬 경우, 앞서 행한 조리시 발생한 육즙이 우선적으로 끓게 되어 수분을 발생하기 때문에 오동작을 일으키게 되는 문제가 있다.
이로인해 사용자 설명서에 별도의 용기 청소를 설명하고 소비자를 주지시키는 방안등이 채용되나 이는 소비자로 하여금 번거로운 불편함을 증대시킬 소지가 크므로 바람직하지 않다.
따라서, 조리상황의 정확한 검지를 위해서는 조리되고 있는 음식물의 온도를 직접 검출하는 것이 좋은 방법이지만, 음식물에 직접 온도 센서를 접촉시킬 경우 사용자에게 혐오감을 주게되며, 위생적이고, 조작 간편화의 측면에서도 문제가 따르게 된다.
따라서, 음식물 온도를 리모트(Remote)센싱하는 방법이 요구되는데, 그 한 예가 초전형 적외선센서(Ryroelectric Infrared Sensor)를 이용한 검지방법이다.
그러나, 초전형 적외선 센서를 이용할 경우 연속적인 온도 검지를 위해서는 분극(Polarization)현상유도를 위한 기계적으로 구동하는 쵸퍼(Chopper)가 필요하게 되므로 복잡한 구조를 갖게되며, 이에따른 단가 상승으로 인해 실용화에 적용하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 흑체의 우수한 열흡수특성을 이용하여 음식물 혹은 음식물을 싸고 있는 랩에서 방출되는 복사열을 검지해 음식물의 온도변화 양상을 검출해 냄에 따라 보다 정확한 조리제어를 가능하게 하고, 해동이나 데우기와 같은 끓는점 이하에서의 조리시 오동작을 방지토록 하는 마이크로 웨이브 오븐을 제공함에 목적이 있다.
본 발명은 멤브레인구조를 갖는 기판상에 질화실리콘과 제1절연층을 형성하고, 상기 절연층위에 열전쌍을 이루는 제1열전소자와 제2열소전소자를 형성하는 동시에 그 절연층위의 가장자리에 금속박막을 이용하여 저항변화형의 온도센서를 형성하며, 상기의 소자전면에 제2절연층을 형성하고, 멤브레인영역의 상기 제2열층위에 흑체를 형성하여 음식물 온도검출센서를 구성하고, 이를 마이크로 웨이브 오븐에 적용한다.
일반적으로 금속이나 유리를 제외하고는 많은 경우의 무기물이나 유기물의 복사율은 60% 이상이며 이들의 복사강도는 빈(Winn)의 법칙에 따라 온도의 4승에 비례하므로 음식물의 표면온도가 상승함에 따라 급격하게 복사강도가 증가한다.
본 발명에서 사용되는 센서는 실리콘으로 제작한 마이크로 세모파일(Thermopill)로서, 이를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도는 본 발명에 사용되는 음식물 온도 검출센서의 단면구조도로서, 이에 도시한 바와같이 멤브레인구조를 갖는 실리콘기판(1)상에 질화실리콘(2)과 제1절연층(3)을 형성하고, 상기 제1절연층(3)위에 열전쌍을 이루는 제1열전소자(4)와 제2열전소자(5)를 형성하는 동시에 그 제1절연층(3)위에 금속박막을 이용하여 저항변화형의 온도센서(6)를 형성하며, 상기의 소자전면에 제2절연층(7)을 형성하고, 멤브레인영역의 상기 제2절연측(7)위에 흑체(8)를 형성하여 구성하는 것으로, 도면상의 미설명 부호 9는 와이어본딩을 위한 패드이다.
이와같이 구성한 본 발명 음식물 온도 검출센서의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
실리콘기판(1)상에 P+층과 질화실리콘(2)과 산화실리콘으로 이루어진 제1절연층(3)을 차례로 형성한 다음 상기 제1절연층(3)위에 열전쌍을 구성하는 제1열전소자(4)와 제2열전소자(5)를 형성하는데, 본 발명의 경우 상기 제1열전소자(4)의 재료로는 보론(Br)이 1X1019atoms/cm3정도 첨가된 다결정실리콘이 사용되고, 제2열전소자(5)의 재료로는 알루미늄(Al) 금속박막을 사용하였다.
이러한 열전재로서는 제백효과(Seeback Effect)가 큰 비스무스(Bi)합금이나 텔륨(Te)합금, 콘스탄탄합금등이 사용되나 이들은 사용할 시박막화에 많은 어려움이 있다.
이후, 캐비티내의 분위기온도를 측정하기 위해 상기 제1절연층(3)의 가장자리에 금속박막을 이용하여 저항변화형의 온도센서(6)를 형성한 다음 상기의 소자전면에 제2절연층(7)을 도포하고 와이어본딩(Wire Bonding)을 위한 패드(9)를 형성한다.
다음에 상기에서 형성된 열전쌍위에 복사열의 흡수를 위한 흑체(8)를 형성한 후 상기 흑체(8)가 형성된 부위의 실리콘기판(1)하부를 식각하여 열고립(Thermal Isolation)을 위한 멤브레인구조를 형성함으로써, 온접점(Hot Junction)과 냉접점(Cold Junction)을 다이아프램(Diaphragm)구조를 형성한다.
여기서 멤브레인구조 부분은 온접점을 형성시키게 되며 기판 가장 자리부위에는 냉접점을 형성시킨다.
한편, 상기 흑체(8)는 금흑(Gold Black)이나 흑백금(Platinized Platinium), 다이아몬드박막, 탄소막등으로 형성가능하다.
이와같이 제조한 음식물 온도 검출센서를 마운팅(Mounting)시켜 완전히 패키징(Packaging)하면 제2도와 같다.
즉, 패키징은 TO-8 패키지(10)를 이용하였으며, 캡(Cap)(11)의 중앙부에는 적외선투과를 위한 필터(12)가 실장되어 있다. 이때, 감도의 향상을 위해 메탈 패키지내부에 질소(N2), 아르콘(Ar), 제논(Xe), 크립톤(Kr)등과 같은 가스를 채우거나 진공상태로 만들어주면 더욱 좋다.
또한, 더욱 우수한 감도를 얻기 위해서는 렌즈를 이용하여 복사열을 집중시킬 수도 있다.
한편, 하우징(13)은 금속에 절연 도포를 행한 물질로 이루어진 것으로, 마이크로웨이브의 유입을 막기 위해 직경 5mm이하의 구멍(14)을 형성하였으며 하단부는 캐비티(Cavity)의 상단 가장자리에 체결이 용이하도록 구성되어 있다.
제3도는 상기와 같이 구성한 센서를 사용한 본 발명의 마이크로 웨이브 오븐의 구성블록도로서, 이에 도시한 바와같이 캐비티내에서 음식물(15)을 올려놓은 턴테이블(16)과, 상기 텐테이블(16)을 회전시키는 모터(17)와, 상기 캐비티내에 고주파를 발생하는 마그네트론(18)및 캐비티내의 공기를 냉각시키는 송풍팬(19)과, 상기 캐비티 상단에 장착되어 흑체와 비흑체사이의 흡수도 차이를 이용하여 상기 음식물(15)의 복사온도를 검지하는 써모파일형 센서(20)와, 상기 써모파일형(20)의 출력값을 디지탈값으로 변환하는 아날로그/디지탈변환부(21)와, 상기 아날로그/디지탈변환부(21)의 출력값을 입력값으로 하여 자동요리를 수행하는 마이크로프로세서(22)와, 상기 마이크로프로세서(22)의 제어를 받아 상기 마그네트론(18)및 송풍팬(19)을 구동하는 전원 공급부(23)로 구성한 것으로, 이의 동작을 설명하는 다음과 같다.
마이크로 웨이브 오븐의 캐비티 상단부에 본 발명과 같이 흑체와 비흑체사이의 흡수도 차이에 의해 음식물(15)의 온도를 원격으로 검지하는 써머파일형 센서(20)를 패키지 형태로 장착한다.
그런다음 마그네트론(18)을 구동하여 턴테이블(16) 위의 음식물(15)을 가열하며, 상기 써머파일형 센서(20)는 상기 음식물(15)의 온도를 감지하고, 그 써모파일형 센서(20)의 출력값은 아날로그/디지탈변환부(21)를 거쳐 디지탈값으로 변환된 후 마이크로프로세서(22)로 입력되어 자동조리제어에 이용된다.
따라서, 원하는 조리방법 및 음식물의 온도에 따라 조리시간이 조절되고, 이 값에 의해 마그네트론(18)및 송풍팬(19)을 구동함으로써 정확한 자동조리가 가능해진다.
한편, 상기 써모파일형 센서(20)에는 적외선 필터(12)가 포함되어 있다.
제4도는 본 발명에 따른 실 조리시의 출력신호 측정예도로서, 냉동육류 200g을 연속조리 진행으로 20분간 수행하였을 때의 출력신호를 나타낸 것이다.
조리 초기 상태에서는 해동초기단계로 음식물의 온도변화를 거의 감지할 수 없으나, 해동이 진행되면 우선적으로 표면에 수막이 형성되어 내부보다 표면의 온도가 훨씬 빠른 속도로 상승하게 되는데, 이 시점을 기준으로 센서의 출력신호는 서서히 증가하기 시작하며, 수막의 증발과 함께 급격한 상승곡선을 나타낸다.
그러나 계속되는 조리 환경내에서 음식물에서 발생되는 증기와 공기로의 열전달에 의해 캐버티내의 온도가 올라가게 되므로 온점접과 냉접점사이의 온도의 차이가 줄어짐에 따라 출력신호의 증가속도는 감소하게 된다.
이와같은 출력신호의 변화에서와 같이 A점과 B점 사이에서 해동의 종료가 일어나는데, 해동이나 데우기의 경우 A점을 검출하여 실 조리 시간을 적절하게 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 예로서, 써머파일보다 더욱 간단한 복사열 검출센서를 구성할 수 있는데, 이는 동막 혹은 열전도가 우수한 금속구조물 2개를 이용하는 것으로, 한 개의 구조물에는 흑체를 도포하고 나머지는 비흑화 처리를 행하는 것이다.
상기의 금속구조물은 될 수 있는 한 밀폐공간을 가질 수 있도록 설계하고 그 내부에 써미스터, 열전쌍, 저항형온도센서등을 설치하여 온도를 검출한다.
이는 흑화처리한 구조물내부의 온도와 비흑화 처리된 구조물의 온도차이를 이용하여 신호를 검출하는 방법이다.
예를 들면, 흑화구조물위 온도와 비흑화 처리된 구조물의 온도의 차이는 증가하였다가 다시 감소하여, 오랜시간이 경과 하면 0으로 수렴하게 되는데, 최대 온도차이를 나타내는 시점을 제어기준으로 설정하게 되면 제어가 가능하게 된다.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 음식물의 온도변화 양상을 검출해 냄에 따라 마이크로 웨이브 오븐(MWO)등의 조리기기에서의 정확한 조리제어를 가능하게 하고, 해동이나 데우기와 같은 끓는점 이하에서의 조리시에는 오동작을 방지토록 할 수 있어 모든 조리의 종류를 제어할 수 있는 효과가 있다.
Claims (2)
- 캐비티내에서 음식물을 올려놓는 턴테이블과, 상기 턴테이블을 회전시키는 모터부와, 상기 캐비티내에 고주파를 발생하는 마그네트론부 및 캐비티내의 공기를 냉각시키는 송풍팬부와, 상기 캐비티상단에 장착되어 흑체와 비흑체사이의 흡수도 차이를 이용하여 음식물의 복사온도를 검지하는 써모파일형 센서부와, 상기 써모파일형 센서부의 출력값을 디지탈값으로 변환하는 아날로그/디지털변환부와, 상기 아날로그/디지탈변환부의 출력값을 입력값으로 하여 자동요리를 수행하는 마이크로프로세서부와, 상기 마이크로프로세서부의 제어를 받아 상기 마그네트론부 및 송풍팬부를 구동하는 전원공급부로 구성한 것을 특징으로 하는 마이크로 웨이브 오븐(MWO).
- 제1항에 있어서, 상기 써모파일형 센서부는 적외선 필터가 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로 웨이브 오븐(MWO).
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