KR101373610B1 - Smart grill and temperature control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기를 에너지원으로 하는 스마트 그릴(Smart Grill)에 관한 것이다. 좀더 상세하게는 매트릭스 구조로 배열된 다수의 면상 발열체를 사용한 스마트 그릴 및 그 온도제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a smart grill using electricity as an energy source. More specifically, the present invention relates to a smart grill using a plurality of planar heating elements arranged in a matrix structure and a temperature control method thereof.
불은 인류문명에 있어서 가장 오래된 도구이며, 19세기까지도 거의 유일한 열원 및 광원 수단으로 사용되었으나, 전기의 발명 이후로는 주로 열원으로 사용되고 있다. 한편 전기의 발명 이후 에너지원으로서의 사용 편리성 때문에 넓은 의미의 불인 전기가 다시 열원 및 광원 수단으로 폭넓게 사용되고 있으며, 이것이 없는 현대문명은 상상조차 되지 않는다. 그 증거로서 우리 주변의 수많은 전등과 전열기구를 예로 들 수 있다.Fire is the oldest tool in human civilization, and was used as the only source of heat and light source until the 19th century, but has been used mainly as a heat source since the invention of electricity. On the other hand, since the invention of electricity, because of its ease of use as an energy source, electricity, which is a fire in a broad sense, is widely used as a heat source and a light source means, and a modern civilization without this cannot be imagined. Evidence is given to the number of lights and heating fixtures around us.
그러나 많은 경우에서 상기 전기제품들은 우리가 유효하게 사용하는 에너지량보다도 더 많은 양의 에너지 손실이 발생하여 개선의 여지가 많다. 예를 들어서, 백열등보다 약 5배 정도 에너지 효율이 높다고 알려진 형광등의 경우에서 조차도 투입된 전기 에너지의 23% 정도만이 유효한 광 에너지로 사용되며, 나머지는 적외선(36%)과 열(41%)의 형태로 버려진다. 또 상기 전열기구는 전기에너지 투입 후 상당한 시간(예열시간)을 기다려야만 원하는 온도를 얻을 수 있는 불편함이 있다. 본 발명은 열원으로서의 전기를 보다 편리하고, 보다 에너지 효율적으로 사용하고자 하는 목적에서 창안된 일련의 발명 중의 하나이다.In many cases, however, the electrical appliances have much more energy loss than the amount of energy we use effectively, and there is much room for improvement. For example, even in the case of fluorescent lamps, which are known to be about 5 times more energy efficient than incandescent lamps, only 23% of the input electrical energy is used as effective light energy, and the rest is in the form of infrared (36%) and heat (41%). Discarded. In addition, the heating device is inconvenient to obtain the desired temperature only after waiting a considerable time (preheating time) after the electrical energy input. The present invention is one of a series of inventions invented for the purpose of using electricity as a heat source more conveniently and more efficiently.
도16은 종래기술 전기 그릴 구조를 보인 간략한 투상도이다. 종래기술의 전기 그릴은 통상적으로 금속재질의 두툼한 불판과 상기 불판의 아래 쪽으로 일정간격이 떨어진 위치에 전기히터와 상기 전기히터의 온도를 조절하기 위한 써모스태트를 구비한 구조를 가지고 있다. 또 상기 전기히터는 면상 발열체가 아닌, 지그재그 형태로 수회 구부려서 배치한 선상 발열체이다. 16 is a simplified perspective view showing a prior art electric grill structure. The electric grill of the prior art generally has a structure having a thick plate of metal and a thermostat for controlling the temperature of the electric heater and the temperature of the electric heater at a position spaced below the plate. The electric heater is not a planar heating element, but is a linear heating element arranged by bending in a zigzag form several times.
불판의 재질이 금속인 이유는 금속의 열전도성이 우수하여 열이 빠르게 전달되기 때문이며, 상기 불판이 상당한 두께를 가지는 이유는 열이 고르게 퍼져서 불판의 전 영역의 온도가 균일하게 되도록 하기 위함이다. 또 불판의 특정부위에 올려진 차가운 음식물에 의해 상기 불판이 대량의 열을 빼앗기더라도 불판의 열용량이 커서 불판의 온도감소가 크지 않도록 하기 위해서이다. The reason why the plate is made of metal is because the metal has excellent thermal conductivity and heat is rapidly transferred. The reason why the plate has a considerable thickness is to spread the heat evenly so that the temperature of all regions of the plate is uniform. In addition, even if the fire plate loses a large amount of heat by cold food placed on a specific portion of the fire plate, the heat capacity of the fire plate is large so that the temperature decrease of the fire plate is not large.
또 불판과 전기히터가 밀착되어 있지 않고 일정간격이 떨어진 이유는 상기 전기히터가 이차원적인 면상 발열체가 아니고 일차원적인 선상 발열체이므로 그에게서 발생한 열이 상기 불판을 부분적으로 가열하지 않고 전 영역을 골고루 가열하도록 하기 위해서이다. 그러나 이러한 불판의 구조는 다음과 같은 문제점이 있다.In addition, the reason why the heat plate and the electric heater are not in close contact with each other is that the electric heater is not a two-dimensional planar heating element, but a one-dimensional linear heating element, so that the heat generated therefrom causes the entire region to be evenly heated without partial heating of the plate. To do that. However, such a structure of the plate has the following problems.
첫째, 온도조절이 부정확하다. 이는 온도조절수단(써모스태트)이 열부하(음식물)로부터 멀리 떨어진 위치에서 온도를 감지하기 때문이다. 대부분의 경우에서 전기히터 근처의 온도를 감지하기 때문에 음식물의 온도를 알 수 없어서 음식물을 태우거나 불판에 눌러 붙게 만든다. 일부의 경우에서 불판의 온도를 직접 감지하고 있으나, 통상 하나의 온도감지수단을 사용하여 불판의 특정 부위의 온도를 감지하기 때문에 불판 모든 영역의 각기 다른 온도를 감지하지 못한다. 예를 들어서, 불판의 왼쪽 영역에 조리된 고기가 있고, 오른쪽 영역에 생고기가 있을 경우에 생고기의 온도를 감지하면 이미 조리된 고기는 타게 된다.First, the temperature control is incorrect. This is because the temperature control means (thermostat) senses the temperature at a location far from the heat load (food). In most cases, it senses the temperature near the electric heater, so the temperature of the food is unknown, causing it to burn or press onto the fire plate. In some cases, the temperature of the platen is directly detected, but the temperature of a certain portion of the platen is usually detected by using a single temperature sensing means, so that different temperatures of all regions of the platen cannot be detected. For example, if there is cooked meat in the left area of the bull plate and raw meat in the right area, when the temperature of the raw meat is sensed, the cooked meat is burned.
둘째, 열손실이 크다. 불판에 탑재된 열부하의 크기에 상관없이 불판 전체를 골고루 가열하는 종래기술은, 열부하(고기)가 탑재되지 않은 불판 영역에서 발생하는 열손실이 클 수 밖에 없는 구조이다. 또, 조리 전 예열에 사용된 전기에너지는 사용 후 자연냉각에 의해 버려지는 열손실로 작용하므로, 불판이 두꺼울수록(열용량이 클수록) 열손실이 크게 된다. Second, the heat loss is large. The prior art of heating the entire plate evenly regardless of the magnitude of the heat load mounted on the platen has a structure in which heat loss occurring in the platen area without heat load (meat) is large. In addition, since the electrical energy used for preheating before cooking acts as a heat loss discarded by natural cooling after use, the thicker the plate (larger heat capacity), the greater the heat loss.
셋째, 예열시간 및 열회복시간이 길다. 이는 한정된 발열량을 가진 전기히터를 사용함에도, 불판이 두꺼워서 열용량이 크기 때문이다. 조리 전에 장시간 예열을 하여야 불판이 조리에 적합한 온도에 도달하며, 사용 후 보관하고자 할 때 불판이 상온으로 냉각되는 시간도 길다. 불판에 조리재료가 탑재되는 순간, 조리재료와 불판 사이에 열교환이 일어나면서, 불판의 온도는 하강하고 조리재료의 온도는 상승한다. 이때 불판온도의 하강 정도는 조리재료의 온도가 낮을수록, 불판의 열용량이 작을수록(불판의 두께가 얇을수록), 또 조리재료의 열용량이 클수록(고기의 두께가 두꺼울수록) 커지게 된다. 이후 불판 아래의 발열체(전기히터)에서 공급되는 한정된 열량에 의해 불판의 온도가 상승하며, 이 열량은 다시 조리재료에 전달되어 조리재료가 가열되면서 조리되게 된다. 이때 단위시간당 발열체에서 공급하는 열량이 작을수록 불판온도의 상승이 느리게 되어서 열회복 시간이 길다.Third, the preheating time and heat recovery time is long. This is because even though an electric heater having a limited calorific value is used, the heat plate is large due to the thick plate. The preheated plate must be preheated for a long time before cooking to reach the proper temperature for cooking. As soon as the cooking material is mounted on the plate, heat exchange occurs between the plate and the plate, the temperature of the plate decreases and the temperature of the plate increases. In this case, the lowering degree of the platen temperature is increased as the temperature of the cooking material is lower, the heat capacity of the platen is smaller (the thinner the platen thickness), and the heat capacity of the cooking material is larger (the thicker the meat thickness). After that, the temperature of the plate increases due to a limited amount of heat supplied from a heating element (electric heater) under the plate, and the amount of heat is transferred to the cooking material and cooked while the cooking material is heated. At this time, the smaller the amount of heat supplied from the heating element per unit time, the slower the rise of the platen temperature is, the longer the heat recovery time is.
넷째, 자동화된 조리과정을 제공하지 못한다. 최적의 맛을 내는 음식물로 조리하기 위해서는 조리과정이 진행됨에 따라 다양한 불의 세기와 시간으로 음식물을 조리하여야 함에도 불구하고, 종래기술에서는 항상 일정한 온도로만 가열하기 때문에 사용자가 일일이 수동으로 온도조절을 해야 한다. 또 음식물이 최적 상태로 조리된 때를 알려주는 수단이 없기 때문에, 사용자의 관능적 경험에 의존하여야 한다. 한편 조리가 끝난 음식물을 태우지 않고 보온상태로 유지하기 위하여 사용자가 매번 온도조절을 해야 한다.Fourth, it does not provide an automated cooking process. In order to cook the food with the best taste, although the food must be cooked at various fire intensities and times as the cooking process proceeds, in the prior art, the user must manually adjust the temperature manually because the heating is always performed at a constant temperature. . Also, since there is no means of telling when food is cooked optimally, the user should rely on the user's sensory experience. Meanwhile, the user must adjust the temperature every time in order to keep the cooked food without burning the food.
전술한 문제점들을 해결하기 위한 종래기술로는 미국특허 3,953,711 “Cooking Units”가 있으며, 그 기술사상의 핵심요지는 PTC 저항소자를 불판의 전체영역에 분포시킨 것이다. PTC 저항은 온도가 특정온도 이상이 되면 저항 값이 급격히 증가함으로써 특정온도를 유지하는 소자임은 잘 알려진 사실이다. 따라서 열부하에 상관없이 불판의 온도를 상기 특정온도로 조절할 수 있는 효과가 있다. 또, 열부하가 큰 부위는 발열량이 많아지고, 열부하가 작은 부위는 발열량이 줄어드는 효과가 있다. 그러나 상기 특정온도 이외의 온도로는 조절이 불가능하여, 다양한 조리온도가 필요한 조리재료의 조리에 적용될 수 없는 문제점이 있다.The prior art for solving the above-mentioned problems is US Patent 3,953,711 "Cooking Units", the core of the technical idea is to distribute the PTC resistive element over the entire area of the platen. It is well known that PTC resistance is a device that maintains a specific temperature by rapidly increasing the resistance value when the temperature is above a certain temperature. Therefore, there is an effect that the temperature of the platen can be adjusted to the specific temperature regardless of the heat load. In addition, a portion having a large heat load increases the amount of heat generated, and a portion having a small heat load has an effect of reducing the amount of heat generated. However, there is a problem that can not be adjusted to a temperature other than the specific temperature, it can not be applied to the cooking of cooking materials that require a variety of cooking temperature.
열부하를 감지할 수 있는 종래기술에는 대한민국특허 10-0743349 “가열 조리기”가 있으며, 그 기술사상의 핵심요지는 조리기의 외측에 온도검지 타워를 구비하여 피가열물의 상방에서 피가열물의 온도를 검지하는 것이다. 이 기술은 본질적으로 조리기의 정해진 위치에 탑재된 조리용기의 온도를 감지하는 데 그 목적이 있다. 따라서, 통상적으로 조리용기보다 현저히 크기가 작으며, 임의의 위치에 탑재되는 조리재료(고기)의 온도감지에 사용하기에는 부적합하다.The prior art that can detect the heat load is the Republic of Korea Patent 10-0743349 "heated cooker", the core of the technical idea is to provide a temperature detection tower on the outside of the cooker to detect the temperature of the heated object from the top of the heating object will be. This technology essentially aims to detect the temperature of a cooking vessel mounted at a fixed position of the cooking vessel. Therefore, it is typically significantly smaller in size than the cooking vessel, and is not suitable for use in sensing the temperature of the cooking material (meat) mounted at an arbitrary position.
전술한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은 음식물을 태우거나 불판에 눌러 붙지 않도록 온도조절이 정확한 조리기구를 제공하는데 있다. 본 발명의 제2 목적은 열손실을 최소화하여 에너지 효율이 높은 조리기구를 제공하는데 있다. 본 발명의 제3 목적은 예열시간이 짧아서 거의 순간적으로 예열이 되는 조리기구를 제공하는데 있다. 본 발명의 제4 목적은 사용자가 일일이 온도조절을 할 필요가 없도록 자동화된 조리과정을 제공하는 조리기구를 제공하는데 있다.The first object of the present invention for solving the above problems is to provide a cooking utensil with accurate temperature control so as not to burn food or to press on the plate. It is a second object of the present invention to provide a cooking appliance having high energy efficiency by minimizing heat loss. A third object of the present invention is to provide a cooking utensil which is preheated almost instantaneously because the preheating time is short. A fourth object of the present invention is to provide a cooking utensil for providing an automated cooking process so that a user does not need to adjust temperature individually.
전술한 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 스마트 그릴은, 매트릭스 구조로 배열된 다수의 면상 발열체, 각각의 상기 매트릭스 행 내의 모든 발열체들의 일단을 전기적으로 공통연결하는 행구동 배선, 각각의 상기 매트릭스 열 내의 모든 발열체들의 타단을 전기적으로 공통연결하는 열구동 배선, 및 상기 행구동 배선과 열구동 배선이 교차하는 지점에서 상기 배선들을 절연하는 마스크가 구비되는 발열층과 상기 발열층을 보호 또는 절연하기 위한 하나 이상의 절연층이 판재형상인 기판의 일면에 적층되는 불판부;와 각각의 상기 발열체에 흐르는 전류를 스위칭 제어함으로써 상기 발열체 각각의 온도를 개별적으로 조절하는 온도제어부;를 포함한다.The smart grill of the present invention for solving the above-mentioned problems, a plurality of planar heating elements arranged in a matrix structure, a row drive wiring for electrically connecting one end of all the heating elements in each of the matrix rows, all in each of the matrix columns One or more insulations for protecting or insulating the heat generating layer, and a heat generating layer including a heat driving wire electrically connecting the other ends of the heating elements to each other, and a mask for insulating the wires at the intersection of the row driving wires and the heat driving wires. And a non- plate part laminated on one surface of a substrate having a plate shape, and a temperature controller for individually controlling the temperature of each of the heating elements by switching control of the current flowing through each of the heating elements.
또, 상기 행구동 배선 또는 열구동 배선 중에서 어느 하나의 배선, 마스크, 나머지 배선, 면상 발열체의 순서에 의해 상기 발열층이 형성되는 특징을 더 가진다.The heat generating layer is further formed in the order of any one of the row drive wiring and the column drive wiring, the mask, the remaining wiring, and the planar heating element.
또, 상기 발열체 각각의 온도를 감지하기 위하여, (1) 온도변화에 따른 상기 발열체의 내부저항치 변화를 이용한 수단, (2) 상기 발열층과 독립된 층에 각각의 상기 발열체에 대응하여 구비되며, 온도변화에 따라 저항치가 변하는 소재를 이용한 수단, (3) 상기 발열층과 독립된 층에 각각의 상기 발열체에 대응하여 구비되며, 서로 다른 소재의 금속 접합에서 발생하는 열전대 전압을 이용한 수단 중에서 어느 하나의 온도감지수단을 사용하는 특징을 더 가진다.In addition, in order to sense the temperature of each of the heating elements, (1) means using a change in the internal resistance value of the heating element according to the temperature change, (2) a layer independent of the heating layer is provided corresponding to each of the heating elements, the temperature (3) a temperature using any one of a means using a material whose resistance varies according to a change, and (3) a means using a thermocouple voltage generated in a layer independent from the heat generating layer corresponding to each of the heating elements, and generated by metal bonding of different materials. It further has a feature of using a sensing means.
본 발명 그릴의 온도제어방법은, 상기 불판부의 온도를 감지하는 시간(감지구간)과 상기 불판부에 전력을 공급하는 시간(가열구간)을 시분할 방식에 의해 교대로 할당하면서, 상기 감지구간에서 감지된 상기 발열체의 온도가 소정의 설정온도보다 높으면 상기 감지구간에 이어지는 가열구간에서 해당 발열체의 전력공급을 끊고, 상기 감지된 온도가 상기 설정온도보다 낮으면 상기 감지구간에 이어지는 가열구간에서 해당 발열체에 전력을 공급하되, 상기 가열구간에서는 상기 매트릭스 행(row)을 순차적으로 구동하고 열(column)은 동시에 구동하며, 상기 감지구간에서는 순차적으로 구동되는 상기 매트릭스 행 각각의 구동시간 내에서 다시 열 각각을 순차적으로 구동하고, 상기 가열구간, 감지구간, 및 상기 가열구간 내의 행 구동시간을 외부 교류전원의 영교차(zero crossing) 신호에 동기시켜 전환하는 특징을 가진다.In the grill temperature control method of the present invention, while detecting the temperature (sensing section) for sensing the temperature of the platen portion and the time for supplying power (heating section) to the platen portion alternately by a time division method, sensing in the detection section When the temperature of the heating element is higher than a predetermined set temperature, the power supply of the heating element is cut off in the heating section following the sensing section. When the detected temperature is lower than the setting temperature, the heating element is connected to the heating element in the heating section following the sensing section. In the heating section, the matrix rows are sequentially driven and the columns are simultaneously driven, and in the sensing section, each column is again driven within the driving time of each of the matrix rows that are sequentially driven. Drive sequentially, and the row drive time in the heating section, the sensing section, and the heating section In synchronization with the zero crossing (crossing zero) signal has a characteristic of switching.
또, 상기 감지구간 및 가열구간에 더하여, 상기 불판부에 아무런 작용을 하지 않는 시간(휴지구간)을 상기 영교차 신호에 동기시켜 할당하는 특징을 더 가진다.In addition to the sensing section and the heating section, the method further has a feature of allocating a time (pause section) in which no action is performed on the unlit section in synchronization with the zero crossing signal.
본 발명 그릴의 온도제어방법은, 발열체에 일정한 전력을 공급하는 정전력제어 모드 및 상기 발열체의 온도가 일정하도록 공급전력을 가변하는 정온제어 모드 중에서 어느 하나의 제어모드를 상황에 따라 선택적으로 사용하되, 정전력제어 모드에서는 상기 발열체 온도(T)의 변화율(dT/dt)을 감시하고, 정온제어 모드에서는 상기 발열체에 공급되는 전력(P)의 변화율(dP/dt)을 감시하여, 빈 불판에서 상기 변화율 곡선에 불연속점이 발생하면 '고기탑재' 이벤트의 발생으로 판단하고, 고기가 탑재된 상태에서 상기 변화율 곡선에 불연속점이 발생하면 '고기하역' 이벤트의 발생으로 판단하는 특징을 가진다.In the grill temperature control method of the present invention, any one of the control mode of the constant power control mode for supplying a constant power to the heating element and the constant temperature control mode for varying the power supply so that the temperature of the heating element is constant, In the constant power control mode, the rate of change (dT / dt) of the heating element temperature (T) is monitored, and in the constant temperature control mode, the rate of change (dP / dt) of the power (P) supplied to the heating element is monitored, When a discontinuity point occurs in the change rate curve, it is determined that the occurrence of the 'mounting meat' event, and when the discontinuity point occurs in the change rate curve when the meat is mounted, it is determined that the occurrence of the 'meat unloading' event.
본 발명 그릴의 온도제어방법은, 상기 불판이 고기를 조리하기 위한 소정의 설정온도를 유지하는 상태에서, 소정시간의 경과조건, 상기 발열체에 공급되는 전력(P)이 최대값보다 소정량 이상 감소하는 조건, 상기 최대값에 대한 상기 공급전력의 비율이 소정비율 이하인 조건, 및 상기 공급전력의 감소율(-dP/dt)이 소정치보다 작은 조건 중에서 어느 하나 이상의 조건을 동시에 만족하면 '조리완료' 이벤트의 발생으로 판단하는 특징을 가진다.In the temperature control method of the grill of the present invention, in a state in which the grill plate maintains a predetermined set temperature for cooking meat, the elapsed condition of a predetermined time, the power (P) supplied to the heating element is reduced by a predetermined amount or more than the maximum value. Condition, the condition that the ratio of the power supply to the maximum value is equal to or less than a predetermined ratio, and the condition that at least one of the conditions under which the reduction rate (-dP / dt) of the power supply is smaller than a predetermined value is satisfied. It is characterized by determining the occurrence of an event.
또, 상기 공급전력(P) 또는 그 변화율(dP/dt)을 연산하여 소정의 기준치와 비교하는 대신에, 상기 발열체에 흐르는 전류를 스위칭 제어하는 PWM 파형의 시비율(duty cycle) 값을 상기 기준치에 대응되는 값과 비교하는 특징을 가진다.Further, instead of calculating the supply power P or its rate of change dP / dt and comparing it with a predetermined reference value, a duty cycle value of a PWM waveform for switching control of the current flowing through the heating element is determined as the reference value. It has the characteristic of comparing with the value corresponding to.
본 발명 그릴의 온도제어방법은, 서로 인접한 하나 이상의 상기 발열체로 구성된 조리구역을 하나 이상 가지도록 상기 불판을 논리적으로 분할하고, 각각의 상기 조리구역은 서로 다른 조리법(recipe)을 사용하여 조리가 가능하도록 불판온도를 제어하며, 상기 조리법의 데이터 구조는, 해당 조리법을 대표하는 인식번호(ID), 해당 조리법을 표현하는 문자열(명칭), 조리재료의 불판탑재를 대기하는 동안의 불판온도(대기온도), 조리가 완료된 음식물을 보온상태로 유지하기 위한 불판온도(보온온도) 정보를 포함하고, 해당 조리재료의 조리단계에 적합한 불판온도(조리온도), 상기 조리온도에서의 조리를 종료하는 조건(조리종료조건)의 데이터 조합(조리정보)을 하나 이상 포함하되, 상기 조리종료조건은 조리시간, 소비전력의 시간적 감소율, 소비전력의 감소량, 및 소비전력의 감소비율 중에서 어느 하나 이상의 항목으로 구성되는 특징을 가진다.In the grill temperature control method of the present invention, the grill plate is logically divided to have at least one cooking zone composed of at least one heating element adjacent to each other, and each of the cooking zones may be cooked using a different recipe. The platen temperature is controlled so that the data structure of the recipe includes a recognition number (ID) representing the recipe, a character string (name) representing the recipe, and the platen temperature (waiting temperature) while waiting for the plate to be cooked. ), Including the platen temperature (heating temperature) information for keeping the cooked food in a warm state, the platen temperature (cooking temperature) suitable for the cooking step of the cooking material, the condition for ending cooking at the cooking temperature ( One or more data combinations (cooking information) of the cooking termination condition, wherein the cooking termination condition includes a cooking time, a time reduction rate of power consumption, and a power consumption. From the reduction ratio of the small amount, and power consumption has a characteristic consisting of one or more items.
본 발명 그릴의 온도제어방법은, (1) 주변온도보다 높은 온도(대기온도)로 발열체의 온도를 조절하면서 이벤트의 발생여부를 감시하여, '고기탑재' 이벤트가 발생하면 다음단계로 진행하고, 아니면 현 단계를 유지하는 제1단계; (2) 하나 이상의, 조리온도 및 조리시간 정보에 따라 순차적으로 발열체의 온도를 조절하면서 이벤트의 발생여부를 감시하여, '고기하역' 이벤트가 발생하면 제1단계, '조리완료' 이벤트가 발생하면 다음 단계로 진행하고, 그 외의 경우에는 현 단계를 유지하는 제2단계; (3) 조리가 완료된 음식물을 보온상태로 유지하기 위한 온도(보온온도)로 발열체의 온도를 조절하면서 이벤트의 발생여부를 감지하여, '고기하역' 이벤트가 발생하면 제1단계로 진행하고, 아니면 현 단계를 유지하는 제3단계;로 구성되는 순차적인 제어단계를 포함하되, 각 제어단계는, 먼저 상기 발열체의 온도가 소정의 설정온도에 도달할 때까지 상기 발열체에 일정한 전력을 공급하는 정전력 제어모드로 작동하고, 다음에 그 온도를 유지하도록 공급전력을 가변 제어하는 정온 제어모드로 작동하는 특징을 가진다.The temperature control method of the grill of the present invention, (1) by monitoring the occurrence of the event by adjusting the temperature of the heating element to a temperature (atmosphere temperature) higher than the ambient temperature, if the 'mounting meat' event occurs to proceed to the next step, Or a first step of maintaining the current step; (2) monitoring the occurrence of the event by sequentially adjusting the temperature of the heating element according to one or more cooking temperature and cooking time information, and when the 'meat unloading' event occurs, the first step, 'cooking completion' event occurs A second step of proceeding to the next step and otherwise maintaining the current step; (3) by detecting the occurrence of the event by adjusting the temperature of the heating element to a temperature (heating temperature) to keep the food cooked in a warm state, if the 'meat unloading' event occurs, proceed to the first step, or And a sequential control step consisting of: a third step of maintaining the current step, wherein each control step comprises: a constant power supplying constant power to the heating element until the temperature of the heating element reaches a predetermined set temperature; It operates in a control mode, and then operates in a constant temperature control mode in which the power supply is variably controlled to maintain its temperature.
전술한 해결수단을 가지는 본 발명은, 온도감지수단을 가지는 다수의 면상 발열체 각각이 독립적으로 제어되며, 열원으로부터 열부하까지의 열저항이 최소화되므로 정확한 온도조절이 가능해져서, 음식물이 타거나 눌러붙지 않는 효과가 있다. 또, 음식물의 조리상태에 따라 꼭 필요한 양의 에너지만 사용하므로 불필요한 열손실을 최소화하는 효과가 있다. 또, 열전달 매체(불판)의 열용량이 최소화되므로 순간적인 예열이 가능해지는 효과가 있다. 또, 각각의 조리방법에 따른 자동화된 조리과정을 제공함으로써, 사용자가 일일이 수동으로 온도조절을 하는 사용상의 불편함을 해소하는 효과가 있다.According to the present invention having the above-described solution, each of the plurality of planar heating elements having a temperature sensing means is independently controlled, and since the heat resistance from the heat source to the heat load is minimized, accurate temperature control is possible, so that food is not burned or pressed. It works. In addition, since only a necessary amount of energy is used according to the cooking state of the food, there is an effect of minimizing unnecessary heat loss. In addition, since the heat capacity of the heat transfer medium (unplate) is minimized, there is an effect of enabling instant preheating. In addition, by providing an automated cooking process according to each cooking method, there is an effect of eliminating the inconvenience of the user to manually control the temperature.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제공되는 바람직한 실시례를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시례는 본 발명의 보다 쉬운 이해를 위해 제공되는 바, 본 실시례에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 덧붙여서 본 명세서의 설명과 첨부된 도면에서, 동일한 목적과 기능을 가지는 구성요소는 그 구성과 도면이 달라지더라도 가능한 한 동일한 명칭과 도면부호를 가지도록 하여 일관성을 유지하였음을 밝혀둔다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments provided to help the understanding of the present invention will be described in detail. The following examples are provided for easier understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these examples. In addition, in the description of the present specification and the accompanying drawings, it is to be noted that the components having the same purpose and function are kept consistent by having the same names and reference numerals as much as possible even if their configurations and drawings are different.
먼저 사용자가 불판에 고기를 굽는 상황을 구체적으로 살펴보기로 한다. 통상적으로, 불판은 한꺼번에 여러 조각의 고기를 탑재해서 조리할 수 있을 정도로 크다. 또, 하나의 불판 위에는 생고기, 조리중인 고기, 조리 완료된 고기들이 혼재되어 있다. 따라서, 각각의 고기조각마다 조리가 진행된 상태에 맞추어서 불판의 온도를 제어하여야 한다. 이러한 목적을 달성하기 위해서는, 각각의 고기조각에 대응하도록, 불판의 전체 영역을 다수의 작은 조리영역으로 나누어서 독립적으로 제어하여야 한다. 그런데, 고기조각의 형상과 위치는 일정하지 않으므로, 이러한 임의의 형상과 위치에 일치하는 조리영역을 만들 수 있는 방안이 필요하다.First, the situation in which the user grills meat on the grill will be described in detail. Typically, the fire plate is large enough to cook several pieces of meat at once. In addition, raw meat, cooked meat, and cooked meat are mixed on one plate. Therefore, the temperature of the platen should be controlled in accordance with the state of cooking for each piece of meat. In order to achieve this purpose, the entire area of the grill is divided into a plurality of small cooking zones to be controlled independently to correspond to each piece of meat. However, since the shape and position of the meat pieces are not constant, there is a need for a method of making a cooking region matching the arbitrary shape and position.
그 방안으로서, 본 발명기술에서는 불판 전체를 무수히 많은 소영역(면상발열체 크기)으로 분할한 후에 이들을 개별적으로 제어한다. 이렇게 함으로써 불판상의 임의의 위치에 임의의 형상을 가진 고기조각이 탑재되더라도, 그 아래에 위치한 다수의 발열체들이 열부하량(고기조각이 요구하는 열 에너지)에 최적화된 열 에너지를 상기 고기조각에 공급할 수 있다. 또 고기조각이 탑재되지 않은 불판영역에는 열 에너지 공급을 중단함으로써 불필요한 에너지 손실을 방지한다. 이때, 에너지 효율성 및 온도제어의 정교성 관점에서는 상기 소영역의 크기는 고기조각의 크기에 비해 현저히 작은 것이 바람직하지만, 제어회로의 복잡성 관점에서는 소영역(면상발열체)의 개수가 작을수록 바람직하므로, 양자 사이의 절충이 필요하다. As a solution to this, the present invention divides the entire unbroken plate into a myriad of small regions (planar heating element size) and then controls them individually. In this way, even when a piece of meat having an arbitrary shape is mounted at an arbitrary position on the platen, a plurality of heating elements positioned below the same can supply the meat piece with heat energy optimized for the heat load (heat energy required by the meat piece). have. In addition, the unheated area where the meat pieces are not mounted stops the heat energy supply to prevent unnecessary energy loss. At this time, the size of the small region is significantly smaller than the size of the meat pieces from the viewpoint of energy efficiency and precision of the temperature control, but from the viewpoint of the complexity of the control circuit, the smaller the number of the small region (planar heating element) is preferable, A compromise between them is necessary.
도1은 본 발명의 일 실시례에 따른 그릴의 투상도이다. 본 발명의 그릴은 음식물 재료를 가열하여 조리하는 불판부(10)와 상기 불판부의 온도를 제어하는 온도제어부(20)를 포함하여 구성된다. 도면에 보인 바와 같이 상기 불판부는 판재형상 기판의 저면에 밀착하여 다수의 면상발열체를 2차원 매트릭스 형태로 배열한 구조이다. 도1에서는 이해를 돕기 위하여 12개의 면상발열체(11)를 3행 X 4열로 배열한 것을 그 일례로서 보였으나, 실용적인 관점에서 보면, 이보다 현저히 많은 수의 면상 발열체가 필요하다. 한편, 불판세척의 관점에서 보면, 상기 불판부와 온도제어부는 용이하게 분리될 수 있는 것이 바람직하다.1 is a perspective view of a grill according to an embodiment of the present invention. The grill of the present invention is configured to include a platen portion 10 for heating and cooking food material and a
도2는 상기 기판의 저면에 형성된 다수의 발열체 사이의 전기적 결선을 예시하기 위한 전기배선도이다. 2차원 매트릭스 형태로 배열된 다수의 발열체를 개별적으로 제어하기 위한 가장 경제적인 방법은 각각의 매트릭스 행과 열마다 하나의 전기배선을 할당하는 것이다. 따라서 도2에 보인 바와 같이, 각각의 발열체 양단 중에서 일단을 공통으로 묶어서 각 행의 구동용도(행구동 배선, 12)로 사용하고, 타단을 공통으로 묶어서 각 열의 구동용도(열구동 배선, 13)로 사용한다. 도면에 예시한 바와 같이, 행구동 배선은 가로 방향으로 배선되고, 열구동 배선은 세로 방향으로 배선된다. 그런데 다수의 행구동 배선과 열구동 배선이 서로 절연되기 위해서는, 행구동 배선과 열구동 배선이 교차하는 지점에서 그들 사이를 절연하는 수단(마스크)이 반드시 필요하다.2 is an electrical wiring diagram for illustrating the electrical connection between a plurality of heating elements formed on the bottom surface of the substrate. The most economical way to individually control multiple heating elements arranged in a two-dimensional matrix form is to allocate one electrical wiring for each matrix row and column. Therefore, as shown in Fig. 2, one end of each heating element is commonly tied to each other for driving purposes (row drive wiring 12), and the other end is tied for common driving purposes (column driving wiring 13). use. As illustrated in the figure, the row drive wirings are wired in the horizontal direction, and the column drive wirings are wired in the vertical direction. By the way, in order to insulate a plurality of row drive wirings and column drive wirings from each other, a means (mask) to insulate between them is necessary at the point where the row drive wirings and the column drive wirings cross each other.
도2에서 하나의 발열체와 그 주변의 배선 부분을 확대해서 보인 것이 도3이다. 도3에서는 열구동 배선 위에 절연을 위한 마스크(15)가 구비되고 그 위에 행구동 배선이 구비된 예를 보였다. 한편, 발열체에 사용되는 소재의 면저항 값에 따라 발열체 패턴의 형상이 달라진다. 설계 시에, 각각의 발열체에 필요한 최대 발열량이 소정의 값으로 정해지면, 발열체의 저항 값도 그에 따라 결정된다. 따라서 발열체 소재의 면저항 값이 변경되더라도, 발열체의 저항 값은 상기 결정된 값을 유지하도록 발열체 패턴의 형상이 변경되어야 한다. 도3에서, (a)는 발열체 소재의 면저항 값이 큰 경우의 발열체 패턴을 보인 것이며, (b)는 면저항 값이 중간 정도인 경우, (c)는 면저항 값이 작은 경우를 예시한 것이다.3 is an enlarged view of one heating element and a wiring portion around the heating element. 3 shows an example in which a
상기 불판부는 판재형상의 기판(substrate, 30)에 다수의 필름 층(layer)들을 적층하는 구조이다. 상기 기판은 금속, 세라믹 또는 유리 등의 소재를 사용한다. 또 상기 기판의 두께는 가능한 한 얇은 것이, 빠른 온도감지 및 빠른 불판가열 시간의 측면에서 유리하다. 이는 종래기술에서 가능한 두꺼운 불판이 선호되던 것과 대비된다. 도4는 하나의 발열체 및 그 주변의 종단면을 보인 것이다. 기판과 발열층 사이를 절연하기 위해, 상기 기판에는 먼저 제1 절연층(31)이 적층된다. 이때, 상기 기판이 금속 소재가 아닐 경우, 즉 유리나 세라믹 등의 절연성 소재일 경우에는 상기 절연층이 불필요하다. 다음에 발열층(32)이 적층된다. 마지막으로, 외부충격에 의한 파손으로부터 보호, 산화반응에 의한 발열층의 특성저하 방지, 외부세계와 절연 등의 목적을 달성하기 위한 제2 절연층(33)이 적층된다. The non-plate part is a structure in which a plurality of film layers are laminated on a plate-shaped
통상적으로, 각각의 층들은 스크린 인쇄공정에 의해 패턴을 인쇄한 후에 고온에서 소결하는 방법에 의해 제작된다. 그러나 양산성, 제조비용 등의 관점에서 볼 때, LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 또는 HTCC(High Temperature Co-fired Ceramic) 공정을 사용하는 것이 더 유리할 수도 있다. 또, 다수의 필름 층들을 적층할 수만 있다면, 상기한 후막(thick film) 공정뿐만 아니라 박막(thin film) 공정 등 현존하는 어떠한 제조방법이라도 사용할 수 있다.Typically, each layer is produced by a method of printing a pattern by a screen printing process and then sintering at high temperature. However, in view of mass productivity, manufacturing cost, etc., it may be more advantageous to use a low temperature co-fired ceramic (LTCC) or high temperature co-fired ceramic (HTCC) process. In addition, as long as it is possible to stack a plurality of film layers, any existing manufacturing method, such as a thin film process as well as a thin film process, may be used.
한편, 기판으로 사용되는 소재에 따라서, 음식을 조리하는 과정에서 발생하는 긁힘이나 이물질이 눌러 붙는 현상으로부터 상기 기판을 보호하기 위한 보호층(34)이 상기 기판의 타면에 적층될 수도 있다. 대표적인 예가 테프론 코팅에 의해 보호막을 형성하는 것이다.On the other hand, depending on the material used as the substrate, a
개념적으로 간단명료하게 설명하기 위해, 도4에서 발열층을 하나의 층이라고 기술하였다. 그러나 상기 발열층은 그 구성요소가 다양하기 때문에 수회의 인쇄-건조-소결 과정을 거쳐 제작된다. 상기 발열층의 제작과정을 좀더 상세히 설명하기 위해, 도3 (a)에 보인 4개의 중심선에서의 불판부 단면을 예시한 것이 도5이다. 도5에서 (a)는 a-a 단면도, (b)는 b-b 단면도, (c)는 c-c 단면도, (d)는 d-d 단면도이다. In order to explain the concept briefly and clearly, in FIG. 4, the heating layer is described as one layer. However, the heat generating layer is manufactured through several printing-drying-sintering processes because of its various components. In order to explain the fabrication process of the heat generating layer in more detail, FIG. 5 is a cross-sectional view of the unplaten section at four center lines shown in FIG. In Fig. 5, (a) is a-a sectional view, (b) is b-b sectional view, (c) is c-c sectional view, and (d) is d-d sectional view.
기판(30)에 제1 절연층(31)이 적층된 상태에서 발열층을 제작하는 과정을 설명하기로 한다. 도면의 (a)에 보인 바와 같이 열구동 배선(13)이 가장 아래층에 있으므로, 먼저 열구동 배선 패턴을 인쇄한 후 건조, 소결하는 과정을 거쳐 열구동 배선을 제작한다. 다음에 절연을 위한 마스크(15)를 제작한다. 마스크가 제작되면, 행구동 배선(12)을 제작한다. 마지막으로 면상 발열체(11)를 제작함으로써 발열층의 적층이 완성된다. 이때 발열체와 배선(전극) 사이의 원활한 전기적 접촉을 위해, 상기 발열체 패턴은 (d)에 보인 바와 같이 배선 패턴과 겹쳐지도록 인쇄된다.A process of manufacturing the heating layer in a state in which the first insulating
여기서, 열구동 배선, 마스크, 행구동 배선, 면상 발열체의 순서를 거쳐서 상기한 발열층을 제작함에 유의해야 한다. 다르게 말해서, 상기한 발열층 구성요소들은 다양한 순서로 제작할 수 있음에도, 면상 발열체(11)를 가장 나중에 제작함에 유의해야 한다. 면상 발열체의 제작 후, 다른 구성요소의 소결을 위해 고온의 소결로에 한번 더 들어갈 때 마다, 상기 발열체의 저항 값은 급격하게 증가하며, 증가량을 합리적으로 예측할 수가 없다. 이는 고온의 소결로 내에서 액상으로 변한 발열체의 구성 물질 중에서 일부 성분이 농도 차에 의해 인접한 층으로 확산(diffusion)되기 때문인 것으로 추정된다. 따라서 가능한 한 발열체를 나중에 제작하는 것이 바람직하다. 또 이후에 적층되는 제2 절연층(33)은 이전에 적층된 층들의 융점에 비해 상당히 낮은 온도에서 소결함으로써, 상기 확산현상을 방지하는 것이 바람직하다.Here, it should be noted that the above-described heat generating layer is manufactured through the sequence of the heat driving wiring, the mask, the row driving wiring, and the planar heating element. In other words, although the above-described heat generating layer components may be manufactured in various orders, it should be noted that the
한편, 상기 발열체 각각의 온도를 개별적으로 제어하기 위해서는 해당 발열체의 온도를 감지하는 수단이 필요하다. 이러한 수단에는 다음의 3가지를 생각할 수 있다. Meanwhile, in order to individually control the temperature of each of the heating elements, a means for detecting the temperature of the heating element is required. The following three things can be considered in such a means.
첫째, 온도변화에 따른 상기 발열체의 내부저항치 변화를 이용한 수단이다. 비저항(resistivity)이 온도의 변화에 따라서 변하는 소재를 발열체로 사용한다. 따라서 발열체의 내부저항 값을 측정하면, 발열체의 온도를 알 수 있다. 이때 상기 발열체에 사용되는 소재는 신호를 감지하기에 적당한 저항온도계수(TCR: Temperature Coefficient of Resistance)를 가져야 하며, 상기 저항온도계수의 선형성이 높은 것이 바람직하다.First, it is a means using a change in the internal resistance value of the heating element according to the temperature change. A material whose resistivity changes with temperature changes is used as a heating element. Therefore, by measuring the internal resistance value of the heating element, it is possible to know the temperature of the heating element. In this case, the material used for the heating element should have a temperature coefficient of resistance (TCR) suitable for sensing a signal, and it is preferable that the linearity of the resistance temperature coefficient is high.
둘째, 상기 발열층과 독립된 층에 각각의 상기 발열체에 대응하여 구비되며, 온도변화에 따라 저항치가 변하는 소재를 이용한 수단이다. 발열층과 절연된 온도감지 층을 추가로 기판에 적층하여, 각각의 발열체의 위치에 대응하도록 저항성 온도센서를 배열하는 수단이다. 이때 상기 온도센서에 사용되는 소재는 신호를 감지하기에 적당한 저항온도계수를 가져야 하며, 상기 저항온도계수의 선형성이 높은 것이 바람직하다.Second, it is a means using a material that is provided in a layer independent from the heating layer corresponding to each of the heating elements, the resistance value changes with temperature change. A temperature sensing layer insulated from the heat generating layer is further laminated on the substrate, and means for arranging the resistive temperature sensor to correspond to the position of each heat generating element. At this time, the material used for the temperature sensor should have a resistance temperature coefficient suitable for detecting a signal, it is preferable that the linearity of the resistance temperature coefficient is high.
셋째, 상기 발열층과 독립된 층에 각각의 상기 발열체에 대응하여 구비되며, 서로 다른 소재의 금속 접합에서 발생하는 열전대 전압을 이용한 수단이다. 둘째 수단에서 저항성 온도센서 대신에, 서로 다른 소재의 금속박판을 일부분이 서로 겹쳐지도록 적층함으로써 금속접합을 형성한다. 이는 금속분말이 주성분인 페이스트를 스크린 인쇄한 후에 고온에서 소결하는 후막공정을 사용하거나, 반도체 제조에 사용되는 박막공정을 사용하여 목적을 달성한다. 서로 다른 소재의 금속접합에서 발생하는 열전대 전압을 이용하여 온도를 측정하는 기술은 주지관용의 기술이므로 설명을 생략한다.Third, it is provided in a layer independent of the heat generating layer corresponding to each of the heating elements, and means using a thermocouple voltage generated in the metal junction of different materials. In the second means, instead of the resistive temperature sensor, a metal junction is formed by stacking metal sheets of different materials so that portions overlap each other. This is achieved by using a thick film process of sintering at a high temperature after screen printing a paste mainly composed of metal powder, or by using a thin film process used in semiconductor manufacturing. The technique of measuring temperature using thermocouple voltages generated from metal junctions of different materials is a technique for main pipe, so description thereof is omitted.
전술한 불판부를 구동하기 위한 온도제어부는 각각의 상기 발열체에 흐르는 전류를 스위칭 제어함으로써 상기 발열체 각각의 온도를 개별적으로 조절한다. 상기 불판부의 온도를 감지하는 시간(감지구간, TS)과 상기 불판부에 전력을 공급하는 시간(가열구간, TH)을 시분할 방식에 의해 교대로 할당하면서, 상기 감지구간에서 감지된 상기 발열체의 온도가 소정의 설정온도보다 높으면 상기 감지구간에 이어지는 가열구간에서 해당 발열체의 전력공급을 끊고, 상기 감지된 온도가 상기 설정온도보다 낮으면 상기 감지구간에 이어지는 가열구간에서 해당 발열체에 전력을 공급한다. 상기 가열구간에서는 상기 매트릭스 행(row)을 순차적으로 구동하고 열(column)은 동시에 구동한다. 또, 상기 감지구간에서는 순차적으로 구동되는 상기 매트릭스 행 각각의 구동시간 내에서 다시 열 각각을 순차적으로 구동한다. 여기서, 상기 가열구간, 감지구간, 및 상기 가열구간에서의 각 행 구동시간을 외부 교류전원의 영교차(zero crossing) 신호에 동기시켜서 전환한다. 이는 EMI(Elecro-Magnetic Interference)의 발생을 줄이고, 스위치 소자에서의 스위칭 열손실을 줄이기 위함이다.The temperature control unit for driving the above-described platen unit individually controls the temperature of each of the heating elements by switching control of the current flowing through each of the heating elements. The heating element detected in the detection section while alternately allocating a time (detection section, T S ) for sensing the temperature of the platen part and a time (heating section, T H ) for supplying power to the platen plate by a time division method. If the temperature is higher than a predetermined set temperature, the power supply of the heating element is cut off in the heating section following the sensing section, and if the detected temperature is lower than the setting temperature, power is supplied to the heating element in the heating section following the sensing section. do. In the heating section, the matrix rows are sequentially driven and the columns are simultaneously driven. In the sensing section, each column is sequentially driven again within the driving time of each matrix row that is sequentially driven. Here, the heating section, the sensing section, and each row driving time in the heating section are switched in synchronization with a zero crossing signal of an external AC power supply. This is to reduce the occurrence of EMI (Elecro-Magnetic Interference) and to reduce the switching heat loss in the switch element.
도6 내지 도8은 온도제어부의 구성을 설명하기 위한 블록도로서, 전술한 온도감지수단에 따라 그 구성이 약간 달라진다. 도6은 첫 번째 온도감지수단을 사용한 경우를 보인 것이다. 발열체가 온도감지 센서로 작용하므로, 동일한 매트릭스 행/열 구동 신호선을 상기 감지구간과 가열구간에서 공통적으로 사용한다. 도7은 두 번째 온도감지수단을 사용한 경우를 보인 것이다. 상기 매트릭스 열구동 신호선은 동일한 신호선을 공통적으로 사용하되, 발열체와 온도센서가 서로 독립된 소자이므로, 상기 감지구간과 가열구간에서 별도의 매트릭스 행구동 신호선을 사용한다. 도8은 세 번째 온도감지수단을 사용한 경우를 보인 것이다. 열전대는 그 자신이 전압을 발생하므로, 도6의 구성과 동일하되 정전류원(CC)이 제거되었다. 6 to 8 are block diagrams for explaining the configuration of the temperature control unit, the configuration of which is slightly different depending on the above-described temperature sensing means. 6 shows a case where the first temperature sensing means is used. Since the heating element serves as a temperature sensing sensor, the same matrix row / column driving signal line is commonly used in the sensing section and the heating section. 7 shows a case where a second temperature sensing means is used. The matrix thermal drive signal line uses the same signal line in common, but since the heating element and the temperature sensor are independent elements, separate matrix row drive signal lines are used in the sensing section and the heating section. 8 shows a case where a third temperature sensing means is used. Since the thermocouple itself generates a voltage, it is the same as that of FIG. 6, but the constant current source CC is removed.
한편, 도9 내지 도10은 온도제어부의 작동을 설명하기 위한 신호파형도이다. 도9는 매트릭스 행의 개수만큼 외부 교류전원의 반주기를 연속해서 할당한 가열구간(TH)과 하나의 상기 반주기를 할당한 감지구간(TS)을 교대로 할당하는 경우를 보인 것이다. 상기 감지구간에서 불판부의 모든 발열체의 온도를 순차적으로 감지하고, 상기 가열구간에서 각각의 반주기 마다 매트릭스의 선택된 한 행의 모든 발열체에 전력을 동시에 공급한다. 만약 전체 발열체의 온도를 감지하기에 상기 감지구간의 시간이 충분치 못할 경우에는, 상기 감지구간의 길이를 상기 반주기 단위로 더 연장한다. 도10은 외부 교류전원의 반주기를 감지구간과 가열구간으로 분할해서 할당한 다음, 감지구간에서는 매트릭스의 선택된 한 행의 모든 발열체 온도를 순차적으로 감지하고, 가열구간에서는 매트릭스의 선택된 한 행의 모든 발열체에 전력을 동시에 공급하는 것을 보인 것이다.9 to 10 are signal waveforms for explaining the operation of the temperature controller. FIG. 9 illustrates a case in which heating sections T H to which half cycles of the external AC power are continuously allocated as many as the number of matrix rows are alternately allocated to sensing zones T S to which one half cycle is assigned. In the sensing section, the temperature of all the heating elements of the unplate part is sequentially sensed, and power is simultaneously supplied to all the heating elements of the selected row of the matrix at each half cycle in the heating section. If the time period of the detection section is not sufficient to detect the temperature of the entire heating element, the length of the detection section is further extended in the half cycle unit. FIG. 10 divides and allocates a half cycle of an external AC power supply into a sensing section and a heating section, and then sequentially detects all heating element temperatures of a selected row of the matrix in the sensing section, and all heating elements of a selected row of the matrix in the heating section. It is shown to supply power simultaneously.
이제, 도6 내지 도10을 참조하여, 온도제어부의 작동을 상세히 설명한다. 외부 교류전원은 전파정류기에 의해 정류되어 PMUX(Power Multiplexer)의 전원으로 공급된다. ZCD(Zero Crossing Detector)는 상기 교류전원 전압이 0일 때를 감지하여 펄스를 출력한다. 상기 펄스는 INT 핀을 통하여 MCU(Micro-Controller Unit)에 전달된다. MCU는 상기 펄스에 동기시켜서 감지구간(TS)과 가열구간(TH)을 할당하며, 감지구간일 때는 SEL신호를 1로, 가열구간일 때는 0으로 출력한다. 상기 SEL 신호에 의해 PMUX, AMUX(Analog Multiplexer) 중에서 어느 하나의 행 구동기(RDRV)가 선택된다. 6 to 10, the operation of the temperature controller is described in detail. The external AC power is rectified by the full-wave rectifier and supplied to the power of PMUX (Power Multiplexer). Zero Crossing Detector (ZCD) detects when the AC power supply voltage is 0 and outputs a pulse. The pulse is transmitted to the micro-controller unit (MCU) through the INT pin. The MCU allocates the sensing section T S and the heating section T H in synchronization with the pulse, and outputs the SEL signal as 1 in the sensing section and 0 in the heating section. The row driver RDRV is selected from PMUX and AMUX (Analog Multiplexer) by the SEL signal.
도면에 보인 바와 같이, 행 구동기(RDRV)는 멀티플렉서(Multiplexer) 또는 셀렉터 스위치(Selector Switch) 구조이고, 열 구동기(CDRV)는 다수의 스위치를 사용하되 스위치 접점의 한 쪽을 공통으로 접지에 연결한 구조이다. 따라서, 행 구동기는 매트릭스 행 중에서 동시에 선택 가능한 행의 개수가 단 하나인 반면에, 열 구동기는 매트릭스 열 중에서 임의의 모든 열을 동시에 선택 가능하다. 한편, 상기 행/열 구동기는 SCR, TRIAC, MOSFET, IGBT 등의 전력 반도체를 사용한 전자스위치로 구현된다.As shown in the drawing, the row driver (RDRV) has a multiplexer or selector switch structure, and the column driver (CDRV) uses a plurality of switches, but one side of the switch contact is commonly connected to ground. Structure. Thus, the row driver can only select any number of rows simultaneously in a matrix row, whereas the column driver can select any and all columns simultaneously in a matrix column. On the other hand, the row / column driver is implemented as an electronic switch using a power semiconductor such as SCR, TRIAC, MOSFET, IGBT.
최초에 INT핀을 통하여 펄스 신호가 입력되면, MCU는 상기 펄스 신호에 동기시켜 감지구간을 시작한다. 감지구간에서는 SEL신호를 1로 출력함으로써 AMUX를 행 구동기로 사용한다. MCU는 행 어드레스(RAD) 신호를 0으로 출력함으로써, RDRV를 통하여 매트릭스 첫째 행을 선택한 상태에서, 열 어드레스(CAD) 신호를 0부터 최종값까지 순차적으로 출력함으로써, CRDV를 통하여 매트릭스 첫째 열부터 마지막 열까지 순차적으로 선택한다. 다음에 RAD신호를 1로 출력하여 둘째 행을 선택한 상태에서 첫째 열부터 마지막 열까지 순차적으로 선택한다. 이러한 반복 과정을 거쳐 마지막 행의 마지막 열까지 선택한다. 따라서 임의의 시점에서 단 하나의 발열체만이 선택된다. When a pulse signal is first input through the INT pin, the MCU starts a sensing section in synchronization with the pulse signal. In the sensing section, AMUX is used as the row driver by outputting the SEL signal as 1. The MCU outputs the row address (RAD) signal as 0 to sequentially output the column address (CAD) signal from 0 to the last value, while sequentially selecting the first row of the matrix through the RDRV, and thereby the first to last column of the matrix through the CRDV. Select sequentially up to ten columns. Next, the RAD signal is output as 1 to sequentially select from the first column to the last column with the second row selected. This iteration selects the last column of the last row. Therefore, only one heating element is selected at any time.
이상의 과정에 의해 발열체 매트릭스에서 임의의 발열체가 선택되면, 정전류원(CC)에 의해 공급된 정전류 신호는 AMUX, 발열체, 열 구동기, 접지의 순서대로 전송된다. 즉 정전류원, AMUX, 발열체, 열 구동기가 순서대로 연결된 직렬회로를 구성한다. 따라서, 발열체의 저항 값에 비례하는 전압이 발열체 양단간에 발생한다. 이를 Amp로 증폭한 다음에 ADC에 의해 디지털 값으로 변환한 후, MCU는 약간의 연산과정을 거쳐서 발열체의 온도를 측정한다.When an arbitrary heating element is selected in the heating element matrix by the above process, the constant current signal supplied by the constant current source CC is transmitted in the order of AMUX, heating element, heat driver, and ground. In other words, it consists of a series circuit in which a constant current source, AMUX, heating element, and thermal driver are connected in this order. Therefore, a voltage proportional to the resistance value of the heating element is generated between the both ends of the heating element. After amplifying it to Amp and converting it to a digital value by the ADC, the MCU measures the temperature of the heating element after a little calculation.
도9에서는 교류전원의 반주기 동안에 매트릭스 내의 모든 발열체의 온도를 측정하는 경우를 보였다. 만약 MCU, ADC 등의 속도가 느리다면, 상기 반주기의 시간이 부족할 수 있다. 따라서 MCU는 감지구간 동안에 입력되는 영교차 펄스 신호를 무시하며, 모든 발열체의 온도를 감지한 후에 입력되는 펄스 신호를 기다렸다가 감지구간을 종료하는 동시에 가열구간을 시작한다.9 shows the case where the temperatures of all the heating elements in the matrix are measured during the half cycle of AC power. If the speed of the MCU, ADC, etc. is slow, the half cycle time may be insufficient. Therefore, the MCU ignores the zero-crossing pulse signal input during the sensing section, waits for the input pulse signal after sensing the temperature of all heating elements, and ends the sensing section and starts the heating section.
가열구간이 시작되면, MCU는 SEL신호를 0로 출력하여 PMUX를 행 구동기로 사용한다. 가열구간에서는 매트릭스 첫 행부터 마지막 행까지, 매 행마다 외부 교류전원의 반주기를 구동시간으로 할당한다. 또, 각각의 행 구동시간은 상기 교류전원의 영교차 신호에 동기된다. PMUX에 의해 임의의 행이 선택되면, 그 행에 연결된 모든 발열체에는 V+ 전원이 인가된다. 감지구간에서 측정된, 해당 발열체의 온도는 설정치와 비교되고, 상기 온도가 설정치보다 낮은 발열체에는, 열 구동기에 의해 해당 열의 스위치가 ON되어, V+ 전원으로부터 전류가 흐르게 된다. 상기 반주기가 경과하면, 다음 행의 구동을 위해 해당 행의 선택은 해지되며, 모든 열의 스위치는 다시 OFF 상태가 된다.When the heating section begins, the MCU outputs a SEL signal of zero to use PMUX as the row driver. In the heating section, the half cycle of the external AC power supply is allocated as the driving time for each row from the first row to the last row in the matrix. Each row drive time is synchronized with the zero crossing signal of the AC power supply. If a row is selected by PMUX, V + power is applied to all heating elements connected to that row. The temperature of the heating element measured in the sensing section is compared with the set value, and the heating element is switched on by the heat driver to heat the heating element whose temperature is lower than the set value, so that current flows from the V + power supply. When the half cycle has elapsed, the selection of the row is canceled for driving the next row, and the switches of all the columns are turned OFF again.
도9의 구성이 하나의 감지구간에서 매트릭스 내 모든 발열체의 온도를 측정하고, 이어지는 가열구간에서 모든 발열체의 전력공급 여부를 처리하는 구조인데 반해서, 도10 의 구성은 외부 교류전원의 반주기마다 매트릭스의 한 행씩을 처리한다. 상기 반주기의 영교차점 부근의 일부 시간을 해당 행의 감지구간으로 할당하고, 나머지 대부분의 시간을 해당 행의 가열구간으로 할당한다. 상기 감지구간에서 첫째 열부터 마지막 열까지 순차적으로 선택하면서, 해당 행에 연결된 모든 발열체의 온도를 측정한다. 이어지는 가열구간에서 상기 측정결과에 따라 가열의 필요성이 있는 모든 발열체에 동시에 전력을 공급한다.While the configuration of FIG. 9 measures the temperature of all the heating elements in the matrix in one sensing section and processes the power supply of all the heating elements in the subsequent heating section, the configuration of FIG. Process one row. Some time near the zero crossing of the half cycle is allocated to the sensing section of the row, and most of the remaining time is allocated to the heating section of the row. While sequentially selecting from the first column to the last column in the sensing section, the temperature of all the heating elements connected to the row is measured. In the subsequent heating section, power is simultaneously supplied to all heating elements that require heating according to the measurement result.
이상의 설명에서, 본 발명기술의 온도제어부는 각각의 발열체의 전원공급을 PWM(Pulse Width Modulation) 방식에 의해 제어함을 알 수 있다. 여기서, 하나의 면상 발열체가 열부하에게 공급할 수 있는 열에너지, 다른 표현으로는 발열체가 소비하는 전력에 대해 생각해본다. MxN 발열체 매트릭스를 구동하는 온도제어부가 매트릭스 행의 개수에 상당하는 M개의 반주기를 발열구간에 할당하며, P개의 반주기를 감지구간으로 할당하고, Q개의 반주기를 아무런 작용을 하지 않는 휴지구간으로 할당한다고 가정하면, 어느 특정 발열체에 공급되는 전원을 제어하는 PWM 신호의 시비율(duty cycle) D는 0에서 1/(M+P+Q) 사이의 값을 가진다. 따라서, 상기 시비율 D의 최대값 Dmax는 1/(M+P+Q)가 된다. 한편, 상기 면상 발열체가 소비하는 최대전력을 Pmax라 하면, 그 값은 다음 식으로 주어진다. 여기서, V는 외부전원 전압이고 R은 발열체의 내부저항 값이다.In the above description, it can be seen that the temperature controller of the present technology controls the power supply of each heating element by PWM (Pulse Width Modulation) method. Here, the heat energy that one surface heating element can supply to the heat load, in other words, the power consumed by the heating element is considered. The temperature controller driving the MxN heating element matrix allocates M half cycles corresponding to the number of matrix rows to the heating section, assigns P half cycles to the sensing section, and assigns Q half cycles to the idle section which does nothing. Assuming, the duty cycle D of the PWM signal that controls the power supplied to a particular heating element has a value between 0 and 1 / (M + P + Q). Therefore, the maximum value D max of the application rate D is 1 / (M + P + Q). On the other hand, if the maximum power consumed by the planar heating element is P max , the value is given by the following equation. Where V is the external power supply voltage and R is the internal resistance of the heating element.
이 식에서 M, P, Q의 합이 클수록, 그의 제곱에 반비례해서 최대소비전력이 감소함을 알 수 있다. 따라서 그에 상응하여 발열체의 내부저항 값이 줄어들어야 동일한 최대소비전력, 즉 발열량을 유지할 수 있다. 한편 P값은 가능한 한 작은 값이 되어야 하며, Q 값을 조절함으로써 최대소비전력을 제한할 수 있다. 이는 다수의 그릴을 동시에 사용하는 환경에서, 순간적인 최대전력이 외부전원 계약전력 값을 초과하지 않도록 제한하는 용도로서 유용하다.In this equation, it can be seen that as the sum of M, P, and Q increases, the maximum power consumption decreases in inverse proportion to its square. Therefore, the corresponding maximum power consumption, that is, the amount of heat can be maintained when the internal resistance of the heating element is reduced correspondingly. On the other hand, the P value should be as small as possible, and the maximum power consumption can be limited by adjusting the Q value. This is useful for limiting the instantaneous maximum power not to exceed the external power contract power value in an environment using multiple grills simultaneously.
이제, 본 발명기술의 그릴에서 고기를 굽는 과정을 설명하기로 한다. 도11은 본 발명기술의 그릴의 상태천이도(state transition diagram)를 간략하게 보인 것으로서, 크게 보아 본 발명 불판이 가지는 상태는 대기(S1), 조리(S2), 보온(S3)의 3가지 상태이다.Now, the process of grilling meat in the grill of the present invention will be described. FIG. 11 is a simplified state transition diagram of a grill of the present invention, and in a larger scale, the state of the present invention has three states of air (S1), cooking (S2), and thermal insulation (S3). to be.
최초에 불판에 전원이 인가되면, 불판은 대기상태(S1)로 진입한 후에 이 상태를 유지하면서 고기가 탑재되기만을 기다린다. 이 상태에서는 고기가 불판에 탑재되지 않은 상태이므로, 불필요한 열손실을 최소화하여야 한다. 상기 열손실을 0으로 하는, 즉 불판에 공급되는 전력을 0으로 할 수 있는 불판온도는 상온, 즉 주변온도(Ta)이다. 냉동 또는 냉장 보관된 고기는 주변온도보다 낮은 온도이므로, 불판과 고기 사이에는 온도차가 존재하며, 본 발명기술에서는 이 온도차에 의해 발생되는 현상을 감지함으로써 고기가 탑재됨을 감지한다. 그러나, 상온에서 보관된 고기를 상온의 불판에 탑재하는 경우에, 고기, 불판 및 주변 사이에는 아무런 온도차가 존재하지 않는다. 이와 같은 열 평형상태에서는 아무런 현상도 발생하지 않으므로, 고기가 탑재됨을 감지할 수 없다. 따라서 상온에서 보관된 고기와 불판 사이에 온도차(열적 불평형 상태)를 만들기 위해서, 대기 중인 불판의 온도를 주변온도보다 약간 높게 유지하여야 한다. 이를 위해 약간의 전력을 불판에 공급하여야 한다. 이로써 대기상태에서의 열손실을 최소화할 수 있는데, 이는 종래기술의 불판에서 고온으로 예열을 함으로써 많은 열손실이 발생하는 것과 대비된다.When power is first applied to the fire plate, the fire plate enters the standby state S1 and waits only for meat to be loaded while maintaining this state. In this state, the meat is not loaded on the plate, so unnecessary heat loss should be minimized. The platen temperature at which the heat loss is zero, that is, the power supplied to the platen can be zero is room temperature, that is, the ambient temperature Ta. Since the frozen or refrigerated meat is lower than the ambient temperature, there is a temperature difference between the grill and the meat, and the present invention senses that meat is mounted by detecting a phenomenon caused by the temperature difference. However, when the meat stored at room temperature is mounted on a plate at room temperature, there is no temperature difference between the meat, the plate and the surroundings. At this thermal equilibrium, no phenomena occur, so meat cannot be detected. Therefore, in order to make a temperature difference (thermal unbalance) between the meat stored at room temperature and the plate, the temperature of the plate in the atmosphere should be kept slightly higher than the ambient temperature. To do this, some power must be supplied to the fire plate. This can minimize the heat loss in the atmospheric state, which is in contrast to the generation of a lot of heat loss by preheating to a high temperature in the prior art fire plate.
고기가 탑재되면 불판은 조리상태(S2)로 전환되어, 고기를 조리하기에 적당한 고온(조리온도)이 되도록 최대한 빨리 가열된 후에 그 온도를 유지한다. 이때 조리가 완료되기 전에 사용자가 고기를 하역하면 대기상태(S1)로 전환되며, 이후 조리가 완료되면 보온상태(S3)로 전환된다. 보온상태(S3)에서, 불판은 고기가 하역되기만을 기다린다. 통상적으로 조리된 음식을 취식에 적당한 온도로 보온을 할 시에, 적용되는 온도는 70℃ 전후로 알려져 있다. 사용자가 취식을 하기 위해 고기를 하역하면, 불판은 이를 감지하여 대기상태(S1)로 전환한다. 여기서, 불필요한 에너지 손실을 방지하기 위해, 상기 보온상태(S3)에서 소정의 시간이 경과하면, 자동으로 다시 대기상태(S1)로 전환하거나 온도제어부의 제어과정 전체를 종료할 수도 있다.When meat is loaded, the fire plate is switched to the cooking state S2, and is heated as soon as possible so as to have a high temperature (cooking temperature) suitable for cooking meat, and then maintains the temperature. At this time, if the user unloads the meat before cooking is completed, the state is switched to the standby state (S1), and after the cooking is completed, the state is switched to the warm state (S3). In the warm state S3, the fire plate waits only for the meat to be unloaded. In general, when the cooked food is insulated to a temperature suitable for eating, the temperature applied is known to be around 70 ° C. When the user unloads the meat for eating, the fire plate detects this and switches to the standby state (S1). Here, in order to prevent unnecessary energy loss, when a predetermined time has elapsed in the warm state S3, the process may be automatically switched back to the standby state S1 or the entire control process of the temperature controller may be terminated.
한편, 도11에 보인 각 상태에서의 불판온도는 서로 다르다. 만약 불판의 열 공급원이 무한의 용량을 가진다면, 불판온도는 순간적으로 변경될 수 있다. 그러나, 실제로는 열 공급원이 유한의 용량을 가지므로, 불판온도가 한 온도에서 다른 온도로 변화되는 과도상태(transient state)가 상당한 시간 동안에 존재한다. On the other hand, the platen temperature in each state shown in Fig. 11 is different from each other. If the heat source of the platen has infinite capacity, the platen temperature can be changed instantaneously. In practice, however, since the heat source has a finite capacity, there is a transient state for a considerable time when the platen temperature changes from one temperature to another.
도12는 도11에 이러한 과도상태를 반영하여 좀더 상세하게 묘사한 상태천이도이다. 참고로 도면과 아래 설명에서 SXX로 표현되는 상태명칭의 3번째 글자는 온도제어부가 불판을 구동하는 모드를 나타내며, 3번째 글자가 P일 경우에는 정전력 제어모드(constant-Power control mode), T일 경우에는 정온 제어모드(constant-Temperature control mode)를 의미한다. 또, 상태를 표시하는 원 안이 회색인 상태는 불판에 고기가 탑재된 상태임을 나타내고, 백색인 상태는 불판이 비어있는 상태임을 나타낸다. 한편, 도12의 각 상태에 따른 불판(발열체) 온도의 변화를 예시한 것이 도13이고, 불판(발열체)에 공급되는 전력의 변화를 보인 것이 도14이다. 이하, 도12내지 도14를 참조하여 불판의 상태변화에 대해 자세히 설명한다.
FIG. 12 is a state transition diagram depicting this transition state in more detail in FIG. For reference, the third letter of the state name represented by SXX in the drawings and the following description indicates the mode in which the temperature control unit drives the platen, and when the third letter is P, the constant-power control mode, T In this case, it means a constant-Temperature control mode. In addition, a state in which the circle indicating the state is gray indicates that meat is mounted on the grill, and a white state indicates that the grill is empty. On the other hand, FIG. 13 exemplifies a change in the platen (heating element) temperature according to each state of FIG. 12, and FIG. 14 shows a change in power supplied to the platen (heating element). Hereinafter, the state change of the platen will be described in detail with reference to FIGS. 12 to 14.
[S1P] 최초에 불판에 전원이 인가되면, 온도제어부는 정전력 제어모드로 불판을 구동한다. 이때 최대한 빠른 시간 내에 불판을 상온(Ta)보다 약간 높은 온도인 대기온도(Tstby)로 가열하기 위해서, 최대전력(Pmax)을 불판에 공급한다. 이후 불판온도가 대기온도(Tstby)에 도달하면, 불판상태는 대기상태(S1T)로 전환된다. 조리과정을 한 바퀴 돌아서 보온상태(S3T)에서 현 상태로 전환될 시에는, 대기온도보다 보온온도가 더 높으므로 자연냉각(공급전력 = 0)에 의해 대기온도까지 불판온도를 낮추게 된다. 현 상태(S1P)에서 고기탑재 이벤트가 발생할 경우에는 S1T 상태를 건너뛰어, 바로 S2P 상태로 전환된다.[S1P] When power is first applied to the bulge plate, the temperature controller drives the bulge plate in the constant power control mode. At this time, the maximum power (P max ) is supplied to the platen in order to heat the platen to the atmospheric temperature (T stby ) which is slightly higher than the room temperature (T a ) as soon as possible. Then, when the platen temperature reaches the atmospheric temperature (T stby ), the platen state is switched to the standby state (S1T). When the cooking process is turned to the current state from the warm state (S3T), the warming temperature is higher than the atmospheric temperature, and thus the platen temperature is lowered to the atmospheric temperature by natural cooling (supply power = 0). If the meat loading event occurs in the current state (S1P), the S1T state is skipped and is immediately switched to the S2P state.
[S1T] 불판온도가 대기온도에 도달하면 온도제어부는 정온 제어모드로 불판을 구동하게 되므로 불판의 온도는 항상 일정하다. 이때 주변으로 방출되는 열손실(Pstby)만큼 전력이 공급되며 주변온도의 변화에 따라 공급전력(Pstby)의 크기도 변화한다. 이 상태에서 고기탑재 이벤트의 발생여부를 감시하여 상기 고기탑재 이벤트가 발생하면 다음의 온도조절(S2P) 상태로 전환되고, 아니면 현 상태를 유지한다.[S1T] When the platen temperature reaches the atmospheric temperature, the temperature control unit drives the platen in the constant temperature control mode, so the platen temperature is always constant. At this time, power is supplied as much as heat loss (P stby ) emitted to the surroundings, and the magnitude of the supply power (P stby ) changes according to the change of the ambient temperature. In this state, the occurrence of the meat loading event is monitored, and when the meat loading event occurs, the state is switched to the next temperature control (S2P) state, or the current state is maintained.
[S2P] 시간 t0 시점에서 온도제어부가 고기탑재 이벤트 발생을 감지하면, 도14에 보인 바와 같이 공급전력이 최대전력(Pmax)인 정전력 제어모드로 불판을 구동한다. 이때 불판(Tstby)과 고기(Tmeat) 사이에 열교환이 일어나면서 불판의 온도는 하강하고 고기 아랫면(불판에 접촉하는 고기 표면)의 온도(52)는 상승한다. 그런데 상기 최대전력은 유한한 값이므로, 상기 두 온도가 일치할 때까지 불판 온도는 좀더 하강하며 고기 아랫면 온도(52)는 상승한다. 도13에 보인 바와 같이 불판과 고기의 온도가 동일해지는 순간(td)부터 불판의 온도는 다시 상승하게 되어 최종적으로 t1 시점에서 조리온도(Tcook)에 도달한다. 여기서 상기 최대전력 값이 클수록 t0와 td 사이의 시간은 짧으며, td에서의 불판온도의 강하량도 작아진다. 한편, 고기의 열전달 속도는 느리므로 고기 윗면(공기와 접촉하는 고기 표면)의 온도(51)는 상당한 시간지연을 가지고 서서히 상승한다. 또 고기의 중간부분의 온도는 도13에서 회색으로 표현된 부분에 분포한다. 고기 중간부분의 온도는 고기 아랫면에 가까울수록 아랫면 온도(52)에 가깝게 분포하고, 고기 윗면에 가까울수록 윗면 온도(51)에 근처에 분포한다.[S2P] When the temperature control unit detects the occurrence of the meat loading event at time t 0 , as shown in FIG. 14, the plate is driven in the constant power control mode in which the supply power is the maximum power P max . The grill (T stby) and meat (meat T) while the heat up to the temperature of the grill between the
[S2T] 시점 t1에서 불판온도가 조리온도에 도달하면(조리온도 도달 이벤트 발생), 더 이상의 온도상승을 방지하여 조리온도를 유지하기 위해서 온도제어부는 불판 공급전력을 서서히 줄여나간다. 여기서 공급전력이 급격히 줄어들지 않는 이유는, 고기 아랫면과 고기 중간부위 사이에 열교환이 일어나고, 다시 고기 중간부위와 고기 윗면 사이에 열교환이 일어나면서, 고기 아랫면이 끊임없이 열을 잃기 때문이다. 고기의 열전달 속도는 느리기 때문에, 도13에 보인 바와 같이 처음에는 고기 윗면과 아랫면 사이의 온도차가 크지만, 시간이 지날수록 온도차가 줄어들면서 고기가 익게 된다. 이때 도14에 보인 바와 같이 불판 공급전력(60)이 점진적으로 감소하는 동시에 그의 감소율(기울기)도 점점 작아진다. 온도제어부는 상기 감소율이 소정의 값보다 작아지면 조리완료 이벤트의 발생으로 판단한다. 상기 조리완료 이벤트의 발생을 감지하는 좀더 다양하고도 신뢰성 높은 방법은, 상기 조건 이외에도 공급전력이 상기 최대전력보다 소정량 이상 감소하는 조건, 공급전력이 상기 최대전력의 소정비율 이하에 도달하는 조건, 또는 소정의 조리시간을 경과하는 조건 중에서 어느 하나 이상의 조건을 다양하게 조합하여 판단하는 것이다. 예를 들어서, 상기 4가지 조건 중에서 어느 하나의 조건을 만족하면 조리완료로 판단할 수도 있고, 상기 4가지 조건을 모두 만족할 경우에만 조리완료로 판단할 수도 있다.[S2T] When the platen temperature reaches the cooking temperature at the time t 1 (a cooking temperature reaching event occurs), the temperature control unit gradually decreases the platen supply power to maintain the cooking temperature by preventing further rise in temperature. The reason why the power supply does not decrease sharply is that heat exchange occurs between the meat lower part and the middle meat part, and heat exchange occurs between the meat middle part and the meat upper part again, and the meat lower part constantly loses heat. Since the heat transfer speed of the meat is slow, as shown in Fig. 13, the temperature difference between the upper and lower surfaces of the meat is large at first, but as the temperature difference decreases with time, the meat is cooked. At this time, as shown in FIG. 14, the
[S3P] 시점 t2 이후 더 이상의 조리가 불필요하므로, 온도제어부는 불판 전력공급을 중단한다. 그러면 불판과 조리된 고기는 서서히 자연냉각(53)되어 취식에 적당한 보온온도(Twarm)까지 불판의 온도가 떨어지게 된다. 여기서, 더욱 천천히 냉각하기 위해 불판에 약간의 정전력(61)을 공급할 수도 있다. 이때, 소비자는 고기를 뒤집거나, 취식을 위해 고기를 하역할 수 있다. 온도감지부는 이를 고기하역 이벤트의 발생으로 인식하여 S1P 상태로 진행한다. 그러나 고기하역 이벤트가 발생하지 않으면, 온도제어부는 불판의 온도가 보온온도에 도달하는 것을 감지하여 불판의 상태를 보온 상태로 전환한다.[S3P] Since no further cooking is required after the time t 2 , the temperature controller stops the unstable power supply. Then, the grill and cooked meat is slowly cooled naturally to the temperature of the grill until the warm temperature (T warm ) suitable for eating. Here, some
[S3T] 시점 t3 이후에는 보온온도(Twarm)를 유지할 정도의 전력(Pwarm)을 공급한다. 이때 소비자는 고기를 뒤집거나, 취식을 위하여 고기를 하역하게 되는데 이것을 감지하여 고기하역으로 인식한다. 한편 도12에서 S3T 상태로부터 S1T 상태로 직접 가는 점선으로 표현된 상태천이는, 보온온도와 대기온도가 동일할 경우를 나타낸 것이다. After [S3T] time t 3 , the power (P warm ) is supplied to maintain the warm temperature (T warm ). At this time, the consumer turns over the meat or unloads the meat for eating, which is recognized as meat unloading. On the other hand, in FIG. 12, the state transition represented by a dotted line going directly from the S3T state to the S1T state shows a case where the warming temperature and the atmospheric temperature are the same.
[S1P] 시점 t4에서 다시 불판에 전력공급을 중단함으로써 불판을 대기온도(Tstby)까지 자연냉각(54)한다. 여기서는 보온온도가 대기온도보다 높으므로 전술한 최초의 S1P 상태와는 달리 불판에 에너지를 공급하지 않는다. 이때도 냉각속도의 조절을 위해 약간의 정전력(62)을 공급할 수도 있다.[S1P] and self-cooling (54) to the time point t 4 grill grill air temperature (T stby) by stopping the power supply to the back in. In this case, since the warming temperature is higher than the atmospheric temperature, unlike the first S1P state described above, no energy is supplied to the incinerator. In this case, some
[S1T] 시점 t5 이후에는 대기온도를 유지할 정도의 전력(Pstby)을 공급하면서, 다음의 고기탑재를 대기하게 된다. 이는 전술한 S1T 상태와 동일하며, 이후로는 앞에서 설명한 바와 동일한 과정들이 반복적으로 수행된다.
[S1T] After time t 5 , the power of P stby is maintained while waiting for the next meat load. This is the same as the above-described S1T state, after which the same processes as described above are repeatedly performed.
이제, 전술한 고기를 굽는 과정에서 사용자에 의해 발생하는 ‘고기탑재’ 및 ‘고기하역’ 이벤트를 감지하는 방법에 대해 설명하기로 한다. 열부하의 변동이 없는 상태, 즉 고기의 탑재나 하역이 없는 상태에서, 불판구동 모드가 정전력 제어모드일 경우에, 가열 중에는 발열체의 온도가 점진적으로 증가하고, 자연냉각 중에는 상기 온도가 점진적으로 감소한다. 즉 상기 온도의 시간에 대한 변화율(온도곡선의 기울기, dT/dt)을 그래프로 표현한 온도변화율 곡선에는 불연속점이 존재하지 않는다. 동일한 원리에 의해서, 상기 불판구동 모드가 정온 제어모드일 경우에, 불판 공급전력의 시간에 대한 변화율(공급전력곡선의 기울기, dP/dt)을 그래프로 표현한 전력변화율 곡선에는 불연속점이 존재하지 않는다.Now, a description will be given of how to detect the 'mounting meat' and the 'unloading meat' event generated by the user in the process of grilling the meat. When there is no change in heat load, i.e., when there is no meat loading or unloading, when the unplate driving mode is the constant power control mode, the temperature of the heating element gradually increases during heating, and the temperature gradually decreases during natural cooling. do. That is, there is no discontinuity in the temperature change rate curve in which the rate of change of the temperature with respect to time (the slope of the temperature curve, dT / dt) is expressed graphically. By the same principle, in the case where the platen driving mode is the constant temperature control mode, there is no discontinuity in the power change rate curve in which the rate of change of the platen supply power (slope of the supply power curve, dP / dt) is represented graphically.
그러나 비어있는 불판에 고기를 탑재하면 열부하가 급격히 증가하며, 불판으로부터 고기를 하역하면 열부하가 급격히 감소한다. 따라서 상기 기울기 값이 급변하여 기울기 곡선에 불연속점이 발생한다. 이러한 현상은 불판 및 고기의 온도가 서로 다른 경우뿐만 아니라 동일한 경우에도 발생한다. 만일 온도차만을 이용하여 상기 이벤트를 감지한다면, 불판 및 고기의 온도가 동일한 경우에 상기 이벤트의 발생을 감지할 수 없게 된다. However, when the meat is placed on an empty plate, the heat load increases rapidly. When the meat is unloaded from the plate, the heat load decreases rapidly. Therefore, the slope value changes abruptly, resulting in discontinuities in the slope curve. This phenomenon occurs not only when the temperature of the grill and meat is different, but also in the same case. If the event is detected using only the temperature difference, the occurrence of the event cannot be detected when the temperature of the grill and the meat is the same.
본 발명기술은, 정전력 제어모드에서는 각 발열체의 온도 변화율(dT/dt)을 감시하고, 정온 제어모드에서는 각 발열체에 공급되는 전력의 변화율(dP/dt)을 감시하여, 빈 불판 상태(S1)에서 상기 변화율 곡선에 불연속점이 발생하면, '고기탑재' 이벤트의 발생으로 판단하고, 고기가 탑재된 상태(S2, S3)에서 상기 변화율 곡선에 불연속점이 발생하면, '고기하역' 이벤트가 발생한 것으로 판단한다.The present technology monitors the temperature change rate (dT / dt) of each heating element in the constant power control mode, and monitors the rate of change (dP / dt) of power supplied to each heating element in the constant temperature control mode, thereby providing an empty unstable state (S1). ), If a discontinuity point occurs in the change rate curve, it is determined that the occurrence of the 'meat loading' event, and if the discontinuity point occurs in the change rate curve in the state where the meat is mounted (S2, S3), the 'meat unloading' event has occurred. To judge.
전술한 바와 같이, 본 발명기술은 정온제어 모드에서 ‘조리완료’, ’고기탑재’, ‘고기하역’ 등의 이벤트 발생을 감지하기 위해 공급전력 또는 그 변화율을 감시하는 방법을 사용한다. 온도제어부 관점에서의 상기 공급전력은 발열체의 관점에서 소비전력이며, 소비전력 P와 그 변화율 dP/dt는 다음 식으로 주어진다.As described above, the present invention uses a method of monitoring the power supply or the rate of change to detect the occurrence of events such as 'cooking completion', 'meat loading', 'meat unloading' in the temperature control mode. The power supply in terms of the temperature control unit is power consumption in view of the heating element, and power consumption P and its change rate dP / dt are given by the following equation.
여기서 전원전압 V가 일정하면 P는 D2/R, dP/dt는 D/R에 비례하고, 다시 발열체의 내부저항 R이 일정하면 P는 D2, dP/dt는 D에 비례한다. 더 나아가서 D는 0에서 1사이의 값을 가지므로, D와 D2 사이에는 1:1 매핑 관계가 성립한다. 따라서, 굳이 소비전력 및 그 변화율 값을 연산하는 대신에 D 값만을 감시하더라도 소정의 목적을 달성할 수 있다. 이때 전원전압이 변동되거나 발열체 저항 값이 변동될 수 있다. 그러나 상기 변동량이 많지 않다면, 이러한 방법이 충분한 실용성을 가진다. 이러한 방법은 온도제어부에 사용되는 MCU의 연산능력이 부족할 경우에 특히 유용하다.Where the supply voltage V is constant, P is D2/ R, dP / dt is proportional to D / R, and if the internal resistance R of the heating element is constant, P is D2, dP / dt is proportional to D. Furthermore, D has a value between 0 and 1, so D and D2 There is a 1: 1 mapping relationship between them. Therefore, even if only the D value is monitored instead of calculating the power consumption and its change rate value, the predetermined purpose can be achieved. At this time, the power supply voltage may fluctuate or the resistance value of the heating element may fluctuate. However, if the variation is not large, this method has sufficient practicality. This method is particularly useful when the MCU's computing power used by the temperature controller is insufficient.
본 발명기술의 그릴은 매트릭스 구조로 배열된 다수의 면상 발열체를 사용하며, 각각의 발열체의 온도를 개별적으로 제어하는 것이 가능하다. 즉 각각의 발열체는 그에 접촉되는 열부하(고기)에 최적화된 열량을 공급할 수 있다. 그러나, 지금까지 설명한 내용들은 불판의 전영역에서 동일한 음식재료를 조리하는 경우에 한정되었다. 이는 불판의 전영역에서 동일한 조리법(recipe)을 사용하여 조리함을 의미한다. The grill of the present invention uses a plurality of planar heating elements arranged in a matrix structure, and it is possible to individually control the temperature of each heating element. That is, each heating element can supply an optimized amount of heat to the heat load (meat) in contact with it. However, the contents described so far have been limited to the case of cooking the same food ingredients in the entire area of the bulpan. This means to cook using the same recipe in all areas of the platen.
이제 서로 다른 조리재료를 서로 다른 조리법을 사용하여 동시에 조리하는 방법에 대해 설명하기로 한다. 본 발명기술의 그릴은 서로 인접한 하나 이상의 발열체로 구성된 조리구역을 하나 이상 가지도록 상기 발열체들을 논리적으로 분할하여, 각각 다른 조리법을 사용하여 음식물을 조리하는 것이 가능하다. 예를 들어서, 불판의 전영역을 좌우로 양분하여 좌측 조리구역에서는 쇠고기 등심을 굽고, 우측 조리구역에서는 계란 프라이 또는 야채볶음을 할 수 있다. 이 때, 좌측 및 우측 조리구역은 서로 다른 조리법을 사용하여야 하며, 사용자에게 적절한 사용자 인터페이스(User Interface)를 제공하여야 한다.Now, a description will be given of how to cook different cooking materials at the same time using different recipes. In the grill of the present invention, it is possible to logically divide the heating elements to have one or more cooking zones composed of one or more heating elements adjacent to each other, and to cook food using different recipes. For example, by dividing the entire area of the grill plate left and right, the beef sirloin can be grilled in the left cooking zone, and fried eggs or vegetable stir-fry in the right cooking zone. At this time, the left and right cooking zones should use different recipes, and should provide an appropriate user interface to the user.
도15는 본 발명 조리법의 데이터 구조를 보인 것으로서, 각각의 데이터는 다음과 같은 의미를 가진다.
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여기서 기존의 조리법들에 대해 생각해보기로 한다. 기존 조리법은 대부분 “강한 불에서 3분, 약한 불에서 5분”, “중간 불에서 10분, 강한 불에서 1분” 등으로 표현되는데, 이는 조리가 진행됨에 따라 가열하는 방법이 다름을 의미한다. 이는 조리재료의 재질, 크기, 두께 등의 요인이 작용하며, 동일한 재료이더라도 최종결과물인 요리의 종류, 조리사의 경험, 취향 등이 작용하는 것으로 생각된다. 따라서 하나의 조리법은 적어도 하나 이상의 조리정보를 가져야 한다. 한편, 도11 및 도12에서는 상기 조리정보가 하나일 경우를 설명하였으나, 어떤 조리법이 둘 이상의 조리정보를 가질 경우에 그 숫자만큼 도11 및 도12의 조리상태(S2, S2P + S2T)가 반복적으로 실행되어야 함은 자명하다. Let's think about existing recipes here. Conventional recipes are mostly expressed as "3 minutes on strong, 5 minutes on low," "10 minutes on medium, 1 minute on strong," etc., which means that heating is different as cooking proceeds. . This is a factor such as the material, size, thickness of the cooking material, and even the same material is thought to be the type of cooking, the experience of the cook, taste, etc., the final result. Therefore, one recipe should have at least one cooking information. 11 and 12 illustrate the case in which the cooking information is one, when a recipe has more than one cooking information, the cooking states S2 and S2P + S2T of FIGS. 11 and 12 are repeated by that number. It should be obvious that it should be executed as
사용자가 먼저 좌측 조리구역을 선택한 다음에, 조리법 ID에 해당하는 인식번호를 입력 또는 선택한다. 그러면 사용자 인터페이스는 조리법 명칭을 ‘쇠고기 등심구이’라고 표시한다. 사용자가 이를 확인하면, 좌측 조리구역은 ‘쇠고기 등심구이’에 해당하는 조리법에 따라 조리하게 된다. 이후, 우측 조리구역에 대해서도 동일한 과정을 거쳐 다른 조리법이 선택된다. 이상에서 간략하게 사용자 인터페이스의 작동과정을 설명하였으나, 이러한 사용자 인터페이스 및 그 작동과정은 불판 설계자의 전략적 판단에 따라 다양하게 변경될 수 있다. The user first selects the left cooking zone, and then inputs or selects the identification number corresponding to the recipe ID. The user interface then displays the recipe as "roasted beef sirloin." When the user confirms this, the left cooking zone is cooked according to a recipe corresponding to 'roasted beef sirloin'. Thereafter, other recipes are selected through the same process for the right cooking zone. Although the operation process of the user interface has been briefly described above, such a user interface and its operation process may be variously changed according to the strategic decision of the bulge designer.
한편, 사용자는 조리온도, 조리시간 등의 데이터를 사용자 취향에 맞게 변경할 수 있다. 또, 제품의 출하 시에 현존하는 모든 조리법 데이터를 모두 다 그릴에 수록할 수는 없으며, 조리법은 시대, 지역 및 인종에 따라 얼마든지 달라질 수 있다. 따라서, 사용자 인터페이스(User Interface) 또는 유·무선 통신수단에 의해, 상기 조리법 데이터를 변경, 추가 및 저장이 가능한 것이 바람직하다. 예를 들자면, 사용자가 조리법 데이터를 직접 입력하거나, 스마트 폰 또는 인터넷을 통해서 조리법 데이터를 내려 받을 수 있다.On the other hand, the user can change data such as cooking temperature, cooking time according to the user's taste. In addition, not all existing recipe data may be included on a grill when a product is shipped, and recipes may vary depending on the age, region and race. Therefore, it is preferable that the recipe data can be changed, added, and stored by a user interface or wired / wireless communication means. For example, a user may directly input recipe data or download recipe data through a smart phone or the Internet.
이상으로 본 발명의 구성과 그에 따른 바람직한 실시례에 대한 상세한 설명을 마치며, 본 발명은 전술한 바람직한 실시례에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 한편, ‘포함하다’ 또는 ‘포함하는’의 표현은 본 발명의 요지와 직접적인 관련이 없는 구성요소가 포함되는 것을 배제하지 않으려는 의도임을 밝혀둔다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations, modifications, and substitutions may be made without departing from the scope of the invention. It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is to be understood that the word "include" or "including" is intended to exclude inclusion of components not directly related to the gist of the present invention.
10 불판부 11 면상 발열체
12 행구동 배선 13 열구동 배선
15 마스크 17 써모스탯
18 선상 발열체 20 온도제어부
30 기판 31 제1 절연층
32 발열층 33 제2 절연층
34 보호층 50 불판 온도
51 고기 윗면 온도 52 고기 아랫면 온도10
12 Row Drive Wiring 13 Row Drive Wiring
15
18
30
32
34
51
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| WO2014106960A1 (en) | 2014-07-10 |
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