KR100585338B1 - 열전소자를 이용한 요구르트 제조ㆍ저장 겸용기 - Google Patents

Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야

본 발명은 우유를 발효하여 요구르트를 제조하고 냉장 저장까지 겸할 수 있도록 한 요구르트 제조ㆍ저장 겸용기에 관한 것이다.

나. 발명이 해결하려는 기술적 과제

현재 통용되고 있는 요구르트 제조기는 발효가 완료된 후에는 발효 종료 시간에 맞추어 발효된 요구르트를 별도의 냉장 보관수단에 옮겨 저장해야 하는 번거로움이 있을 뿐 아니라 제때 냉장 보관하지 않으면 과잉발효로 요구르트의 품질이 떨어지거나 심하면 변질될 수 있는 문제점이 있다.

다. 발명의 해결방법의 요지

따라서 본 발명은 열전소자(Thermoelectric semiconductor)의 펠티어 효과(Peltier Effect)를 이용하여 일정시간동안 발열반응을 통한 발효모드와 항온유지모드로 진행토록 한 후 발효가 완료되면 흡열반응에 의한 냉장모드로 자동전환토록 하여 상기한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 요구르트의 제조ㆍ저장 겸용기를 제공토록 한 것이다.

라. 발명의 중요한 용도

요구르트의 제조 및 저장

Description

열전소자를 이용한 요구르트 제조ㆍ저장 겸용기{Device for manufactyring and storing yogurt by using thermoelectric element}

도 1은 본 발명에 따른 기기의 제1실시예를 표시한 단면도.

도 1a는 열전소자에 열전달판이 부착된 상태의 단면도.

도 1b는 본 발명에 판체상 구조물이 추가 부착된 상태의 단면도.

도 1c는 본 발명에 함체상 구조물이 추가 부착된 상태의 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 기기의 제 2실시예를 표시한 단면도.

도 2a는 제2실시예의 열전소자에 열전달판이 부착된 상태의 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 기기의 제3실시예를 표시한 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 본체 2: 외벽

3: 단열재 4: 가열판

5: 내벽 6: 발효저장실

7: 온도감지센서 8: 개폐문

9: 송풍구 10: 열전소자

11: 열전달판 12: 방열기

13: 열전달물질 14: 송풍팬

19: 제어회로부 20: 브라켓

21: 공기순환통로 22: 흡입구

23: 토출구 30: 히터

본 발명은 우유와 유산균을 혼합 발효하여 요구르트를 제조함에 있어서, 발효공정이 완료된 후에는 자동으로 냉장공정이 진행토록 하여 제조된 요구르트를 별도로 저장해야 하는 번거로움을 해결할 수 있고, 제조된 시초의 요구르트 품질을 그대로 유지할 수 있도록 한 요구르트 제조ㆍ저장 겸용기에 관한 것이다.

현대 통용되고 있는 요구르트 제조기는 우유와 유산균을 집어넣고 전원스위치를 조작하여 전열장치를 동작시키면 우유가 설정된 타이머와 온도센서에 의하여 발효하기에 적정한 시간과 온도로 가열되어 발효됨으로서 요구르트가 제조되는 것이다.

그러나 상기와 같은 요구르트 제조기는 단지 발효기능만 있어 발효공정이 완료된 후에는 이 시간에 맞추어 별도의 냉장 보관수단에 옮겨 저장해야 하는 번거로움이 따르게 되고, 또한 이때 제 시간에 맞추어 냉장 보관이 이루어지지 않을 경우에는 발효된 요구르트 내의 잠열 및 용기에 남아 있는 잔열과 외부기온에 의하여 계속적인 발효공정이 일어나게 됨으로서 과잉 발효에 의한 요구르트의 품질이 떨어지거나 심하면 변질될 수 있는 문제점이 있다.

따라서 제조된 시초의 요구르트 품질을 그대로 유지하기 위해서는 발효완료 후 제 시간에 맞추어 발효된 요구르트를 제조기로부터 꺼내어 별도로 냉장 보관하여야 하는 번거로움이 있는 것이다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 열전소자(Thermoelectric semiconductor)의 펠티어 효과(Peltier Effect)를 이용하여 일정시간동안 발열반응 조건하에서 발효모드로 작동되고 항온유지모드로 발효가 진행토록 한 후 발효가 완료되면 전류의 (+,-)극 전환을 통해 흡열반응 조건하에서 냉장모드로 자동 전환토록 하여 제조된 요구르트가 즉시 냉장 저장토록 한 것이다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 말명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.

우선, 도 1은 본 발명의 일 실시에를 도시한 것으로서, 본체(1) 외벽(2)의 일정부위에는 전원공급 및 작동조건을 선택하여 조절하기 위한 기능표시부(미도시됨)가 형성되고, 본체(1) 내벽은 용기형태로 이루어지는 가열판(4)이 형성되고, 이 가열판(4)의 내측으로는 발효될 식품용기(미도시됨)가 놓여질 발효저장실(6)이 형성되고, 가열판(4)의 외측으로는 열전달판(11)이 밀부착되고, 상기 열전달판(11)에는 열전소자(10)의 일면이 밀부착되고, 이 열전소자(10)의 또 다른 면에는 방열기(12), 상기 방열기(12)에는 송풍팬(14)이 부착되고, 상기 본체(1)의 내벽과 외벽(2) 사이의 일정부위에는 상기 기능표시부로부터 선택된 조건에 따라 작동되도록 프로그램이 설정된 제어회로부(19)가 장착된 구성이다.

이때 상기 기능표시부에는 전원스위치, 시간표시창, 발효시간 선택버튼, 발효강약 조절버튼 등 다양한 선택 메뉴가 표시된다.

또한 상기 제어회로부(19)에는 발효시간, 발효의 최적온도, 열전소자의 발열모드, 항온유지모드, 흡열모드 등을 제어할 수 잇는 프로그램이 설정되는 것이다.

또한 상기 가열판(4)과 열전달판(11)은 알루미늄 등과 같이 열전도성이 우수한 재질로 이루어지며, 상기 본체(1)의 외벽(2)과 내벽(4) 사이에는 외부로의 열 손실 방지를 위한 단열재(3)가 형성되며, 상기 송풍팬(14)이 위치된 본체의 외벽(2)에는 송풍팬(14)의 가동 시 발생되는 열을 외부로 배출토록 하기 위한 다수의 송풍구(9)가 형성되며, 상기 열전소자(10)와 열전달판(11)은 브라켓(20)으로 고정되고, 열전소자(10)의 양면에 밀부착된 열전달판(11)과 방열기(12) 사이에는 단열재(3)에 의하여 차단 밀폐토록 되어 있다.

이때 상기 열전달판(11)은 도 1a에 도시된 바와 같이 열전소자(10)와 방열기(12) 사이에도 장착될 수 있는 것이다.

또한 상기 발효저장실(6)의 일정부위에는 온도감지센서(7)가 장착되며, 열전소자(10)와 열전달판(11), 열전소자(10)와 방열기(12), 열전달판(11)과 가열판(4) 사이에는 방열그리스(thermal grease)나 방열컴파운드(thermal compound) 등의 열전달물질(13)이 도포되어진다.

또한 메인 전원으로부터 인가되는 교류를 직류로 바꾸어 공급하는 전원공급장치는 제어회로부(19)와 같이 장착하거나 또는 본체 외부에 별도의 구조물(미도시됨)로 형성시킬 수 있는 것이다.

또한 본체(1)의 전면 개방부에는 본체(1)와 힌지 결합된 개폐문(8)이 장착되며, 개폐문(8)의 내벽과 외벽 사이에도 단열재(3)가 형성되는 것이다.

또한 상기 발효저장실(6)의 하단에는 도 1b와 도 1c에 도시된 바와 같이 발효저장실 벽면에서 기기 외부와의 온도 및 습도 차이에 의한 결로수가 생길 수 있으므로 결로수 집수구(17)와 방열기(12)의 하단에 결로수 발산함(25)을 형성하고, 상기 결로수 집수구(27)의 결로수 발산함(25) 사이에 호스(26)를 연결시켜 결로수가 이 호스(26)를 통하여 결로수 발산함(25)으로 이동되고, 이를 상기 방열기(12)의 열과 송풍팬(14)의 작동으로 자연 발산토록 되어 있다.

이때 이 결로수 집수구(27)의 상부에는 결로수의 외부 노출 방지를 위하여 도 1b의 판상체 구조물(28)이나 도 1c의 함상체 구조물(29)을 추가 장착살 수 있는 것이다.

따라서 상기와 같이 구성된 본 발명은, 열전소자(10)의 N(Negative)형과 P(positive)형으로 된 반도체소자에 전기적으로는 직렬로 열적으로는 병렬이 되도록 π자 형으로 구성되어 있어 직류 전류를 가해주면 음(-)으로 대전된 금속과 반도체의 접점에서는 주위로부터 열에너지를 흡수한 전자가 열전소자 내부로 이동하여 흡열반응이 일어나고, 양(+)으로 대전된 금속과 반도체의 접점에서는 전자의 열에너지 방출에 의하여 발열반응이 일어나는 펠티어(Peltier) 효과에 의하여, 발열반응 시에는 발효모드가 동작되고 흡열반응 시에는 냉장모드가 동작될 수 있게 되는 것이다.

즉, 상기한 기능표시부에 표시된 전원스위치를 온(ON)하면 전원 공급장치로 부터 직류전원이 인가되어 발열모드가 동작되면서 열전소자(10)의 일면이 발열반응을 통하여 온도가 상승되어 열전달판(11)을 통하여 가열판(4)으로 열이 전달되기 때문에 발효저장실(6) 내부의 온도가 상승되어 발효가 시작되는 것이고, 발효가 진행되는 과정에서 온도감지센서(7)에 의하여 발효저장실(6) 내의 온도가 제어회로부에서 설정된 최적발효온도에 도달되었음이 감지되면 발효 최적온도로 유지되는 항온유지모드로 발효가 계속 진행되고, 제어회로부(19)에 기 설정된 발효시간동안만 발효동작이 일어나다가 발효시간이 종료되면 제어회로부(19)에서 자동으로 전류의 (+,-)극 전환을 통해 열전소자(10)가 발열반응에서 흡열반응으로 전환되어져 열전달판(11)과 가열판(4)을 통해 발효저장실(6) 내부의 온도가 하강하게 됨으로서 냉장모드로 변환되게 되면, 이때 상기 열전소자(10)의 또 다른 면은 반대로 발열반응이 일어나게 되어 이 면에 밀부착된 방열기(12)의 외표면에 장착된 송풍팬(14)이 작동되어 방열되고, 상기 온도감지센서(7)에 의하여 발효저장실(6) 내의 온도가 기 설정된 냉장 최적온도에 도달되었음이 감지되면 이 상태로 항온유지되어 발효된 요구르트 제조 즉시 냉장상태로 저장될 수 있게 되는 것이다.

이때 상기 발효모드와 냉장모드는 상기 열전소자(10)에 인가되는 직류전원의 (+,-)극 전환을 통한 전류의 방향조절로 흡열반응과 발열반응의 방향조절이 가능하므로, 선택 작동시킬 수 있도록 할 수 있는 것이다.

즉 발열모드와 냉장모드의 선택은 열전소자(10)에 공급되는 전류의 (+,-)극 전환에 의하여 전류를 역방향 혹은 정방향으로 공급토록 함으로서 열전소자(10)의 동일 면이 인가되는 전류의 방향에 의하여 발열 혹은 흡열되어 발효 또는 냉장모드 로의 선택 작동이 가능하게 되는 것이다.

또한 항온유지모드는 열전소자의 특성상 전압이 떨어지면 전류도 함께 떨어지는 성질과 인가되는 전류의 양에 따라 흡열과 발열의 양을 조절할 수 있는 성질을 이용하여, 상기 발효저장실(6) 내부에 장착된 온도감지센서(7)에 의하여 제어회로부(19)에 기 설정된 발효 또는 냉장 최적온도를 감지하고, 이 최적온도에 도달하면 전압이 떨어져 항상 최적온도와 평형이 되도록 전압이 흐르게 제어토록 하거나, 또는 전원이 자동으로 온, 오프(ON/OFF) 되는 온도조절기를 이용하여 최적온도에 도달하면 전원이 끊기고(OFF), 최적온도보다 내려가거나(발열모드일 때) 올라가면(냉장모드일 때) 다시 전원이 걸리게(ON) 하는 방법 등으로 항온유지가 가능하게 되는 것이다.

한편, 도 2는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 것으로서, 상기 발효저장실(6)의 상, 하단에 공기 토출구(23)와 흡입구(22)를 형성하고, 후면으로는 공기순환통로(21)를 형성하고, 상기 공기순환 통로(21)의 후방으로 열전소자를(10)를 장착하고, 열전소자(10)의 일면에 제1방열기(15)를 밀부착시키며, 제1방열기의 공기순환통로(21) 측으로는 제1송풍팬(16)을 위치시키며, 열전소자(10)의 또 다른 일면에는 제2방열기(17)가 밀부착되며, 제 2방열기(17)의 외측으로 제2송풍팬(18)을 위치시키며, 제2송풍팬(18)의 외벽 측에 다수의 송풍구(9)를 형성시키는 구조로 형성시켜도 가능한 것이다.

이때 상기 본체(1)의 내벽(5)은 플라스틱 사출물이나 알루미늄 재질로 제작하여 상기한 발효저장실(6)이 마련토록 되는 것이다.

또한 상기 열전소자(1)와 제1,2방열기(15)(17) 사이에도 방열그리스 (thermal grease)나 방열컴파운드(thermal compound) 등의 열전달물질(13)이 도포되며, 제 1,2 방열기(15)(17) 하단에는 결로수 집수함(24)과 결로수 발산함(25)이 각각 설치되어 호스(26)로 연결되어지는 것이다.

이때 도 2a에 도시된 바와 같이 열전소자(10)와 제 1,2 방열기(15)(17) 사이에도 알루미늄과 같은 열전도성이 우수한 재질을 사용한 열전달판(32)이 장착될 수 있는 것이다.

이때의 작동의 발열모드 일 때는 열전소자(10) 일면의 열이 제1방열기로 확산되고, 더불어 제1송풍팬(16)이 작동하여 그 열이 흡입구(22)를 통하여 발효저장실(6) 내부로 유입되었다가 토출구(23)를 통하여 공기순환통로(21)를 통하여 순환되면서 발효저장실의 내부온도를 발효 최적온도로 상승 유지시키고, 냉장모드에서는 열전소자의 제1방열기(15) 측의 온도가 하강되면서 제1송풍팬(16)의 작동으로 냉각된 공기가 흡입구922)를 통하여 발효저장실(6)로 유입 후 토출구(23)를 통과하여 공기순환통로(21)를 통하여 순환되면서 발효저장실의 내부온도를 하강 유지시키게 되며, 이때 제2방열기(17) 측의 열전소자 일면은 반대로 발열이 일어나며, 상기한 열전소자의 발열 면에 밀부착된 제2방열기(17)로 확산된 열을 제2송풍팬(18)의 동작으로 송풍구(9)를 통하여 외부로 발산되는 것이다.

또한 제1방열기(15) 측과 발효저장실 벽면에는 결로수가 생길 수 있으므로, 상기한 결로수 집수함(24)에 결로수가 떨어져 모이면, 호스(26)를 통하여 결로수발산함(25)으로 이동되고, 이를 상기한 제2방열기(17)의 열과 제2송풍팬(18)의 작동 으로 자연 발산시킬 수 있는 것이다.

나머지의 작동은 제 1실시예와 동일하다.

한편, 도 3은 본 발명의 제 3실시예를 도시한 것으로, 제1 실시예의 가열판(4) 외측이나 제 2실시예의 본체 내벽(5) 외측에 히터선(30)을 장착시켜, 발효저장실내의 온도를 상승시키는 단계에서는 히터선(30)의 작동으로 발효저장실을 가열시키고, 냉장저장은 제 1,2 실시예의 열전소자의 냉장모드로 하는 방식으로 전원스위치를 온(ON) 하여 전원공급장치로부터 직류전원이 인가되면 히터선(30)에 전기가 흐르면서 열이 발생하여 발효저장실이 가열되고, 온도센서(7)의 감지동작으로 발효저장실(6)의 내부온도가 기 설정된 발효 최적온도에 도달되면 온도조절기를 통한 전원의 온, 오프(ON/OFF) 동작으로 내부온도를 발효 최적온도로 항온유지시키고, 제어회로부에 기 설정된 발효시간이 종료되면 히터선(30)의 작동은 오프(OFF)되고 즉시 열전소자를 이용한 냉장모드로 전환되며, 이하 냉장모드는 제1,2 실시예와 동일하게 동작토록 하는 것이다.

한편, 본 발명은 요구르트 이외에 청국장, 식혜 등과 같이 요구르트와 유사한 발효 조건을 갖는 또 다른 식품의 제조 및 저장이 가능한 것이다.

따라서 본 발명은 열전소자(Thermoelectric semiconductor)의 펠티어효과(Peltier Effect)를 이용하여 요구르트의 제조 및 저장이 겸용으로 이루어지기 때문에 기존의 가정용 전기가열식 발효기에서는 발효가 완료된 후 발효 종료시간에 맞추어 발효된 요구르트를 별도의 냉장 보관수단에 옮겨 저장해야 하는 번거로움과 제때 냉장보관하지 않아 과잉발효로 요구르트의 품질이 떨어지거나 변질될 수 있는 문제점을 해결할 수 있음은 물론 고품질의 요구르트를 제공할 수 있는 것이다.

Claims (6)

1. 본체(1) 내부에 온도감지센서(7)가 위치되는 발효저장실(6)이 형성되고, 이 발효저장실(6)의 가열수단으로 가열판(4)이 장착되고, 이 가열판(4)의 외측으로 부착된 열전달판(11)에 열전소자(10)의 일면이 부착되고, 이 열전소자(10)의 또 다른 면에는 송풍팬(14)이 부착된 방열기(12)가 밀부착되고, 기능표시부로부터 선택된 조건에 따라 작동되도록 프로그램이 설정된 제어회로부(19)가 장착되어 상기 발효저장실(6) 내부가 열전소자(10)의 발열반응에 의한 발효모드와 항온유지모드 그리고 인가되는 직류전원의 (+,-)극 전환에 의한 흡열반응에 의한 냉장모드가 순차적으로 제어될 수 있도록 구성된 열전소자를 이용한 요구르트 제조, 저장 겸용기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 발효저장실(6)의 상, 하단으로는 공기 토출구(23)와 흡입구(22)가 형성되고, 후면으로는 공기순환 통로(21)가 형성되어 상기 공기순환 통로(21)의 후방으로 상기 열전소자(10)가 장착되어 열전소자(10)의 일면에는 제1 방열기(15)가 부착되고 상기 공기순환 통로(21)에는 제1 송풍팬(16)이 장착되고, 상기 열전소자(10)의 또 다른 일면에는 제2 방열기(17)와 제2 송풍팬(18)이 형성됨을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 요구르트 제조, 저장 겸용기.
3. 제 1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발효저장실(6)의 외측에 히터선(30)이 장착되어 히터선(30)의 작동으로 발효저장실이 가열되어 발효모드로 작동토록 됨을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 요구르트 제조, 저장 겸용기.
4. 제 1항에 있어서, 상기 발효저장실(6)의 결로수 집수구(27)의 상부에 결로수의 외부 노출 방지를 위한 구조물이 장착됨을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 요구르트 제조, 저장 겸용기.
5. 제 1항에 있어서, 상기 항온유지모드는 제어회로부(19)에서 설정된 발효최적온도와 평형이 되도록 열전소자(10)에 전압이 흐르게 하는 방식으로 작동토록 됨을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 요구르트 제조, 저장 겸용기.
6. 제 1항에 있어서, 상기 항온유지모드는 전원이 온, 오프(ON/OFF)되는 온도조절기를 이용한 전원의 온,오프(ON/OFF) 방식으로 작동토록 됨을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 요구르트 제조, 저장 겸용기.

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