KR19990009617A - 냉장고의 제빙 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피냉동수를 가열 살균시켜 병원성 미생물을 제거함과 아울러 피냉동수의 표면증발작용에 의한 기화열을 이용하여 얼음을 급속히 제조하도록 한 냉장고의 제빙 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 제빙을 위한 피냉동수를 담을 수 있는 구획화된 형상을 갖는 얼음그릇(101)과, 이 얼음그릇(101)의 내면(101a)과 열전도성이 작은 소재로 된 외면(101b) 사이에 설치된 히터(102)와, 얼음그릇(101)의 저면에 설치되어 온도를 감지하는 온도센서(103)와, 전원과 제어 신호를 전달하는 마이콤 신호 입출력단자(104)와, 이 마이콤 신호 입출력단자(104)로부터 전원과 제어 신호를 전달받아 히터(102)에 인가하고 온도센서(103)의 감지신호를 마이콤 신호 입출력단자(104)로 전달하는 제빙장치 신호 입출력단자(105)와, 얼음그릇(101)에 냉기를 공급하는 냉기 토출구(106)로 구성된다.

Description

냉장고의 제빙 장치 및 그 방법

본 발명은 냉장고의 제빙 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 피냉동수를 가열 살균시켜 병원성 미생물을 제거함과 아울러 피냉동수의 표면증발작용에 의한 기화열을 이용하여 얼음을 급속히 제조하도록 한 냉장고의 제빙 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적인 가정용 냉장고는 도 1 에 도시된 바와 같이, 냉동실 냉기 토출구(1)에서 투입된 냉기가 얼음그릇(2)의 상부와 하부를 순환하면서 얼음그릇(2)내에 있는 피냉동수(3)에 직접 접촉되어 전도와 대류에 의해 피냉동수(3)가 제빙되게 된다.

한편, 이와 같은 제빙시에 경과 시간에 따른 피냉동수(3)의 온도 변화 형태는 도 2 에 도시된 바와 같이, 얼음그릇(2)에 있는 피냉동수(3)가 냉각되면서 0℃부근으로 떨어지는 예냉기를 거쳐 일시적으로 0℃이하로 과냉각되는 현상이 나타난 후 빙핵이 일부 형성되고 0℃부근을 일정한 상태로 유지하는 얼음결정 성장기에 도달되어 최대빙결정생성대를 유지하게 된다.

이 시점(얼음결정 성장기)에서는 온도의 변화는 거의 없고 상태변화만 있는 피냉동수의 잠열(Latent heat of fusion)이 제거되는 기간으로서, 1g의 순수한 물이 얼음으로 변하는데 에는 80cal의 많은 열에너지의 제거가 필요하여 장시간(통상 전체 제빙시간의 2/3)이 소요되게 된다.

그리고, 이러한 잠열제거 기간이 완료되고 나면 얼음은 0℃이하의 온도로 하강하는 냉각기를 거쳐 냉동보관온도(통상 -18∼-20℃)를 유지하게 된다.

따라서, 피냉동수의 급속제빙을 위해서는 얼음결정 성장기의 시간을 단축시키는 것이 반드시 필요하다.(통상 얼음결정 성장기를 통과하는 시간이 30∼35분이거나 빙결정의 크기가 70㎛이하로 되면 급속제빙이라고 칭함.)

특히, 이 시점에서는 빙핵에 의해 빙결정이 최대로 생성되는 최대빙결정생성대이므로 시간이 길어지면 빙결정의 크기가 크게 되어 피냉동수의 동결품질저하를 초래할 뿐만 아니라 제빙시에 얼음이 불투명하게 결정되어 제빙후 시각적인 불쾌감을 초래하였다.

또한, 병원성 미생물 등으로 인한 위생상의 염려로 별도로 정수 처리하거나 가열 살균시킨 후 피냉동수를 냉장고에 투입하여야 하는 번거로운 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로서, 냉장고에 투입된 피냉동수를 자동으로 가열 살균시켜 병원성 미생물을 제거함과 아울러 피냉동수의 표면증발작용에 의한 기화열을 이용하여 제빙기능의 성능을 좌우하는 최대빙결정생성대의 통과시간을 단축시킴으로써 제빙속도와 얼음의 품질이 향상되게 함과 아울러 사용상의 편리성이 향상되도록 한 냉장고의 제빙 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 제빙을 위한 피냉동수를 담을 수 있는 얼음그릇과, 상기 얼음그릇을 가열하는 가열수단과, 상기 얼음그릇의 온도를 감지하는 감지수단과, 마이콤으로부터 전원과 제어 신호를 전달받아 상기 가열수단으로 인가하고 상기 감지수단의 감지신호를 상기 마이콤으로 전달하는 신호 전달수단과, 상기 얼음그릇에 냉기를 공급하는 냉기 공급수단으로 이루어짐을 특징으로 한다.

도 1 은 종래 냉장고의 제빙 장치 구성도.

도 2 는 종래 냉장고의 제빙시에 경과 시간에 따른 피냉동수의 온도 변화를 나타낸 그래프.

도 3 은 본 발명에 의한 냉장고의 제빙 장치 구성도.

도 4 는 도 3 에 도시된 냉장고의 제빙 장치에 의한 제빙 방법을 설명하는 플로우차트.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

101 : 얼음그릇 102 : 히터

103 : 온도센서 104 : 마이콤 신호 입출력단자

105 : 제빙장치 신호 입출력단자 106 : 냉기 토출구

이하, 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3 은 본 발명에 의한 냉장고의 제빙 장치 구성도를 나타낸 것으로서, 제빙을 위한 피냉동수를 담을 수 있는 구획화된 형상을 갖는 얼음그릇(101)과, 이 얼음그릇(101)의 내면(101a)과 열전도성이 작은 소재로 된 외면(101b) 사이에 설치된 히터(102)와, 얼음그릇(101)의 저면에 설치되어 온도를 감지하는 온도센서(103)와, 전원과 제어 신호를 전달하는 마이콤 신호 입출력단자(104)와, 이 마이콤 신호 입출력단자(104)로부터 전원과 제어 신호를 전달받아 히터(102)에 인가하고 온도센서(103)의 감지신호를 마이콤 신호 입출력단자(104)로 전달하는 제빙장치 신호 입출력단자(105)와, 얼음그릇(101)에 냉기를 공급하는 냉기 토출구(106)로 구성되어져 있다.

도 4 는 도 3 에 도시된 냉장고의 제빙 장치에 의한 제빙 방법을 설명하는 플로우차트를 나타낸 것으로서, 얼음그릇의 저면에 설치된 온도센서를 통해 얼음그릇내 피냉동수의 온도를 감지하여 초기 온도(t_o)로 설정하는 초기 온도 설정단계(ST101)와, 냉기 토출구를 통한 냉기의 공급을 중단하면서 히터를 가동하여 얼음그릇의 온도가 상승되게 하는 가열단계(ST102)와, 일정시간 경과 후 온도센서에 의해 측정된 온도(t_c)와 초기 온도(t_o)의 온도차를 산출한 후 기 설정된 기준값(t_m)과 비교하여 피냉동수의 존재 유무를 판단하는 피냉동수 판단단계(ST103)와, 피냉동수의 존재가 판단되면 온도센서에 의해 측정된 온도(t_c)가 기 설정된 가열 상한 온도(t_max)가 될 때까지 상기 가열단계를 계속 수행하여 피냉동수를 위생 살균하는 위생 살균단계(ST104)와, 온도센서에 의해 측정된 온도(t_c)가 기 설정된 가열 상한 온도(t_max)가 되면 가열을 중단하고 측정된 온도(t_c)가 기 설정된 제빙 온도(t_ice)가 될 때까지 냉기 토출구를 통해 얼음그릇으로 냉기를 공급하여 피냉동수를 냉각시키는 제빙단계(ST105∼ST107)로 이루어져 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과를 설명함에 앞서 이해를 돕기 위해 본 발명의 제빙원리인 전도와 증발에 대해 설명한다.

증발은 물이 수증기로 되는 현상으로서 끓음과는 달리 액체표면에서만 일어난다. 물분자 중에는 평균운동속도가 빠른 것이 있고 느린 것도 있는 공존상태인데 일부 물분자들은 끓는점인 100℃이하의 온도에서도 기체가 되어 충분한 속력을 가지고 공기중으로 달아나고 남은 물분자들의 평균운동속도는 줄어든다. 이것은 곧 물의 온도가 낮아지는 것을 의미한다.

또한, 0℃의 물 1g을 100℃까지 데우는 데에는 100cal의 열이 필요하며, 100℃의 물 1g이 수증기가 되기 위해서는 540cal의 기화열이 필요하므로 100℃의 물 1g이 증발하면 주변에 있는 3g의 물을 얼게 할 수 있다.

즉, 1g당 100cal씩 300cal는 물 3g의 온도를 100℃에서 0℃로 내리게 하고, 나머지 240cal는 1g당 80cal씩 물 3g을 얼음으로 변하게 하는데 사용된다.

그러므로, 물이 식을 때는 주위로 직접 열이 전달되는 전도 현상과 증발 현상이 함께 일어나며, 전도에 비해 증발이 더 활발하게 일어날 때 물이 먼저 얼게 된다.

대체로 물의 온도가 80℃이상일 때 이러한 현상이 얼어나며 증발이 표면에서만 일어나므로 전도보다는 증발을 크게 하기 위해서는 얼름그릇 주위로 전도 현상이 적도록 열전도율이 작은 용기를 얼름그릇으로 사용할 때 제빙속도가 향상되게 된다.

이와 같이 원리에 근거한 본 발명의 동작 및 작용 효과를 첨부한 도면 도 3 및 도 4 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 사용자가 제빙을 위해 얼음그릇(101)에 피냉동수를 담은 후 제빙코너에 얼음그릇(101)을 넣게되면 얼음그릇(101)의 제빙장치 신호 입출력단자(105)와 마이콤 신호 입출력단자(104)가 서로 접속이 되면서 얼음그릇(101)이 제빙을 위한 정위치에 놓이게 된다.

다음으로, 제빙기능이 시작되면 얼음그릇(101)의 저면에 설치된 온도센서(103)에 의해 얼음그릇(101)내 피냉동수의 온도가 감지되어 초기 온도(t_o)로 설정되게 된다.(ST101)

동시에, 냉기 토출구(106)를 통한 냉기의 공급이 중단되면서 히터(102)가 가동되어 얼음그릇(101)을 가열시켜 온도가 상승되게 된다.

이러한 가열작업은 온도센서(103)에 의해 측정된 온도(tc)와 초기 온도(to)의 온도차가 피냉동수의 존재 유무를 판단하기 위해 기 설정한 기준값(t_m)보다 작을 때까지 계속 수행되게 된다.(ST102)

한편, 일정시간이 결과하였을 때 t_c-t_o의 값이 t_m보다 클 경우에는 얼음그릇(101)에 피냉동수가 없는 상태이므로 피냉동수가 없음을 디스플레이하면서 제빙동작을 중지하게 된다.(ST103)

그러나, 일정시간을 경과하였을 때 t_c-t_o의 값이 t_m보다 작을 경우에는 얼음그릇(101)에 피냉동수가 들어 있는 상태이므로 제빙기능을 계속 수행 즉, 얼음그릇(101)을 계속 가열하여 피냉동수를 위생 살균하게 된다.(ST104)

그리고, 히터(102)의 동작으로 상승된 피냉동수의 온도(t_c)가 가열 상한 온도(t_max)가 되면 히터(102)의 동작이 멈추게 되고, 냉기 토출구(106)로 냉기가 공급되게 된다.(ST105)

이때, 가열 상한 온도(t_max)는 유해 세균을 살균시킬 수 있을 뿐만 아니라 얼음그릇(101)의 표면으로부터 증발작용이 일어날 수 있는 높은 온도이어야 하는데, 통상 병원성 미생물들은 70℃를 10분 정도 유지하거나 80℃를 5분 정도 유지하면 사멸되는 것으로 알려져 있으며 증발작용이 일어날 수 있기 위해서는 80℃이상의 온도가 되어야 하므로 최소한 t_max값은 80℃이상이 되어야 한다.

이어서, 냉기 토출구(106)로부터 공급된 냉기가 얼음그릇(101)의 상층 표면부를 통하여 공급되기 때문에 표면에서 증발되는 수분의 기화열에 의해 표면부의 온도는 급격히 하강을 하게 되어 상온의 피냉동수보다 빠르게 피냉동수의 표면에서부터 얼음이 형성되게 된다.

이렇게 피냉동수의 온도(t_c)가 기 설정된 제빙 온도(t_ice)가 될 때까지 냉기가 공급되면 피냉동수에 형성된 표면얼음은 얼음그릇(101)의 구획내에 존재하는 전체의 물에 대하여 빙핵으로 작용을 하게 되어 전체의 피냉동수가 완전히 얼게 된다.(ST106∼ST107)

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 냉장고에 투입된 피냉동수를 자동으로 가열 살균시켜 병원성 미생물을 제거함과 아울러 피냉동수의 표면증발작용에 의한 기화열을 이용하여 제빙기능의 성능을 좌우하는 최대빙결정생성대의 통과시간을 단축시킴으로써, 제빙속도와 얼음의 품질이 향상됨과 아울러 사용상의 편리성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 제빙을 위한 피냉동수를 담을 수 있는 얼음그릇과,

   상기 얼음그릇을 가열하는 가열수단과,

   상기 얼음그릇의 온도를 감지하는 감지수단과,

   마이콤으로부터 전원과 제어 신호를 전달받아 상기 가열수단으로 인가하고 상기 감지수단의 감지신호를 상기 마이콤으로 전달하는 신호 전달수단과,

   상기 얼음그릇에 냉기를 공급하는 냉기 공급수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 냉장고의 제빙 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 얼음그릇의 외면은 열전도성이 작은 소재인 것을 특징으로 하는 냉장고의 제빙 장치.
3. 얼음그릇의 온도를 감지하여 초기 온도로 설정하는 초기 온도 설정단계와,

   상기 얼음그릇을 가열하여 온도가 상승되게 하는 가열단계와,

   일정시간 경과 후 측정된 상기 얼음그릇의 온도와 상기 초기 온도의 온도차를 산출한 후 기 설정된 기준값과 비교하여 피냉동수의 존재 유무를 판단하는 피냉동수 판단단계와,

   상기 피냉동수 판단단계에서 상기 피냉동수의 존재가 판단되면 상기 얼음그릇의 온도가 기 설정된 가열 상한 온도가 될 때까지 상기 가열단계를 계속 수행하여 상기 피냉동수를 위생 살균하는 위생 살균단계와,

   상기 얼음그릇의 온도가 기 설정된 상기 가열 상한 온도가 되면 가열을 중단하고 상기 얼음그릇으로 냉기를 공급하여 상기 피냉동수를 냉각시키는 제빙단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 냉장고의 제빙 방법.