KR20020057816A - 급속 냉각 및 해동 시스템을 갖는 냉장고용 제어 시스템및 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

급속 냉각 및 안전 해동을 위해 밀봉된 팬(122)내에 대류 기류를 발생시키기 위한 모듈형 공기 조절기(162)의 작동 요소에 결합된 전자 콘트롤러(330)를 포함하는 냉장고의 급속 냉각 및 해동 시스템(160)용 제어 시스템이 제공된다. 콘트롤러는 사용자에 의해 냉각 모드가 선택된 경우 냉각 모드를 실행하도록 공기 조절기를 작동시키며, 사용자에 의해 해동 모드가 선택된 경우 해동 모드를 실행하도록 공기 조절기를 작동시키고, 선택된 냉각 모드 또는 해동 모드에 대해 공기 조절기 요소를 조절하며, 선택된 냉각 모드 또는 해동 모드를 실행하도록 팬내에 일정한 온도의 기류를 유지하도록 구성된다. 적합한 냉각 및 해동 알고리즘(490)이 사용자 입력 및 밀봉된 팬내의 온도 조건에 응답하여 콘트롤러에 의해 실행될 수 있다.

Description

급속 냉각 및 해동 시스템을 갖는 냉장고용 제어 시스템 및 제어 방법{REFRIGERATOR QUICK CHILL AND THAW CONTROL METHODS AND APPARATUS}
본 발명은 냉장고에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉장고의 급속 냉각 및 해동 시스템(quick chill and thaw system)용 제어 시스템에 관한 것이다.
통상적인 가정용 냉장고는 나란히 배열되어 중간 멀리온(mullion) 벽에 의해 분리되거나 또는 상하로 배열되어 수평한 중간 멀리온 벽에 의해 분리된 냉동실(freezer storage compartment) 및 냉장실(fresh food storage compartment)을 포함한다. 냉장실에는 통상적으로 선반 및 서랍이 제공되며, 냉동실에는 통상적으로 선반 및 와이어 바스켓이 제공된다. 또한, 냉동실에는 제빙기가 제공될 수 있다. 냉동실 도어와 냉장실 도어는 각각 냉동실 및 냉장실로의 접근 개구를 폐쇄한다.
공지된 냉장고는 통상적으로 그 내에 저장되는 음식 및 음료를 냉각하는데 오랜 시간을 요구한다. 예를 들면, 6개 팩의 사이다를 약 45℉ 이하의 신선하게 하는 온도로 냉각하는데 약 4시간이 걸린다. 사이다(soda)와 같은 음료는 종종 수 시간보다 매우 짧은 시간내에 차갑게 될 것이 요망된다. 따라서, 이러한 물품들은 때때로 급속 냉각을 위해 냉동실내에 놓인다. 이러한 물품들은, 주의 깊게 감시하지 않으면, 얼어서 물품을 포장하고 있는 용기를 파손시켜 냉동실을 지저분하게 할 수 있다.
오랜 기간 동안의 저장을 위한 소망 제어 온도에서 음식 및 음료를 보다 급속히 냉각하고 또한/또는 유지하기 위해, 냉장고의 냉장실 및 냉동실내에 위치된 많은 급속 냉각 및 초냉각 격실들이 제공되어 있다. 예를 들면, 미국 특허 제3,747,361 호, 제 4,358,932 호, 제 4,368,622 호 및 제 4,732,009 호를 참조하기 바란다. 그러나, 이러한 격실들은 바람직하지 못하게 냉장고 격실 공간을 감소시키며, 청소 및 수리가 어려우며, 6개의 사이다 팩을 신선한 온도까지 냉각하는데 예컨대 30분 이하와 같은 소망 시간내에 음식 및 음료를 효율적으로 냉각할 수 없다고 입증되어 있다. 또한, 냉동실내에 위치된 냉각실내에 놓인 음식 또는 음료 물품은 사용자에 의해 신속하게 제거되지 않으면 바람직하지 못하게 냉동된다.
냉동된 음식을 해동하기 위해 냉장고의 냉장실내에 위치된 해동 격실을 제공하려는 시도가 행해지고 있다. 예를 들면, 미국 특허 제 4,385,075 호를 참조하기 바란다. 그러나, 공지된 해동실 역시 바람직하지 못하게 냉장고의 격실 공간을 감소시키며 격실내의 과도한 온도에 기인하여 음식을 손상시키기 쉽다.
따라서, 음식 및 음료 물품을 냉동시킴없이 음식 및 음료 물품을 급속히 냉각시키고 음식의 손상을 방지하도록 제어된 온도에서 냉장고 격실내의 냉동 물품을 알맞게 해동하며 냉장고 격실내의 공간을 작게 차지하는 냉장실용 급속 냉각 및 해동 시스템을 제공하는 것이 또한 요망된다.
본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 급속 냉각 및 해동 시스템을 포함하는 냉장고용 제어 시스템이 제공된다. 이 급속 냉각 및 해동 시스템은 미끄럼 방식으로 열리는 밀봉 팬(sliding-out sealed pan)내의 물품의 급속한 냉각 및 안전한 해동을 모두 달성하도록 냉장실의 온도보다 높고 또한 낮은 온도에서 상기 팬내에 대류를 발생시키는 모듈형 공기 조절기(modular air handler)를 포함한다.
보다 상세하게는, 공기 조절기는 냉장고의 냉동실과 같은 공기 공급부와 냉장고의 중간 멀리온 벽내의 개구를 통해 유체 연통하기에 적합한 제 1 댐퍼 요소를 포함하며, 공기 조절기의 공급 공기 유동 경로는 제 1 댐퍼 요소와 유체 연통관계에 있다. 공기 공급 경로내의 송풍기는 공기 공급 경로로부터 팬내로 공기 방출하며, 재순환 공기 유동 경로에 의해 팬으로부터의 공기가 급속 냉각용 공급 공기 유동 경로내의 냉동 공기와 혼합된다. 해동을 위해 공기 조절기내의 공기를 데우는 히터 요소가 공기 조절기 복귀 덕트내에 위치된다. 급속 냉각 및 해동 시스템의 온도 응답 작동을 위해, 온도 센서가 재순환 유동 경로와 복귀 유동 경로 중 적어도 하나와 유체 연통관계로 위치된다.
급속 냉각 및 해동 시스템용 제어 시스템은 공기 조절기의 작동 부품과 결합된 전자 콘트롤러를 포함한다. 콘트롤러는 공기 조절기를 조절하여 밀봉된 팬내에 일정한 온도 기류를 생성하고, 사용자에 의해 선택된 때 냉각 모드를 실행하도록 팬내에 제 1 일정 온도 기류를 유지하고, 사용자에 의해 선택된 때 냉각 모드를 실행하도록 팬내에 제 2 일정 온도 기류를 유지하도록 구성된다.
밀봉된 팬내에 소망의 온도를 유지하도록 냉각 알고리즘이 콘트롤러에 의해 실행되고, 콘트롤러는 공기 조절기내에 위치된 온도 센서로부터의 온도 피드백에 응답하여 필요에 따라 공기 조절기의 작동을 재조절한다. 해동 알고리즘이 또한 콘트롤러에 의해 실행가능하여, 일 관점에 있어서, 히터의 열 출력이 모니터되어 해동될 냉동 패키지의 상태를 감지하고 콘트롤러는 모니터된 열 출력과 기준 열 출력을 비교함으로써 해동 사이클의 종료를 결정한다.
따라서, 공간 절약형 급속 냉각 및 해동 시스템내의 음식 및 음료 물품을 효율적으로 냉각하고 안전하게 해동하기 위해 적합한 전자 제어 스켐(scheme)이 제공된다.
도 1은 급속 냉각 및 해동 시스템을 포함하는 냉장고의 사시도,
도 2는 급속 냉각 및 해동 시스템을 도시하는 도 1의 일부분을 절단한 부분 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 급속 냉각 및 해동 시스템의 부분 사시도로서 그 내에 장착된 공기 조절기를 설명하는 도면,
도 4는 도 3에 도시된 공기 조절기의 부분 사시도,
도 5는 급속 냉각 모드에 있는 도 4에 도시된 공기 조절기의 기능적 개략도,
도 6은 급속 해동 모드에 있는 도 4에 도시된 공기 조절기의 기능적 개략도,
도 7은 급속 해동 모드에 있는 공기 조절기의 다른 실시예의 기능적 개략도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고 콘트롤러의 블록 다이어그램,
도 9a 내지 도 9c는 도 8에 도시된 메인 제어 기판의 블록 다이어그램,
도 10은 급속 냉각 및 해동 시스템의 개략도,
도 11, 도 12 및 도 13은 도 10에 도시된 급속 냉각 및 해동 시스템에 대한 가열 프로파일,
도 14는 도 10에 도시된 급속 냉각 및 해동 시스템에 대한 냉각 상태 다이어그램,
도 15는 도 10에 도시된 급속 냉각 및 해동 시스템에 대한 해동 상태 다이어그램,
도 16은 도 10에 도시된 급속 냉각 및 해동 시스템에 대한 히터 제어 알고리즘 플로우차트,
도 17은 도 10에 도시된 급속 냉각 해동 시스템에 대한 오프 상태 다이어그램,
도 18은 도 10에 도시된 급속 냉각 및 해동 시스템에 대한 상태 다이어그램.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100: 냉장고102: 냉장실
104: 냉동실120: 저장 서랍
122: 급속 냉각 및 해동 팬160: 급속 냉각 및 해동 시스템
162: 공기 조절기260: 이중 댐퍼 요소
266: 단일 댐퍼 요소270: 히터 요소
274: 송풍기
도 1은 본 발명이 실시될 수 있는 예시적인 좌우 양쪽 문열림형 냉장고(side-by-side refrigerator)(100)을 도시한다. 그러나, 본 발명의 장점은 다른 유형의 냉장고에서도 달성될 수 있음이 인식된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 설명은 단지 예시를 위한 것으로 본 발명을 한정하려고 의도된 것은 아니다.
냉장고(100)는 냉장실(102) 및 냉동실(104)을 구비한다. 냉동실(104) 및 냉장실(102)은 나란히 배열된다. 냉장고(100)와 같은 좌우 양쪽 문열림용 냉장고는 미국 켄터키주 루이스빌 어플라이언스 파크 소재의 제너럴 일렉트릭 캄파니에 의해 시판되고 있다.
냉장고(100)는 외측 케이스(106) 및 내측 라이너(108, 110)을 구비한다. 케이스(106)와 라이너(108, 110) 사이 및 라이너(108)와 라이너(110) 사이의 공간은 폼형 단열재로 채워진다. 외측 케이스(106)는 통상적으로 사전 도장된 강과 같은 적합한 재료의 시트를 역 U자형으로 접어 케이스(106)의 상부벽 및 측벽을 형성함으로서 형성된다. 케이스(106)의 바닥벽은 통상적으로 별개로 형성되어 케이스의 측벽 및 냉장고(100)에 대한 지지체를 제공하는 바닥 프레임에 부착된다. 내측 라이너(108, 110)는 적합한 플라스틱 재료로 성형되어 각각 냉동실(104) 및 냉장실(102)을 형성한다. 대안적으로, 라이너(108, 110)는 강과 같은 적합한 금속의 시트를 벤딩하여 용접함으로써 형성될 수 있다. 예시적인 실시예는 비교적 대용량 유닛이기 때문에 두 개의 별개의 라이너(108, 110)을 포함하며, 별개의 라이너는 강도를 증가시키며 제조 공차내에 유지되기에 보다 용이하다. 보다 소형의 냉장고에 있어서, 단일의 라이어가 형성되며 이것을 냉동실과 냉장실로 나누도록 라이너의 대향 측면 사이에 중간 격벽이 놓인다.
케이스의 정면 플랜지와 라이너의 외측 정면 에지 사이로 차단 스트립(breaker strip)(112)이 연장된다. 차단 스트립(112)은 압출형 아크릴로-부타디엔-스티렌계 재료(통상적으로 ABS로 지칭됨)와 같은 적합한 탄성 재료로 성형된다.
라이너(108, 110) 사이의 공간내의 단열재는 적합한 탄성 재료의 다른 스트립에 의해 덮여지며, 이것은 또한 일반적으로 멀리온(114)으로 지칭된다. 멀리온(114)은 또한 압출형 ABS 재료로 성형되는 것이 바람직하다. 일체형 라이너를 냉동실과 냉장실로 분할하는 별개의 멀리온을 갖는 냉장고에 있어서, 멀리온의 전방면 부재는 멀리온(114)에 대응함을 이해할 것이다. 차단 스트립(112) 및 멀리온(114)은 전방면을 형성하며, 케이스(106)의 내측 주변 에지 주위로 또한 라이너(108, 110) 사이로 수직으로 완전히 연장한다. 멀리온(114), 격실 사이의 단열재, 및 격실을 분리하는 라이너의 이격된 벽은 본 명세서에서 때때로 총체적으로 중간 멀리온 벽으로 지칭된다. 선반(118) 및 미끄럼식 서랍(120)이 통상적으로냉장실내에 제공되어 그 내에 저장된 물품을 지지한다. 바닥 서랍 또는 팬(122)은 부분적으로 상세히 후술되는 급속 냉각 및 해동 시스템(도 1에 도시안됨)을 형성하는데, 이 급속 냉각 및 해동 시스템은 다른 냉장고 특징부와 함께 냉장실(102)의 상부 구역내에 장착되며 마이크로프로세서(도시안됨)에 연결된 제어 인터페이스(124)의 조작을 통해 사용자 기호에 따라 마이크로프로세서에 의해 선택적으로 제어된다. 선반(126) 및 와이어 바스켓(128)이 또한 냉동실(104)내에 제공된다. 또한, 제빙기(130)가 냉동실(104)내에 제공될 수 있다.
냉동실 도어(132) 및 냉장실 도어(134)는 각각 냉동실(104)과 냉장실(102)에의 접근 개구를 폐쇄한다. 각각의 도어(132, 134)는 상부 힌지(136) 및 하부 힌지(도시안됨)에 의해 장착되어 도 1에 도시된 바와 같은 개방 위치와 폐쇄 위치(도시안됨) 사이에서 그 외측 수직 에지를 중심으로 회전한다. 냉동실 도어(132)는 다수의 저장 선반(138) 및 밀봉 개스킷(140)을 포함하며, 냉장실 도어(134)도 역시 다수의 저장 선반(142) 및 밀봉 개스킷(144)을 포함한다.
도 2는 냉장실(102)의 부분 절결도로서, 급속 냉각 및 해동 시스템(160)의 위에 위치되며 상방향으로 적재된 저장 서랍들(120)을 도시하고 있다. 급속 냉각 및 해동 시스템(160)은, 급속 냉각 및 해동 시스템(160)에 의해 사용되는 냉장실 공간을 최소화하기 위해 오각형 기계실(164)(도 2에 파선으로 도시됨)에 인접하게 위치된 공기 조절기(162) 및 밀봉된 팬을 포함한다. 저장 서랍(120)은 내부 온도 콘트롤러가 없는 통상적인 미끄럼 열림 서랍이다. 따라서, 저장 서랍(120)의 온도는 냉장실(102)의 작동 온도와 실질적으로 동일하다. 급속 냉각 및 해동 팬(122)은 기계실(164)을 수용하기 위해 저장 서랍(120)보다 약간 전방에 위치되어 있으며, 공기 조절기(162)는 상세히 후술되는 바와 같이 팬(122)내의 공기의 온도를 선택적으로 제어하고 팬(122)내의 공기를 순환시켜 알맞은 해동 및 급속한 냉각을 위해 팬 내용물과의 열전달을 증가시킨다. 급속 냉각 및 해동 시스템(160)이 작동되지 않을 때는, 밀봉된 팬(122)은 냉장실(102)의 온도와 동일한 온도의 정상 상태에 도달하며, 팬(122)은 제 3 저장 서랍으로서 기능한다. 변형예에 있어서, 보다 많거나 적은 수의 저장 서랍(120) 및 급속 냉각 및 해동 시스템(160)과, 상대적으로 다른 크기의 급속 냉각 팬(122) 및 저장 서랍(120)이 적용된다.
공지된 냉장고에 따르면, 기계실(164)은 적어도 부분적으로 공기를 냉각시키기 위한 증기 압축 사이클용 콤포넌트를 내포한다. 이 콤포넌트는 직렬로 연결되며 냉매로 충전되는 압축기(도시안됨), 응축기(도시안됨), 팽창 장치(도시안됨) 및 증발기(도시안됨)를 포함한다. 증발기는 증발기 주위를 지나는 공기로부터 증발기를 통해 흐르는 냉매로 열을 전달하여, 냉매를 기화시키는 열교환기의 형태이다. 냉각된 공기는 하나 이상의 냉장실 또는 냉동실을 냉각하는데 사용된다.
도 3은 냉장실(102)의 바닥부(182)내의 기계실(164)(도 2에 도시됨)의 외벽(180) 위로 냉장실 라이너(108)에 장착된 공기 조절기(162)를 포함하는 냉장고(100)의 일부를 도시하는 부분 사시도이다. 차가운 공기는 멀리온 중간벽(116)내의 개구(도시안됨) 및 공급 덕트커버(184)내의 공급 및 복귀 덕트(도 3에 도시안됨)를 통해 냉동실의 바닥부(도 3에 도시안됨)로부터 수납되고 또한 냉동실의 바닥부로 복귀된다. 공급 덕트 커버(184)내의 공급 및 복귀 덕트는 공기조절기 공급 덕트(186)의 양측에서 공기 조절기 공급 덕트(186), 재순환 덕트(188) 및 복귀 덕트(190)와 유체 연통관계로 있어 급속 냉각 및 해동 팬(122)(도 1 및 도 2에 도시됨)이 위치되는 냉장실의 바닥부(182)에 걸쳐 강제된 공기 대류를 생성한다. 공급 덕트(186)은 팬(122)(도 2 참조) 위 및 뒤로부터 하방을 향한 각도로 팬(122)내로 공기를 배출하도록 위치되며, 베인(192)은 급속 및 해동 팬(122)내에서 공기를 고르게 지향 및 분포시키도록 공기 조절기 공급 덕트(186)내에 위치된다. 급속 냉각 및 해동 팬(122)을 조명하기 위해 공기 조절기(162)의 양측에 광 고정부(194)가 위치되며, 공기 조절기 커버(196)는 공기 조절기(162)의 내부 부품을 보호하며 덕트(186, 188, 190)을 통한 공기 유동 경로를 완성한다. 변형예에 있어서, 외부에 장착된 광 고정부(194) 대신에 하나 이상의 공기 조절기 덕트(186, 188, 190)내로 하나 이상의 내부 광원이 형성된다.
변형예에 있어서, 공기 조절기(162)는 예를 들면 급속 냉각 및 해동 팬(122) 아래 및 뒤로부터 또는 팬(122)의 중앙 또는 측면으로부터 상방을 향한 각도로 공기를 배출하도록, 팬(122)내의 다른 장소에서 공기를 배출하기에 적합하게 될 수 있다. 다른 변형예에 있어서, 공기 조절기(162)는 냉장실(102)의 바닥부(182)외의 다른 장소에 위치된 급속 냉각 팬(122)을 향해 지향되어, 예를 들면 중간 저장 서랍을 급속 냉각 및 해동 격실로 전환시킨다. 공기 조절기(162)는 냉장실(102)내에 실질적으로 수평하게 장착되지만, 변형예에 있어서, 공기 조절기(162)는 실질적으로 수직하게 장착된다. 또 다른 변형예에 있어서, 냉장실(102)내의 동일하거나 또는 상이한 급속 냉각 및 해동 팬들(122)을 냉각하기 위해 하나 이상의 공기조절기(162)가 사용된다. 또 다른 변형예에 있어서, 공기 조절기(162)가 냉동실(104)(도 1에 도시됨)내에 사용되어 냉장실 공기를 급속 냉각 및 해동 팬으로 순환시켜 팬내의 내용물이 냉동되지 않도록 보호한다.
도 4는 공기 조절기 커버(196)(도 3에 도시됨)가 제거된 공기 조절기(162)의 상부 사시도이다. 다수의 직선 및 곡선 격벽(250)이 공기 공급 유동 경로(252), 복귀 유동 경로(254) 및 재순환 유동 경로(256)를 규정한다. 덕트 캐비티 부재 베이스(258)는 각각의 복귀 및 공급 기류 포트(262, 264)를 통해 복귀 경로(254) 및 공급 경로(252)에의 접근을 개방 및 폐쇄하기 위한 통상의 이중 댐퍼 요소(260)에 인접하게 위치된다. 통상의 단일 댐퍼 요소(266)는 공기 유동 포트(268)를 통한 복귀 경로(254) 및 공급 경로(252) 사이의 접근을 개방 및 폐쇄함으로써 공기 조절기 해동 및/또는 급속 냉각 모드를 위해 필요에 따라 선택적으로 복귀 경로(254)를 부가의 재순환 경로로 전환시킨다. 급속 해동 모드에서 공기를 데우기 위해 재순환 경로(256)의 바닥 표면에 히터 요소(270)가 부착되며, 송풍기(274)가 공급 경로(252)내에 제공되어, 공급 경로(252)로부터 공기를 끌어들여 급속 냉각 및 해동 팬(122)내로 유입되는 공기를 분배하기 위한 송풍기(274)의 하류에 위치된 베인(192)(도 3에 도시됨)을 통해 특정 용량의 유동률로 공기를 급속 냉각 및 해동 팬(122)(도 2에 도시됨)내로 강제 송풍한다. 온도 센서(276)가 재순환 경로(256) 및/또는 복귀 경로(254)와 유체 연통관계로 위치되어 마이크로프로세서(도 8에 도시되지 않음)에 작동적으로 결합되는데, 마이크로프로세서는 공기 조절기(162)의 온도-응답 작동을 위해 댐퍼 요소(260, 266), 송풍기(274) 및 히터 요소(270)에 작동적으로 결합된다.
공기 조절기(162)의 전방부(278)는 실질적으로 평평한 후방부(280)로부터 하방으로 경사져서 기계실(164)(도 2에 도시됨)의 경사진 외벽(180)을 수용하고 공기를 약간 하방으로 경사진 각도로 급속 냉각 및 해동 팬(122)내로 방출한다. 일 실시예에 있어서, 통상의 백열 전구와 같은 광 고정구(194) 및 광원(282)이 공기 조절기(162)이 대향 측면상에 위치되어 급속 냉각 및 해동 팬(122)을 조명한다. 변형예에 있어서, 하나 이상의 광원이 공기 조절기(162)의 내부에 위치된다.
공기 조절기(162)는 모듈형으로 구조되고, 일단 공기 조절기 커버(196)가 제거되면, 점검 및 수리를 위해 단일의 댐퍼 요소(266), 이중 댐퍼 요소(260), 송풍기(274), 베인(192)(도 3에 도시됨), 히터 요소(270) 및 광 고정구(194)에 쉽게 접근할 수 있다. 오동작하는 부품을 간단하게 공기 조절기(162)로부터 제거하여 정상작동 부품으로 신속하게 교체할 수 있다. 또한, 전체 공기 조절기 유닛이 냉장실(102)(도 2에 도시됨)로부터 제거되어 동일하거나 상이한 성능 특성을 갖는 다른 유닛으로 대체될 수도 있다. 이러한 본 발명의 관점에 있어서, 공기 조절기(162)는 기존의 저장 서랍 또는 격실을 급속 냉각 및 해동 시스템으로 전환하기 위해 키트(kit)로서 기존의 냉장고내에 삽입될 수 있다.
도 5는 급속 냉각 모드에서의 공기 조절기(162)의 기능적 개략도이다. 이중 댐퍼 요소(260)가 개방되고, 송풍기(274)에 의해 냉동실(104)(도 1에 도시됨)로부터의 차가운 공기가 멀리온 중간벽(116)(도 1 및 도 3에 도시됨)내의 개구(도시안됨)를 통해 공기 조절기 공급 유동 경로(252)로 유입된다. 송풍기(274)는 공기 공급 유동 경로(252)로부터의 공기를 베인(192)(도 3에 도시됨)을 통해 팬(122)(도 5에서 파선으로 도시됨)으로 방출하여 그내에서 순환시킨다. 팬(122)내의 순환 공기의 일부는 재순환 유동 경로(256)를 통해 공기 조절기(162)로 복귀하여 공기 공급 유동 경로(252)내의 냉동 공기와 혼합하며, 이것은 다시 송풍기(274)에 의해 공기 공급 유동 경로(252)를 통해 팬(122)내로 유입된다. 팬(122)내에서 순환하는 공기의 다른 부분은 복귀 유동 경로(254)로 유입되어 개방된 이중 댐퍼 요소(260)를 통해 다시 냉동실(104)로 유동한다. 단일 댐퍼 요소(266)가 폐쇄되어, 복귀 유동 경로(254)로부터 공급 유동 경로(252)로의 공기 유동을 방지하며, 히터 요소(270)는 작동되지 않는다.
일 실시예에 있어서, 댐퍼(260,266)는 완전 개방 위치 및 완전 폐쇄 위치로 선택적으로 작동된다. 변형예에 있어서, 댐퍼(260, 266)는 공기 조절기 공급 유동 경로(252)내의 냉동실 공기 및 재순환 공기를 각각 증가 또는 감소시킴으로써 팬(122)내의 공기 유동 상태를 보다 미세하게 조절하기 위해, 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치 사이의 중간 위치로 부분적으로 개방 및 폐쇄되도록 제어된다. 따라서, 공기 조절기(162)는 예를 들면 에너지 절약 모드, 특정 음식 및 음료 물품에 대해 맞춤된 냉각 모드, 또는 실온 이상의 따뜻한 온도의 남은 음식 또는 물품을 급속히 냉각하기 위한 남은 음식 냉각 사이클과 같은 여러 모드로 작동될 수 있다. 예를 들면, 남은 음식 냉각 사이클에 있어서, 공기 조절기는 소정 시간동안 댐퍼(260)가 완전 폐쇄되고 댐퍼(266)가 완전 개방된 상태에서 작동하고, 그 뒤 남은 음식이 차가워짐에 따라 점차적으로 댐퍼(266)를 폐쇄하여 재순환 공기를 감소시키고 점차적으로 댐퍼(260)을 개방하여 냉동실 공기를 유입함으로써 냉동실(104)(도 1에 도시됨)내의 바람직하지 못한 온도 영향을 방지한다. 다른 실시예에 있어서, 남은 음식 냉각 사이클동안 냉장고(100)(도 1에 도시됨)내의 극단적인 온도 구배 및 관련된 영향을 완화하고 또한 팬(122)내에서의 가열된 공기, 가열되지 않은 공기 및 냉동실 공기의 선택된 조합에 의한 제어된 속도로 남은 음식을 냉각하기 위해 히터 요소(270)가 또한 작동된다.
그러나, 댐퍼(266)의 개방을 중간 위치로 제한하는 것은 공기 조절기로의 냉동 공기의 공급을 제한하기 때문에, 팬(122)의 공기 온도가 보다 높아져 냉각 효율을 감소시키게 됨을 알 수 있다.
이중 댐퍼 요소 공기 유동 포트(262, 264)(도 4에 도시됨), 단일 댐퍼 요소 공기 유동 포트(268)(도 4에 도시됨) 및 유동 경로(252, 254)는 냉동실(104)(도 1에 도시됨)과 팬(122) 사이의 허용가능한 압력 강하에 의해 팬(122)내의 최적 공기 온도 및 대류 계수를 달성하도록 선택되고 크기가 정해진다. 본 발명의 예시적 실시예에 있어서, 냉장실(102)의 온도는 약 37℉로 유지되고, 냉동실(104)의 온도는 약 0℉로 유지된다. 데워지거나 또는 냉각될 물품의 초기 온도 및 표면적이 냉각 결과 또는 물품의 해빙 시간에 영향을 주지만, 이러한 파라미터들은 급속 냉각 및 해동 시스템(160)(도 2에 도시됨)에 의해 제거될 수 없다. 오히려, 공기 온도 및 대류 계수가 적절히 밀봉된 팬(122)내에서 소정 물품을 목표 온도로 냉각하거나 또는 데우는 급속 냉각 및 해동 시스템(160)의 주된 제어 파라미터이다.
본 발명의 특정 실시예에 있어서, 22℉의 평균 공기 온도와 6BTU/hr.ft2℉의 대류 계수의 결합이, 99%의 신뢰도 및 약 25분의 평균 냉각 시간으로, 6개 팩의 사이다를 약 45분 이내에 45℉ 이하의 목표 온도로 냉각하는데 충분하다는 것이 실험적으로 밝혀졌다. 대류 계수는 송풍기(274)의 용적 유동률에 관계되기 때문에, 용적 유동률이 결정될 수 있으며, 송풍기 모터는 결정된 용적 유동률을 달성하도록 선택된다. 특정 실시예에 있어서, 약 6BTU/hr.ft2℉의 대류 계수는 약 45ft3/분의 용적 유동률에 상응한다. 냉동실(104)(도 1에 도시됨)과 급속 냉각 및 해동 팬(122) 사이의 압력 강하가 송풍기 출력 및 모터 성능에 영향을 미치기 때문에, 허용가능한 압력 강하는 용적 유동률 곡선에 대한 송풍기 모터 성능 압력 강하로부터 결정된다. 특정 실시예에 있어서, 92mm 4.5W DC 전기 모터가 채용되며, 이 특정 모터에 의해 약 45 ft3/분의 공기를 전달하기 위해, 0.11 인치 H2O 미만의 압력 강하가 요구된다.
냉동실(104)(도 1에 도시됨)과 공기 조절기(162) 사이의 적절한 유체 연통을 형성하는 요구되는 멀리온 중간벽(116)의 개구 크기의 검사 결과가 팬(122)내의 생성된 압력 강하에 대해 기록되었다. 기록을 검토한 결과는, 0.11 인치 H2O 이하의 압력 강하가 약 12 in2의 면적을 갖는 멀리온 중간벽 개구에 의해 달성됨을 나타내었다. 이 압력 강하에서 약 22℉의 평균 공기 온도를 달성하기 위해, 최소 냉각 시간이 팬(122)으로부터의 재순환 공기와 냉동실(104) 공기를 50%씩 혼합함으로써달성됨이 실험적으로 결정되었다. 약 5 in2의 요구되는 재순환 경로 개구 면적은 0.11 인치 H2O의 결정된 압력 강하에서 공급 경로내의 50% 냉동실 공기/재순환 공기 혼합물을 달성함이 결정되었다. 냉동실(104) 또는 공기 공급부와 유체 연통하는 사전 결정된 멀리온 중간벽의 개구의 비율에 대한 압력 강하의 관계를 연구함으로써, 40% 공급 및 60% 복귀의 멀리온 중간벽 개구 면적이 언급된 성능 파라미터를 만족함을 알았다.
따라서, 공기 조절기(162)에 의해 생성된 팬(122)내의 대류는 통상의 냉장고보다 4배이상 빨리 6개 팩의 사이다를 급속 냉각할 수 있다. 2리터 용기의 사이다, 와인병 및 다른 음료 용기와 같은 다른 물품 및 음식 패키지는 마찬가지로 공지된 냉장고에 의해 요구되는 시간보다 매우 짧은 시간내에 급속 냉각 및 해동 팬(122)내에서 급속하게 냉각될 수 있다.
도 6은 해동 모드의 공기 조절기(162)의 기능적 개략도로서, 이중 댐퍼 요소(260)가 폐쇄되고, 히터 요소(270)가 작동되고, 단일 댐퍼 요소(266)가 개방됨으로써, 송풍기(274)에 의해 복귀 경로(254)내의 공기 유동이 공급 경로(252)로 복귀되어 공급 경로(252)를 통해 팬(122)내로 유입된다. 공기는 또한 팬(122)으로부터 재순환 경로(256)를 통해 공급 경로(252)로 복귀된다. 일 실시예에 있어서, 히터 요소(270)는 냉장실(102)의 온도와 독립적으로 냉장 해동을 위한 최적 온도를 달성하도록 주기적으로 온/오프되고 제어되는 포일(foil)형 히터 요소이다. 다른 실시예에 있어서, 포일형 히터 요소(270) 대신에 다른 공지된 히터 요소가 사용된다.
히터 요소(270)는 공기 조절기(162)내의 공기를 가열하도록 작동되어 해빙될 물품의 특정 표면 온도를 초과하지 않고 음식 및 음료 물품을 해빙시키기 위해 팬(122)내에 제어된 공기 온도 및 속도를 생성한다. 즉, 물품은 해빙 또는 해동되어 물품이 사용될 때까지 냉장된 상태로 유지된다. 따라서 사용자는 해동 프로세스를 결코 모니터할 필요가 없다.
예시적인 실시예에 있어서, 히터 요소(270)는 예를 들면 4시간 사이클, 8시간 사이클 또는 12시간 사이클과 같은 선택된 길이의 해빙 사이클의 지속 동안 약 40℉ 내지 약 50℉ 보다 특정하게는 약 41℉의 공기 온도를 달성하도록 작동된다. 변형예에 있어서, 히터 요소(270)는 물품의 표면 온도를 허용가능한 한계내에 유지하면서 보다 급속히 해동하기 위해 동일하거나 상이한 시간 동안 둘 이상의 온도 사이에서 공기 온도를 순환시키는데 사용된다. 다른 변형예에 있어서, 팬(122)내에 위치된 특정 음식 및 음료 물품의 최적 해동을 위해 맞춤형 해동 모드가 선택적으로 실행된다. 또 다른 변형예에 있어서, 히터 요소(270)는 팬(122) 및 공기 조절기(162)내의 변하는 온도 상태에 응답하여 다이나믹하게 제어된다.
따라서, 단일 팬(122)내에서 급속한 냉각 및 해빙을 할 수 있는 급속한 냉각 및 향상된 해동의 조합을 행하는 공기 조절기(162)가 제공된다. 따라서, 이중 목적의 공기 조절기(162) 및 팬(122)에 의해 냉장실 공간을 차지하는 면적을 감소시키면서 소망의 특징적 조합이 제공된다.
공기 조절기(162)가 급속 냉각 모드나 해동 모드 어디에도 있지 않은 경우,이것은 냉장실(102)의 온도와 동일한 온도의 정상 상태로 복귀한다. 다른 실시예에 있어서, 공기 조절기(162)는 냉장실(102)의 온도와 다르게 선택된 온도로 저장 팬(122)을 유지하는데 사용된다. 이중 댐퍼 요소(260)와 송풍기(274)는 냉동실 공기를 순환시켜 필요에 따라 팬(122)의 온도를 냉장실(102)의 온도 아래로 유지하도록 제어되며, 단일 댐퍼 요소(266), 히터 요소(270) 및 송풍기(274)는 필요에 따라 팬(122)의 온도를 냉장실(102)의 온도보다 높게 유지하는데 사용된다. 따라서, 급속 냉각 및 해동 팬(122)은 냉장실(102)의 온도 변동에도 불구하고 거의 일정한 정상 상태로 유지되는 장기간 저장 격실로서 사용될 수도 있다.
도 7은 공기 조절기(300)의 다른 실시예의 기능적 개략도를 도시하는데, 공기 조절기(300)는 냉동실(104) 공기와 유체 연통하는 이중 댐퍼 요소(302), 송풍기(306)를 구비하는 공급 경로(304), 히터 요소(310)를 구비하는 복귀 경로(308), 주 재순환 경로(314)에의 접근을 개방 및 폐쇄하는 단일 댐퍼 요소(312) 및 단일 댐퍼 요소(312)에 인접한 2차 재순환 경로(316)를 포함한다. 공기는 중심형 공급 경로(274)를 구비하는 상술한 공기 조절기(162)와는 달리 공기 조절기(300)의 측면으로부터 방출되어 상술한 공기 조절기(162)에 비해 팬(122)내에 상이하고 적어도 다소 불균일한 공기 유동 패턴을 형성한다. 공기 조절기(300)는 또한 팬(122)내의 향상된 공기 분포를 위한 플리넘 연장부(318)를 포함한다. 공기 조절기(300)는 급속 해동 모드로 도시되어 있지만, 이중 댐퍼 요소(302)를 개방함으로써 급속 냉각 모드로 작동가능하다. 특히, 공기 조절기(162)(도 5 및 도 6 참조)와 비교하여, 복귀 경로(308)는, 공기가 팬으로부터 복귀 경로(254)와 별개의 재순환 경로(256)를 통해 재순환되는 공기 조절기(162)와 달리, 재순환 공기의 공급원이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘트롤러(330)를 도시한다. 콘트롤러(330)는 예를 들면 좌우 양쪽 문열림형 냉장고(100)(도 1에 도시됨)와 같은 냉장고, 냉동기 및 이들의 조합에 사용될 수 있다. 콘트롤러 휴먼 머신 인터페이스(controller human machine interface: HMI)(도시안됨)는 디스플레이(도시안됨) 및 냉장고 특징(예컨대, 급속 냉각 및 해동 시스템 특징)을 선택하는 사용자의 조작을 위한 하나 이상의 입력 선택부(도시안됨)를 포함한다.
콘트롤러(330)는 진단 포트(332)와 비동기 인터프로세서 통신 버스(338)에 의해 메인 제어 기판(336)에 결합된 휴먼 머신 인터페이스(HMI) 기판(334)을 포함한다. 아날로그-디지털 변환기(A/D 변환기)(340)가 메인 제어 기판(336)에 결합된다. A/D 변환기(340)는 하나 이상의 냉장실 온도 센서(342), 특징 팬[즉, 상기 팬(122)]내의 온도 센서(도 8에 도시안됨), 냉동실 온도 센서(344), 외부 온도 센서(도 8에 도시안됨) 및 증발기 온도 센서(346)를 포함하는 다수의 센서로부터의 아날로그 신호를 메인 제어 기판(336)에 의해 처리하기 위한 디지털 신호로 변환시킨다.
변형예(도시안됨)에 있어서, A/D 변환기(340)는 전원 전류 및 전압, 절전 검출, 압축 사이클 조절, 아날로그 시간 및 딜레이 입력(사용 및 센서 양자 모두를 기준으로 함)－아날로그 입력은 보조 장치(예컨대, 시계 또는 손가락 가압 작동 스위치)에 결합됨－, 진단을 위한 압축기 밀봉형 시스템의 아날로그 압력 센싱, 및전력/에너지 최적화와 같은 다른 입력 기능들(도시안됨)을 수치화한다.
다른 입력 기능들로는 IR 검출기 또는 사운드 검출기를 통한 외부와의 통신, 주면 밝기에 기초하여 HMI 디스플레이를 흐리게 하는 것, 필요에 따라 음식 적재 냉각 또는 가열을 확실히 하기 위해 음식 적재 및 공기 유동/압력 변화에 반응하도록 냉장고를 조절하는 것, 송풍기 속도 및 공기 유동을 변경함으로써 고른 음식 적재 냉각을 보장하고 다양한 높이의 필-다운(pill-down) 율을 향상시키는 높이 조절 등을 들 수 있다.
디지털 입력 및 릴레이 출력은 응축기 송풍기 속도(348), 증발기 송풍기 속도(350), 분쇄 솔레노이드(352), 오거 모터(auger motor), 개인적 입력(356), 워터 디스펜서 밸브(358), 셋 포인트를 위한 인코더(360), 압축기 제어(362), 해빙 히터(364), 도어 검출기(366), 멀리온 댐퍼(368), 특징 팬 즉, 급속 냉동 및 해동 팬(122), 공기 조절기 댐퍼(260, 266)(도 4 내지 도 6에 도시됨), 특징 팬 히터(270)(도 4 내지 도 6에 도시됨)에 대응하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 메인 제어 기판(336)은 또한 응축기 송풍기(372), 냉장실 송풍기(374), 증발기 송풍기(376), 급속 냉동 시스템 특징 팬의 송풍기(274)(도 4 내지 도 6에 도시됨)에 결합된다.
도 9a 내지 도 9c는 메인 제어 기판(336)의 보다 상세한 블록 다이어그램이다. 메인 제어 기판(336)은 프로세서(390)를 포함한다. 프로세서(390)는 온도 조절/디스펜서 통신, AC 장치 제어, 신호 컨디셔닝(signal conditioning), 마이크로프로세서 하드웨어 감시, 및 EEPROM 판독/기록 기능을 수행한다. 또한,프로세서(390)는 밀봉된 시스템 제어, 증발기 송풍기 제어, 해빙 제어, 특징 팬 제어, 냉장실 팬 제어, 스텝 모터 댐퍼 제어, 워터 밸브 제어, 오거 모터 제어, 각얼음/분쇄 솔레노이드 제어, 타이머 제어, 자체 테스트 작동을 포함하는 많은 제어 알고리즘을 실행한다.
프로세서(390)는 라인 컨디셔닝 유닛(396)으로부터의 AC 파워 신호를 수신하는 전원(394)에 결합된다. 라인 컨디셔닝 유닛(396)은 예컨대 AC 90-265 V, 50/60Hz 신호인 라인 전압(398)을 필터링한다. 프로세서(390)는 또한 EEPROM(392) 및 시계 회로(400)에 결합된다.
도어 스위치 입력 센서(402)는 냉장실 및 냉동실 도어 스위치에 결합되어 도어 스위치 상태를 감지한다. 신호는 도어 스위치 입력 센서(402)로부터 디지털 형태로 프로세서(390)에 공급되어, 도어 스위치 상태를 나타낸다. 냉장실 서미스터(342), 냉동실 서미스터(344), 적어도 하나의 증발기 서미스터(346), 특징 팬 서미스터(276)(도 4에 도시됨), 및 대기 서미스터(404)가 센서 신호 컨디셔너(406)를 통해 프로세서(390)에 결합된다. 컨디셔너(406)는 프로세서(390)로부터의 다중 제어 신호를 수신하고, 각각의 감지된 온도를 나타내는 아날로그 신호를 프로세서(390)에 제공한다. 프로세서(390)는 또한 직렬 통신 링크(412)를 통해 디스펜서 기판(408) 및 온도 조절 기판(410)에 결합된다. 컨디셔너(406)는 또한 상기 서미스터(342, 344, 346, 276, 404)를 캘리브레이션한다.
프로세서(390)는 DC 송풍기 모터 제어부(414), DC 스텝 모터 제어부(416), DC 모터 제어부(418), 및 릴레이 감시부(420)에 제어 출력을 제공한다.감시부(420)는 워터 밸브(358)와 같은 AC 부하, 각얼음/분쇄 솔레노이드(352), 압축기(424), 오거 모터(354), 특징 팬 히터(270) 및 해빙 히터(364)에 전력을 제공하는 AC 디바이스 콘트롤러(422)에 결합된다. DC 송풍기 모터 제어부(414)는 증발기 송풍기(376), 응축기 송풍기(372), 냉장실 송풍기(374), 및 특징 팬 송풍기(274)에 결합된다. DC 스텝 모터 제어부(418)는 멀리온 댐퍼(368)에 결합되며, DC 모터 제어부(416)는 특징 팬 댐퍼(260, 266)에 결합된다. 상기 전자 제어 시스템의 기능은 소형의 독립적인 상태의 기기로 구현되는 펌웨어의 제어하에서 수행된다.
다음의 제어 스켐은 특정한 급속 냉각 및 해동 시스템(160)(도 2에 도시됨)의 대해 기술되지만, 제어 스켐은 소망의 결과를 발생시키도록 다른 구성의 급속 냉각 및 해동 시스템에 적용가능하다. 따라서, 다음의 기재내용은 설명만을 위한 것으로 본 발명의 실시를 급속 냉각 및 해동 시스템(160)과 같은 특정 냉각 및 해동 시스템에 한정하려는 의도는 아니다.
도 10을 참조하면, 예시적인 실시예에 있어서, 급속 냉각 및 해동 팬(160)(앞에서도 도시되고 기술됨)은 제어될 4개의 주 디바이스 즉, 공기 조절기 이중 댐퍼(260), 단일 댐퍼(266), 송풍기(274) 및 히터(270)를 포함한다. 이들 디바이스의 작동은 시간, 서미스터(온도) 입력(276), 및 사용자 입력에 의해 결정된다. 사용자 관점에서, 소정 시간에 팬(122)에 대해 하나의 해동 모드 또는 하나의 냉각 모드가 선택될 수 있다. 예시적인 실시예에 있어서, 3개의 해동 모드가 사용가능하며 3개의 냉각 모드가 선택적으로 사용되어 콘트롤러(330)(도 8에 도시됨)에 의해 실행될 수 있다. 또한, 급속 냉각 및 해동 팬(122)은 음식 및 음료 물품의 장기간 저장을 위해 선택된 온도 또는 온도 구역으로 유지될 수 있다. 즉, 급속 냉각 및 해동 팬(122)은 소정 시간에 수개의 상이한 방식 또는 모드(예컨대, 냉각 1, 냉각 2, 냉각 3, 해동 1, 해동 2, 해동 3, 구역 1, 구역 2, 구역 3 또는 오프) 중 하나에서 수행될 수 있다. 급속 냉각 및 해동 특징을 선택하는 사용자의 옵션을 결정하는 휴먼 머신 인터페이스 기판(334)(도 8에 도시됨)이 상이하게 구성된 변형예에 있어서, 기타 모드 또는 보다 적은 수의 모드가 사용자에 의해 이용될 수 있다.
도 5에 관하여 위에서 기술된 바와 같이, 냉각 모드에 있어서, 공기 조절기 이중 댐퍼(260)는 개방되고, 단일 댐퍼(266)는 폐쇄되고, 히터(270)는 오프(off)되고, 송풍기(274)(도 4 내지 도 6에 도시됨)는 온(on)된다. 급속 냉각 기능이 작동되는 경우, 이 구성은 냉각 설정 예컨대, 냉각 1, 냉각 2 또는 냉각 3의 사용자 선택에 의해 결정된 예정된 시간동안 유지된다. 각각의 냉각 설정은 변화된 냉각 성능을 수행하기 위해 상이한 시간동안 공기 조절기를 작동시킨다.
온도 구역 모드에 있어서, 이중 댐퍼(260, 266) 및 히터(270)는 다이나믹하게 조절되어 팬(122)을 냉장실(102) 또는 냉동실(104) 설정 온도와 다른 고정 온도로 유지한다.
해동 모드에 있어서, 도 6과 관련하여 앞에서 설명된 바와 같이, 이중 댐퍼(260)는 폐쇄되고, 단일 댐퍼(266)는 개방되고, 송풍기(274)는 온되고, 히터(270)는 피드백 요소로서 서미스터(276)(도 4에 도시됨)를 사용하여 특정 온도로 제어된다. 이러한 형태는 해동될 여러 패키지 크기에 따라 상이한 가열 프로파일이 적용되도록 한다. 해동 1, 해동 2 또는 해동 3과 같은 사용자 설정이 패키지 크기 선택을 결정한다.
히터(270)는 메인 제어 기판(336)으로부터 떨어져 위치된 고형 상태의 릴레이에 의해 제어된다. 댐퍼(260, 266)는 메인 제어 기판(336)에 의해 직접 제어되는 가역적인 DC 모터이다. 서미스터(276)는 메인 제어 기판(336)에 의해 판독되는 온도 측정 디바이스이다. 송풍기(274)는 메인 제어 기판(336)에 의해 직접 제어되는 저 전력의 DC 송풍기이다.
냉각 기능은 타이밍 기능이지만, 해동 기능은 보다 복잡하다. 다양한 크기의 패키지를 안전하게 해동하기 위해, 특정 크기의 소정 패키지를 적절히 해동하도록 소정 시간동안에 발생되는 열량을 결정하는 가열 프로파일이 얻어져야 하며, 따라서 가열 프로파일은 패키지의 사이즈에 따라 변한다.
도 11, 도 12 및 도 13은 각각 급속 냉각 및 해동 팬(122)의 예시적인 해동 모드에 사용되는 예시적인 가열 프로파일(440, 442, 444)을 도시한다. 각각의 시간 및 온도 변수에 대해 적절한 값을 선택함으로써, 소정 패키지에 대한 특정 프로파일이 얻어진다. 보다 상세하게는, 가열 프로파일 변수는 고온("Th") 및 저온("Tl")을 포함하는데, 이들은 예시적인 실시예에서 각각 45℉ 및 40℉로 설정된다. 시간 변수는 예비가열 시간("tp"), 저온 시간("tl"), 고온 시간("th") 및 사이클을 종료하는 총 시간("tt")을 포함한다. 일 실시예에 있어서, tp는 3시간으로 설정되고, tl는 1시간으로 설정되고, th는 2시간으로 설정된다. 예비가열은 항상 높은 온도에서 발생한다. 도 11 내지 도 13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 각각의 가열 프로파일에 있어서, 공기 조절기는 팬(122)내에 온도(Th)를 생성하도록 조절되어 시간(th) 동안 온도(Th)에서 유지되며, 공기 조절기는 그 뒤 팬(122)내에 온도(Tl)을 생성하도록 조절되어 시간(tl) 동안 온도(Tl)로 유지된다. 가열 프로파일(440)(도 11에 도시됨)은 공기 조절기가 팬(122)내에 온도(Th)를 생성하여 시간(tp) 동안 온도(Th)를 유지하도록 조절되는 예비가열 사이클을 포함한다.
가열 프로파일(440, 442, 444)은 시스템 메모리(392)(도 9에 도시됨)내에 저장되며 프로세서(390)(도 9에 도시됨)는 특정한 해동 모드의 사용자 선택에 응답하여 적절한 가열 프로파일을 검색한다. 변형예에 있어서, 보다 크거나 또는 작은 시간 및 온도 변수 값을 갖는 다른 가열 프로파일이 채용된다.
도 14를 참조하면, 급속 냉각 및 해동 시스템(160)(도 2 내지 도 6에 도시됨)에 대한 냉각 상태 다이어그램(450)이 도시되어 있다. 사용자가 사용가능한 냉각 모드 예컨대 냉각 1, 냉각 2 또는 냉각 3을 선택한 후, 급속 냉각 모드가 구현되어 공기 조절기 송풍기(274)(도 4 내지 도 6에 도시됨)가 온된다. 송풍기(274)는 급속 냉각 모드가 선택된 때 작동되어 급속 냉각 모드의 작동을 시각적으로 디스플레이하는 인터페이스 LED(도시안됨)와 병렬로 배선된다. 일단 냉각 모드가 선택되면, 초기화 상태(452)로 되어, [히터(270)가 작동되었다고 가정할 때] 히터(270)(도 4 내지 도 6에 도시됨)가 오프되고 예시적인 실시예에 있어서 대략 1분인 초기화 시간(ti) 동안 송풍기(274)가 온된다.
초기화 시간(ti)이 경과되면, 위치 댐퍼 상태(454)로 된다. 상세하게는, 위치 댐퍼 상태(454)에 있어서, 송풍기(274)는 오프되고, 이중 댐퍼(260)가 개방되고, 단일 댐퍼(266)가 폐쇄된다. 송풍기(274)는 전력 관리를 위해 댐퍼(260, 266)를 위치시키는 동안 오프되며, 송풍기(274)는 댐퍼(260, 266)가 제 위치에 있을 때 온된다.
일단 댐퍼(260, 266)가 위치되면, 냉각 작동 상태(456)로 되어, 냉각 시간("tch")가 경과될 때까지 급속 냉각 모드가 유지된다. 특정 tch 시간 값은 사용자에 의해 선택된 냉각 모드에 좌우된다.
냉각 작동 상태(456)로 된 경우, 냉각 시간(tch)보다 작은 델타 시간("td")에 대해 다른 타이머가 설정된다. 시간(td)가 경과되면, 공기 조절기 서미스터(276)(도 4에 도시됨)가 판독되어 공기 조절기 재순환 경로(256)와 복귀 경로(254) 사이의 온도차를 결정한다. 온도차가 허용할 수 없을 정도로 크거나 또는 작은 경우, 위치 댐퍼 상태(454)로 다시 되어 공기 조절기 댐퍼(260, 266) 및 팬(122)내의 공기 경로를 변경하거나 또는 조절하여 온도차가 허용가능한 값이 되도록 한다. 온도차가 허용가능한 경우, 냉각 작동 상태(456)가 유지된다.
시간(tch)가 경과된 후, 종료 상태(458)로 된다. 종료 상태에서, 양 댐퍼(260, 266)가 폐쇄되고, 송풍기(274)가 오프되어, 추가의 작동이 중지된다.
도 15를 참조하면, 급속 냉각 및 해동 시스템(160)에 대한 해동 상태 다이어그램(470)이 도시되어 있다. 상세하게는, 초기 상태(472)에 있어서, 히터(270)가 정지되고, 예시적인 실시예에서 대략 1분인 초기화 시간(ti)동안 송풍기(274)가 온된다. 해동 모드가 선택된 경우 송풍기(274)가 온되도록 해동 모드가 작동된다.송풍기(274)는 사용자에 의해 해동 모드가 선택된 경우 작동되어 급속 냉각 모드의 작동을 시각적으로 디스플레이하는 인터페이스 LED(도시안됨)와 병렬로 배선되어 있다.
일단 초기화 시간(ti)가 경과되면, 위치 댐퍼 상태(474)로 된다. 위치 댐퍼 상태(474)에서, 송풍기(274)는 정지되고, 단일 댐퍼(266)는 개방되도록 설정되고 이중 댐퍼(260)는 폐쇄된다. 송풍기(274)는 전력 관리를 위해 댐퍼(260, 266)를 위치시키는 동안 오프되며, 송풍기(274)는 댐퍼가 위치되면 온된다.
댐퍼(260, 266)가 위치된 경우, 작동은 예비가열 상태(474)로 된다. 예비가열 상태(476)는 예정된 시간(tp)동안 온도(Th)로 해동 팬 온도를 조절한다. 예비가열이 요구되지 않는 경우, tp는 0으로 설정될 수 있다. 시간(tp)가 경과된 후, 작동은 저온 가열 상태(478)로 된다. 저온 가열 상태(478)로부터, 총 시간(tt)가 경과된 경우 종료 상태(480)로 되거나 또는 (도 11 내지 도 13과 관련하여 앞에서 기재된 바와 같은 적절한 가열 프로파일에 의해 결정된 바와 같은) 낮은 온도 시간(tl)이 경과된 경우 고온 가열 상태(482)로 된다. 고온 가열 상태(482)의 경우, 작동은 (적절한 가열 프로파일에 의해 결정된 바와 같은) 높은 온도 시간(th)이 경과된 때 저온 가열 상태(478)로 복귀할 것이다. 고온 가열 상태(482)로부터, 시간(tt)가 경과된 때 종료 상태(480)로 된다. 종료 상태(480)에서, 양 댐퍼(260, 266)는 폐쇄되고, 송풍기(274)는 정지되어, 추가의 작동이 중단된다.
도 16을 참조하면, 히터 제어 알고리즘(490)에 대한 플로우차트가 도시되어 있다. 히터 제어 알고리즘(490)의 출력(492)은 온도이고 그 입력은 히터 ON 제어신호(494)이다. 피드백 루프(496)에서의 작은 양의 적분이 서미스터 입력부(494)에서의 노이즈 감소를 촉진시킨다. 댐퍼 알고리즘(450)은 온도 경사가 최종 댐퍼 명령에 기초하여 예상된 경사로부터 잘못된 방향으로 가는 경우의 재시도를 포함한다.
도 17을 참조하면, 오프 상태의 알고리즘(500)이 도시되어 있다. 정상 모드(502)에서, 이중 댐퍼(260)(도 4 내지 도 6에 도시됨)는 폐쇄되고, 단일 댐퍼(260)(도 4 내지 도 6에 도시됨)는 폐쇄되고, 송풍기(274)(도 4 내지 도 6에 도시됨)는 오프되고, 히터(270)(도 4 내지 도 6에 도시됨)는 오프된다. 팬(122)내의 온도가 예정된 값의 냉장실 온도와 예정된 오프셋 값의 합을 초과하면, 비정상 모드(504)로 진입한다. 비정상 모드(504)에서, 이중 댐퍼(206)가 개방되고, 단일 댐퍼(266)가 폐쇄되고, 송풍기(274)가 온되고, 히터(270)가 오프된다. 팬 온도가 예정된 "정상" 온도보다 낮은 경우, 작동은 비정상 모드(504)로부터 정상 모드(500)로 복귀한다.
팬(122)의 온도가 냉장실의 온도에서 예정된 시간(tr) 동안의 예정된 오프셋 값을 뺀 값보다 작다고 결정되면 또한 비정상 모드(504)로 진입된다. 이 경우에, 이중 댐퍼(260)는 폐쇄되고, 단일 댐퍼(266)는 개방되고, 송풍기(274)는 온되고, 히터(270)는 오프된다. 예정된 시간(ta)이 경과되고 팬 온도가 냉장실 온도에서 오프셋 값을 뺀 값보다 큰 경우, 비정상 모드(504)로부터 정상 모드(502)로 재진입된다.
도 18은 상기 각각의 모드 간의 상호관계를 나타내는 상태 다이어그램(510)이다. 상세하게는, 냉각_해동 상태(512)에서 즉, 급속 냉각 및 해동 시스템(160)에 대해 냉각 또는 해동 모드로 진입되는 경우, 초기 상태(514), 냉각 상태(450)(도 14에도 도시됨), 오프 상태(500)(도 17에도 도시됨) 및 해동 상태(470) 중 하나로 진입될 수 있다. 각각의 상태에서, 단일 댐퍼(260)(도 4 내지 도 6에 도시됨), 이중 댐퍼(266)(도 4 내지 도 6에 도시됨) 및 송풍기(274)(도 4 내지 도 6에 도시됨)가 제어된다. 히터 제어 알고리즘(490)(도 16에 도시됨)은 해동 상태(470)로부터 실행될 수 있다.
후술되는 바와 같이, 고기 또는 주로 물로 구성된 음식 물품과 같은, 팬(122)내의 냉동 패키지의 해동 상태를, 패키지에 관한 온도 정보 또는 패키지의 물리적 성질에 관계없이, 감지하는 것이 가능하다. 상세하게는, 공기 조절기 재순환 공기 경로(256)(도 4 내지 도 6에 도시됨)내에 위치된 센서(276)(도 4 내지 도 6 및 도 10에 도시됨)를 사용하여 공기 배출 온도를 감지함으로써, 또한 일정한 공기 온도를 유지하도록 히터(270)를 정시에 모니터함으로써, 해동된 물품의 상태가 결정될 수 있다. 센서(342)(도 8 및 도 9에 도시됨)와 같은 냉장실(102)(도 1에 도시됨)내에 위치된 선택적 부가적 센서는 해동된 상태 검출을 향상시킨다.
해동 모드에서의 급속 냉각 및 해동 시스템(160)(도 2 및 도 6에 도시됨)에 의해 요구되는 열량은 주로 두 개의 요소 즉, 냉동 패키지를 해동하는데 요구되는 열량 및 팬(122)의 벽을 통해 냉장실(102)(도 1에 도시됨)로부터 손실되는 열량에 의해 결정된다.
상세하게는, 해동 모드에서 요구되는 열량은 다음 관계식에 의해 결정될 수있다.
---------(1)
여기서, ha는 히터 상수, t표면은 해동 패키지의 표면 온도, t공기는 팬(122)내의 계산된 공기의 온도, tff는 냉장실 온도, A/R은 실험적으로 결정된 빈 팬의 열손실 상수이다. 패키지 표면 온도(t표면)은 패키지가 용융점에 도달할 때까지 급속히 증가할 것이며, 그 뒤 모든 얼음이 녹을 때까지 비교적 일정한 온도로 유지된다. 모든 얼음이 녹은 후에, t표면은 다시 급속히 증가할 것이다.
tff가 일정하다고 가정하면, 공기 조절기(162)는 팬(122)내에 일정한 온도의 기류를 생성하도록 구성되기 때문에, t표면은 식(1)에서 변하는 유일한 온도이다. t공기를 일정하게 유지하도록 팬(122)내로의 열 유입량(Q)를 모니터함으로써, t표면의 변화가 결정될 수 있다.
히터(270) 듀티 사이클이 빈 팬(122)의 일정한 온도를 유지하기 위한 기준 듀티 사이클에 비해 긴 경우, t표면은 패키지 용융점까지 상승될 것이다. 물의 전도성이 공기로의 열전달계수보다 매우 크기 때문에, 패키지 표면은 비교적 일정하게 유지되는데, 열이 용융 프로세스를 완료하도록 중심으로 전달되기 때문이다. 따라서, 히터 듀티 사이클이 비교적 일정한 경우, t표면은 비교적 일정하며 패키지는 해동된다. 패키지가 해동된 경우, 히터 듀티 사이클이 시간이 경과함에 따라 짧아져서 빈 팬에 의해 요구되는 정상 상태 부하에 접근하여, 해동 사이클을 종료하며, 이 때 히터(270)는 작동이 중지되며, 팬(122)은 냉장실(102)의 온도로 복귀한다.
다른 실시예에 있어서, 해동된 상태의 보다 정확한 감지를 위해 tff가 또한 모니터된다. tff가 알려지고, 빈 팬의 상수 A/R이 또한 알려져 있다고 가정한다면, tff는 팬(122)이 비어있는 경우 요구되는 정상 상태 히터 듀티 사이클을 결정하는데 사용될 수 있다. 실제 히터 듀티 사이클이 팬이 빈 경우의 기준 정상 상태 듀티 사이클에 접근하는 경우, 패키지는 해동되고 해동 모드는 종료될 것이다.
본 발명이 다양한 특정 실시예의 견지에서 기술되었지만, 당업자들은 본 발명이 특허청구범위의 사상 및 범위내에서 변형되어 실시될 수 있음을 인식할 것이다.
본 발명에 따르면, 음식 및 음료 물품을 냉동시킴 없이 음식 및 음료 물품을 급속히 냉각시키고 음식의 손상을 방지하도록 제어된 온도에서 냉장고 격실내의 냉동 물품을 알맞게 해동하며 냉장고 격실내의 공간을 작게 차지하는 냉장실용 급속 냉각 및 해동 시스템이 제공된다.

Claims (24)

  1. 냉장고(100)용 급속 냉각 및 해동 시스템(160)을 제어하기 위한 방법으로서, 상기 냉장고는 냉장실(102)과 냉동실(104)을 구비하고, 상기 급속 냉각 및 해동 시스템은 밀봉된 팬(122)과 상기 냉장실 및 냉동실 양자와 유체 연통하는 공기 조절기(162)를 구비하고, 상기 냉장고는 또한 상기 공기 조절기에 결합된 전자 콘트롤러(330)를 구비하는, 상기 방법에 있어서,
    상기 팬내에 일정한 온도의 기류를 생성하도록 상기 공기 조절기를 조절하는 단계와,
    사용자에 의해 냉각 모드가 선택된 때 냉각 모드를 실행하도록 상기 팬내에 제 1 일정한 공기 온도를 유지하는 단계와,
    사용자에 의해 해동 모드가 선택된 때 해동 모드를 실행하도록 상기 팬내에 제 2 일정한 공기 온도를 유지하는 단계를 포함하는
    방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    해동 모드를 실행하도록 상기 팬(122)내에 일정한 공기 온도를 유지하는 상기 단계는,
    적어도 제 1 예정된 시간동안 제 1 일정한 온도를 유지하는 단계와,
    적어도 제 2 예정된 시간동안 상기 제 1 일정한 온도와 다른 제 2 일정한 온도를 유지하는 단계를 포함하는
    방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    가열 프로파일(440)에 따라 상기 제 1 일정한 온도와 제 2 일정한 온도 사이에서 상기 공기 조절기(162)를 순환시키는 단계를 추가로 포함하는
    방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 조절기(162)는 히터(270)를 구비하고, 해동 모드를 실행하도록 상기 팬(122)내에 일정한 공기 온도를 유지하는 상기 단계는,
    상기 히터의 열 출력을 모니터하는 단계와,
    상기 열 출력과 예정된 열 출력을 비교하여 상기 해동 모드의 종료를 결정하는 단계를 포함하는
    방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 히터(270)의 열 출력을 모니터하는 단계는 상기 히터의 듀티 사이클을 모니터하는 단계를 포함하는
    방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 조절기(162)는 적어도 하나의 공기 공급 경로(252) 및 공기 복귀 경로(254)와, 공기 공급부와 유체 연통관계를 설정하기 위한 제 1 댐퍼(260)와, 상기 공급 경로와 복귀 경로 간에 유체 연통관계를 설정하기 위한 제 2 댐퍼(266)를 포함하며, 상기 일정한 온도의 기류를 생성하도록 공기 조절기를 조절하는 단계는 상기 공기 조절기를 통한 공기 유동을 조절하도록 상기 제 1 및 제 2 댐퍼를 위치시키는 단계를 포함하는
    방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 댐퍼를 위치시키는 단계는 냉각 모드가 선택된 경우 상기 제 1 댐퍼를 개방하고 상기 제 2 댐퍼를 폐쇄하는 단계를 포함하는
    방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 공기 조절기(162)는 또한 상기 공급 경로(252)내에 위치된 송풍기(274)를 구비하고, 상기 일정한 온도의 기류를 생성하도록 공기 조절기를 조절하는 단계는 또한 냉각 모드가 선택된 때 상기 송풍기를 작동시키는 단계를 포함하는
    방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 댐퍼(260) 및 제 2 댐퍼(266)를 위치시키는 단계는 해동 모드가 선택된 때 상기 제 1 댐퍼를 폐쇄하고 상기 제 2 댐퍼를 개방하는 단계를 포함하는
    방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 공기 조절기(162)는 히터(270)를 구비하고, 상기 일정한 온도의 기류를 생성하도록 공기 조절기를 조절하는 단계는 또한 해동 모드가 선택된 때 상기 히터를 작동시키는 단계를 포함하는
    방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 모드를 실행하도록 상기 팬(122)내에 일정한 공기 온도를 유지하는 단계는 냉각 모드가 선택된 때 예정된 시간동안 상기 팬내에 예정된 공기 온도를 유지하는 단계를 포함하는
    방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 공기 조절기(162)는 복귀 경로(254) 및 재순환 경로(256)와, 상기 복귀 경로내에 위치된 제 1 온도 센서(276)과, 상기 재순환 경로내에 위치된 제 2 온도 센서(276)를 구비하고, 상기 팬(122)내에 일정한 공기 온도를 유지하는 단계는,
    상기 제 1 및 제 2 온도 센서간의 온도차를 결정하는 단계와,
    상기 온도차가 허용가능하지 않은 경우 상기 공기 조절기를 재조절하는 단계를 포함하는
    방법.
  13. 급속 냉각 및 해동 시스템(160)을 구비하는 냉장고(100)용 제어 시스템으로서, 상기 급속 냉각 및 해동 시스템은 공기 조절기(162)와 밀봉된 팬(122)을 구비하며, 상기 공기 조절기는 적어도 하나의 냉각 모드 및 적어도 하나의 해동 모드에서 작동가능한, 상기 제어 시스템에 있어서,
    상기 공기 조절기에 결합된 전자 콘트롤러(330)를 포함하며, 상기 콘트롤러는,
    상기 밀봉된 팬내에 일정한 온도의 기류를 생성하도록 상기 공기 조절기를 조절하며,
    사용자에 의해 냉각 모드가 선택된 때 냉각 모드를 실행하도록 상기 팬내에 제 1 일정한 공기 온도를 유지하며,
    사용자에 의해 해동 모드가 선택된 때 해동 모드를 실행하도록 상기 팬내에 제 2 일정한 공기 온도를 유지하도록 구성된
    제어 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 콘트롤러(330)는 또한
    적어도 제 1 예정된 시간동안 제 1 일정한 온도를 유지하도록 상기 공기 조절기를 작동시키며,
    해동 모드를 실행하는 경우 적어도 제 2 예정된 시간동안 상기 제 1 일정한 온도와 다른 제 2 일정한 온도를 유지하도록 상기 공기 조절기를 작동시키는
    제어 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 콘트롤러(330)는 프로세서(390) 및 메모리(392)를 포함하고, 상기 프로세서(390)는 가열 프로파일(440)에 따라 상기 제 1 일정한 온도와 제 2 일정한 온도 사이에서 상기 공기 조절기(162)를 순환시키도록 구성된
    제어 시스템.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 공기 조절기(162)는 히터(270)를 구비하고, 상기 콘트롤러는 또한,
    상기 해동 모드가 선택된 때 적어도 제 1 예정된 시간동안 상기 히터를 작동시키고,
    상기 히터의 열 출력을 모니터하고,
    상기 열 출력과 예정된 열 출력을 비교하여 상기 해동 모드의 종료를 결정하도록 구성된
    제어 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 콘트롤러(330)는 사기 히터(270)의 듀티 사이클을 모니터하도록 구성된
    제어 시스템
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 공기 조절기(162)는 적어도 하나의 공기 공급 경로(252) 및 공기 복귀 경로(254)와, 공기 공급부와 유체 연통관계를 설정하기 위한 제 1 댐퍼(260)와, 상기 공급 경로와 복귀 경로간에 유체 연통관계를 설정하기 위한 제 2 댐퍼(266)를 구비하며, 상기 콘트롤러는 상기 공기 조절기를 통한 공기 유동을 조절하기 위해 상기 제 1 및 제 2 댐퍼를 위치시키도록 구성된
    제어 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 콘트롤러(330)는 냉각 모드가 선택된 경우 상기 제 1 댐퍼를 개방하고 사기 제 2 댐퍼를 폐쇄하도록 구성된
    제어 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 공기 조절기(162)는 또한 상기 공급 경로(252)내에 위치된 송풍기(274)를 구비하고, 상기 콘트롤러(330)는 냉각 모드가 선택된 때 상기 송풍기를 작동시키도록 구성된
    제어 시스템.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 콘트롤러(330)는 해동 모드가 선택된 때 상기 제 1 댐퍼를 폐쇄하고 상기 제 2 댐퍼를 개방하도록 구성된
    제어 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 공기 조절기(162)는 히터(270)를 구비하고, 상기 콘트롤러(330)는 해동 모드가 선택된 때 상기 히터를 작동시키도록 구성된
    제어 시스템.
  23. 제 13 항에 있어서,
    상기 콘트롤러(330)는 냉각 모드가 선택된 때 예정된 시간동안 상기 팬내에 예정된 공기 온도를 유지하도록 구성된
    제어 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 공기 조절기(162)는 복귀 경로(254) 및 재순환 경로(256)와, 상기 복귀 경로내에 위치된 제 1 온도 센서(276)와, 상기 재순환 경로내에 위치된 제 2 온도 센서(276)를 구비하고, 상기 콘트롤러는,
    상기 제 1 및 제 2 온도 센서간의 온도차를 결정하고,
    상기 결정된 온도차가 허용가능하지 않은 경우 상기 공기 조절기를 재조절하도록 구성된
    제어 시스템.
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