KR20080003141A - Supercooling apparatus and its method - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 냉각에 따른 상전이 상태를 도시한다. 1 shows a phase transition state due to cooling.
도 2a 내지 2c는 본 발명에 따른 과냉각 장치의 원리도이다. 2a to 2c is a principle diagram of the supercooling apparatus according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 과냉각 장치의 구성도이다. 3 is a block diagram of a supercooling apparatus according to the present invention.
도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 과냉각 장치의 실시예들이다.4a and 4b are embodiments of the subcooling apparatus according to the present invention.
도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 과냉각 장치에서의 과냉각 현상 그래프이다. 5a and 5b are graphs of the supercooling phenomenon in the subcooling apparatus according to the present invention.
도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 간략화된 과냉각 장치에서의 전력과 과냉각 온도 간의 상관 그래프들이다. 6A and 6B are correlation graphs between power and subcooling temperature in the simplified supercooling apparatus according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 과냉각 방법에서 적용되는 전기장의 세기와 보관 온도 및 과냉각 온도 간의 관계 그래프이다. 7 is a graph showing the relationship between the strength of the electric field and the storage temperature and the subcooling temperature applied in the subcooling method according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
20: 부하 감지부 30: 냉동 싸이클20: load detection unit 30: refrigeration cycle
40: 전압 발생부 50: 전극부40: voltage generator 50: electrode
90: 마이컴90: micom
본 발명은 과냉각 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 에너지의 제어를 통하여 장기간 안정적으로 수납물의 과냉각 상태를 유지하는 과냉각 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a subcooling apparatus and method, and more particularly, to a subcooling apparatus and method for maintaining a subcooled state of an article stably for a long time through the control of energy.
과냉각이란, 용융체 또는 고체가 평형상태에서의 상전이 온도 이하까지 냉각되어도 변화를 일으키지 않는 현상을 의미한다. 물질에는 각각 그때의 온도에 따른 안정상태가 있어서, 온도를 서서히 변화시켜 가면 이에 따라 그 물질의 구성원자가 각 온도에서 안정상태를 유지하면서 온도의 변화를 따라갈 수가 있다. 그러나 온도가 갑자기 변하면 구성원자가 각 온도에 따른 안정상태로 변화할 만한 여유가 없기 때문에, 출발점 온도에서의 안정상태를 그대로 지니거나, 또는 일부분이 종점 온도에서의 상태로 변화하다가 마는 현상이 일어난다. Subcooling means a phenomenon that no change occurs even when the melt or solid is cooled to below the phase transition temperature at equilibrium. Each substance has a stable state corresponding to the temperature at that time, so that the temperature can be gradually changed so that members of the substance can keep up with the temperature change while maintaining the stable state at each temperature. However, if the temperature suddenly changes, the member cannot afford to change to the stable state according to each temperature, so that the state remains stable at the starting point temperature, or a portion thereof changes to the state at the end point temperature.
예를 들어, 물을 서서히 냉각하면, 0℃ 이하의 온도가 되어도 일시적으로 응고하지 않는다. 그러나, 물체가 과냉각상태로 되면 일종의 준안정 상태가 되어, 사소한 자극에 의해서도 그 불안정한 평형상태가 깨져서 보다 안정된 상태로 옮아가기 쉽다. 즉, 과냉각된 액체에 그 물질의 작은 조각을 투입하거나, 액체를 갑자기 흔들면 즉시 응고하기 시작하여 액체의 온도가 응고점까지 올라가고, 그 온도에서 안정된 평형상태를 유지하게 된다. For example, if water is gradually cooled, it will not temporarily solidify even if it reaches a temperature of 0 ° C or lower. However, when the object is in the supercooled state, it becomes a kind of metastable state, and the unstable equilibrium state is broken even by a slight stimulus, and it is easy to move to a more stable state. That is, when a small piece of material is added to the supercooled liquid or the liquid is suddenly shaken, the liquid starts to solidify immediately and the temperature of the liquid rises to the freezing point, thereby maintaining a stable equilibrium at that temperature.
일반적으로 채소류나, 과일류 및 육류 등이나 식음료 등의 식품을 냉장 또는 냉동 보관하여, 신선함을 유지하고 있다. 이럴 경우, 이들 식품은 물과 같은 액체 성분을 포함하게 되며, 이 액체 성분이 상전이 온도이하에서 냉각되면, 어느 순간이 지나면 고체 성분으로 전이가 이루어진다. Generally, foods such as vegetables, fruits and meats, food and beverages are refrigerated or frozen and kept fresh. In this case, these foods contain a liquid component such as water, and when the liquid component is cooled below the phase transition temperature, a transition occurs to the solid component after a certain time.
도 1은 냉각에 따른 상전이 상태를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 냉장고의 보관 온도가 -7℃ 정도로 유지되는 경우, 1기압 상태에서 증류수는 경과시간이 1시간에서 5시간 까지는 과냉각 상태를 유지하나, 5시간 정도에서 갑자기 상전이가 발생하여 물의 온도가 상전이온도인 0℃ 부근까지 상승하게 됨을 알 수 있다. 1 shows a phase transition state due to cooling. As shown in FIG. 1, when the storage temperature of the refrigerator is maintained at about −7 ° C., the distilled water maintains a supercooled state from 1 hour to 5 hours in evaporation at 1 atmosphere, but a phase change occurs suddenly at about 5 hours. It can be seen that the temperature of the water rises to around 0 ° C. which is the phase transition temperature.
이러한 현상과 같이, 물과 같은 수납물을 단시간 동안 과냉각 상태로 보전할 수는 있으나, 식품의 장기 보관 면에서 과냉각 상태를 장기간 유지할 필요성이 있다. As such a phenomenon, it is possible to hold the storage such as water in a supercooled state for a short time, but there is a need to maintain the supercooled state for a long time in terms of long-term storage of food.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 장시간 안정적으로 수납물의 과냉각 상태를 유지할 수 있는 과냉각 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve this problem, it is an object of the present invention to provide a supercooling apparatus and method capable of stably maintaining a supercooled state of an article for a long time.
또한, 본 발명은 보다 낮은 온도에서 수납물의 과냉각 상태를 안정적으로 유지할 수 있는 과냉각 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is also an object of the present invention to provide a subcooling apparatus and method capable of stably maintaining a supercooled state of an article at a lower temperature.
본 발명인 과냉각 장치는 수납물이 가진 에너지를 빼앗기 위한 수단과, 상기 빼앗기는 에너지보다 적은 에너지를 공급하여 상기 수납물 내의 물분자의 회전, 진 동 및 병진 중의 적어도 하나 이상의 운동을 유발하는 수단을 구비하여, 상전이 온도 이하에서 상기 수납물을 액체 상태로 유지한다. The supercooling device of the present invention includes a means for depriving the energy of the object, and means for supplying less energy than the deprived energy to induce at least one movement of rotation, vibration and translation of the water molecules in the object. The article is kept in a liquid state at or below a phase transition temperature.
또한, 상기 유발 수단은 전기장을 가하는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the inducing means apply an electric field.
또한, 상기 수납물이 가진 에너지를 빼앗는 수단은 냉각 시스템을 활용한 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the means for taking away the energy possessed by the enclosure utilizes a cooling system.
또한, 상기 유발 수단은 적은 에너지를 전압, 주파수, 전류 중의 적어도 하나 이상을 가변하여 상기 공급되는 에너지를 설정하는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the inducing means sets the supplied energy by varying at least one of voltage, frequency, and current with less energy.
또한, 상기 빼앗기는 에너지는 상기 수납물에 가해지는 냉각온도와, 상기 수납물의 현재 온도 간의 차이에 의존하는 것이 바람직하다. Further, the deprived energy preferably depends on the difference between the cooling temperature applied to the enclosure and the current temperature of the enclosure.
또한, 상기 빼앗기는 에너지는 상기 수납물의 양에 의존하는 것이 바람직하다. In addition, the deprived energy is preferably dependent on the amount of the deposit.
또한, 본 발명인 과냉각 방법은 수납물로부터 빼앗는 에너지를 설정하는 단계와, 상기 수납물로부터 상기 설정된 에너지를 빼앗는 단계와, 상기 설정된 에너지량보자 적은 에너지를 공급하여 상기 수납물 내의 물분자의 회전, 진동 및 병진 중의 적어도 하나의 운동을 유발하는 단계를 순차적으로 또는 동시에 수행하여, 상전이 온도 이하에서 상기 수납물을 액체 상태로 유지한다. In addition, the present invention, the super-cooling method of the step of setting the energy taken from the enclosure, the step of taking the set energy from the enclosure, and supplying less energy than the set amount of energy, rotation, vibration of the water molecules in the enclosure And sequentially or simultaneously causing the movement of at least one of the translations to maintain the enclosure in the liquid state below the phase transition temperature.
또한, 본 발명인 과냉각 방법은 수납물에 에너지를 공급하는 단계와, 상기 공급되는 에너지보다 많은 에너지를 빼앗는 단계를 포함하여, 상기 수납물 내의 물분자의 회전, 진동 및 병진 중의 적어도 하나 이상을 운동을 유발하여, 상전이 온도 이하에서 상기 수납물을 액체 상태로 유지한다.The supercooling method of the present invention also includes the steps of supplying energy to an enclosure and depriving more energy than the supplied energy, thereby exercising at least one of rotation, vibration and translation of the water molecules in the enclosure. Causing the enclosure to remain in a liquid state below the phase transition temperature.
이하에서, 본 발명은 본 발명의 실시예들 및 첨부도면에 기초하여 상세하게 설명된다. 그러나 이하의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다. In the following, the invention is explained in detail on the basis of the embodiments of the invention and the accompanying drawings. However, the scope of the present invention is not limited by the following embodiments and drawings, and the scope of the present invention will be limited only by the contents described in the claims below.
도 2a 내지 2c는 본 발명에 따른 과냉각 장치의 원리도이다. 2a to 2c is a principle diagram of the supercooling apparatus according to the present invention.
도 2a는 케이스(1) 내의 수납공간(S)에 수납된 수납물인 액체 상태의 물로부터 에너지(Q1)를 빼앗는 과정을 도시한다. 이렇게 에너지(Q1)를 물로부터 빼앗아 냉각시키게 되고, 이러한 냉각이 예를 들면, 도 1과 같이 -7℃ 정도로 유지되는 경우, 이 에너지(Q1)는 물의 냉각 이전 온도(Cw)와 냉각 보관 온도(Cr) 간의 차이에 비례한다. 물론, 에너지(Q1)은 수납물의 비열과 질량에도 영향을 받으나, 도 2a 내지 2c에서는 설명을 위해서 수납물의 비열과 질량이 동일한 것으로 가정하여 고려하지 않고, 온도에 따른 에너지만을 고려한다. 이러한 빼앗기는 에너지(Q1)가 증가함에 따라 물분자 간의 운동(예를 들면, 회전, 진동, 병진 운동 등)이 둔화되고, 상대적으로 수소결합이 세어지기 때문에, 어느 시점에서는 도 1과 같이 상전이가 이루어진다. FIG. 2A illustrates a process of depriving energy Q1 from liquid water, which is an object stored in the storage space S in the
도 2b는 수납물인 물분자간의 운동이 이루어질 수 있도록 에너지(Q2)를 공급하는 과정을 도시한다. 이러한 에너지(Q2)의 공급에 의해 물분자 간의 운동이 활발하여짐에 따라, 이러한 물분자 간의 운동력이 수소결합보다 상대적으로 크므로, 상전이가 이루어지지 않게 된다. 2B illustrates a process of supplying energy Q2 so that movement between water molecules, which are objects, can be performed. As the movement between the water molecules becomes active by the supply of the energy Q2, since the kinetic force between these water molecules is relatively greater than that of the hydrogen bonds, phase transition is not achieved.
도 2c는 에너지(Q1)를 빼앗는 과정과, 에너지(Q2)를 공급하는 과정을 도시한다. 먼저, 에너지(Q1)를 빼앗는 과정을 통하여 물의 측정 온도(C)가 상전이 온도인 0℃ (1기압)를 지나 도 2a와 같이 -7℃까지 하강되며, 이러한 냉각 수행 시에, 물에 에너지(Q2)를 공급하여, 물이 상전이 온도이하에서도 액체 상태를 유지하도록 한다. 이때, 에너지(Q2)를 공급하는 과정은 에너지(Q1)를 빼앗는 과정과 동시에 수행되더라도 서로의 과정에 전혀 영향을 미치지 않는 에너지원들이 선택되어야 한다. 예를 들면, 열에너지가 동일하게 사용되는 경우, 공급 과정과 빼앗는 과정은 서로 영향을 받게 되므로, 본 발명에 적용될 수 없다. 또한, 에너지(Q2)는 물분자의 운동에 영향을 주는 에너지원이어야 한다. 2C illustrates a process of depriving energy Q1 and supplying energy Q2. First, through the process of taking energy Q1, the measured temperature C of the water is lowered to -7 ° C as shown in FIG. 2A through 0 ° C (1 atm), which is a phase transition temperature. Q2) is supplied so that water remains liquid even below the phase transition temperature. At this time, even if the process of supplying energy Q2 is performed simultaneously with the process of depriving energy Q1, energy sources that do not affect each other's processes should be selected. For example, when heat energy is used in the same manner, the supply process and the takeover process are influenced each other, and thus cannot be applied to the present invention. In addition, energy Q2 should be an energy source that affects the movement of water molecules.
여기서, 중요한 것이 물에 공급되는 에너지(Q2)의 크기이다. 즉, 빼앗는 에너지(Q1)는 초기에는 물의 온도(Cw)와 냉각 보관 온도(Cr) 간의 차이로 산정될 수 있으나, 물의 냉각이 시간에 따라 진행되는 것이므로, 실제로 빼앗는 에너지(Q1)는 물의 측정 온도인 현재 온도(C)와 냉각 보관 온도(Cr) 간의 차이에 따라 또는 물의 측정 온도인 현재 온도(C)와 케이스(1)가 보관되는 저장고의 측정 고내 온도(Cm) 간의 차이에 따라 산정될 수 있으며, 에너지(Q2)는 이 에너지(Q1)와 같거나 보다 적은 크기를 지녀야 물의 온도(C)가 냉각 보관 온도(Cr) 또는 측정 고내 온도(Cm)와 같거나 이들보다 조금 높은 온도를 유지하게 된다. What is important here is the magnitude of the energy Q2 supplied to the water. That is, the energy Q1 taken may be initially calculated as the difference between the water temperature Cw and the cooling storage temperature Cr, but since the cooling of the water proceeds with time, the energy Q1 actually taken is the measured temperature of the water. Can be estimated according to the difference between the present present temperature (C) and the cold storage temperature (Cr) or the difference between the present measured temperature (C), which is the measured temperature of water, and the measured internal temperature (Cm) of the reservoir in which the case (1) is stored. The energy (Q2) must be equal to or less than this energy (Q1) so that the water temperature (C) remains at or slightly higher than or equal to the cold storage temperature (Cr) or the measured internal temperature (Cm). do.
또한, 냉각이 진행됨에 따라, 측정 고내 온도(Cm)가 낮아지게 되어 에너지(Q1)의 크기가 변경되면, 이에 따라 공급되는 에너지(Q2) 역시 변경되어, 물의 온도(C)가 상전이 온도 이하인 특정 온도 내에서 과냉각 상태를 유지할 수 있게 된 다. In addition, as the cooling proceeds, when the measured internal temperature Cm is lowered and the magnitude of the energy Q1 is changed, the energy Q2 supplied accordingly is also changed, so that the temperature C of the water is lower than the phase transition temperature. It is possible to maintain a supercooled temperature.
또한, 동일한 온도 조건 하에서도 수납물의 질량이 달라지면, 그 에너지 크기도 변경되어야 한다. In addition, if the mass of the enclosure is changed even under the same temperature conditions, its energy magnitude must also be changed.
따라서, 수납물로부터 빼앗는 에너지(Q1)에 따라 공급되는 에너지(Q2)를 결정하거나, 공급되는 에너지(Q2)에 따라 빼앗는 에너지(Q1)를 결정하여야 하며, 이때 공급되는 에너지(Q2)는 빼앗는 에너지(Q1)와 같거나 보다 적은 크기를 지니면서, 수납물 내의 물분자의 운동을 활성화하도록 되어야 한다. Therefore, the energy Q2 to be supplied is determined according to the energy Q1 taken from the package, or the energy Q1 to be taken is determined according to the energy Q2 supplied, and the supplied energy Q2 is energy to be taken away. It should be sized less than or equal to (Q1), to activate the movement of water molecules in the enclosure.
도 3은 본 발명에 따른 과냉각 장치의 구성도이고, 도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 과냉각 장치의 실시예들이다.3 is a configuration diagram of a supercooling apparatus according to the present invention, Figures 4a and 4b are embodiments of the subcooling apparatus according to the present invention.
과냉각 장치(100)는 수납공간(A, B)의 상태, 수납공간(A, B)에 수납된 수납물(미도시)의 상태 등을 감지하는 부하감지부(20)와, 수납공간(A, B)을 냉각하는 냉동 싸이클(30)과, 수납공간(A, B) 내에 전기장이 인가되도록 전압을 생성하는 전압 발생부(40)와, 생성된 전압을 인가받아 전기장을 생성하는 전극부(50)와, 도어(120)의 개방/폐쇄를 감지하는 도어 감지부(60)와, 사용자로부터 냉각의 정도, 과냉각 모드의 수행 등을 입력받는 입력부(70)와, 과냉각 장치(100)의 동작 상태를 표시하는 표시부(80)와, 과냉각 장치(100)의 냉동 또는 냉장 제어를 수행하면서, 과냉각 모드를 수행하는 마이컴(90)으로 이루어진다. 다만, 상술된 소자들에 전원을 공급하는 전원부(미도시)가 당연히 구비되나, 이러한 전원 공급은 본 발명이 속하는 기술분야에 익숙한 사람에게는 명백하게 인지되는 기술이므로, 그 설명이 생략된다. The
자세하게는, 부하 감지부(20)는 수납공간(A, B)의 상태, 수납공간(A, B)에 수납된 수납물의 상태를 감지하거나 저장하여, 마이컴(90)에 알려준다. 부하 감지부(20)는 예를 들면, 수납공간(A, B)의 상태인 수납공간(A, B)의 용적에 관한 정보를 저장하거나, 수납공간(A, B) 또는 수납물의 온도를 감지하는 온도계이거나, 수납공간(A, B) 내에 수납물이 수납되었는지의 확인을 하는 경도계, 전류계 또는 전압계 또는 중량계 또는 광센서(또는 레이저 센서) 또는 압력센서일 수 있다. 특히, 부하 감지부(20)는 전류계 또는 전압계일 수 있으며, 수납공간(A, B)이 비어있을 경우와, 수납물이 있을 경우는 전기장이 흐르는 저항체의 전체 저항값이 변경되므로, 이러한 변경된 저항값에 따라 그 수납여부를 확인할 수 있다. 또한, 마이컴(90)은 부하 감지부(20)로부터의 이러한 저항값에 따라 수납물의 양과, 수납물의 수분함유율을 확인할 수 있으며, 이에 따라 확인된 수분함유율을 지닌 수납물의 종류도 식별할 수 있다. In detail, the
다음으로, 냉동 싸이클(30)은 수납물을 냉각시키는 방법에 따라 간냉식과 직냉식으로 구분된다. 도 4a의 실시예는 간냉식 냉장고이고, 도 4b의 실시예는 직냉식 냉장고이며, 하기에서 상세하게 개시된다.Next, the
또한, 전압 발생부(40)는 소정의 크기와 주파수에 따른 교류전압을 생성한다. 이 전압 발생부(40)는 전압의 크기 및 이 전압의 주파수 중의 적어도 하나를 가변하여 이에 따른 교류전압을 생성할 수 있다. 특히, 이 전압 발생부(40)는 마이컴(90)으로부터의 설정값(전압의 크기, 전압의 주파수 등)에 따른 교류전압을 전극부(50)에 인가하여, 그에 따른 전기장이 수납공간(A, B)에 인가되도록 한다. 본 발 명에서의 전압 발생부(40)는 주파수를 가변하여 설정함으로써, 전압의 크기를 500V ~ 15kV의 범위 내에서 가변할 수 있다. 또한, 전압 발생부(40)는 전압의 주파수를 1~500kHz 영역의 고주파 영역에서 가변하여 설정한다. In addition, the
전극부(50)는 전압 발생부(40)로부터의 교류전압을 전기장으로 변환하여 수납공간(A, B)에 인가하는 수단으로, 보통 구리, 백금 등의 재료로 이루어진 판상 또는 도선으로 이루어진다. The
이러한 전극부(50)에 의해 수납공간(A, B) 또는 수납물에 인가된 전기장은 고주파 교류전압에 의한 것이므로, 그 극성이 주파수에 따라 바뀌게 된다. 이러한 특성의 전기장에 의해 (-) 극성을 지닌 산소(O)와, (+) 극성을 지닌 수소(H)로 이루어진 물분자가 지속적으로 진동, 회전, 병진 등을 하게 되어, 물분자가 결정화되지 않고 상전이 온도 이하의 온도에서도 액상을 유지하게 된다. Since the electric field applied to the storage spaces A and B or the object by the
도어 감지부(60)는 수납공간(A, B)을 개폐하는 도어(120)의 개방에 따라 전압 발생부(40)의 동작을 정지시키는 것으로, 마이컴(90)으로 개방을 알림으로써 마이컴(90)이 그 정지 동작을 수행할 수도 있고, 또는 전압 발생부(40)에 인가되는 전원을 단락시킴으로써 정지시킬 수도 있다. The
입력부(70)는 일반적인 냉동 및 냉장 제어를 위한 온도 설정, 디스펜서의 서비스 형태(조각얼음, 물 등)의 선택 외에도, 사용자가 수납공간(A, B) 또는 수납물에 대하여 과냉각 모드의 수행 선택을 입력할 수 있도록 된 수단이다. 또한, 사용자는 입력부(70)를 통하여 수납물의 종류, 양 등의 수납물 정보를 입력할 수도 있다. 이러한 입력부(70)는 바코드 판독기 또는 RFID 판독기일 수도 있어, 이러한 판 독에 의한 수납물의 정보를 마이컴(90)으로 제공할 수도 있다. 또한, 입력부(70)는 사용자가 수납공간(A, B) 또는 수납물의 과냉각 정도인 과냉각 온도(과냉각 상태를 유지할 때의 온도)를 입력하거나 선택할 수 있도록 한다. In addition to the temperature setting for general refrigeration and refrigeration control, and the selection of the service type of the dispenser (flake ice, water, etc.), the
표시부(80)는 기본적으로 냉동 및 냉장 온도 표시, 디스펜서의 서비스 형태의 표시를 수행할 수 있으며, 현재 과냉각 모드가 수행 중임을 표시할 수도 있다. The display unit 80 may basically display a freezing and refrigerating temperature, a service type display of the dispenser, and may indicate that a supercooling mode is currently being performed.
마이컴(90)은 기본적인 냉장 및 냉동 제어를 수행하며, 본 발명에 따른 과냉각 모드가 수행되도록 한다. The
마이컴(90)은 수납공간(A, B) 또는 수납물을 과냉각 상태로 유지하는 경우, 수납공간(A, B) 또는 수납물에 인가되어야 하는 에너지량(Q2)과, 빼앗는 에너지량(Q1) 및 냉각 온도 간의 관계 정보를 저장하고 있다. 이에, 마이컴(90)은 과냉각 온도에 따른 에너지량(Q1, Q2)의 설정 및 인가 또는 에너지량(Q1, Q2)의 산정 및 이에 따른 과냉각 온도의 산정 등의 제어를 수행할 수 있게 된다. 여기서의 에너지(Q2)는 다양한 에너지원이 사용될 수 있으나, 본 발명에서는 전기장 에너지를 사용한다. 여기서, 마이컴(90)은 수납물의 대부분이 수분을 상당한 정도 포함하고 있으므로, 에너지(Q1)의 산정에 있어서, 비열은 물의 비열로 하고, 질량은 부하감지부(20)로부터 감지하고, 온도 정보도 부하감지부(20)에 의해 연산하여, 빼앗는 에너지(Q1)를 산정할 수 있다 . 또한, 마이컴(90)은 예를 들어 전기장 에너지를 인가하는 경우, 그 공급되는 에너지(Q2)를 전압과 전류 및 주파수의 함수로부터 산정하고, 이러한 산정은 본 발명이 속하는 기술분야에 익숙한 사람에게는 용이한 사항이다.When the
마이컴(90)은 과냉각 모드를 수행하되, 이러한 과냉각 모드가 수행되는 과냉각 온도를 설정하거나 가변할 수 있다. 이러한 설정 또는 가변은 하기에서 개시되는 에너지량(Q1, Q2)과 과냉각 온도의 관계로부터 마이컴(90)이 수행할 수 있게 된다. 이러한 수행을 위해, 마이컴(90)은 전압 발생부(40)를 제어하여 전극부(50)로부터 인가되는 전기장에 따른 에너지량(Q2)을 조절할 수 있으며, 이러한 에너지량의 조절은 전압의 크기(또는 전류의 크기)와 주파수를 조절함으로써 이루어지며, 에너지량도 전압, 전류 및 주파수의 상관 관계로부터 산정될 수 있다. 이러한 에너지 산정은 본 발명이 속하는 기술분야에 익숙한 사람에게는 명백한 사항이므로 이에 대한 설명을 하기 않는다. The
도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 과냉각 장치의 실시예들이다. 본 실시예는 냉장고에 적용한 것으로, 도 4a는 간냉식 냉장고의 단면도이고, 도 4b는 직냉식 냉장고의 단면도이다. 4a and 4b are embodiments of the subcooling apparatus according to the present invention. This embodiment is applied to a refrigerator, Figure 4a is a cross-sectional view of the intercooled refrigerator, Figure 4b is a cross-sectional view of the direct-cooling refrigerator.
간냉식 냉장고는 일면이 개방되고 수납공간(A)을 내부에 형성하고, 수납공간(A)을 부분적으로 분할하는 선반(130)을 지닌 케이스(110), 케이스(110)의 개방된 일면을 개폐하는 도어(120)로 이루어진다. 간냉식 냉장고의 냉동 싸이클(30)은 냉매를 압축하는 압축기(32)와, 수납공간(A) 또는 수납물을 냉각시키는 냉기(화살표로 표시)를 발생하는 증발기(33)와, 이렇게 발생된 냉기를 강제 유동시키는 팬(34)과, 수납공간(A)으로 냉기를 유입시키는 유입덕트(36)와, 수납공간(A)을 통과한 냉기를 증발기(33)로 유도하는 토출덕트(38)로 이루어진다. 이외에도, 냉동 싸이클(30)은 도시되지 않은 응축기, 건조기, 팽창장치 등을 구비할 수 있다. The intercooled refrigerator has a
수납공간(A)을 향하는 내면(112a, 112c)과 케이스(110)의 외면 사이에는 전극부(50a, 50b)가 형성되며, 각 전극부(50a, 50b)는 수납공간(A)을 대향하도록 형성되어, 전기장이 수납공간(A) 전체에 인가될 수 있도록 한다. 또한, 수납공간(A)은 전극부(50a, 50b)의 단부로부터 소정의 간격만큼 전극부(50a, 50b)의 내측으로 또는 중심방향으로 이격되어, 균일한 전기장이 수납공간(A) 또는 수납물에 인가될 수 있도록 한다.
또한, 케이스(110)의 내면(112b)에는 상술된 유입덕트(36)와, 토출덕트(38)가 형성된다. 아울러, 케이스(110)의 내면(112a, 112b, 112c)의 표면은 소수성 재질이 이루어지도록 하여, 수분 등의 물의 표면장력이 감소되어 과냉각 모드의 수행 중에 동결되지 않도록 한다. 물론, 케이스(110)의 외면 및 내면(112a, 112b, 112c)은 절연 재질로 이루어지도록 하여, 전극부(50a, 50b)로부터 사용자가 감전되지 않도록 함과 동시에 수납물이 내면(112a, 112b, 112c)을 통하여 전극부(50a, 50b)에 전기적으로 직접 접촉되는 것을 방지한다. In addition, the
다음으로, 도 4b의 직냉식 냉장고의 케이스(110)와 도어(120) 및 선반(130)는 도 4a의 간냉식 냉장고와 동일하고, 케이스(110)의 내면(114a, 114b, 114c)은 케이스(112a, 112b, 112c)와 비교하여, 유입덕트(36) 및 토출덕트(38)을 제외하면 동일하다. Next, the
도 4b의 직냉식 냉장고의 냉동 싸이클(30)은 냉매를 압축하는 압축기(32)와, 수납공간(B) 주변의 케이스 내면(114a, 114b, 114c)에 인접하여 케이스(110) 내에 설치되어 냉매를 증발시키는 증발기(39)로 이루어진다. 다만, 직냉식 냉동 싸이 클(30)은 응축기(미도시)와 팽창밸브(미도시) 등을 포함하여 구성된다.The freezing
특히, 전극부(50c, 50d)는 이 증발기(39)와 케이스(110) 사이에 삽입 설치되어, 증발기(39)에 의한 냉기가 차단되는 것을 방지한다. In particular, the
도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 무동결 냉장고에서의 과냉각 현상 그래프이다. 5a and 5b are graphs illustrating the supercooling phenomenon in the freezing refrigerator according to the present invention.
도 5a는 도 5b에 대한 실험 구조 및 조건에 대한 도면이다. 도시된 바와 같이, 케이스(111) 내에 수납공간(S1)이 형성되고, 이 수납공간(S1)에 증류수가 0.1ℓ담겨지고, 전극(50e, 50f)은 수납공간(S1)을 향하여 대칭적으로 위치되도록 케이스(111)의 측벽에 삽입 장착된다. 또한, 수납공간(S1)을 대향하는 전극(50e, 50f)의 전극면은 수납공간(S1)의 면보다 넓게 형성된다. 이들 전극(50e, 50f) 간의 간격은 20㎜이다. 케이스(111)는 아크릴 재질로 이루어지며, 이 케이스(111)는 냉기가 균일하게 공급되는 수납공간(전극(50e, 50f)이외에 추가적인 전기장 발생 장치가 없는 공간인 냉장 장치) 내에 수납되어 냉각된다.FIG. 5A is a diagram of experimental structures and conditions for FIG. 5B. As shown, the storage space (S1) is formed in the
이때, 마이컴(90)은 전압 발생부(40)로 하여금 0.91kV(6.76mA), 20kHz의 교류전압을 전극부(50)에 인가한 경우이고, 수납공간의 온도는 -7℃ 정도이다. 도 5b의 과냉각 현상 그래프로부터 본 발명에 따른 무동결 냉장고(100)는 상전이 온도 이하인 -6.5℃ 정도에서도 과냉각 현상을 지니고 있어서, 물의 무동결 상태를 50 시간 이상 유지하고 있음을 알 수 있다. At this time, the
도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 간략화된 무동결 냉장고에서의 전력과 무동결 온도 간의 상관 그래프들이다. 도 6a와 6b는 도 5a와 동일한 실험 구조에 적용되는 것으로, 케이스(111)가 수납되는 수납공간 내의 보관 온도(제어 온도) 즉 고내 온도는 -6℃로 고정 제어된다. 이때, 마이컴(90)은 전압 발생부(40)에 인가되는 전력 에너지량을 다수개 설정하여 인가하고, 그에 따른 무동결 온도의 변화를 측정한다. 즉, 빼앗는 에너지(Q1)의 크기는 일정한 경우이고, 공급되는 에너지(Q2)를 가변하는 경우이다. 6A and 6B are correlation graphs between power and freezing temperature in the simplified freezing refrigerator according to the present invention. 6A and 6B are applied to the same experimental structure as that of FIG. 5A, and the storage temperature (control temperature), that is, the internal temperature of the inside of the storage space in which the
도 6a는 서로 상이한 전력 에너지량이 공급된 물의 무동결 온도 그래프들이다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 전력 에너지가 전혀 공급되지 않은 기준선(O)은 냉각에 의해 -5℃까지 무동결 상태를 유지하다가 냉각 3시간 이전에 동결 상태로 상전이가 야기된다. 6A are graphs of freezing temperatures of water supplied with different amounts of power energy. As shown in FIG. 6A, the baseline O, to which no power energy is supplied, remains freeze to -5 ° C. by cooling and causes a phase transition to a frozen state 3 hours before cooling.
또한, 제1에너지선(I)(1.38W)은 물에 인가되는 에너지량(Q2)이 빼앗는 에너지량(Q1)보다 이 상당히 크기때문에, 물이 상전이 온도(1기압 0℃)에서, 냉각이 이루어지더라도 거의 0℃로 유지되어 과냉각 현상이 전혀 발생하지 않고 있다. In addition, since the first energy ray I (1.38W) is considerably larger than the amount of energy Q1 applied to the water Q2, the water is cooled at a phase transition temperature (1
제2에너지선(II)(0.98W)은 과냉각 상태를 유지하고, 그때의 과냉각 온도는 -3~-3.5℃로 유지되고 있다. The second energy ray II (0.98 W) maintains a supercooled state, and the supercooling temperature at that time is maintained at -3 to -3.5 占 폚.
제3에너지선(III)(0.91W)은 과냉각 상태를 유지하고, 그때의 과냉각 온도는 -4~-5℃로 유지되고 있다. The third energy ray (III) (0.91 W) maintains the supercooling state, and the supercooling temperature at that time is maintained at -4 to -5 deg.
제4에너지선(IV)(0.62W)은 과냉각 상태를 유지하고, 그때의 과냉각 온도는 -5.5~-5.8℃로 유지되고 있다. The fourth energy ray IV (0.62W) maintains a supercooled state, and the supercooling temperature at that time is maintained at -5.5 to -5.8 占 폚.
제5에너지선(V)(0.36W)는 과냉각 상태에 이르지 못하고, 동결(상전이)되고 있다. The fifth energy ray V (0.36W) does not reach the supercooled state and is frozen (phase shifted).
도 6b는 도 6a의 제1 내지 제5에너지선 간의 상관 관계를 나타내는 그래프이다. 도시된 바와 같이, 일정한 냉기가 공급되는 상태에서, 수납물인 물에 인가되는 에너지량(Q2)과 수납물인 물의 과냉각 온도가 비례 관계를 지니고 있음을 알 수 있다. 즉, 수납물에 인가되는 에너지량(Q2)이 클수록 과냉각 온도가 상승하고, 수납물에 인가되는 에너지량(Q2)이 작을수록 과냉각 온도가 하강하고 있다. 다만, 이러한 에너지량(Q2)을 결정할 때, 너무 작은 에너지량의 경우, 상술된 바와 같이 물분자의 운동을 야기하지 못하여 과냉각 상태를 조정할 수 없기 때문에, 제5에너지선과 같은 결과가 도출된다. FIG. 6B is a graph showing the correlation between the first to fifth energy rays of FIG. 6A. As shown, it can be seen that in a state where a constant cool air is supplied, the amount of energy Q2 applied to the water, which is a package, and the supercooling temperature of the water, which is a package have a proportional relationship. That is, the greater the amount of energy Q2 applied to the object, the higher the supercooling temperature. The smaller the amount of energy Q2 applied to the object, the lower the supercooling temperature. However, when determining the amount of energy Q2, if the amount of energy is too small, as described above, the supercooled state cannot be adjusted because it does not cause the movement of water molecules, resulting in the same result as the fifth energy ray.
또한, 실험에 따른 과냉각 온도는 보관온도(실내온도, 고내온도)가 -6℃인 경우에 인가되는 에너지량에 따라 결정된 것이므로, 보관온도가 상이하게 되면, 즉 빼앗기는 에너지량(Q1)이 가변되면 그에 따라 인가되는 에너지량(Q2)도 변경되어야 한다. 따라서, 마이컴(90)은 보관온도가 일정한 경우에는 간단한 에너지량(Q1, Q2)과 과냉각 온도 간의 상관 관계 정보만을 저장하여도 되고, 그렇지 않고 보관온도가 조절되거나 변경되는 경우에는, 이러한 조절되는 보관온도가 고려되는 에너지량(Q1, Q2)과 과냉각 온도 간의 상관 관계 정보를 저장하여야 한다. In addition, the supercooling temperature according to the experiment is determined according to the amount of energy applied when the storage temperature (indoor temperature, high temperature) is -6 ℃, if the storage temperature is different, that is, the amount of energy (Q1) is taken away The amount of energy Q2 applied accordingly must also be changed. Therefore, when the storage temperature is constant, the
도 7은 본 발명에 따른 과냉각 방법에서 적용되는 전기장의 세기와 보관 온도 및 과냉각 온도 간의 관계 그래프이다. 7 is a graph showing the relationship between the strength of the electric field and the storage temperature and the subcooling temperature applied in the subcooling method according to the present invention.
도 7에 도시된 바와 같이, 수납물의 과냉각 온도(Cs)는 전기장의 세기(공급되는 에너지(Q2))와, 보관 온도(Cm)(빼앗기는 에너지(Q1))의 상관 관계로부터 산정된다. As shown in Fig. 7, the supercooling temperature Cs of the package is calculated from the correlation between the intensity of the electric field (energy Q2 supplied) and the storage temperature Cm (energy Q1 taken away).
예를 들면, 전기장의 세기(W1)와 보관온도(Cm)에서, 수납물의 과냉각 온도(Cs)로 안정된 경우, 보관온도(Cm')로 낮추게 되면 즉 빼앗기는 에너지(Q1)를 증가시키면 과냉각 온도(Cs')로 변경되며, Cs'< Cs로 안정화된다. 다른 예를 보면, 보관온도(Cm")로 높이면 즉 빼앗기는 에너지(Q1)를 감소시키면 과냉각 온도(Cs")로 변경되며, Cs">Cs로 안정화된다. For example, if the electric field strength W1 and storage temperature Cm are stabilized by the supercooling temperature Cs of the stored object, when the temperature is lowered to the storage temperature Cm ', that is, the energy Q1 deprived increases, the supercooling temperature ( Cs '), and stabilizes to Cs' <Cs. In another example, increasing the storage temperature (Cm "), that is, reducing the deprived energy (Q1), changes to the supercooling temperature (Cs") and stabilizes Cs "> Cs.
도 6a, 도 6b 및 도 7의 관계로부터, 빼앗기는 에너지(Q1)와 공급되는 에너지(Q2)이 조절을 통하여, 수납물의 과냉각 온도(Cs)를 조절할 수 있게 된다. 6A, 6B, and 7, the deprived energy Q1 and the supplied energy Q2 can be adjusted to adjust the supercooling temperature Cs of the stored object.
이러한 구성의 본 발명은 장시간 안정적으로 수납물의 과냉각 상태를 유지할 수 있는 효과가 있다. The present invention of such a configuration has the effect that it can maintain the supercooled state of the object stably for a long time.
또한, 본 발명은 공급되는 에너지와 빼앗기는 에너지를 조절하여 보다 낮은 온도에서 수납물의 과냉각 상태를 안정적으로 유지할 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention has the effect of stably maintaining the supercooled state of the object at a lower temperature by adjusting the energy supplied and the energy to be taken away.
또한, 본 발명은 수납물을 과냉각 상태로 유지하면서, 이때의 과냉각 온도를 조절할 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention has the effect of adjusting the supercooling temperature at this time, while maintaining the object in the supercooled state.
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
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J301 | Trial decision |
Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20080121 Effective date: 20080429 |