KR20080003221A - Supercooling apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 기본적인 과냉각 상태를 유지시키는 과냉각 장치의 전극 구조를 개념적으로 나타낸 도면이다.1 is a view conceptually showing the electrode structure of the subcooling device to maintain a basic subcooling state.
도 2는 도 1에 따른 과냉각 장치에서의 과냉각 현상 그래프이다.FIG. 2 is a graph illustrating a supercooling phenomenon in the subcooling apparatus according to FIG. 1.
도 3는 도 1에 따른 과냉각 장치의 실시예이다.3 is an embodiment of a subcooling apparatus according to FIG. 1.
도 4는 과냉각 상태를 유지시키는 과냉각 장치의 개선된 전극 구조를 개념적으로 나타낸 도면이다.4 conceptually illustrates an improved electrode structure of a supercooling device that maintains a supercooled state.
도 5는 도 4에 따른 과냉각 장치의 실시예이다.5 is an embodiment of a subcooling apparatus according to FIG. 4.
도 6은 과냉각 상태를 유지시키는 과냉각 장치의 또다른 개선된 전극 구조를 개념적으로 나타낸 도면이다.FIG. 6 conceptually illustrates another improved electrode structure of the supercooling device to maintain the supercooled state.
도 7는 도 6에 따른 과냉각 장치의 실시예이다.7 is an embodiment of a subcooling apparatus according to FIG. 6.
도 8은 과냉각 상태를 유지시키는 과냉각 장치의 다른 개선된 전극 구조를 개념적으로 나타낸 도면이다.FIG. 8 conceptually illustrates another improved electrode structure of the supercooling device to maintain the supercooled state.
도 9는 도 8에 따른 과냉각 장치의 실시예이다.9 is an embodiment of a subcooling apparatus according to FIG. 8.
도 10은 과냉각 장치의 작동방법을 설명한 블럭도이다.10 is a block diagram illustrating a method of operating a supercooling device.
본 발명은 에너지를 일정 지역에 집중적으로 인가되도록 하여, 장기간 안정적으로 수납물의 과냉각 상태를 유지하는 과냉각 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a supercooling apparatus that maintains the supercooled state of an object stably for a long time by allowing energy to be concentrated at a predetermined region.
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 온도 이하에서 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.
물과 같은 수납물을 단시간 동안 과냉각 상태로 보전할 수는 있으나, 수분이 함유된 식품에서 수분이 동결되는 경우 식품의 질 식품의 장기 보관 면에서 과냉각 상태를 장기간 유지할 필요성이 있다. Although it is possible to preserve an object such as water in a supercooled state for a short time, when moisture is frozen in a food containing water, it is necessary to maintain the supercooled state for a long time in terms of long-term storage of food quality food.
이에 따라, 장시간 안정적으로 수납물의 과냉각 상태를 유지할 수 있는 과냉각 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a subcooling device capable of stably maintaining a supercooled state of an object for a long time.
또한, 본 발명은 보다 낮은 온도에서 수납물의 과냉각 상태를 안정적으로 유지할 수 있는 과냉각 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. Moreover, an object of this invention is to provide the subcooling apparatus which can stably maintain the supercooling state of an object at a lower temperature.
특히, 본 발명은 특정한 지역에 집중적으로 전기장을 형성하여 특정한 지역에 과냉각 상태를 좀 더 안정적이고 장기적으로 유지하는 것이 가능한 과냉각 장치 를 제공하는 것을 목적으로 한다. In particular, it is an object of the present invention to provide a supercooling apparatus capable of intensively forming an electric field in a specific region to maintain a more stable and long term supercooling state in a specific region.
본 발명인 과냉각 장치는 수납물을 수납하는 수납공간을 구비한 저장고와, 수납공간을 냉각시키는 냉동사이클과, 수납공간에 대칭적으로 배치되고, 면적이 서로 상이한 제1전극과 제2전극으로 이루어지는 전극부로 이루어져서, 수납물을 상전이 온도 이하에서 무동결 상태로 유지한다.The supercooling device of the present invention comprises an electrode having a storage compartment having an accommodating space therein, a refrigeration cycle for cooling the accommodating space, and a first electrode and a second electrode which are symmetrically disposed in the accommodating space and differ in area from each other. It is made negative to keep the enclosure free of freezing below the phase transition temperature.
또한, 전극부는 저장고의 내측면에 장착된 것이 바람직하다. In addition, the electrode unit is preferably mounted on the inner side of the reservoir.
또한, 제1전극은 활성 전극이고, 제2전극은 접지 전극이고, 제1전극이 제2전극보다 더 넓은 면적을 지니는 것이 바람직하다. Further, it is preferable that the first electrode is an active electrode, the second electrode is a ground electrode, and the first electrode has a larger area than the second electrode.
또한, 접지 전극은 활성 전극의 중앙에 대응하여 형성된 것이 바람직하다. In addition, the ground electrode is preferably formed corresponding to the center of the active electrode.
또한, 접지 전극과 활성 전극은 일정 거리 이격된 것이 바람직하다. In addition, the ground electrode and the active electrode is preferably spaced apart from a certain distance.
또한, 본 발명인 과냉각 장치는 수납물을 수납하는 수납공간과, 수납공간을 냉각시키는 냉동사이클과, 수납공간에 전기장을 생성하여 인가하되, 활성 전극과 이에 대응하는 접지 전극으로 이루어진 전극부를 포함하되, 활성 전극은 접지 전극을 둘러싸서 수납 공간이 형성되도록 하여, 수납물을 상전이 온도 이하에서 무동결 상태로 유지한다.In addition, the present invention, the supercooling apparatus includes an accommodating space for accommodating the object, a refrigeration cycle for cooling the accommodating space, and generating and applying an electric field to the accommodating space, wherein the electrode part includes an active electrode and a ground electrode corresponding thereto. The active electrode surrounds the ground electrode to form an accommodation space, thereby keeping the enclosure free of freezing at or below the phase transition temperature.
이하에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 과냉각 장치를 예로 들어 상세하게 설명된다. In the following, the present invention will be described in detail with an example of a supercooling apparatus based on the embodiments of the present invention and the accompanying drawings.
액체, 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. If the liquid, for example water, is gradually cooled, it will not temporarily solidify even at temperatures below 0 ° C. 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.
이 때, 비록 온도가 상전이 온도보다 낮다고 하더라도 분자가 지속적으로 회 전, 진동, 병진 중 적어도 하나 이상의 운동을 하게 할 수 있다면, 과냉각 상태를 지속적으로 유지할 수 있게 된다. 즉, 액체의 에너지를 뺏는 과정인 냉각과 동시에 액체가 고체로 상전이가 일어나지 않도록 에너지를 공급해주면, 상전이가 일어나는 온도보다 낮은 온도에서도 장시간 안정적으로 액체 상태를 유지할 수 있게 된다. 여기서 에너지를 공급하는 과정은 에너지를 뺏는 과정과 같으면 서로 영향을 받게 되므로 부적절하다. 보통의 냉각 장치의 경우, 열에너지를 뺏는 방법을 사용하므로 에너지를 공급할 때 열에너지를 공급하는 것은 부적절하다. At this time, even if the temperature is lower than the phase transition temperature, if the molecule can continuously move at least one of the rotation, vibration, translation, it is possible to maintain the supercooled state continuously. That is, when energy is supplied to prevent liquid from phase transition to solid at the same time as cooling, which is a process of taking energy of liquid, it is possible to stably maintain a liquid state for a long time even at a temperature lower than the temperature at which phase transition occurs. In this case, the process of supplying energy is inadequate as it is influenced by each other when the process of energy is taken. In the case of ordinary cooling devices, it is inappropriate to supply thermal energy when supplying energy because it uses a method of depriving thermal energy.
도 1은 기본적인 과냉각 상태를 유지시키는 과냉각 장치의 전극 구조를 개념적으로 나타낸 도면이다. 1 is a view conceptually showing the electrode structure of the subcooling device to maintain a basic subcooling state.
도 1에서, 수납공간(S1)이 형성된 케이스(1)는 수납공간(S1)에 대하여 서로 대향하는 두 전극(10a, 10b)을 내장하고 있다. 전극(10a, 10b)에 고압의 교류전압을 인가하는 전원공급부(2)가 구비된다. 전원공급부(2)는 전극(10a, 10b)에 고압의 교류전압을 인가하여, 전극(10a, 10b) 사이의 수납공간(S1)에 전기장이 형성하여 수납공간(S1)에 에너지를 공급한다. In FIG. 1, the
또한, 수납공간(S1)은 냉각 사이클(미도시)에 의해 냉각이 이루어지도록 하여, 수납공간(S1) 내의 열에너지를 뺏으면서 다른 종류의 에너지(즉, 전기장 에너지)를 공급하는 것이 가능하다. 이것으로 인해, 수납공간(S1) 내에 수납되는 물이나 수분을 포함하는 식품의 경우, 상전이 온도 이하에서도 응고 또는 동결되지 않은 채로 장시간 안정적인 냉각상태를 유지하는 것이 가능하다.In addition, the storage space S1 is cooled by a cooling cycle (not shown), so that it is possible to supply another type of energy (that is, electric field energy) while taking heat energy in the storage space S1. For this reason, in the case of the food containing water and water accommodated in the storage space S1, it is possible to maintain a stable cooling state for a long time without solidifying or freezing even below phase transition temperature.
도 2는 도 1에 따른 과냉각 장치에 물을 보관한 후 이를 냉각시켰을 때의 온도 그래프이다. 2 is a temperature graph when water is stored in the supercooling apparatus according to FIG. 1 and then cooled.
보통의 경우, 물이 상전이 온도 이하로 냉각되면, 상전이가 일어나게 마련이다. Normally, when water cools below the phase transition temperature, phase transition occurs.
도 2와 같은 케이스(1) 내의 수납공간(S1)에 증류수가 0.1ℓ담겨지고, 수납공간(S1)을 대향하는 전극(10a, 10b)의 전극면은 수납공간(S1)의 면보다 넓게 형성된다. 이들 전극(10a, 10b) 간의 간격은 20㎜이다. 케이스(1)는 아크릴 재질로 이루어지며, 이 케이스(1)는 냉기가 균일하게 공급되는 냉각공간(전극(10a, 10b)이외에 추가적인 전기장 발생 장치가 없는 공간인 냉장 장치) 내에 수납되어 냉각된다.Distilled water is contained in the storage space S1 in the
이 때, 전원공급부(2)는 0.91kV(6.76mA), 20kHz의 교류전압을 전극(10a, 10b)에 인가한 경우이고, 냉각공간의 고내온도는 -7℃ 정도이다. At this time, the
도 2에서 볼 수 있듯이, 전기장을 통해 에너지를 가함으로 인하여 장시간에 걸쳐 과냉각 상태(무동결 상태)를 안정적으로 유지할 수 있음을 확인할 수 있다. As can be seen in Figure 2, by applying energy through the electric field it can be seen that it is possible to stably maintain the supercooled state (non-freezing state) for a long time.
도 3은 도 1에 따른 과냉각 장치의 실시예이다. 도 3에 도시된 과냉각 장치는 냉각 사이클이 구비된 장치로서, 간냉식 과냉각 장치이다. 3 is an embodiment of a supercooling apparatus according to FIG. 1. The subcooling apparatus shown in FIG. 3 is a device equipped with a cooling cycle and is an intercooling subcooling apparatus.
과냉각 장치는 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 과냉각 장치의 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 유동시 키는 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. 또한, 과냉각 장치는 간냉식뿐만 아니라, 직냉식에 의해서 냉각 사이클이 구현될 수도 있다. The supercooling device opens and closes one open side of the
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. 간냉식 과냉각 장치가 예시되었지만, 직냉식 과냉각 장치로도 구현할 수 있다는 것은 명백하다. In addition, the
이러한 방식으로 전극을 통해 전기장을 형성하는 경우, 수납공간 내에 균일 한 전기장을 형성할 수 있다. 그런데 물체를 냉각시켜서 보관하는 냉각 장치의 경우, 식품 등의 물체가 들어오는 시점이 각각 다르고, 질량이 달라 냉각이 되는 시점이 달라지고, 이로 인해 과냉각을 위해 에너지가 집중적으로 공급되어야 하는 시점이 서로 달라질 수 있다. 만약 에너지가 집중적으로 공급되어야 하는 시점이 다를 때, 각 시점에 따라 필요한 곳에 더 강한 전기장을 형성하여 에너지를 공급한다면, 좀 더 효율적으로 과냉각 상태를 조성할 수 있게 된다.When the electric field is formed through the electrode in this manner, a uniform electric field may be formed in the storage space. However, in the case of a cooling device for cooling an object, when the objects such as food are different from each other, and the mass is different, the cooling time is different, and thus the time when energy must be concentrated for supercooling is different. Can be. If the energy needs to be concentrated at different times, a stronger electric field can be provided where needed to provide energy at each point, thus creating a more efficient supercooled state.
도 4는 과냉각 상태를 유지시키는 과냉각 장치의 개선된 전극 구조를 개념적으로 나타낸 도면이다. 도 4는 평면형 전극(11a)과 원통형 전극(예를 들어 도선)(11b)이 구비되고, 각각의 전극이 전원 공급 장치에 연결되어 전원(특히 고압 교류전원)을 공급받으면, 원통형 전극(11b) 주변에 다른 곳보다 강한 전기장이 형성된다. 전기력선 등으로 따져 보면, 전기력선이 원통형 전극(11b) 주변에 촘촘히 있고, 이것은 곧 원통형 전극에 가까이 갈수록 강한 전기장이 형성된다는 것을 알 수 있다. (도 4의 경우, 원통형 전극은 전기장을 특정한 지역에 집중시키기 위한 구조의 예시일 뿐이다.)4 conceptually illustrates an improved electrode structure of a supercooling device that maintains a supercooled state. 4 is provided with a planar electrode 11a and a cylindrical electrode (for example, conducting wire) 11b, and when each electrode is connected to a power supply to receive power (especially high voltage AC power), the cylindrical electrode 11b is provided. Stronger electric fields are formed in the vicinity. From the electric field lines, it can be seen that the electric field lines are densely around the cylindrical electrode 11b, which forms a strong electric field closer to the cylindrical electrode. (In the case of Fig. 4, the cylindrical electrode is merely an example of a structure for concentrating the electric field in a specific area.)
도 5는 도 4에 따른 과냉각 장치의 실시예이다. 도 5는 간냉식 냉장고로, 도 3과 비교하여 선반(130), 케이스(110), 도어(120), 압축기(32), 증발기(33), 팬(34) 등을 구비하는 냉동 싸이클 등을 포함하는 점은 동일하다. 전극부(50b, 50c) 중 하나의 전극부(50b)는 평면형이고, 다른 전극부(50c)는 원통형이다. 5 is an embodiment of a subcooling apparatus according to FIG. 4. FIG. 5 is an intercooled refrigerator, which includes a refrigeration cycle having a
도 3에서의 간냉식 냉장고의 전극부(50a, 50b)가 모두 평면형인 것에 비해, 도 5에서의 전극부 중 하나의 전극부(50c)가 원통형인 것이 다르다. 이로 인하여 원통형 전극(50c) 주변에 다른 곳보다 강한 전기장이 형성된다는 것은 위에서 설명되었다. 선반(130) 위에 집중적으로 과냉각 상태가 유지되어야 하는 물체를 원통형 전극(50c)에 올려놓으면 과냉각 상태가 다른 부분에 비해 더욱 안정적으로 유지될 수 있다.The
도 6은 과냉각 상태를 유지시키는 과냉각 장치의 또다른 개선된 전극 구조를 개념적으로 나타낸 도면이다. 도 6는 평면형 전극(11c)과 구형 전극(11d)이 구비되고, 각각의 전극이 전원 공급 장치에 연결되어 전원(특히 교류 고압 전원)을 공급받으면, 구형 전극(11d) 주변에 다른 곳보다 강한 전기장이 형성된다. 전기력선 등으로 따져 보면, 전기력선이 구형 전극(11d) 주변에 촘촘히 있고, 이것은 곧 구형 전극(11d)에 가까이 갈수록 강한 전기장이 형성된다는 것을 알 수 있다. 도 4에서는 원통형 전극(11b)가 포함되고, 도 6에서는 구형 전극(11d)가 포함되어 특정 지역에 전기장을 집중적으로 형성할 수 있는 구조를 가지게 된다. 이러한 다양한 형태의 전극을 활용하는 것을 통해, 원하는 곳에 좀 더 강한 전기장을 형성하여 과냉각 장치가 과냉각을 좀 더 효율적으로 수행할 수 있다.(도 4 또는 6의 경우, 원통형 전극 또는 구형 전극은 전기장을 특정한 지역에 집중시키기 위한 구조의 예시일 뿐이다.)FIG. 6 conceptually illustrates another improved electrode structure of the supercooling device to maintain the supercooled state. 6 is provided with a
도 7은 도 6에 따른 과냉각 장치의 실시예이다.7 is an embodiment of a subcooling apparatus according to FIG. 6.
도 7은 선반(130), 케이스(110), 도어(120), 압축기(32), 증발기(33), 팬(34) 등을 구비하는 냉동 싸이클을 구비하는 점은 도 3와 비교하여 모두 동일하 다. 전극부(50b, 50d) 중 하나의 전극부(50b)는 평면형이고, 다른 전극부(50d)는 구형이다. 도 3에서의 간냉식 냉장고의 전극부(50a, 50b)가 모두 평면형인 것에 비해, 도 5에서의 전극부 중 하나의 전극부(50d)가 구형인 것이 다르다. 이로 인하여 구형 전극(50d) 주변에 다른 곳보다 강한 전기장이 형성된다는 것은 위에서 설명되었다. 선반(130) 위에 집중적으로 과냉각 상태가 유지되어야 하는 물체를 구형 전극(50d)에 올려놓으면 과냉각 상태가 다른 부분에 비해 더욱 안정적으로 유지될 수 있다. FIG. 7 is the same as having a refrigeration cycle with a
도 5 또는 도 7의 실시예에서, 만약 원통형 전극이나 구형 전극을 움직일 수 있는 구조를 가졌다면, 과냉각 상태가 집중적으로 필요한 부분에 원통형 전극이나 구형 전극을 이동시킴으로써 집중적으로 에너지를 공급할 수 있어 과냉각 장치를 매우 효율적으로 사용할 수 있다.In the embodiment of FIG. 5 or FIG. 7, if the structure has a structure capable of moving the cylindrical electrode or the spherical electrode, the supercooling device can be intensively supplied by moving the cylindrical electrode or the spherical electrode to the portion where the supercooling state is necessary. Can be used very efficiently.
도 8은 과냉각 상태를 유지시키는 과냉각 장치의 또다른 개선된 전극 구조를 개념적으로 나타낸 도면이다. 원통형 전극(예를 들어 도선)(13b)이 있고, 이를 둘러싸는 다른 전극(13a)을 구비하는 구조이다. 원통형 전극(13b)으로부터 가까이 있을수록 강한 전기장이 형성된다.(역시 원통형 전극은 특정 지역에 강한 전기장을 형성시키기 위한 예시적 구조이다) 바람직하게, 원통형 전극을 둘러싸는 전극(13a)은 원통형 전극(13b)의 중심을 중심으로 하는 중공 원통형 전극일 수 있고, 이러한 경우, 당업자에게 자명한 맥스웰 방정식 등을 통해서 각 지점에서의 전기장의 세기를 구할 수 있다. FIG. 8 conceptually illustrates another improved electrode structure of the supercooling device to maintain the supercooled state. There is a cylindrical electrode (for example, conducting wire) 13b, and it is a structure provided with the
여기서 r은 전기장을 측정하려는 점과 원통형 전극의 중심과의 거리, a는 원통형 전극의 반지름, b는 원통형 전극을 둘러싼 전극과 원통형 전극의 중심과의 거리이다.(도면 참조)Where r is the distance between the point to measure the electric field and the center of the cylindrical electrode, a is the radius of the cylindrical electrode, b is the distance between the electrode surrounding the cylindrical electrode and the center of the cylindrical electrode (see drawing).
이렇듯이, 원통형 전극에 가까울수록, 즉 수학식 1에서의 r이 작을수록 강한 전기장이 형성된다.As such, the closer to the cylindrical electrode, that is, the smaller r in
도 9는 도 8에 따른 과냉각 장치의 실시예이다. 원통형 전극(13c)와 이를 둘러싸는 전극(13d)이 있고, 냉매를 압축하는 압축기(32)와 냉매를 증발시키는 증발기(39)를 구비하는 냉각 사이클을 포함한다. 결국 과냉각 장치는 냉각 사이클을 구비하여 물체를 냉각시킬 수 있으며, 원통형 전극(13c)과 이를 둘러싸는 전극(13d)에 전원 공급장치(미도시)를 이용, 전원을 공급하여 원통형 전극(13c) 주변에 집중적으로 에너지를 공급할 수 있다.9 is an embodiment of a subcooling apparatus according to FIG. 8. There is a
도 10은 과냉각 장치의 작동방법을 설명한 블럭도의 예시이다. 이는 작동방법의 한 예시로, 과냉각 장치(100)는 수납공간의 상태, 수납공간에 수납된 수납물(미도시)의 상태 등을 감지하는 부하감지부(20)와, 수납공간을 냉각하는 냉동 싸이클(30)과, 수납공간 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. 10 is an illustration of a block diagram illustrating a method of operating a supercooling device. This is an example of the operation method, the
자세하게는, 부하 감지부(20)는 수납공간의 상태, 수납공간에 수납된 수납물의 상태를 감지하거나 저장하여, 마이컴(90)에 알려준다. 부하 감지부(20)는 예를 들면, 수납공간의 상태인 수납공간의 용적에 관한 정보를 저장하거나, 수납공간 또는 수납물의 온도를 감지하는 온도계이거나, 수납공간 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, 수납공간이 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. 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 수납공간에 인가되도록 한다. In addition, the
전극부(50)는 전압 발생부(40)로부터의 교류전압을 전기장으로 변환하여 수납공간에 인가하는 수단으로, 보통 구리, 백금, 알루미늄 등의 재료로 이루어진 평판(박막) 또는 도선으로 이루어진다. 이러한 전극부(50)에 의해 수납공간 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. The
도어 감지부(60)는 수납공간을 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 있으며, 도어 개폐에 따라 전원 공급이 달라지는 스위치부를 구비하여 전압 발생부에 공급되는 전원을 차단할 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 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. 이 러한 입력부(70)는 바코드 판독기 또는 RFID 판독기일 수도 있어, 이러한 판독에 의한 수납물의 정보를 마이컴(90)으로 제공할 수도 있다. 또한, 입력부(70)는 사용자가 수납공간 또는 수납물의 과냉각 정도인 과냉각 온도(과냉각 상태를 유지할 때의 온도)를 입력하거나 선택할 수 있도록 한다. The
표시부(80)는 기본적으로 냉동 및 냉장 온도 표시, 디스펜서의 서비스 형태의 표시를 수행할 수 있으며, 현재 과냉각 상태에 도달할 예정 시간, 과냉각 상태의 진행 또는 해지 등을 표시할 수도 있다. The display unit 80 may basically display the freezing and refrigerating temperatures, and display the service type of the dispenser. The display unit 80 may also display a scheduled time to reach a current supercooled state, progress or termination of the supercooled state, and the like.
마이컴(90)은 기본적인 냉장 및 냉동 제어를 수행하며, 본 발명에 따른 과냉각 모드가 수행되도록 한다. The
마이컴(90)은 수납공간 또는 수납물을 과냉각 상태로 유지하는 경우, 수납공간 또는 수납물에 인가되어야 하는 에너지량과, 빼앗는 에너지량 및 냉각 온도 간의 관계 정보를 저장하고 있다. 이에, 마이컴(90)은 과냉각 온도에 따른 에너지량의 설정 및 인가 또는 에너지량의 산정 및 이에 따른 과냉각 온도의 산정 등의 제어를 수행할 수 있게 된다. 여기서의 에너지는 다양한 에너지원이 사용될 수 있으나, 본 발명에서는 전기장 에너지를 사용한다. 여기서, 마이컴(90)은 수납물의 대부분이 수분을 상당한 정도 포함하고 있으므로, 에너지의 산정에 있어서, 비열은 물의 비열로 하고, 질량은 부하감지부(20)로부터 감지하고, 온도 정보도 부하감지부(20)에 의해 연산하여, 빼앗는 에너지를 산정할 수 있다. 또한, 마이컴(90)은 예를 들어 전기장 에너지를 인가하는 경우, 그 공급되는 에너지를 전압과 전류 및 주파수의 함수로부터 산정하고, 이러한 산정은 본 발명이 속하는 기술분야에 익숙한 사람에게는 용이한 사항이다.When the
또한, 마이컴(90)은 수납공간 또는 수납물의 상황을 입력부(70) 또는 부하감지부(20)로부터 획득하여, 이 획득된 정보 또는 부하 정도에 대응하는 주파수와 크기를 지닌 교류전압을 생성하도록 하여, 인공지능적인 무동결 모드의 수행을 담당할 수 있다. In addition, 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 있다. 이러한 에너지 산정은 본 발명이 속하는 기술분야에 익숙한 사람에게는 명백한 사항이므로 이에 대한 설명을 하기 않는다. The
또한, 마이컴(90)은 전압 발생부(40)와, 전극부(50)로 이루어진 무동결 작동부의 동작을 제어하여, 과냉각 장치(100)의 소비전력을 감소시키면서도 무동결 모드를 유지할 수 있는 절전 모드와 같은 효율적인 제어 방법도 수행하게 된다.In addition, the
본 발명은 공급되는 에너지와 빼앗기는 에너지를 조절하여 보다 낮은 온도에서 수납물의 과냉각 상태를 안정적으로 유지할 수 있는 효과가 있다. 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 과냉각을 위해 에너지가 집중적으로 공급되어야 하는 곳에 다른 곳보다 더 강한 전기장을 형성하여 에너지를 집중적으로 공급할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of intensively supplying energy by forming a stronger electric field than other places where energy should be concentrated for supercooling.
또한, 본 발명은 물체에 따라 에너지가 집중적으로 공급되어야 하는 시점이 서로 다를 때, 예를 들면 신규의 물체가 투입된 경우에, 이 물체에 대한 집중적인 에너지 공급이 가능하도록 하여, 보다 신속하고 안정적으로 과냉각 상태에 도달되도록 하는 효과가 있다. In addition, the present invention, when the time to be concentrated energy supply according to the object is different from each other, for example, when a new object is introduced, it is possible to provide a concentrated energy supply to this object, more quickly and stably There is an effect of reaching the supercooled state.
이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예들 및 첨부도면에 기초하여 상세하게 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술되는 청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한되어야 한다. In the above, the present invention has been described in detail based on the embodiments of the present invention and the accompanying drawings. However, the scope of the present invention is not limited by the above embodiments and drawings, and the scope of the present invention should be limited only by the contents described in the claims below.
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