KR20180045569A - 제빙 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상측이 개구된 제빙공간을 갖고 회전 가능하게 설치되는 제빙용기; 및 상기 제빙용기가 회전할 때 얼음이 걸려 상기 제빙용기에서 이빙되도록 하는 스토퍼;를 포함하고, 상기 제빙 용기는, 에칭 처리된 알루미늄 다이캐스팅 재질로 이루어지고, 그 표면에는 코팅된 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 제빙 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 제빙 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 히터가 없어도 이빙이 가능한 제빙 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 가정용 냉장고는 일정한 수용공간을 갖추어 음식물 등을 저온상태로 유지하는 장치로서, 저온 범위를 구분하여 영상으로 유지하는 냉장실과 영하로 유지하는 냉동실로 구획된다. 최근에는 얼음에 대한 수요가 높아짐에 따라 얼음을 만들 수 있는 자동 제빙 장치가 장착되는 냉장고가 증가하고 있다.
상기 자동 제빙 장치(이하, 제빙 장치로 약칭함)는 냉장고의 양태에 따라 냉동실에 설치될 수도 있고, 경우에 따라서는 냉장실에 설치될 수도 있다. 상기 제빙 장치가 냉장실에 설치될 경우에는 냉동실의 찬 냉기를 제빙 장치로 안내하여 제빙을 실시하고 있다.
상기 제빙 장치는 제빙용기의 상측에 이젝터가 설치되어 그 이젝터가 회전을 하면서 상기 제빙용기에서 얼음을 퍼올려 떨어뜨리고 있다.
종래의 제빙 장치에서는 상기 제빙용기에서 얼음을 이빙하기 위해서는 히터를 이용하여 제빙용기를 가열하는 것이나 이는 히터의 사용으로 인해 소비전력이 증가한다는 문제가 있었다.
한편 낮은 빙부착력을 구현하기 위하여 표면장력(또는 접촉각, 미끄럼각 등)과 빙부착력 사이의 관계를 규명하는 연구가 진행되었으며 발수성이 있는 금속 표면을 에칭 등의 화학적 방법이나 미세가공을 통한 기계적 방법으로 구조화 한 후, 적절한 재료로 코팅하면 얼음의 부착력이 낮아질 수 있다.
기존의 기술은 Steel disc나 순수 알루미늄 시편에서 SAM, PC, PDMS 등을 이용하여 낮은 빙부착력을 구현하였고, 기존 기술의 대상물은 Steel, 알루미늄(10~60계열) 등 가격이 높거나 자유로운 곡면 가공이 어려웠다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 제빙용기를 가열하지 않고도 얼음을 이빙할 수 있도록 하여 부품 수를 줄일 뿐만 아니라 소비전력도 낮출 수 있는 제빙 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 상대적으로 저렴한 비용으로 이빙이 용이하게 이루어질 수 있는 제빙 장치 및 그 제조 방벙을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상측이 개구된 제빙공간을 갖고 회전 가능하게 설치되는 제빙용기; 및 상기 제빙용기가 회전할 때 얼음이 걸려 상기 제빙용기에서 이빙되도록 하는 스토퍼;를 포함하고, 상기 제빙 용기는, 에칭 처리된 알루미늄 다이캐스팅 재질로 이루어지고, 그 표면에는 코팅된 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 제빙 장치를 제공한다.
상기 제빙 용기의 제빙공간을 복수 개의 단위공간으로 구획하는 복수 개의 격벽을 더 포함하고, 상기 스톱퍼는 상기 단위공간에 형성된 얼음이 걸리도록 배치된 것이 가능하다.
상기 제빙 용기의 표면은 에스펙트레이쇼(Aspect ratio)가 0.05 내지 0.5에 해당되는 것이 가능하다.
상기 제빙 용기에 형성된 표면의 문양의 지름은 3~500㎛인 것이 가능하다.
상기 코팅층의 두께는 1~2㎛인 것이 가능하다.
상기 코팅층은 피티페프이(PTFE) 재질로 이루어진 것이 가능하다.
상기 제빙용기는 그 내주면과 상기 스토퍼의 상면 사이에 물저장공간이 형성되도록 급수시 상기 제빙용기의 개구단이 그 제빙용기의 내주면과 대응하는 상기 스토퍼의 접촉단 보다 높게 형성되는 것이 가능하다.
상기 스토퍼의 상측에는 상기 제빙용기에 담긴 물이 넘치는 것을 방지하도록 커버가 더 구비되는 것이 가능하다.
또한 본 발명은 제빙실이 형성된 캐비닛; 상기 제빙실에 구비되는 제빙 장치;를 포함하고, 상기 제빙 장치는, 상측이 개구된 제빙공간을 갖고 회전 가능하게 설치되는 제빙용기; 및 상기 제빙용기가 회전할 때 얼음이 걸려 상기 제빙용기에서 이빙되도록 하는 스토퍼;를 포함하고, 상기 제빙 용기는, 에칭 처리된 알루미늄 다이캐스팅 재질로 이루어지고, 그 표면에는 코팅된 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 냉장고를 제공한다.
또한 본 발명은 알루미늄 다이캐스팅 재질로 이루어진 제빙 용기의 표면을 에칭하는 제1단계; 상기 제빙 용기를 탈이온수 세척 건조 및 후처리하는 제2단계; 상기 제빙 용기를 코팅해서 코팅층을 형성하는 제3단계; 및 상기 코팅층을 경화하는 제4단계;를 포함하는 제빙 장치의 제조 방법을 제공한다.
상기 제1단계는 H2O와 KMnO4와 NaOH가 혼합된 용액에서 수행되는 것이 가능하다.
상기 제1단계가 수행되면, 상기 제빙 용기의 표면의 문양은 지름이 3~500㎛인 것이 가능하다.
상기 제2단계에서 건조는 오븐에서 섭씨 110도 이루어지는 것이 가능하다.
상기 제2단계에서 후처리는 오븐에서 섭씨 400도로 이루어지는 것이 가능하다.
상기 제2단계에서 상기 오븐에서 섭씨 400도로 가열된 후에 물에 의해서 냉각되는 것이 가능하다.
상기 제3단계는 테프론 수용액에 담궈지는 것이 가능하다.
상기 제3단계에서 코팅되는 속도는 5cm/min인 것이 가능하다.
상기 제4단계는 오븐에서 섭씨 400도로 수행되는 것이 가능하다.
본 발명에 따르면, 제빙용기가 회전을 하면서 얼음을 밀어내 얼음이 자유낙하하면서 이빙되도록 하여 이빙용 히터를 사용하지 않고도 얼음의 이빙이 이루어질 수 있다.
또한 히터를 사용하지 않기 때문에 히터에 의해서 소모되는 전력을 절약할 수 있어서 에너지가 절약될 수 있다.
또한 히터를 사용하지 않기 때문에 제빙 장치의 구조가 단순해지고, 제빙 장치를 제조하기 위한 비용이 절감될 수 있다.
또한 테프론 코팅(0.15~0.25MPa)에 비해서 얼음 부착력을 절반 이하로 줄여 무열원 이빙을 반복적으로 가능하게 할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제빙 장치를 갖는 버텀 프리저 타입의 냉장고를 보인 사시도.
도 2는 도 1에 따른 제빙 장치를 보인 사시도.
도 3은 도 2의 "I-I"선 단면도.
도 4는 2에 따른 제빙 장치의 후면을 보인 사시도.
도 5는 도 2에 따른 제어유닛의 구성을 보인 개략도.
도 6는 도 2에 따른 제빙 장치의 제빙과정을 보인 종단면도.
도 7은 도 2에 따른 제빙 장치에서 제빙과정을 보인 순서도.
도 8은 본 발명에 따른 제빙 용기를 제조하는 과정을 설명한 도면.
도 9는 코팅층 두께에 따른 이빙전단응력을 설명한 도면.
도 10은 본 발명에 따른 제빙 용기의 표면을 확대해서 설명한 도면.
도 2는 도 1에 따른 제빙 장치를 보인 사시도.
도 3은 도 2의 "I-I"선 단면도.
도 4는 2에 따른 제빙 장치의 후면을 보인 사시도.
도 5는 도 2에 따른 제어유닛의 구성을 보인 개략도.
도 6는 도 2에 따른 제빙 장치의 제빙과정을 보인 종단면도.
도 7은 도 2에 따른 제빙 장치에서 제빙과정을 보인 순서도.
도 8은 본 발명에 따른 제빙 용기를 제조하는 과정을 설명한 도면.
도 9는 코팅층 두께에 따른 이빙전단응력을 설명한 도면.
도 10은 본 발명에 따른 제빙 용기의 표면을 확대해서 설명한 도면.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 본 발명의 제빙 장치가 적용된 3-도어 버텀프리저 타입의 냉장고를 도시한 사시도이다.
본 발명에 의한 냉장고는, 캐비닛(1)의 하측에 식품을 냉동보관하는 냉동실(2)이 형성되고, 상기 캐비닛(1)의 상측에 식품을 냉장보관하는 냉장실(3)이 형성된다. 그리고 상기 냉동실(2)에는 그 냉동실(2)을 서랍방식으로 개폐하는 한 개의 냉동실도어(4)가 설치되고, 상기 냉장실(3)의 양측에는 그 냉장실(3)을 양쪽에서 여닫이방식으로 개폐하도록 복수 개의 냉장실도어(5)가 설치된다.
그리고 상기 캐비닛(1)의 후면 하단에는 압축기와 응축기가 설치되는 기계실이 형성된다.
그리고 상기 응축기와 상기 압축기에 연결되어 냉기를 냉동실(2) 또는 냉장실(3)에 공급하는 증발기(미도시)는 상기 캐비닛(1)의 후면, 즉 냉동실의 후벽면에서 아우터케이스와 이너케이스의 사이에 설치되는 것이 일반적이다. 하지만, 상기 증발기는 냉동실의 측벽면이나 상측벽면의 내부에 삽입되어 설치되거나 또는 상기 냉동실(2)과 냉장실(3)을 구획하는 베리어의 내부에 삽입되어 설치될 수도 있다. 상기 증발기는 냉동실에 한 개만 설치되어 냉기가 냉동실(2)과 냉장실(3)에 분배 공급되도록 할 수도 있고, 냉동실용 증발기와 냉장실용 증발기를 각각 설치하여 냉기가 냉동실(2)과 냉장실(3)에 각각 독립적으로 공급되도록 할 수도 있다.
그리고 상기 냉장실 도어(5)의 상측 내벽면에는 얼음을 만들어 보관하기 위한 제빙실(51)이 형성되고, 상기 제빙실(51)의 내부에는 얼음을 만들기 위한 제빙 장치(100)가 설치된다. 그리고 상기 제빙실(51)의 하측에는 상기 제빙 장치(100)에서 만들어진 얼음을 저장할 수 있도록 얼음저장용기(52)가 설치되고, 상기 얼음저장용기(52)의 일측에는 그 얼음저장용기(52)에 저장된 얼음을 냉장고의 외부에서 인출할 수 있도록 디스펜서(53)가 냉장고의 외부로 노출되도록 설치된다. 여기서, 상기 얼음저장용기(52)는 후술할 본 발명의 제빙 장치(100)가 얼음을 자유 낙하시킬 수 있도록 구성됨에 따라 상기 얼음저장용기(52)의 중심이 후술할 제빙용기(120)의 중심과 대략 일직선상에 위치할 수 있도록 배치될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 의한 냉장고는, 냉동실(2) 또는 냉장실(3)에서 부하가 감지되면 상기 압축기가 작동하여 상기 증발기에서 냉기를 발생하고, 이 냉기의 일부는 냉동실(2)과 냉장실(3)로 분배 공급되며, 상기 증발기에서 발생되는 냉기의 다른 일부는 상기 제빙실(51)로 공급된다. 상기 제빙실(51)로 공급되는 냉기는 그 제빙실(51)에 장착된 제빙 장치(100)가 얼음을 만들도록 열교환된 후에 상기 냉동실(2)로 회수되거나 또는 냉장실(3)로 공급된다. 그리고 상기 제빙 장치(100)에서 만들어진 얼음은 사용자의 요구에 따라 디스펜서(52)를 통해 외부로 인출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.
도 2는 도 1에 따른 제빙 장치를 보인 사시도이고, 도 3은 도 2의 "I-I"선 단면도이며, 도 4는 2에 따른 제빙 장치의 후면을 보인 사시도이고, 도 5는 도 2에 따른 제어유닛의 구성을 보인 개략도이다.
상기 제빙 장치(100)는, 급수원에 연결되어 물을 공급하는 급수부(110)와, 상기 급수부(110)에서 공급되는 물을 공급받아 제빙을 실시하도록 제빙공간(122)이 구비되는 제빙용기(120)와, 상기 제빙용기(120)의 제빙공간(122)을 복수 개의 단위공간(C)으로 구획하는 격벽(130)과, 상기 제빙용기의 개구측에 구비되어 상기 제빙용기의 얼음이 이빙되도록 하는 스토퍼(140)와, 상기 제빙용기(120)의 일측에 설치되어 그 제빙용기(120)를 회전시켜 얼음이 이빙되도록 하는 구동부(150)를 포함한다.
상기 급수부(110)는 상기 급수원과 제빙용기(120)의 제빙공간(122) 사이를 연결하는 급수관(111)과, 상기 급수관(111)의 중간에 설치되어 급수량을 조절하는 급수밸브(112)와, 상기 급수밸브(112)의 상류측 또는 하류측에 설치되어 물을 펌핑하는 급수펌프(113)로 이루어진다. 여기서, 상기 급수펌프(113)는 균일한 수압을 공급하기 위해 필요하지만 반드시 필요한 것은 아니다. 상기 급수펌프(113)가 배제되는 경우에는 급수원과 제빙용기(120) 사이의 높이차를 이용하여 급수되도록 할 수 있다.
그리고 상기 급수관(111)은 급수원에 직접 연결되어 물이 공급되도록 할 수도 있지만, 냉장실(3)에 구비되어 일정량의 물이 저장되는 물탱크(미도시)에 연결될 수도 있다. 이 경우 상기 물탱크가 급수원이 된다. 여기서, 상기 제빙용기(120)에 적정량의 물이 공급되도록 하기 위해서는 그 제빙용기(120)에 수위센서가 설치되거나 또는 상기 급수관에 물의 유동량을 감지하는 유량센서가 설치되거나 또는 상기 물탱크에 수위센서가 설치될 수 있다.
그리고 상기 급수밸브(112)와 급수펌프(113)는 별도로 구비되는 제어유닛(180)에 신호를 주고 받을 수 있도록 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제어유닛(180)은 상기 수위센서나 유량센서에서 실시간으로 검출되는 값을 토대로 급수량을 조절하도록 할 수도 있고, 상기 급수밸브(112)와 급수펌프(113)의 동작시간을 데이터화하여 주기적으로 온/오프되도록 할 수도 있다.
상기 제빙용기(120)는 대략 반원통 단면 형상으로 한 개의 제빙공간(122)이 형성된다.
그리고 상기 제빙용기(120)의 개구측 양단에는 도 3 및 도 4에서와 같이 그 제빙용기(120)가 급수위치에서 물이 넘치지 않도록 실리콘과 같은 탄성을 가지는 재질로 차단막부(123)가 각각 형성될 수 있다.
상기 격벽(130)은 상기 제빙용기의 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 배치되어 상기 제빙공간(122)을 복수 개의 단위공간(C)으로 구획하도록 복수 개가 형성될 수 있다. 상기 격벽(130)은 축방향 투영시 제빙공간(122)과 동일한 형상, 즉 반원형상으로 형성된다. 그리고 상기 격벽(130)은 그 외주면이 상기 제빙공간(122)의 내주면과 접촉될 수 있도록 형성되는 것이 얼음조각들 사이의 연결면적을 줄여 이빙하는데 용이할 수 있다.
그리고 상기 격벽(130)의 외주면 일측, 더 정확하게는 상기 격벽(130)의 최저점에는 상기 단위공간(C)으로 물이 서로 이동할 수 있도록 소정 깊이를 갖는 수로(water channel)(131)가 형성된다. 물론 상기 수로(131)는 격벽(130)의 중간에 관통 형성될 수도 있다.
상기 스토퍼(stopper)(140)는 상기 격벽(130)들의 상면을 서로 연결하여 단위공간(C)의 얼음들이 제빙용기(120)의 회전시 그 제빙용기(120)를 따라 함께 회전하지 않고 이빙될 수 있도록 상기 격벽(130)들에 일체로 형성될 수 있다.
상기 스토퍼(140)는 도 3에서와 같이 상기 제빙용기(120)가 회전할 때 얼음이 먼저 접하는 쪽에 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 스토퍼(140)는 상기 격벽(130)들의 일측 상면 전체를 덮을 수 있도록 형성될 수도 있지만 경우에 따라서는 얼음이 제빙용기(120)와 함께 돌아가지 않을 정도로 요철모양으로 형성될 수도 있다. 하지만, 상기 스토퍼(140)가 제빙용기(120)에 담긴 물이 튀는 것을 방지하는 역할을 하는 동시에 그 스토퍼(140)의 상면과 상기 제빙용기(120)의 내주면 사이에 물저장공간(141)을 형성할 수 있도록 가급적 넓으면서 그 끝단이 상기 제빙용기(120)의 내주면과 접하도록 평판모양으로 형성되는 것이 더 바람직할 수 있다.
그리고 상기 스토퍼(140)는 그 상면에 상기 물저장공간(141)이 형성되도록 상기 제빙용기(120)의 내주면 방향으로 하향 경사지게 형성되고, 상기 스토퍼(140)의 내측면 끝단에는 상기 물저장공간(141)의 물이 제빙공간(121)으로 유입되는 것을 차단할 수 있도록 차단부(142)가 수직방향으로 소정의 높이를 가지도록 형성될 수 있다.
상기 구동부(150)은 상기 제빙실(51)에 고정 설치되는 모터하우징(151)과, 그 모터하우징(151)의 내부에 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터(152)와, 상기 구동모터(152)에 결합되어 회전력을 감속하여 상기 제빙용기(120)에 전달하는 감속기어(153)로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 격벽(130)의 상면 일측, 즉 상기 스토퍼(140)의 맞은편에는 상기 냉장고 도어(5)에 고정 결합되는 프레임(160)이 구비된다. 상기 프레임(160)은 열전도성이 우수한 알루미늄과 같은 재질로 형성될 수 있다.
제빙작업의 완료 여부는 상기 제빙용기(120) 또는 프레임(160)의 온도감지를 통하거나 제빙 시간을 통해 확인 가능하다. 예를 들어, 상기 제빙용기(120) 또는 프레임(160)에 장착된 온도센서(미도시)에서 측정된 온도가 소정 온도 이하, 예를 들면 대략 -9℃ 정도 이하가 되면 제빙이 완료되었다고 판단하거나, 또는 급수후 소정 시간이 경과 하면 제빙이 완료되었다고 판단함으로써 제빙 완료 여부를 판단할 수 있게 된다.
도 5에서와 같이 상기 제어유닛(180)은 상기 제빙용기(120) 또는 프레임(160)의 온도를 검출하도록 온도센서(미도시)와 연결되거나 또는 급수후 경과된 시간을 검출하도록 타이머(미도시)와 연결되는 검출부(181)와, 상기 검출부(181)에서 검출된 온도 또는 시간을 기준값과 비교하여 제빙이 완료되었는지를 판단하는 판단부(182)와, 상기 판단부(182)의 판단에 따라 상기 히터(170)의 온/오프와 상기 구동모터(152)의 작동여부를 제어하는 지령부(183)로 이루어진다.
한편, 상기 제빙 장치(100)가 냉장고 도어에 설치되는 경우, 상기 냉장고 도어의 개폐시 상기 제빙용기(120)에 채워진 물이 완전히 제빙되기 전에 흔들려 쏟아질 수 있으므로 상기 프레임(180)의 상측에는 상기 제빙용기(120)에 담긴 물이 넘치는 것을 방지하도록 커버(190)가 더 구비될 수 있다.
상기 커버(190)는 상기 제빙용기(120)와 반대방향으로 볼록한 반원형 단면 형상으로 형성되고, 상기 커버(190)의 상단 중앙에는 급수구(191)가 횡방향으로 넓게 형성될 수 있다. 그리고 커버(190)에는 상기 제빙용기(120)가 회전할 때 그 커버(190)가 탄력적으로 벌어질 수 있도록 탄성부(192)가 구비될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 의한 냉장고에서의 얼음 공급 방법은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같다.
제빙이 요구되면, 상기 제빙 장치(100)가 켜지고 제빙작업이 시작된다(S1). 제빙작업이 시작되면, 상기 급수부(110)는 상기 제빙용기(120)에 물을 공급한다(S2). 이때, 상기 제빙용기(120)에 설치되는 수위센서 또는 급수관에 설치되는 유량센서 또는 물탱크에 설치되는 수위센서 등을 이용하여 급수량을 실시간으로 검출하고, 그 검출된 급수량을 마이콤에 전달하면 이 급수량을 전달받은 마이콤에서는 설정된 급수량과 비교한다(S3). 이 비교에 의해 상기 제빙용기(120)에 적정량의 물이 공급되었는지를 판단하고, 적정량의 물이 제빙용기(120)에 공급되었다고 판단되면 상기 급수부(110)의 급수밸브를 차단하여 더 이상의 물이 제빙용기(120)에 공급되지 않도록 한다.(S4)
다음, 상기 제빙용기(120)에 물의 공급이 완료되면, 상기 제빙용기(120) 내의 물은 제빙실(51)로 공급되는 찬냉기에 소정 시간 이상 노출되어 얼게 된다(S5). 상기 제빙용기(120)의 물이 제빙되는 동안 상기 온도센서(미도시)는 제빙용기(120)의 온도를 주기적으로 검출하거나 또는 실시간으로 검출하여 마이콤에 전달하고, 이 측정온도를 전달받은 마이콤에서는 설정온도와 비교한다(S6). 이 비교에 의해 상기 제빙용기(110)에 담긴 물의 표면이 결빙되었는지를 판단하여 결빙되었다고 판단되면 일련의 동작을 정지하고 이빙단계로 전환한다(S7).
다음, 사용자에 의해 이빙이 요구되면, 상기 제어유닛(180)에 상기 구동모터(152)가 작동하여 상기 제빙용기(120)가 회전을 하게 된다. 이때 상기 제빙용기(120)에서 완전히 분리되지 않은 단위공간(C)의 얼음들이 상기 제빙용기(120)를 따라 회전하려는 경향이 생긴다. 하지만, 상기 단위공간(C)의 얼음들이 상기 스토퍼(140)에 걸려 제빙용기(120)를 따라 회전을 하는 것이 저지됨에 따라 상기 제빙용기(120)가 더 회전을 할 때 상기 제빙용기(120)에 붙어있던 얼음들이 분리되어 자유낙하하면서 얼음을 저장하는 얼음저장용기(52)로 배출되거나 직접 디스펜서(53)를 향해 배출된다.(S10~S12)
이때, 상기 얼음의 경계면이 녹으면서 잔수가 발생되지만, 이 잔수는 상기 제빙용기(120)에 담겨 이동하다가 상기 스토퍼(140)와 제빙용기(120)의 내주면 사이에 형성되는 물저장공간(141)에 잔류하게 되므로 물이 얼음저장용기(52)로 유입되는 것을 방지할 수 있고 이를 통해 얼음저장용기(52)에 저장되는 얼음이 서로 엉겨 빙질이 저하되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
다음, 취출이 완료되면, 상기 급수밸브(112)가 열리면서 수위센서와 유량센서 등에 의해 다시 적정량의 물이 제빙용기(120)로 공급되는 일련의 과정을 반복하게 된다.
이렇게, 상기 제빙용기가 회전하여 얼음이 자유낙하하여 이빙되도록 구성됨에 따라 상기 제빙 장치의 크기를 줄임으로써 상기 제빙 장치가 차지하는 면적이 줄어 냉장고 또는 냉장고 도어를 슬림화할 수 있다. 즉, 종래에는 제빙용기의 얼음을 이젝터가 퍼올려 이빙시킴에 따라 상기 제빙용기에서 얼음이 퍼올려지기 위한 공간이 마련될뿐만 아니라 퍼올려진 얼음이 저장되기 위해서는 얼음저장용기가 제빙용기의 전방측에 구비되어야 하므로 전체적으로 제빙 장치가 차지하는 면적이 넓어지고 이로 인해 냉장고를 슬림화하는데 한계가 있었으나, 본 발명에서는 상기 제빙용기가 회전을 하여 얼음이 자유낙하하면서 이빙되도록 함으로써 얼음을 퍼올려 회전시킬 필요가 없으므로 얼음의 이빙공간이 감소되고 얼음저장용기가 제빙용기의 하측에 구비되므로 그만큼 제빙 장치가 차지하는 면적이 현저하게 감소되어 냉장고 또는 냉장고 도어를 슬림화 할 수 있다.
또, 상기 제빙용기가 회전을 할 때 그 제빙용기의 얼음을 밀어내 이빙되도록 함으로써 이빙용 히터의 사용을 배제할 수 있고 이 경우 상기 히터를 사용하지 않고도 얼음의 이빙작업을 진행할 수 있어 그만큼 소비전력을 낮추고 히터의 사용시 발생될 수 있는 잔수를 줄여 얼음저장용기에 저장되는 얼음의 질이 향상될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 제빙 용기를 제조하는 과정을 설명한 도면이고, 도 9는 코팅층 두께에 따른 이빙전단응력을 설명한 도면이며, 도 10은 본 발명에 따른 제빙 용기의 표면을 확대해서 설명한 도면이다.
본 발명에서는 얼음이 제빙될 때에 얼음에 맞닿는 제빙용기(120)의 내측면을 알루미늄 다이캐스팅 재질로 성형하되, 제빙 용기(120)에서 내측면에 코팅층을 형성해서 이빙전단응력을 줄여서 이빙이 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.
본 발명에서는 제빙 장치(100)에서 히터를 사용하지 않기 때문에, 종래 기술에 의하면 제빙용기(120)에 얼음이 착상된 후에 얼음이 제빙용기(120)로부터 쉽게 떨어지지 않을 수 있다. 따라서 제빙용기(120)에 이빙전단응력을 감소시켜서, 제빙용기(120)이 회전될 때에 얼음이 스톱퍼(140)에 걸려서 제빙용기(120)로부터 분리되도록 하는 것이 필요하다.
따라서 본 발명에서는 이빙전단응력을 줄여서, 히터를 사용하지 않더라도 제빙용기(120)로부터 얼음이 분리되어 사용자에게 제공되도록 한 것이다.
빙부착력은 접촉각 110도 이상에서 미끄럼각과 비례 관계를 이룬다. 따라서 본 발명에서는 낮은 빙부착력을 구현할 수 있는 표면 미세 구조를 개발한 것이다. 본 발명에서는 불순물(Si 등)이 많이 포함된 다이캐스팅 재질에 적합하게 설계된 표면 미세 구조화 공정을 수행하고, 표면 구조의 효과를 극대화할 수 있는 코팅 방법을 개발했다.
한편 기존 알루미늄이나 Steel에 주로 적용하던 염산, 황산 등을 사용하면 높은 반응성과 불균일성으로 인해 낮은 빙부착력 구현이 어려움이 있었다. 이에 반해서 KMnO4 + NaOH 혼합 식각 용액을 적용하여 부드러운 거북 등 모양을 구현할 수 있었다. 또한 이 표면 구조 효과를 극대화 할 수 있도록 얇은 코팅(3~5um)을 적용하는 것이 가능했다.
이러한 개발 과정을 통해서 단순히 테프론 코팅(0.15~0.25MPa)에 비해서 얼음 부착력을 절반 이후로 줄여 히터를 사용하지 않더라도 이빙이 가능하도록 구현했다.
도 8에서는 제빙용기(120)를 제조할 때에 무열원(Heaterless) 이빙을 위한 알루미늄 다이캐스팅 재질의 표면 구조화 및 코팅방법을 적용하는 과정을 설명한다.
통상적으로 실리콘(Si) 등 불순물이 많이 포함되고 균질성이 낮은 다이캐스팅 재질의 표면 구조화를 위해 기존의 에칭이나 아노다이징 방법을 바로 적용하기 어려웠다. 왜냐하면, 다이캐스팅 재질에 기존의 에칭이나 아노다이징 방법을 적용하면 표면의 aspect ratio(둥근 모양의 정도)가 커지기 때문에 이빙전당응력이 커지기 때문이다.
도 10a에서와 같이, 일반 초발수 알루미늄 표면 소재에 대해서 염산을 이용해서 식각을 하거나, 다이캐스팅 재질을 염산에 의해서 식각을 하게 되면 aspect ratio가 높은 표면(즉 구조체의 높낮이가 크고 뽀족한 표면)을 이루기 때문에 이빙전단응력이 커지게 된다.
반면에 도 10b에서와 같이, 다이캐스팅 재질에 대해서 본 발명에서 적용한 용액을 이용해서 식각을 하게 되면 aspect ratio가 작은 표면(즉 구조체의 높낮이가 낮고 둥근 표면)을 이루기 때문에 이빙전단응력이 작아지게 된다.
한편 무열원 이빙을 위하여 낮은 빙부착력이 필요한데, 평면을 기준으로 전단응력이 약 0.1MPa보다 충분히 낮은 것이 바람직하다. 반면에 이빙 전단응력이 0.4MPa 이상이면 얼음이 부서질 수 있다. 이 경우에 얼음의 생성속도는 0.4분/g 이하일 것(통상적으로 냉장고는 70g당 30분 이상 필요)을 전제로 한 것이다.
도 8에서와 같이, 다이캐스팅 재질을 이루는 제빙용기(120)에 대해서 H2O(100ml)+KMnO4(25ml)+NaOH(1~5g)의 용액에, 섭씨 20℃에서 2분 정도를 담궈서 에칭을 수행한다(S110).
S110에서는 제빙용기(120)의 aspect ratio가 0.05~0.5정도로 형성될 수 있고, 모양의 지름이 대략 3~500㎛로 형성될 수 있다.
에칭 과정을 통해서 제빙용기(120)로부터 잘 떨어지는 거북 등을 닮은 표면구조가 형성될 수 있다. 에칭 과정에서는 유독성이 높지 않은 화학 약품 사용했고, 단 시간 용액 식각(Solution etching)을 통해 20~80um 정도 크기를 가지는 표면 구조를 형성할 수 있다. 경계의 폭은 1~3um, 깊이는 1~4um 정도로 구현할 수 있다.
본 발명에서 적용된 KMnO4 + NaOH 혼합 식각 용액은 기존의 염산, 인산, 황산 등 일반 식각 용액에 비해서 낮은 이빙력 구현을 구현할 수 있다.
그리고 탈이온수 세척 건조 및 후처리과정을 수행한다(S120). 110℃로 유지되는 오븐에서 5분 정도 건조를 하다. 또한 400℃로 유지한 오븐에서 5분 정도 가열을 한 후에, 즉시 수냉처리를 하는 것이 좋다.
그리고 식각된 제빙용기(120)의 표면에 코팅처리를 한다(S130).
본 발명에서는 표면 구조의 효과를 살릴 수 있는 얇은 코팅, 즉 두께 10um 이하로 유지한다. 한편 PTFE(DISP30)을 사용한 것도 가능하지만, 다른 부재로 교체되는 것도 가능하다.
도 9에 도시된 것처럼, 두께가 10um보다 작으면 이빙전단응력이 작아지는 것을 파악할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 코팅된 두께를 10um보다 작도록 형성해서 제빙용기(120)의 이빙전단응력이 작아지도록 형성한다.
참고로 통상적인 테프론, 엑폭시 코팅의 두께는 15~20um이지만, 본 발명에서는 이보다 작게 코팅 두께를 1~2um로 형성한다.
코팅 처리는 DISP 30(테프론 수용액) 100%에서, 코팅속도가 5cm/min을 유지한 상태에서, 코팅 두께가 1~2um가 형성되도록 한다.
한편 코팅은 곡면 등 복잡한 형상에 적합하도록 용액 침지 방식을 적용하는 것이 바람직하다.
이어서 코팅층 경화를 위해서 400℃로 가열된 오븐에서 대략 10분 정도를 보관한다(S140).
그러면 다이캐스팅 재질의 제빙용기(120)의 표면 구조 형성과 코팅공정이 완료될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.
100 : 제빙장치
110 : 급수부
120 : 제빙용기 130 : 격벽
140 : 스토퍼 150 : 구동부
160 : 프레임 180 : 제어유닛
120 : 제빙용기 130 : 격벽
140 : 스토퍼 150 : 구동부
160 : 프레임 180 : 제어유닛
Claims (20)
- 상측이 개구된 제빙공간을 갖고 회전 가능하게 설치되는 제빙용기; 및
상기 제빙용기가 회전할 때 얼음이 걸려 상기 제빙용기에서 이빙되도록 하는 스토퍼;를 포함하고,
상기 제빙 용기는,
에칭 처리된 알루미늄 다이캐스팅 재질로 이루어지고, 그 표면에는 코팅된 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 제빙 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제빙 용기의 제빙공간을 복수 개의 단위공간으로 구획하는 복수 개의 격벽을 더 포함하고,
상기 스톱퍼는 상기 단위공간에 형성된 얼음이 걸리도록 배치된 것을 특징으로 하는 제빙 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제빙 용기의 표면은 에스펙트레이쇼(Aspect ratio)가 0.05 내지 0.5에 해당되는 것을 특징으로 하는 제빙 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제빙 용기에 형성된 표면의 문양의 지름은 3~500㎛인 것을 특징으로 하는 제빙 장치. - 제1항에 있어서,
상기 코팅층의 두께는 1~2㎛인 것을 특징으로 하는 제빙 장치. - 제1항에 있어서,
상기 코팅층은 피티페프이(PTFE) 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 제빙 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제빙용기는 그 내주면과 상기 스토퍼의 상면 사이에 물저장공간이 형성되도록 급수시 상기 제빙용기의 개구단이 그 제빙용기의 내주면과 대응하는 상기 스토퍼의 접촉단 보다 높게 형성되는 제빙 장치. - 제1항에 있어서,
상기 스토퍼의 상측에는 상기 제빙용기에 담긴 물이 넘치는 것을 방지하도록 커버가 더 구비되는 제빙 장치. - 제빙실이 형성된 캐비닛;
상기 제빙실에 구비되는 제빙 장치;를 포함하고,
상기 제빙 장치는,
상측이 개구된 제빙공간을 갖고 회전 가능하게 설치되는 제빙용기; 및
상기 제빙용기가 회전할 때 얼음이 걸려 상기 제빙용기에서 이빙되도록 하는 스토퍼;를 포함하고,
상기 제빙 용기는,
에칭 처리된 알루미늄 다이캐스팅 재질로 이루어지고, 그 표면에는 코팅된 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 냉장고. - 제9항에 있어서,
상기 제빙 용기에 형성된 표면의 문양의 지름은 3~500㎛인 것을 특징으로 하는 냉장고. - 알루미늄 다이캐스팅 재질로 이루어진 제빙 용기의 표면을 에칭하는 제1단계;
상기 제빙 용기를 탈이온수 세척 건조 및 후처리하는 제2단계;
상기 제빙 용기를 코팅해서 코팅층을 형성하는 제3단계; 및
상기 코팅층을 경화하는 제4단계;를 포함하는 제빙 장치의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 제1단계는 H2O와 KMnO4와 NaOH가 혼합된 용액에서 수행되는 것을 특징으로 하는 제빙 장치의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 제1단계가 수행되면,
상기 제빙 용기의 표면의 문양은 지름이 3~500㎛인 것을 특징으로 하는 제빙 장치의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 제2단계에서 건조는 오븐에서 섭씨 110도 이루어지는 것을 특징으로 하는 제빙 장치의 제조 방법. - 제14항에 있어서,
상기 제2단계에서 후처리는 오븐에서 섭씨 400도로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제빙 장치의 제조 방법. - 제15항에 있어서,
상기 제2단계에서 상기 오븐에서 섭씨 400도로 가열된 후에 물에 의해서 냉각되는 것을 특징으로 하는 제빙 장치의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 제3단계는 테프론 수용액에 담궈지는 것을 특징을 하는 제빙 장치의 제조 방법. - 제17항에 있어서,
상기 제3단계에서 코팅되는 속도는 5cm/min인 것을 특징으로 하는 제빙 장치의 제조 방법. - 제18항에 있어서,
상기 제3단계에서 형성된 상기 코팅층의 두께는 1~2㎛인 것을 특징으로 하는 제빙 장치의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 제4단계는 오븐에서 섭씨 400도로 수행되는 것을 특징으로 하는 제빙 장치의 제조 방법.
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| KR1020160140057A KR20180045569A (ko) | 2016-10-26 | 2016-10-26 | 제빙 장치 및 그 제조 방법 |
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| KR1020160140057A KR20180045569A (ko) | 2016-10-26 | 2016-10-26 | 제빙 장치 및 그 제조 방법 |
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ID=62199746
Family Applications (1)
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| KR1020160140057A KR20180045569A (ko) | 2016-10-26 | 2016-10-26 | 제빙 장치 및 그 제조 방법 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102128725B1 (ko) | 2020-02-24 | 2020-07-01 | 윤민하 | 유효성분 함유 제빙 시스템 및 이를 이용한 제빙 방법 |
| CN113108521A (zh) * | 2019-12-25 | 2021-07-13 | 青岛海尔电冰箱有限公司 | 制冰机和具有制冰机的冰箱 |
-
2016
- 2016-10-26 KR KR1020160140057A patent/KR20180045569A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113108521A (zh) * | 2019-12-25 | 2021-07-13 | 青岛海尔电冰箱有限公司 | 制冰机和具有制冰机的冰箱 |
| CN113108521B (zh) * | 2019-12-25 | 2023-09-19 | 青岛海尔电冰箱有限公司 | 制冰机和具有制冰机的冰箱 |
| KR102128725B1 (ko) | 2020-02-24 | 2020-07-01 | 윤민하 | 유효성분 함유 제빙 시스템 및 이를 이용한 제빙 방법 |
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