KR101143975B1

KR101143975B1 - 냉장고

Info

Publication number: KR101143975B1
Application number: KR1020090108310A
Authority: KR
Inventors: 윤덕현; 김주현
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2009-11-10
Publication date: 2012-05-09
Also published as: US20110264283A1; KR101176284B1; US9234696B2; US9234697B2; KR20100069563A; KR101143976B1; KR20100069564A; US20110302940A1; KR20100069562A; KR20100069561A; KR101143977B1; US20110308264A1

Abstract

본 발명은 냉장고에 관한 것으로서, 특히 동일 수납 공간 내의 상부 영역과 하부 영역의 온도를 제어하여, 원하는 수납물의 상태를 유지시키는 냉장고에 관한 것이다.

본 발명인 냉장고는 서로 간에 공기 또는 열의 교환이 제한된 상부 공간과 하부 공간으로 이루어진 수납 공간을 구비하는 보관실과, 상부 공간과 하부 공간의 온도를 제어하는 온도 제어부를 구비하고, 냉각이 수행되는 저장공간에 설치되고, 온도 제어부를 제어하여 상전이 온도 이상에서의 급속 냉각 공정, 또는 과냉각 온도 영역으로의 진입 공정, 또는 과냉각 온도 영역의 유지 공정 중의 적어도 하나 이상의 공정을 수행하는 무동결 장치를 구비한다.

Description

냉장고{REFRIGERATOR}

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.

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 옮아가 기 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.

종래에 정전장 분위기를 냉장고 내에 만들고, 이 냉장고 내에서 육류, 어류의 해동을 마이너스 온도에서 하는 것이 행해지고 있다. 또, 육류, 어류에 더하여 과일류의 선도를 유지하는 것이 행해지고 있다.

이러한 기술은 과냉각(supercooling) 현상을 이용한 것으로, 이 과냉각 현상은 용융체 또는 고체가 평형상태에서의 상전이 온도 이하까지 냉각되어도 변화를 일으키지 않는 현상을 지칭한다.

종래 기술의 경우, 냉각 수납되는 수납물에 전기장 또는 자기장을 인가하여, 수납물이 과냉각 상태에 진입하도록 하기 때문에, 수납물의 과냉각 상태에서의 보관을 위해, 전기장 또는 자기장을 생성하기 위한 복잡한 장치가 구비되어야 하며, 이러한 전기장 또는 자기장의 생성을 위한 높은 전력소비가 요구된다. 또한, 이러한, 전기장 또는 자기장을 생성하는 장치는 고전력으로 인하여, 전기장 또는 자기장의 생성시, 차단시에 사용자의 안전을 위한 장치(예를 들면, 전기장 또는 자기장 차폐구조, 차단 장치 등)가 추가적으로 구비되어야 한다.

일본 특허 공개공보 특개 2001-4260에는 개폐 가능한 단열고 내에 온도 검지수단과 고내를 소정의 온도 설정치로 제어하는 제어 수단을 가지고 과냉각 운전 시에 동결점 이하의 온도에서 보관품을 냉장 보관할 수 있는 과냉각 제어 냉장고를 개시하고 있다. 그러나 단순히 냉기 순환 팬의 회전수를 제어하여 단열고 내의 온 도를 조절하며, 고내의 온도가 설정치 이하로 떨어지는 경우 단시간에 설정치로 온도를 다시 올릴 수 있는 수단이 없다. 따라서 고내의 온도가 설정치 이하로 떨어진 상태로 시간이 경과하는 경우 과냉각 상태로 저장하고자 한 보관품이 동결되는 경우가 많고, 또한 동결된 보관품을 해동하여 다시 과냉각 상태로 저장할 수도 없어 무동결 상태를 유지하는 안정성이 떨어진다는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 10-850062에는 식품을 수납하는 공간과 이 공간을 냉각하는 저장실을 가지며, 식품 수납 공간을 간접 냉각하는 냉기 유통 공간, 냉기 유동 공간과 공간 사이를 단열하는 단열층을 구비하여 과냉각 상태로 식품을 수납할 수 있는 냉장고를 개시하고 있다. 그러나 고내의 온도가 설정 온도 이하로 떨어지는 경우 온도를 상승시킬 수 있는 구성이 없어 마찬가지로 무동결 상태를 유지하는 안정성이 떨어진다는 같은 문제점이 있다.

일본 특허 공개공보 특개 2008-267646호에는 0℃로부터 냉동 온도대의 온도까지 연속적, 단계적으로 온도 조절이 가능한 온도 제어 수단을 설치한 냉동실과, 냉동실 내에 배치되어 냉동실 내의 냉기를 받아들이는 과냉각실과, 과냉각실에 저장되는 식품을 동결점 이하의 온도로 얼지 않는 과냉각 상태를 유지하도록 냉동실을 제어하는 제어 장치를 구비하는 과냉각실을 구비하는 냉장고가 개시되어 있다. 그러나 과냉각실이 설치되는 냉동실 또는 교체실의 온도를 제어함으로써 과냉각실 내의 온도를 조절하며, 과냉각실을 냉동실 또는 교체실에 대해 밀폐함으로써 과냉각실 내의 온도의 온도 변동을 억제한다. 그러나 간접 냉각에 의해 과냉각실 내의 온도 변동을 완만히 하여 과냉각 상태로 식품을 저장하는 것은 식품이 과냉각 상태 에 도달할 때까지의 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다. 또한 여전히 고내의 온도가 설정 온도 이하로 떨어지는 경우 온도를 상승시킬 수 있는 구성이 없어 마찬가지로 무동결 상태를 유지하는 안정성이 떨어진다는 같은 문제점이 있다.

본 발명은 동일 수납 공간 내의 상부 공간과 하부 공간 내의 열 교환이 제한되도록 하여, 수납 공간 내에 수납되는 수납물의 상태를 원하는 상태로 만들거나 유지시킬 수 있는 냉장고 및 보관실의 온도 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 수납물을 급속 냉각, 과냉각 온도 영역으로의 진입, 과냉각 온도 영역의 유지를 온도 제어를 통하여 수행하는 것을 냉장고 및 보관실의 온도 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 액체 등의 수납물이 상전이되어 결정화된 경우, 슬러쉬 상태로의 보관을 수행할 수 있는 냉장고 및 보관실의 온도 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 수납공간의 상부 공간과 하부 공간에 대한 에너지 인가 정도를 조절하여, 수납물을 원하는 상태로 유지할 수 있는 냉장고 및 보관실의 온도 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 냉장고의 제어에 대하여 독립적으로 원하는 상태를 조성할 수 있는 보관실의 온도 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 신속한 냉각이 가능하게 함과 함께, 과냉각 상태의 액체 등의 수납물이 상전이될 수 있도록 하는 냉각 공정을 수행하는 냉장고 및 보관실의 온도 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명인 냉장고는 서로 간에 공기 또는 열의 교환이 제한된 상부 공간과 하부 공간으로 이루어진 수납 공간을 구비하는 보관실과, 상부 공간과 하부 공간의 온도를 제어하는 온도 제어부를 구비하는 무동결 장치를 포함하는 냉장고로서, 상기 무동결 장치는 냉각이 수행되는 저장공간에 설치되고, 온도 제어부를 제어함으로써 상부 공간의 온도와 하부 공간의 온도를 동일하게 유지하거나, 상이하게 유지하여 상전이 온도 이상에서의 급속 냉각 공정, 또는 과냉각 상태 온도로의 진입 공정, 또는 과냉각 상태 온도 유지 공정 중의 적어도 하나 이상의 공정을 수행한다.

또한, 무동결 장치는 급속 냉각 공정에 연속하여 과냉각 온도 영역으로의 진입 공정을 수행하는 것이 바람직하다.

또한, 무동결 장치는 과냉각 상태 온도의 유지 공정 수행 중에 수납 공간에 수용된 액체가 슬러쉬로 결정화된 경우, 수납 공간의 온도를 상승시키는 슬러쉬 보관 공정을 수행하는 것이 바람직하다.

또한, 무동결 장치는 온도 상승 공정에 연속하여 과냉각 온도 영역의 유지 공정을 수행하는 것이 바람직하다.

또한, 무동결 장치는 수납 공간에 수용된 액체가 슬러쉬로 결정화된 경우, 수납 공간의 온도를 상승시키는 슬러쉬 보관 공정을 수행하는 것이 바람직하다.

또한, 무동결 장치는 과냉각 온도 영역의 유지 공정 중에, 수납 공간에 수용된 액체가 상전이되어 슬러쉬로 결정화되도록 하는 과냉각 상태의 해제 공정을 수행하는 것이 바람직하다.

또한, 과냉각 상태의 해제 공정은 수납 공간의 온도 하강에 의해 수행되는 것이 바람직하다.

또한, 온도 제어부는 상부 공간의 온도를 감지하거나 조절하는 제1 서브 온도 제어부, 또는 하부 공간의 온도를 감지하거나 조절하는 제2 서브 온도 제어부를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 제1 및 제2 서브 온도 제어부는 각각 제1 및 제2 열원 공급부를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 제1 및 제2 서브 온도 제어부는 각각 상부 공간과 하부 공간의 온도를 감지하는 제1 및 제2 온도 감지부를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 무동결 장치는 저장공간 내의 냉기가 적어도 하부 공간으로 유입 또는 차단되도록 하는 차단부를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 무동결 장치는 적어도 하부 공간에 형성되어 공기를 강제 대류시키는 팬 소자를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 무동결 장치는 제1서브 온도 제어부 또는 제2서브 온도 제어부를 현재 수행하는 공정에 대응하여, 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명인 온도 제어 장치는 냉장고의 냉각 공간 내에 형성되는 보관실의 온도 제어 장치에 있어서, 온도 제어 장치는: 서로 간에 공기 또는 열의 교환이 제한된 상부 공간과 하부 공간으로 이루어진 수납 공간을 구비하는 보관실과; 상부 공간 또는 하부 공간 중의 적어도 하나 이상의 온도를 감지하는 온도 감지부와; 상부 공간 또는 하부 공간에 열을 공급하거나, 열이 발생되도록 하는 열원 공급부와; 온도 감지부로부터의 감지 온도를 기준으로 하여 열원 공급부를 제어하여, 상부 공간의 온도와 하부 공간의 온도를 동일하게 유지하거나, 상이하게 유지하여, 수납되는 수납물의 상태를 기설정된 상태로 유지한다.

본 발명은 동일 수납 공간 내의 상부 공간과 하부 공간 내의 열 교환이 제한되도록 하여, 수납 공간 내에 수납되는 수납물의 상태를 원하는 상태로, 특히 과냉각 상태, 슬러쉬 상태 등으로 만들거나 유지시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 수납물을 급속 냉각, 과냉각 온도 영역으로의 진입, 과냉각 온도 영역의 유지, 온도 상승 공정, 온도 하강 공정 등을 온도 제어를 통하여 수행하여, 독립적으로 수납물의 상태를 제어할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 액체 등의 수납물이 상전이되어 결정화된 경우, 슬러쉬 상태로의 보관을 수행할 수 있어, 다양한 상태의 수납물 보관 유지가 가능하도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 수납공간의 상부 공간과 하부 공간에 대한 에너지 인가 정도를 조절하여, 보다 신뢰성 높게 수납물을 원하는 상태로 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 냉장고의 제어에 대하여 독립적으로 원하는 상태를 조성할 수 있어, 냉장고의 제어에 과도한 제어 부담을 전가하지 않도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 신속한 냉각이 가능하게 함과 함께, 과냉각 상태의 액체 등의 수납물이 상전이될 수 있도록 하여, 사용자가 원하는 슬러쉬 상태로의 진입 및 유지가 가능하도록 하는 효과가 있다.

이하에서, 본 발명은 실시예들과 도면들을 통하여 상세하게 기재된다.

도 1은 냉각 중인 액체에 빙결핵이 생성되는 과정을 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 냉각 공간이 형성된 저장고(S) 내에 액체(L)(또는 수납물)를 수용하는 용기(C)가 냉각된다.

냉각 공간의 냉각 온도가 예를 들면, 상온에서부터 0도(물의 상전이 온도) 또는 액체(L)의 상전이 온도 이하로 냉각된다고 가정한다. 이러한 냉각이 진행될 때, 예를 들면, 물의 경우 -1 ~ -7℃ 정도에서 얼음 결정이 최대로 생성되는 물의 최대 빙결정 생성대의 온도(-1 ~ -7℃) 이하에서 또는 액체(L)의 최대 빙결정 생성대 이하에서의 냉각 온도에서도 물 또는 액체(L)(또는 수납물)의 과냉각 상태를 유지시키려 한다.

이러한 냉각 중에 액체(L)로부터 증발이 이루어져서, 수증기(W1)가 용기(C) 내의 기체(또는 공간)(Lg) 내로 유입된다. 용기(C)가 폐쇄된 경우, 증발된 수증기(W1)로 인하여, 기체(Lg)는 과포화 상태가 될 수 있다. 이러한 냉각 중에 액체(L)로부터 증발이 이루어져서, 수증기(W1)가 용기(C) 내의 기체(또는 공간)(Lg) 내로 유입된다. 용기(C)가 폐쇄된 경우, 증발된 수증기(W1)로 인하여, 기체(Lg)는 과포화 상태가 될 수 있다.

냉각 온도가 액체(L)의 최대 빙결정 생성대의 온도에 도달하거나 통과하면서 기체(Lg) 내의 빙결핵(F1) 또는 용기의 내측벽에 빙결핵(F2)으로 형성된다. 또는, 액체(L)의 표면(Ls)과, 용기(C)의 내측벽(냉각 공간의 냉각 온도에 거의 일치함)이 접하는 부분에서 응축이 일어나고 이러한 응축된 액체(L)가 얼음 결정인 빙결핵(F3)으로 형성될 수 있다.

예를 들면, 기체(Lg) 내의 빙결핵(F1)이 하강하여 액체(L)의 표면(Ls)을 통하여 액체(L)에 침투하게 되면, 액체(L)의 과냉각 상태가 해제되어, 액체(L)에 결빙 현상이 야기되어, 액체(L)의 과냉각이 해제된다.

또는, 빙결핵(F3)이 액체(L)의 표면(Ls)과 접하게 됨으로써, 액체(L)의 과냉각 상태가 해제되어, 액체(L)에 결빙 현상이 야기된다.

상술된 바와 같이, 빙결핵(F1 내지 F3)이 생성되는 과정을 살펴보면, 액체(L)가 액체(L)의 최대 빙결정 생성대의 온도 이하에서 보관될 때, 액체(L)로부터 증발되어, 액체(L)의 표면(Ls) 상에 있는 수증기의 결빙과, 액체(L)의 표면(Ls) 부근의 용기(C)의 내측벽에서의 결빙으로 인하여, 액체(L)의 과냉각 상태의 해제가 야기된다.

도 2는 본 발명에 따른 보관실의 온도 제어 장치(또는 무동결 장치)에 적용되는 빙결핵 생성을 방지하는 과정을 나타내는 도면이다.

도 2는 기체(Lg) 내의 수증기(W1)의 결빙을 방지하여, 즉, 지속적으로 수증기(W1) 상태가 유지되도록, 적어도 기체(Lg) 또는 액체(L)의 표면(Ls) 상에 에너지를 인가하여, 기체(Lg) 또는 액체(L)의 표면(Ls)상의 온도를 액체(L)의 최대 빙결정 생성대의 온도보다 높도록, 더욱 바람직하게는, 액체(L)의 상전이 온도 이상으로 한다. 또한, 액체(L)의 표면(Ls)이 용기(C)의 내측벽에 접촉하더라도 결빙이 되지 않도록, 액체(L)의 표면(Ls)의 온도를 액체(L)의 최대 빙결정 생성대의 온도보 다 높도록, 더욱 바람직하게는, 액체(L)의 상전이 온도 이상으로 한다.

이에 따라, 용기(C) 내의 액체(L)가 상전이 온도 이하에서, 또는 액체(L)의 최대 빙결정 생성대 온도 이하에서도 과냉각 상태를 유지하게 된다.

또한, 저장고(S) 내의 냉각 온도가 예를 들면, -20℃와 같이, 상당히 저온일 경우, 용기(C)의 상부에만 에너지를 인가하는 것만으로는, 수납물인 액체(L)가 과냉각 상태를 유지할 수 없을 수도 있기에, 용기(C)의 하부에도 어느 정도의 에너지를 공급할 필요가 있다. 용기(C)의 상부에 인가되는 에너지가 용기(C)의 하부에 인가되는 에너지에 비하여 상대적으로 크게 하여, 용기(C)의 상부 온도를 상전이 온도 또는 최대빙결정 생성대의 온도보다 높게 유지할 수 있다. 또한, 이러한 용기(C)의 하부에 인가되는 에너지와, 용기(C)의 상부에 인가되는 에너지에 의해 액체(L)의 과냉각 상태에서의 온도를 조절할 수 있게 된다.

상술된 도 1 및 2의 경우, 액체(L)의 경우를 예시적으로 설명하였으나, 액체를 포함하는 수납물의 경우에도 수납물 내의 액체를 지속적으로 과냉각시킴으로써 수납물의 신선한 장기 보관이 가능하게 되므로, 위의 과정을 적용하여 수납물이 상전이 온도 이하에서 과냉각 상태로 유지될 수 있다. 여기에서의 수납물은 액체 뿐만 아니라, 육류, 야채, 과일, 기타 식품 등을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 적용되는 에너지는 열 에너지, 전기 또는 자기 에너지, 초음파 에너지, 광 에너지 등의 적용될 수 있다.

도 3은 본 발명에 보관실의 온도 제어 장치(또는 무동결 장치)의 개략 구성도이다.

도 3의 온도 제어 장치는 냉각이 이루어지는 저장고(S) 내에 장착되며, 내부에 수납 공간을 지닌 보관실인 케이스(Sr)와, 케이스(Sr)의 상면 내측에 장착되어 열을 발생하는 발열 코일(H1)과, 수납 공간의 상부의 온도를 감지하는 온도센서(C1)과, 케이스(Sr)의 하면 내측에 장착되어 열을 발생하는 발열 코일(H2)과, 수납 공간의 하부 또는 수납물(P)의 온도를 감지하는 온도센서(C2)를 구비한다.

과냉각 장치는 저장고(S) 내에 설치되어, 냉각이 이루어지게 됨에 따라, 온도센서(C1)과, (C2)로부터의 온도를 감지하여, 발열 코일(H1), (H2)이 온 동작을 수행하도록 하여, 열을 수납 공간의 상부 및 하부에서 수납공간으로 공급하게 된다. 이러한 열의 공급량을 조절하여, 수납 공간의 상부(또는 수납물(P)의 상의 공기)를 최대 빙결정 생성대의 온도보다 높도록, 더욱 바람직하게는, 상전이 온도보다 높게 제어한다.

특히, 수납공간의 상부와 하부를 구획하여, 상부와 하부 간의 열 교환이 차단되도록 하는 제한막(Br)이 케이스(Sr) 내부에 형성된다. 이 제한막(Br)은 액체(P)를 수용하는 용기(Cr)의 상단부가 수납공간의 상부에 위치되도록 하는 개구(Hr)를 구비한다. 이러한 제한막(Br)의 개구(Hr)의 가장 자리는 탄성재질로 형성되어, 수납공간의 상부와 하부 간의 공기의 흐름, 특히 열의 흐름이 최소화되도록 차단한다. 용기(Cr)의 상부는 이러한 제한막(Br)의 개구(Hr)를 관통하여, 수납공간의 상부 공간에 위치하고, 용기(Cr)의 하부는 수납공간의 하부에 위치되도록 하여, 제한막(Br)에 의해 수납공간의 상부와 하부 또는 용기(Cr) 내의 상부와 하부를 원하는 온도로 유지하기 용이하다. 온도 센서(C2)는 용기(Cr)의 저면에 위치되어, 정 확하게 용기(Cr) 또는 수납물인 액체의 온도를 감지하도록 한다.

또한, 케이스(Sr)의 하부 수납공간에는 하부 공기 및 열의 강제 대류를 위해, 팬소자(Fr)가 구비되어, 발열 코일(H2)에 의해 공급되는 열이 하부의 수납 공간 및 수납물(P)에 균일하게 전달될 수 있도록 한다.

도 3의 발열 코일(H1), (H2)의 위치는 수납물(P) 및 수납 공간에 열(또는 에너지)를 공급하기 적절한 위치로 결정될 수 있으며, 케이스(Sr)의 측면 내부에도 삽입 형성될 수 있다.

도 4은 도 3의 온도 제어 장치(또는 무동결 장치)에 따른 물의 온도 그래프이다. 도 4의 그래프는 액체(L)가 물인 경우에, 도 2 및 도 3에 따른 원리가 적용된 상태에서 측정된 온도 그래프들이다.

도 4에 도시되 바와 같이, I선은 냉각 공간의 냉각온도 곡선이고, II선은 용기(C) 또는 케이스(Sr) 내의 물 표면 상의 기체(Lg)(공기)의 온도 곡선(또는 용기(C)의 상부 온도, 케이스(Sr)의 상부 온도)이고, III선은 용기(C) 또는 케이스(Sr) 하부의 온도, 용기(Fr)의 온도로, 용기(C) 또는 케이스(Sr) 또는 용기(Fr) 외면의 온도는 용기(C) 또는 케이스(Sr) 또는 용기(Fr) 내부의 물 또는 액체의 온도와 실질적으로 동일하다.

도시된 바와 같이, 냉각온도가 약 -19~ -20℃로 유지되는 경우(I선 참조), 용기(C) 내의 물 표면 상의 기체(Lg)의 온도를 물의 최대 빙결정 생성대의 온도보다 높은 약 4-6℃로 유지하면, 용기(C) 내의 물의 온도가 물의 최대 빙결정 생성대의 온도 이하인 약 -11℃를 유지하면서도, 액체 상태가 유지되는 과냉각 상태가 장 시간 안정적으로 유지된다. 이때, 발열 코일(H1), (H2)에 의한 열 공급이 이루어진다.

또한, 도 4에서, 냉각이 진행됨에 따라, 물의 온도가 최대 빙결정 생성대의 온도에 도달하기 이전에, 더욱 바람직하게는, 상전이 온도에 도달하기 이전에, 물 표면 또는 표면 상의 기체(Lg) 상으로의 에너지 인가를 시작하여, 물이 보다 안정적으로 과냉각 상태로 진입하여 유지되도록 한다.

도 5은 본 발명에 따른 보관실의 온도 제어 장치(또는 무동결 장치)가 적용된 냉장고의 개략 구성도이다.

냉장고(또는 냉각 장치)는 본체 장치(10)와, 본체 장치(10)(정확하게는, 본체 장치(10)에 구비된 저장고 또는 저장공간 또는 도어 등)에 장착 되어, 본체 장치(10)에 의해 냉각되는 무동결 장치(20)(또는 보관실의 온도 제어 장치)로 이루어진다. 또한, 냉장고는 본체 장치(10)에 구비된 저장고 도어에 설치되어 냉장고의 상태 표시, 온도 설정 등의 기능을 수행하는 디스플레이 장치(미도시)를 구비할 수 있다.

본체 장치(10)는 수납물 또는 수납 용기를 저장하는 적어도 하나 이상의 저장고와 복수의 저장고를 분할하는 격벽 등으로 구성되며, 저장고를 냉각시키는 냉각 수단(11)과, 저장고 내의 온도, 저장고 도어의 개폐 여부 등을 감지하는 감지부(12)와, 외부 상용전원(또는 기타 전원)을 인가받아, 저장고 내의 온도를 기설정된 온도(냉동 온도 또는 냉장 온도)로 유지하도록 냉각 수단(11)을 제어하는 메인 제어부(13)를 구비한다. 여기서, 저장고는 일반적인 냉장고, 냉동고와 같이, 수납 물을 저장하는 저장 공간과, 저장 공간을 개폐하는 저장고 도어를 구비하여, 저장고 내로의 수납물의 수납과, 인출이 가능하다.

냉각 수단(11)은 저장공간을 냉각시키는 방법에 따라 간냉식과 직냉식으로 구분된다.

간냉식 냉각 수단은 냉매를 압축하는 압축기와, 수납공간 또는 수납물을 냉각시키는 냉기를 발생하는 증발기와, 이렇게 발생된 냉기를 강제 유동시키는 팬과, 수납공간으로 냉기를 유입시키는 유입덕트와, 수납공간을 통과한 냉기를 증발기로 유도하는 토출덕트로 이루어진다. 이외에도, 간냉식 냉각 사이클은 응축기, 건조기, 팽창장치 등을 구비할 수 있다.

직냉식 냉각 수단은 냉매를 압축하는 압축기와, 수납공간을 형성하는 케이스 내면에 인접하여 케이스 내에 설치되어 냉매를 증발시키는 증발기로 이루어진다. 다만, 직냉식 냉각 사이클은 응축기와 팽창밸브 등을 포함하여 구성된다.

감지부(12)는 도어 감지부를 포함하여, 저장고 도어의 개방 및 폐쇄를 감지할 수 있으며, 저장고 도어의 폐쇄에 의해 압축되고, 개방에 의해 복원되는 일종의 스위치로 구성될 수 있다. 또한, 감지부(12)는 저장고 내의 온도를 감지할 수 있는 온도 감지부를 포함할 수도 있다.

메인 제어부(13)는 감지부(12)로부터의 감지 온도 등에 따라 냉각 수단(11)이 냉각 동작을 수행할 수 있도록 제어하며, 저장고 내부가 기설정된 온도로 유지하도록 한다. 이 메인 제어부(140)는 필요한 데이터를 저장하는 저장부(미도시)를 구비한다. 여기서, 기설정된 온도는 냉장 기능을 위한 냉장 온도(예를 들면, 1~6℃ 등), 냉동 온도(예를 들면, -10~-20℃) 또는 특수 냉동 온도(예를 들면, -25℃ 이하) 등을 포함한다.

메인 제어부(13)는 상용전원(예를 들면, 220V, 100V, 230V 등)을 인가받아, 본체 장치(10) 및 무동결 장치(20)에 필요한 사용전원(예를 들면, 5V, 12V 등)으로의 정류 및 평활, 변압 등을 수행하는 전원부(미도시)를 구비한다. 이 전원부는 메인 제어부(13)에 포함되어 구비될 수도 있고, 별도의 소자로 본체 장치(10)에 구비될 수도 있다. 메인 제어부(13)는 무동결 장치(20)와 전력선(PL)에 의해 연결되어, 필요한 사용전원을 무동결 장치(20)에 공급한다.

메인 제어부(13)은 무동결 장치(20)와 통신선(DL)을 통하여 연결될 수도 있으며, 이러한 통신선(DL)을 통하여, 메인 제어부(13)가 무동결 장치(20)로부터 데이터(예를 들면, 무동결 장치(20)의 현재 동작 상태 등)를 수신할 수도 있다. 이러한 통신선(DL)은 선택적으로 구비될 수 있다. 또한, 메인 제어부(13)는 통신선(DL)을 통하여, 무동결 장치(20)에 대한 제어 명령을 전송 등을 수행하여, 직접적인 제어도 가능하다.

이들 전력선(PL)과 통신선(DL)은 일종의 소켓 형태의 접속부(14)를 통하여, 무동결 장치(20)의 접속부(29)와 탈부착이 가능하도록 될 수 있다.

본체 장치(10)는 사용자로부터의 설정 명령 등을 입력받는 입력부(미도시)와, 저장고의 온도 등을 표시하는 표시부(미도시)를 구비할 수도 있다.

입력부는 사용자로부터의 저장고의 온도 설정, 무동결 장치의 동작 명령, 디스펜서 기능의 설정 등을 입력받는 것으로, 예를 들면, 푸시버튼, 키보드, 터치패 드 등이 가능할 것이다. 무동결 장치의 동작 명령은 예를 들면, 급속 냉각 명령, 과냉각 명령, 슬러쉬 명령 등으로 이루어질 수 있다.

표시부는 기본적으로 냉장고가 수행하는 동작, 예를 들면, 저장고의 온도의 표시, 냉각 온도의 표시 및 무동결 장치의 동작 상태 등을 표시할 수 있다. 이러한 표시부는 LCD 디스플레이 또는 LED 디스플레이 등으로 구현될 수 있다.

메인 제어부(13)는 입력부로부터의 온도 설정에 따라, 또는 기저장된 온도 설정에 따라 저장고의 온도를 제어하며, 무동결 장치(20)의 과냉각 제어, 냉각 제어 등의 제어가 독립적으로 수행될 수 있도록, 저장고 내부가 적어도 최대빙결정 생성대 온도 이하로 유지시킬 수 있다.

무동결 장치(20)는 내부의 수납 공간에 과냉각될 액체를 저장하는 수납용기를 수납하고, 저장고 내에 장착되어 냉각되는 보관실을 구비한다.

무동결 장치(20)는 사용자로부터의 명령을 입력받는 입력부(21)와, 수납공간 또는 수납물의 상태 또는 무동결 장치(20)의 동작을 표시하는 표시부(22)와, 수납공간 내부 또는 수납물의 온도를 감지하는 온도감지부(23)와, 수납공간 내부에 열을 공급하거나, 열이 발생되도록 하는 열원 공급부(24)와, 수납공간 내의 공기가 강제 대류될 수 있도록 하는 팬을 동작시키는 팬 구동부(25)와, 수납공간 내부로 저장고 내의 냉기 또는 공기가 유입될 수 있도록 하는 개폐 수단(26)과, 보관실의 수납공간을 개폐하는 수납공간 도어의 개방 및 폐쇄 등을 감지하는 감지부(27) 및, 온도 감지부(23)로부터의 감지 온도를 기준으로 하여 온도 조절수단인 열원 공급부(24)를 제어하여, 보관실 내의 수납물을 적어도 사용자가 원하는 상태로 보관될 수 있도록 서브 제어부(28)를 구비한다.

보관실은 용기(Cr)의 상부와 하부를 차단하여, 공기 및 열의 교환을 차단하거나 제한하는 제한부를 구비한다. 제한부는 수납공간 내의 상부 공간과 하부 공간 사이에 위치하며, 용기의 적어도 일부분이 관통할 수 있는 개구를 지닌다.

이 무동결 장치(20)는 메인 제어부(13)로부터 사용전원을 인가받아 동작하며, 이러한 전원 공급을 위한 배선(전력선(PL)에 연결되는 배선)은 접속부(29)를 통하여 메인 제어부(13)의 접속부(14)에 연결되어, 전원을 공급받는다.

입력부(21)는 무동결 장치의 온/오프 스위치 기능과, 사용자가 과냉각 제어에 대한 명령 또는 과냉각 해지 명령 또는 슬러쉬 보관 명령 등을 선택할 수 있도록 하는 수단으로, 예를 들면, 푸시버튼, 키보드, 터치패드 등이 가능할 것이다.

표시부(22)는 무동결 장치의 온 상태/오프 상태의 표시 기능과, 현재 수행하는 제어(예를 들면, 과냉각 제어 등)를 표시하는 기능을 수행하는 것으로 LCD 디스플레이, LED 디스플레이 등이 사용될 수 있다.

또한, 온도 감지부(23)는 수납 공간의 온도 또는 수납물의 온도를 감지하는 것으로, 수납 공간의 측벽에 형성되어, 수납공간 내의 공기의 온도를 감지하거나, 수납물에 인접하거나 수납물에 접하여, 수납물의 온도를 정확하게 감지할 수도 있는 온도 센서에 해당된다. 이러한 온도 감지부(23)는 온도에 대응하는 전류값, 전압값 또는 저항값의 변화값 등을 서브 제어부(28)에 인가한다. 온도 감지부(23)는 수납물 또는 수납공간의 온도가 수납물의 상전이가 이루어질 때, 급격하게 상승하는 점을 인식할 수 있어, 수납물의 과냉각 상태의 해제를 서브 제어부(28)로 하여 금 인식하도록 한다.

본 실시예에서, 온도 감지부(23)는 수납 공간의 상부 공간인 보관실의 상측 내부에 형성된 상부 감지부(예를 들면, 도 3의 온도 센서(C1)에 대응됨)와, 수납 공간의 하부 공간인 보관실의 하측 내부에 형성된 하부 감지부(예를 들면, 도 3의 온도 센서(C2)에 대응됨)로 이루어질 수 있다.

열원 공급부(24)는 수납공간 내의 온도를 조절하여, 과냉각 상태의 제어, 슬러쉬 보관 제어, 과냉각 해지 제어 등의 각각에 대응하는 온도로의 온도 가변 및 유지가 수행되도록 하는 온도 조절수단에 해당된다. 이 열원 공급부(24)는 수납공간에 에너지를 인가하는 수단으로, 예를 들면 열 에너지, 전기 또는 자기 에너지, 초음파 에너지, 광 에너지, 마이크로파 에너지 등을 생성하여 수납공간에 인가할 수 있다. 또한, 열원 공급부(24)는 수납공간의 상부와 하부에 각각 장착되거나, 제한막에 부착되어 형성된 열전소자일 수도 있다.

또한, 열원 공급부(24)는 수납물이 동결된 경우, 수납물을 해동하기 위해 에너지를 공급할 수도 있다.

열원 공급부(24)는 복수개의 서브 열원 공급부로 구성되어, 수납 공간의 상부 또는 하부, 또는 측면 등에 장착되어, 수납 공간에 에너지를 공급한다. 본 실시예에서는, 열원 공급부(24)가 수납 공간의 상측인 보관실의 상부 공간에 형성된 상부 열원 공급부(예를 들면, 도 3의 발열 코일(H1)에 대응됨)와, 수납 공간의 하측인 보관실의 하부 공간에 형성된 하부 열원 공급부(예를 들면, 도 3의 발열 코일(H2)에 대응됨)로 이루어진다. 각 상부 열원 공급부와, 하부 열원 공급부는 서브 제어부(28)에 의해 독립적으로 제어되거나, 통합적으로 제어될 수 있다.

온도 감지부(23)의 상부 감지부 및 하부 감지부는 상부 열원 공급부 및 하부 열원 공급부가 형성된 면에 또는 면에 인접하여 장착된다.

팬 구동부(25)는 보관실 내의 수납공간의 하부 공간에 형성된 팬 소자(Fr)를 구동시키는 소자이다. 이러한 팬소자(Fr)의 구동에 의해, 수납공간의 하부 공간의 온도 분포가 균일하게 된다. 이러한 균일한 온도 분포는 온도의 유지, 온도의 강하 또는 온도의 상승 시에 수납물의 상태가 안정적으로 유지되도록 한다.

개폐 수단(26)은 수납공간으로 저장고의 공기 또는 냉기가 유입될 수 있도록 하는 수단으로, 예를 들면, 댐퍼 등이 이에 해당된다. 이러한 개폐 수단(26)의 개방 시에, 보다 많은 양의 공기 또는 냉기가 유입될 수 있어, 신속한 냉각에 도움이 될 수 있다. 또한, 개폐 수단(26)의 폐쇄 시에, 보관실은 저장고로부터의 냉기 유입이 최소화되어, 온도 상승 또는 온도 유지 시에 도움이 된다.

감지부(27)는 보관실의 수납공간을 개폐하는 수납공간 도어의 개방 및 폐쇄를 감지하는 구성요소이다. 감지부(27)는 감지부(12)와 유사하게, 수납공간 도어의 개방 및 폐쇄에 의해 온/오프되는 스위치일 수도 있다. 감지부(27)는 이러한 스위치 이외에도, 서브 제어부(28)는 온도 감지부(23)로부터의 감지 온도에 의해 수납공간 도어의 개방 및 폐쇄를 판단할 수 있다. 예를 들면, 수납공간 도어가 개방된 경우, 외부 온도의 영향에 의해 온도 감지부(23)에 의해 감지되는 온도가 급격히 상승하게 되는 등의 온도 변화가 크게 발생하게 된다. 이러한 온도 변화에 대하여, 서브 제어부(28)는 수납공간 도어가 개방된 것으로 판단할 수 있다. 또한, 이후에, 수납공간 도어가 폐쇄되면, 감지 온도가 서서히 낮아지게 될 것이므로, 이러한 온도 하강에 대하여, 서브 제어부(28)는 수납공간 도어가 닫힌 것으로 판단할 수 있다.

서브 제어부(28)는 온도 감지부(23)로부터의 감지 온도에 따라 열원 공급부(24)를 제어하여, 필요한 공정을 수행한다. 특히, 서브 제어부(28)는 상부 감지부로부터의 감지 온도에 따라, 상부 열원 공급부를 제어하고, 하부 감지부로부터의 감지 온도에 따라 하부 열원 공급부를 각각 제어할 수도 있다.

서브 제어부(28)는 상술된 바와 같이, 온도 감지부(23)에 의한 감지 온도에 따라 열원 공급부(24)을 제어하여, 메인 제어부(13)에 대하여 독립적으로 수행할 수 있다. 이러한 독립적인 제어를 위해, 이러한 제어를 수행하기 위한 알고리즘 등을 저장하는 저장부를 구비할 수 있다.

무동결 장치(10)는 추가적으로 수납공간 내에 과냉각될 액체를 저장하는 수납용기가 수납되었는지를 확인하는 수납 감지부를 구비할 수도 있다. 이러한 수납 감지부는 수납공간의 저면에 형성된 중량 센서일 수도 있고, 수납용기의 중량에 의해 저면이 상승 및 하강할 수 있도록 되되, 이러한 상승 및 하강을 감지하는 센서일 수도 있다. 또한, 수납 감지부는 수납공간의 양 측면에 형성된 발광부와 수광부로 구성되며, 발광부에 의해 조사된 광이 수광부에 도달하는 경우에는 수납용기가 수납되지 않았음을 확인하고, 조사된 광이 수광부에 도달하지 않은 경우에는 수납용기가 수납되었음을 확인할 수 있다.

수납 감지부는 상술된 감지 결과를 서브 제어부(28)에 인가하여, 이러한 수 납 감지부의 감지 동작에 연동하여, 서브 제어부(28)는 수납용기가 수납되었을 경우에만, 특히 과냉각 상태 제어를 수행할 수 있다.

또한, 서브 제어부(28)는 입력부(21)가 사용자로부터 수납물의 수납 입력을 획득한 경우, 수납물의 수납 확인을 할 수도 있다. 즉, 입력부(21)가 수납물의 수납 입력 명령 또는 수납물의 인출 입력 명령을 획득하게 되면, 서브 제어부(28)는 이러한 명령에 따른 제어를 수행할 수도 있다.

도 6은 본 발명에 따른 무동결 장치(20)를 구비한 냉장고가 수행하는 공정들의 온도 그래프와, 동작 상태도의 제1실시예이다. 본 실시예에서, 냉장고의 저장고 내부의 온도는 예를 들면, -17℃로 유지되는 경우이다.

무동결 장치(20)의 수행 공정은 현재의 수납공간(상부 공간 또는 하부 공간)의 온도와, 수납물의 유지 온도 또는 유지 상태에 따라 상이하게 수행된다. 일단, 이하에서, 무동결 장치(20)가 수행할 수 있는 공정에 대한 사항을 기재한다.

현재 온도가 상전이 온도(또는 기설정된 온도조절 시작온도영역) 이상인 경우이다. 기설정된 온도조절 시작온도영역은 예를 들면, 0~3℃로 설정될 수 있다. 이러한 현재 온도에서는, 급속 냉각 공정이 수행된다. 즉, 수납공간의 상부 공간과 하부 공간이 모두 급속하게 냉각될 수 있도록 하는 제어가 필요하다. 서브 제어부(28)는 열원 공급부(상부 및 하부)(24)가 오프 상태로 유지되고, 개폐수단(26)의 온 상태(개방 상태)가 되어, 저장고의 냉기가 하부 공간으로 신속하게 유입되도록 하며, 팬 구동부(25)에 의해 팬소자가 온 상태로 되어 유입된 냉기가 강제 대류될 수 있도록 하여, 상부 공간 및 하부 공간의 온도를 신속하게 하강시킨다. 본 공정 에서, 개폐수단(26)의 온 상태와, 팬 구동부(25)의 온 상태가 적어도 일부 시간동안 동시에 수행되는 것이 바람직하다. 이 급속 냉각 공정은 본 실시예에서는, 시간 0~t1 구간에 대응된다.

또한,이러한 급속 냉각 공정에 이어서, 기설정된 온도조절 시작 온도영역을 유지하는 공정도 가능하며, 이러한 온도조절 시작온도 영역의 유지 공정에서는, 저장고의 온도가 상당히 저온이므로, 열원 공급부(24)를 동작시켜, 수수납 공간의 온도가 유지되도록 한다. 특히, 상부 열원 공급부와 하부 열원 공급부가 함께 동작하여, 상부 공간과 하부 공간이 이러한 온도 영역을 유지하도록 할 수 있다. 이러한 유지 공정시에는 개폐 수단(26)을 폐쇄한다. 또한, 팬구동부(25)로 오프 상태로 유지하는 것이 바람직하다.

이러한 급속 냉각 공정에 연속하여 과냉각 온도 영역으로의 진입 공정이 수행될 수 있다. 물론, 급속 냉각 공정에 대하여 불연속적으로, 예를 들면, 온도조절 시작온도 영역의 유지 공정이 일정 시간 수행된 이후에, 또는 사용자의 과냉각 유지 명령 등에 따라, 진입 공정이 수행될 수도 있다.

이 진입 공정에서, 이미 하부공간의 온도가 상전이 온도 이하로 내려가기 시작하므로, 상부 열원 공급부가 간헐적으로, 불연속적으로 또는 저전력을 이용하여 온 상태로 동작되도록 하여, 상부 공간(즉, 수납물의 상측 공기)의 온도를 예를 들면 상전이 온도보다 높은 온도(예를 들면, 5℃)로 유지할 수 있다. 이때, 하부 열원 공급부는 오프 상태로 유지하여, 수납물이 원하는 과냉각 온도영역으로 하강될 수 있도록 한다. 이때, 개폐수단(26)의 온 상태(개방 상태)가 되어, 저장고의 냉기 가 하부 공간으로 신속하게 유입되도록 하며, 팬 구동부(25)에 의해 팬소자가 온 상태로 되어 유입된 냉기가 강제 대류될 수 있도록 하여, 상부 공간 및 하부 공간의 온도를 신속하게 하강시킨다. 이러한 진입 공정은 상전이 온도 이하에서 과냉각 온도 영역(T1)으로의 진입을 위해 수행되며, 시간 t1~t2 구간에서 수행된다.

이러한 진입 공정에 연속하여, 하부 공간의 온도가 과냉각 온도 영역(T1)(예를 들면, -7~-8℃)에 도달하면, 과냉각 온도 영역의 유지 공정이 수행된다. 이러한 유지 공정을 위해, 상부 열원 공급부가 온/오프를 반복하여 또는 일정 전력을 사용하여 온도를 유지함과 함께, 하부 열원 공급부도 온/오프를 반복하여 또는 일정 전력을 사용하여, 하부 공간의 온도가 과냉각 온도 영역(T1)을 유지할 수 있도록 한다. 이때, 서브 제어부(28)는 하부 공간의 온도에 따라, 개폐수단(26)과 팬 구동부(25)의 온/오프를 제어하여, 하부 공간의 온도가 과냉각 온도 영역(T1)을 유지할 수 있도록 한다. 이러한 과냉각 온도 영역의 유지 공정에 의해, 수납공간에 수납되는 수납물이 과냉각 상태, 즉 무동결 상태로 유지될 수 있다. 이러한 유지 공정은 사용자가 원하는 시간 동안, 또는 기설정된 시간 동안 유지될 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 설명을 위해 시간 t2~t3 구간에서 수행된다.

과냉각 온도의 유지 공정에 연속하여 또는 독립적으로, 또는 사용자의 명령에 의해, 온도 하강 공정이 수행될 수 있다. 시간(t3)에서, 서브 제어부(28)는 열원 공급부(24)를 오프 상태로 하고, 개폐수단(26)과 팬 구동부(25)를 온 상태로 제어하여, 수납 공간의 온도가 급격하게 하강될 수 있도록 한다. 이에 따라, 수납물의 온도도 급격하게 하강된다. 이러한 온도 하강에 의해, 시간(t4)에서 수납물의 과냉각 상태가 해지되어 수납물의 온도가 급격하게 상승하게 되어, 상전이가 발생될 수 있다. 또는, 이러한 온도 하강 공정은, 수납물의 과냉각 상태를 해지할 수 있는 별도의 수단(예를 들면, 전기 충격, 진동 충격 등)의 과냉각 해지 동작에 의해, 과냉각이 해지된 이후에, 수행될 수도 있다. 이러한 과냉각의 해지는 수납물의 온도의 상승에 의해 수납공간의 온도도 함께 상승하는 현상에 의해 판단될 수 있다.

이러한 온도 하강 공정은 하부공간의 온도가 예를 들면, 온도(T2)(저장고의 냉각 온도)에 도달하여 유지될 때까지 수행되는 것으로, 본 실시예에서는, 시간 t3~t6 구간이다. 즉, 시간(t5)에서, 하부공간의 온도가 온도(T2)에 도달하면, 더 이상 온도가 하강되지 않고 유지된다. 이러한 온도 하강 공정에 의해, 상전이가 수행 중인 수납물에 슬러쉬가 보다 많이 생성될 수 있다. 이러한 온도 하강 공정의 수행 시간은 생성될 슬러쉬량에 대응하여 수행될 수 있기에, 기설정된 수행 시간 동안 수행되거나, 사용자의 별도의 입력(입력 시간의 입력 또는 슬러쉬량의 입력)에 따른 수행 시간 동안 수행될 수 있다.

온도 하강 공정이 수행된 이후, 시간(t6)에서, 온도 상승 공정이 수행된다. 서브 제어부(28)는 팬구동부(25)와, 개폐수단(26)을 오프 상태로 변경하고, 열원 공급부(24)(상부 열원 공급부와 하부 열원 공급부)를 온 상태로 제어한다. 이에 따라, 하부공간(및 상부공간)의 온도가 상승하게 된다. 이러한 온도 상승 공정은 하부 공간의 온도가 슬러쉬 보관온도(T3)에 도달된 시간(t7)이후에, 하부 공간의 온도가 슬러쉬 보관온도(T3)로 유지되도록 한다. 온도 상승 공정의 초반에는, 열원 공급부(24)의 온 시간을 상대적으로 크게 하여, 또는 고 전력을 사용하여 온도 상승이 보다 신속하게 이루어질 수 있도록 하며, 그 이후에는 간헐적으로 온/오프 제어를 통하여 또는 저전력을 사용하여 온도가 유지되도록 한다. 아울러, 팬 구동부(25)도 초반 이후에는 간헐적으로 온/오프 제어하여, 하부공간의 온도 분포가 균일하게 되도록 한다. 이 슬러쉬 보관온도(T3)가 높고 낮음에 의해, 결정화 크기가 결정된다. 즉, 슬러쉬 보관온도(T3)가 낮으면 상대적으로 결정크기가 큰 슬러쉬가 생성되고, 슬러쉬 보관온도(T3)가 높으면 상대적으로 결정 크기가 작은 슬러쉬가 생성된다. 이 슬러쉬 보관온도(T3)는 상전이 온도 이하로 유지될 수 있도록 하여, 슬러쉬가 액체로 변화되는 것을 방지할 수 있다.

상술된 바와 같이, 상부 열원 공급부는 온도 하강 구간을 제외하고는, 상부 공간의 온도가 온도조절 시작온도 영역 이상이 되도록 온/오프 제어가 수행된다. 다만, 슬러쉬 보관 공정에서는, 상부 열원 공급부는 상부공간의 온도가 슬러쉬 보관 온도(T3)로 유지되도록 온/오프 동작할 수도 있다.

도 6의 실시예는 예를 들면, 온도 제어 장치(또는 무동결 장치)가 냉각 중인 저장고에 최초로 설치된 경우될 수 있을 것이다.

다른 경우, 이미 냉각 중인 냉장고의 저장고 내에 온도 제어 장치가 설치되어 있으나, 동작 명령이 입력받지 않는 것 등으로 동작하지 않고 있는 상태이다. 이때, 온도 제어 장치 내의 수납 공간의 온도는 저장고 온도와 실질적으로 동일하게 되며, 수납물을 수납 공간에 넣을 때, 또는 사용자가 동작 명령을 입력한 때, 온도 제어를 시작할 수 있다. 이러한 경우는, 수납 공간의 온도가 상당히 낮은 상 태이므로, 수납물이 냉각되는 중에 상전이가 야기될 수도 있다. 이에 따라, 초기부터 열원 공급부(24)(상부 열원 공급부 및 하부 열원 공급부)가 동작하도록 제어하여, 수납 공간의 온도가 과냉각 온도 영역으로 진입하도록 하는 공정을 수행한다. 이러한 진입 공정시에는 팬구동부(25) 및 개폐수단(26)을 모두 오프 상태로 유지하거나, 개폐수단(26)만을 오프 상태로 유지하여, 수납 공간의 상부 공간의 온도가 온도조절 시작온도 영역 이상으로 되고, 하부 공간의 온도가 과냉각 온도 영역에 진입하도록 한다. 하부 공간의 온도가 과냉각 온도 영역에 도달하면, 그 이후에는 도 6의 과냉각 온도 영역의 유지 공정 이후와 유사하게 열원 공급부(24), 팬구동부(25) 및 개폐수단(26)을 제어한다.

이러한 냉각 공정들을 수행할 때, 수납물이 과냉각 상태를 유지하는 중에, 또는 상전이 온도 이하로 냉각 중에, 결빙되는 현상을 감지 판단할 수 있다. 수납물의 온도가 예를 들면, -4℃에서 급격히 상승하게 되는 온도 변화를 감지하여, 과냉각 상태가 해지된 것을 감지하는 제어를 서브 제어부(28) 및 감지부(27)가 수행할 수 있다. 이러한 과냉각 상태의 해제시에, 열원 공급부(24)(상부 열원 공급부 및 하부 열원 공급부)의 동작을 통하여 해동을 수행하고, 해동이 완료된 이후에, 다시 냉각이 이루어지도록 하는 제어를 수행한다. 이러한 해동 공정의 경우, 개폐 수단(26)을 폐쇄하는 것이 바람직하며, 온도의 균일화를 위해서 팬구동부(25)를 간헐적으로 온/오프 제어할 수 있다.

서브 제어부(28)은 입력부(21)로부터의 무동결 장치의 온/오프 스위치 입력에 따라, 각 소자들에 인가되는 전원의 공급이 차단되도록 하여 그 동작이 수행되 지 않도록 할 수 있다.

입력부(21)는 추가적으로 해동 명령을 획득하는 기능을 구비하여, 서브 제어부(28)는 입력부(21)로부터의 해동 명령에 대응하여, 열원 공급부(24)를 동작시켜 수납물이 해동될 수 있도록 에너지(특히, 열 에너지)를 가하게 한다.

도 7 내지 9는 본 발명에 따른 무동결 장치가 수행하는 공정 순서도이다. 이러한 공정은 온도 제어 장치(또는 무동결 장치)에 대한 동작 명령이 입력부(21)를 통하여 획득되는 것 등을 통해 공정을 시작할 수 있다. 사용자 또는 서브 제어부(28)는 목적 공정을 상전이 온도의 유지 공정, 과냉각 온도의 유지 공정, 슬러쉬 보관 공정 등으로 설정할 수 있다.

단계(S11)에서, 서브 제어부(28)는 온도 감지부(23)로부터의 감지값에 따라, 수납공간(상부 공간 또는 하부공간)의 현재 온도(T)를 감지한다.

단계(S13)에서, 서브 제어부(28)는 현재 온도(T)가 상전이 온도 또는 기설정된 온도제어 시작온도 영역보다 큰 지를 판단한다. 만약 현재 온도(T)가 상전이 온도보다 크면, (A) 공정으로 진행한다. 만약 현재 온도(T)가 상전이 온도이하이면 단계(S15)로 진행한다.

(A) 공정으로 진행하면, 도 8에 도시된 바와 같이, 단계(S31)에서, 서브 제어부(28)는 현재 기설정된 공정 또는 목적 공정이 상전이 온도(온도조절 시작온도 영역)의 유지 공정인지를 판단한다. 만약 상전이 온도의 유지 공정이면, 단계(S33)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(S35)로 진행한다.

단계(S33)에서, 서브 제어부(28)는 개폐수단(26) 및 팬구동부(25)를 온 상태 및 온/오프 제어를 통해 수납공간의 온도를 상전이 온도에 인접하도록 온도 유지 공정을 수행한다. 서브 제어부(28)는 상부 공간 및 하부 공간의 온도가 거의 균일하게 제어하며, 상전이 온도 이상이 되도록, 열원 공급부(상부 열원 공급부, 하부 열원 공급부)(24)를 온/오프하여 온도를 유지시킨다.

단계(S35)에서, 서브 제어부(28)는 개폐수단(26)를 온상태로 개방하여 냉기가 하부공간으로 유입되도록 하며, 팬구동부(25)를 온상태로 제어하여, 상부공간과 하부공간이 신속하게 냉각될 수 있는 급속 냉각 공정을 수행한다. 이후에 단계(S13)으로 진행하게 된다. 단계(S13)과, (S31) 및 (S35)가 현재 온도에 따라 반복적으로 수행된다.

단계(S15)에서, 서브 제어부(28)는 현재 하부 공간의 온도(T)가 과냉각 온도보다 높고 상전이 온도이하인지를 판단한다. 만약 그 구간에 해당되면, 단계(S17)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(S19)로 진행한다.

단계(S17)에서, 서브 제어부(28)는 과냉각 온도 영역으로의 진입 공정을 수행하기 위해, 상부 열원 공급부를 동작시켜, 상부 공간의 온도는 낮아도 상전이 온도보다는 높게 유지시키고, 하부 공간에 대해서는 개폐수단(26)를 온 상태로 하여 냉각을 지속적으로 수행하며, 팬 구동부(25)의 팬 제어로 강제 대류에 의해 냉각이 하부공간에서 균일하게 이루어질 수 있도록 한다. 단계(S15)와 (S17)를 반복적으로 수행하여, 냉각이 이루어진다.

단계(S19)에서, 서브 제어부(28)는 현재 온도(T)가 과냉각 온도 영역에 실질적으로 유지되고 있는지를 판단한다. 만약 과냉각 온도 영역에 유지되고 있으면 단계(S23)로 진행하고, 그렇지 않으면 즉 과냉각 온도 영역보다 낮으면 단계(S21)로 진행한다.

단계(S21)에서, 서브 제어부(28)는 현재 온도(T)가 과냉각 온도 영역 미만이므로, 열원 공급부(24)를 제어하여, 수납 공간의 온도가 상승되도록 제어한다. 이때, 팬 구동부(25) 및 개폐 수단(26)을 모두 오프 상태로 유지하거나, 개폐 수단(26)만을 오프 상태로 유지한다.

단계(S19) 및 (S21)에 의해, 서브 제어부(28)는 수납 공간 또는 수납물이 과냉각 상태로 유지되도록 하는 유지 공정으로 진입할 수 있는 조건이 되도록 한다.

단계(S23)에서, 서브 제어부(28)는 상술된 과냉각 상태의 유지 공정을 수행한다. 단계(S23)에서, (B) 공정으로 진행한다.

도 9의 단계(S41)에서, 서브 제어부(28)는 입력부(21)를 통하여, 슬러쉬 보관 명령이 입력되었거나 입력된 경우 또는 과냉각 상태에 보관 중인 수납물이 자연적으로 과냉각 상태가 해제되면, 단계(S43)으로 진행한다. 그렇지 않으면 단계(S23)로 진행하여, 과냉각 상태의 유지 공정을 수행한다.

단계(S43)에서, 서브 제어부(28)는 열원 공급부(24)를 오프시키고, 팬 구동부(25)의 온 상태 및 개폐 수단(26)의 개방 상태를 통하여, 온도 하강 공정을 수행한다. 이러한 온도 하강 공정의 수행 시에, 서브 제어부(28)는 기설정된 온도 영역으로의, 또는 사용자의 입력에 의한 온도 영역으로의 온도 하강 및 유지가 되도록 제어할 수도 있다.

단계(S45)에서, 서브 제어부(28)는 온도 하강 공정에서, 기설정된 온도 또는 저장고의 냉각 온도로 일정 시간이 유지되었는지를 판단한다. 만약 일정시간이 유지되었으면 단계(S47)로 진행한다.

단계(S47)에서, 서브 제어부(28)는 슬러쉬 보관 공정의 수행을 위해, 열원 공급부(24)를 온 상태 또는 고전력으로 제어하여, 온도가 급상승 할 수 있도록 한다. 급 상승 중에는, 팬구동부(25)와 개폐수단(26)은 오프 상태를 유지한다. 슬러쉬 보관 공정에서, 서브 제어부(28)는 슬러쉬 보관 온도를 유지하도록 열원 공급부(24)와, 팬 구동부(25)를 제어하여, 하부 공간과 상부 공간이 일정 온도를 유지하도록 한다.

수납물의 과냉각 상태의 판단 과정은 하기와 같다. 액체의 과냉각 상태를 판단함에 있어서, 서브 제어부(28)는 상부감지부 또는 하부 감지부에 의해 감지된 상부 감지 온도(TU) 또는 하부 감지 온도(TL(총괄적으로 T)와, 과냉각 상태 온도(T1)를 비교한다. 바람직하게는 서브 제어부(28)는 수납물의 온도에 거의 대응하는 하부 감지 온도(TL)와 과냉각 상태 온도(T1)를 비교한다. 여기서, 과냉각 상태 온도(T1)는 예를 들면, -6℃이다. 만약 감지 온도가 과냉각 상태 온도(T1)와 같거나 낮으면, 이러한 온도 상태가 기설정된 일정 시간(td)을 경과하였는지를 판단한다. 이러한 일정 시간(td)은 감지 온도(T)가 과냉각 상태 온도(T1)와 같거나 낮은 시점으로부터 수납물이 과냉각 상태로 진입하여 유지되었다고 판단할 수 있는 기준 시간에 해당된다. 서브 제어부(280)는 수납물 또는 수납공간이 과냉각 상태로 유지되고 있다고 판단한다. 만약 감지 온도가 과냉각 상태 온도(T1)보다 높거나, 경과 시간이 일정 시간(td)에 도달되지 않으면, 냉각 상태로 판단된다.

서브 제어부(28)는 상술된 수납물의 상태 판단 과정을 통하여, 수납물인 액체 또는 수납공간에 대한 냉각의 진행에 따라 수납물의 상태(과냉각 상태, 냉각 상태)를 판단하여 표시부(22)에 표시할 수 있다. 이러한 수납물의 상태 판단 과정을 서브 제어부(28)를 지속적으로 또는 간헐적으로 판단한다. 예를 들면, 서브 제어부(28)는 수납물이 냉각 상태인 경우에는 적색 표시로, 과냉각 상태인 경우에는 녹색 표시로 표시부(22)가 표시하도록 할 수 있다. 즉, 서브 제어부(28)는 현재 진행중인 수납물의 상태(과냉각 상태 또는 냉각 상태)를 사용자 등에게 제공할 수 있다.

또한, 서브 제어부(28)는 감지부(27)로부터 수납공간 도어의 개폐를 확인하거나, 본체 장치(10)로부터 저장고 도어의 개폐 정보를 수신할 수 있다. 저장고 도어가 개방된 경우, 무동결 장치(20) 내의 팬 소자의 구동에 의한 소음이 외부로 보다 크게 전달될 수 있으므로, 서브 제어부(28)는 팬 구동부(25)를 제어하여 팬소자의 구동을 중단시킨다. 또는, 서브 제어부(28)는 수납공간 도어가 개방된 경우, 수납공간 내의 공기의 순환이 요구되지 않으므로, 팬 구동부(25)를 제어하여 팬소자의 구동을 중단시킨다.

또한, 저장고 도어가 개방된 경우, 서브 제어부(28)가 표시부(22)를 활성화시켜, 수납물인 액체의 과냉각 상태 또는 냉각 상태 등과 같은 현재 수행 공정을 표시한다. 다만, 서브 제어부(28)는 저장고 도어 또는 수납공간 도어가 개방된 경우에만, 표시부(22)를 활성화시켜, 사용자가 이러한 상태 정보를 확인할 수 있도록 할 수도 있다.

도 10는 본 발명의 제1 실시예에 따른 냉장고를 도시한 도면이다. 냉장고(1000)는 냉각 사이클을 이용하여 냉각 공간(1300, 1400) 내에 냉기를 제공하는 장치이다. 도 10에는 냉장고(1000)의 일 예인 사이드 바이 사이드 냉장고의 냉동실(1300)에 무동결 장치(2000)가 설치된 것을 도시한 도면이다. 냉장고(1000) 내의 냉각 공간(1300, 1400)은 격벽(1500)에 의해 냉동실(1300)과 냉장실(1400)로 구획된다. 냉동실(1300)의 양 측면에는 돌출된 지지부(미도시)가 형성되고, 무동결 장치(2000)의 양 측면에는 지지부(미도시)에 의해 지지되며 무동결 장치(2000)를 고정할 수 있는 훅 형상의 리브(220)가 형성된다. 무동결 장치(2000)는 훅 형상의 리브(220)와 지지부(미도시)에 의해 냉동실(1300) 내에 고정되며, 다른 일반적인 선반과 유사하게 냉동실(1300)로부터 탈착 가능하게 설치될 수 있다. 무동결 장치(2000)로 전원이 공급되어야 하므로, 별도로 냉장고(1000)와 무동결 장치(2000) 사이에 전원 공급을 위해 서로 연결되는 전원 커넥터(미도시)가 구비되는 것이 바람직하다. 전원 커넥터(미도시)는 냉장고(1000)와 무동결 장치(2000)의 서로 대응되는 위치에 형성되어 접촉을 통해 전원을 전달하는 배터리 충전기와 유사한 접촉식 커넥터일 수도 있고, 냉장고(1000)와 무동결 장치(2000)에 전원 전송 케이블이 각각 구비되고, 전원 전송 케이블의 단부에 서로 맞물릴 수 있도록 암 수 한 쌍으로 구성된 포트 방식의 커넥터일 수 있다. 또한 무동결 장치(2000)와 냉동실(1300)을 나사 등을 이용하여 탈착이 불가능하게 고정할 수 있으며, 이 때는 무동결 장치(2000)와 냉동실(1300) 사이에 별도의 전원 커넥터(미도시) 대신 일반적인 전선을 이용하여 냉장고(1000)로부터 무동결 장치(2000)로 전원을 공급할 수 있다. 한편 냉장고(1000)의 외부에 설치된 외부 디스플레이(미도시)를 통해 무동결 장치(2000)의 작동 상황 및 과냉각 진행 상태 등을 표시하고자 하는 경우, 전원 커넥터(미도시)나 전선은 무동결 장치(2000)의 작동을 제어하는 제어부인 PCB(미도시)로부터 외부 디스플레이(미도시)나 냉장고(1000)의 제어부(미도시)로 정보를 전달할 수 있도록 전기를 쌍방향으로 전송할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉장고가 구비하는 도어를 도시한 도면이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉장고는 냉장고의 냉동실 도어(1100)에 무동결 장치(2000)가 설치된다. 냉동실 도어(1100)는 냉동실(1300)을 개폐하는 역할을 하며, 냉장고의 도어(1000) 내에는 하부로부터 무동결 장치(2000), 아이스 뱅크(1600), 아이스 메이커(1700)가 차례로 설치된다. 아이스 메이커(1700)는 물을 급수받아 얼음을 생성한다. 아이스 메이커(1700)에서 얼음 생성이 완료되면, 자동 또는 수동으로 아이스 메이커(1700)에서 만들어진 얼음을 아이스 뱅크(1600) 내로 투입한다. 아이스 메이커(1700)에서 얼음이 자동으로 아이스 뱅크(1700)내로 투입되는 경우, 아이스 메이커(1700)는 얼음이 생성되는 아이스 트레이(미도시)가 회전 가능하게 설치되어 얼음 생성이 완료되면, 얼음을 아래로 떨어트릴 수 있도록 회전한다. 아이스 뱅크(1600)는 냉동실 도어(1100)에 장착하기 위한 외부 케이싱(1610)과 외부 케이싱(1610) 내에서 인출가능하게 설치되는 서랍(1620)을 포함한다. 외부 케이싱(1610)은 아이스 메이커(1700)로부터 낙하하는 얼음이 투입될 수 있도록 상부에 개구부를 포함한다. 아이스 메이커(1700)에서 생성이 완료된 얼음은 아이스 트레이(미도시)의 회전에 의해 하방으로 낙하하여, 아이스 뱅크(1600)의 외부 케이 싱(1610)에 형성된 개구를 지나 아이스 뱅크(1600)의 서랍(1620) 내에 저장된다. 얼음이 아이스 뱅크(1620)로 낙하하면서 아이스 뱅크(1620)에 충격을 주고, 이 충격이 냉동실 도어(1100) 및 무동결 장치(2000) 등으로 전달될 수 있다. 따라서 무동결 장치(2000)는 서랍(1620)의 단면보다 큰 단면을 가지는 홈(2100)을 구비하여, 서랍(1620)으로 얼음이 낙하할 때 서랍이(1620) 하방으로 이동하며 충격을 저감할 수 있도록 한다.

도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 무동결 장치의 분해사시도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무동결 장치(2000)는 용기가 저장되는 내부 공간을 정의하는 케이싱 및 케이싱을 개폐하는 도어(200)를 포함하며, 냉장고의 냉동실 등의 영하의 온도로 식품을 보관하는 냉장고 내에 설치된다. 케이싱은 외부 공간, 즉 무동결 장치(2000)가 설치되는 냉장고(1000) 내의 공간과 무동결 장치(2000) 내부 공간을 구분하며, 무동결 장치(2000)의 외관을 형성하는 외부 케이싱(110, 120)을 포함하며, 외부 케이싱(110, 120)은 전방 외부 케이싱(110)와 후방 외부 케이싱(120)을 포함한다. 전방 외부 케이싱(110)은 무동결 장치의 전방 및 하부의 외관을 구성하며, 후방 외부 케이싱(120)은 무동결 장치의 후방 및 상부의 외관을 구성한다. 케이싱은 액체를 저장하는 용기가 상부와 하부가 각각 서로 다른 온도 영역에 위치하여 보관될 수 있도록 하며, 더욱 상세하게는 용기의 하부는 대략 최대 빙결정 생성대의 온도 영역(약 -1℃~ -5℃)에 위치하고, 용기의 상부는 그보다 높아 빙결정이 쉽게 생성되지 않는 온도 영역(약-1℃~ 2℃)에 위치할 수 있도록 한다. 이를 위해 케이싱은 최대 빙결정 생성대의 온도 영역(약 -1℃~ -5℃)인 하부 공간(100L)과 빙결정이 쉽게 생성되지 않는 온도 영역(약-1℃~ 2℃)인 상부 공간(100U)을 포함한다. 상부 공간(100U)과 하부 공간(100L)은 격벽(140)에 의해 구분된다. 케이싱은 외부 케이싱(110) 내에, 격벽(130)과 함께 하부 공간(100L)을 정의하는 하부 케이싱(130) 및 격벽(140)과 함께 상부 공간(100U)을 정의하는 상부 케이싱(150)을 포함한다.

하부 공간(100L) 위치하는 용기 하부에 저장된 액체가 보다 빨리 최대 빙결정 생성대의 온도 영역(약 -1℃~ -5℃)에 도달하여 과냉각 상태가 되도록, 하부 공간(100L)의 후방에는 냉각 팬(170)이 설치되며, 하부 공간(100L)의 온도를 조절하기 위한 하부 히터(미도시)도 설치된다. 상부 공간(100U)에 위치한 용기 상부를 빙결정이 쉽게 생성되지 않는 온도 영역(약 -1℃~ 2℃)으로 유지하기 위해, 상부 케이싱(150) 주변에 상부 히터(미도시)가 설치된다. 또한 온도가 다른 상부 공간(100U)과 하부 공간(100L) 사이에서 냉각 팬(170)에 의해 발생한 강제 유동에 의해 상부 공간(100U)과 하부 공간(100L) 사이의 열교환이 일어나는 것을 최대한 저지하도록 격벽(140)에는 탄성 재질의 분리막(142)이 설치된다. 또한 분리막(142)을 격벽(140)에 고정하기 위해 분리막(142)의 상,하에서 분리막(142)을 눌러주며, 격벽(140)에 나사 등으로 고정될 수 있는 고정 플레이트(144)를 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 외부 케이싱(110, 120)의 하부에는 외부 공간과 하부 공간(100L)을 단열하기 위한 단열재(112)가 제공되며, 외부 케이싱(110, 120)의 상부에는 외부 공 간과 상부 공간(100U)을 단열하기 위한 단열재(122)가 제공된다. 또한 전방 외부 케이싱(110)과 단열재(122) 사이에는, 전원 스위치(182), 디스플레이부(184) 등이 설치되며, 후방 외부 케이싱(120)와 단열재(122) 사이에는 전원스위치(182), 디스플레이부(184), 상, 하부 히터(미도시), 유동 팬(170) 및 댐퍼 (190) 등의 전장품을 제어하는 PCB(미도시), PCB 설치부(186)가 설치된다. 후방 외부 케이싱(120)은 외부 케이싱(110, 120)가 조립된 상태에서 PCB 설치부(186)를 탈착할 수 있도록 PCB를 설치할 수 있는 개구부(124) 및 PCB 설치부(186)를 장착한 다음 개구부(124)를 덮을 수 있는 PCB 커버(124c)를 더 구비한다.

한편, 후방 공간(100R)의 하부에서 상부로 냉기가 유동하여, 상부 공간(100U)의 온도를 저하시키는 것을 방지하기 위해 격벽이 형성된다. 격벽은 후방 외부 케이싱(120)에 형성된 리브(120r)와 하부 케이싱(130) 상부의 격벽(140)이 하부 케이싱(130)로부터 후방으로 돌출된 리브(140r)가 겹쳐져서 형성된다. 바람직하게는 상부 케이싱(150) 하부 역시 하부 케이싱(130) 상부의 격벽(140)에 대응하는 형상을 가지고, 후방으로 돌출된 리브(150r)를 구비하여, 외부 케이싱(120)에 형성된 리브(120r)와 격벽(140)에 형성된 리브(140r), 상부 케이싱(150)에 형성된 리브(150r)가 겹쳐져서 후방 공간(100R)의 격벽을 형성하는 것이 바람직하다.

도어(200)는 전방 외부 케이싱(110)의 전면에 설치되어 하부 공간(100L)을 개폐하는 역할을 한다. 도어(200)는 도어 케이싱(210) 내에 투명 또는 반투명 재질의 도어 패널(220), 도어 케이싱(210)에 고정되며 도어 패널(220)을 함께 고정하는 도어 프레임(230) 및 도어 프레임(230) 후방에 장착되며, 도어(200)와 전방 외부 케이싱(110) 사이를 밀폐하는 가스켓(240)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무동결 장치는 도어 패널(220)을 복수 개 구비하고, 각 도어 패널(220)들은 서로 갭을 두고 도어 케이싱(210)과 도어 프레임(230) 사이에 설치되어, 각 도어 패널(220)들 사이에 공기층을 형성될 수 있게 한다. 공기층은 도어(200) 부분의 취약한 단열성을 보완할 뿐 아니라, 도어(200), 즉 도어 패널(220)에 성에가 서리는 것을 방지할 수 있다. 가스켓(240)은 탄성 소재로 제조되며, 도어(100)와 전방 외부 케이싱(110) 사이의 틈새를 밀봉하여 무동결 장치(2000)가 장착되는 냉각 공간(1300, 1400)과 무동결 장치(2000) 내부와의 사이에 열교환이 일어나는 것을 방지한다. 즉, 냉기나 열기의 누설이 일어나는 것을 차단할 수 있다.

한편, 후방 외부 케이싱(120), 하부 케이싱(130) 및 상부 케이싱(150)에 의해 후방 공간(100R)이 정의되며, 후방 공간(100R)에는 유동 팬(170), 댐퍼(190), 하부 히터(미도시)가 설치되며, 특히 후방 공간(100R)의 상부에는 PCB 설치부(186)가 착탈 가능하게 설치된다. 하부 히터(미도시), 상부 히터(미도시), 하부 센서(미도시), 상부 센서(미도시), 유동 팬(170), 댐퍼(190), 스위치(182) 및 디스플레이(184)는 전선으로 PCB에 연결된다. PCB는 PCB 설치부(186) 내에 고정된 다음, PCB 설치부(186)가 후방 외부 케이싱(120)에 형성된 개구부(124)를 통해 상부 공간의 단열재(122)에 형성된 홈 내에 끼워진다. PCB와 각 전장품들을 연결하는 전선은 PCB 설치부(186)를 후방 외부 케이싱(120)의 개구부(124)를 통해 인출할 수 있도록 충분히 긴 여분의 길이를 가지고 PCB에 연결된다. 따라서 PCB를 수리하거나 교체할 때, 전방 외부 케이싱(110)과 후방 외부 케이싱(120)을 분리할 필요가 없어서, 유지, 보수가 편리하다는 이점이 있다. 또한 하부 케이싱(130)과 상부 케이싱(150)은 각각, 하부 케이싱(130)의 상부와 상부 케이싱(150)의 하부에 PCB와 전장품들을 연결하는 전선을 끼울 수 있는 홈(146, 156)을 구비한다. 하부 케이싱(130)의 상부와 상부 케이싱(150)의 하부는 서로 겹쳐져서 고정될 수 있도록 하며, 이 하부 케이싱(130)의 상부와 상부 케이싱(150)의 하부 사이에 상기에서 설명한 분리막(142)이나 고정 플레이트(144)가 위치된다. 또한 PCB 설치부(186)를 후방 외부 케이싱(120) 내의 상부 공간의 단열재(122)에 삽입하고 나면, PCB 커버(124c)를 이용하여 개구부(124)를 폐쇄한다. 작동 중에 개구부(124)를 통하여 냉각 공간의 냉기가 침입할 경우, 냉각 공간은 물론 하부 공간(100L)보다 높은 온도로 유지되어야 하는 상부 공간(100U)의 온도를 저하시킬 우려가 있으므로 상부 히터(미도시)의 발열량을 증가시켜야 하는 단점이 있다. 따라서 개구부(124)를 PCB 커버(124c)를 통해 폐쇄하여 에너지 효율을 높이고, 좀 더 안정적으로 액체를 과냉각 상태로 만들 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 무동결 장치의 후방 공간을 도시한 도면이고, 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 무동결 장치의 사시도이다. 후방 공간(100R)에는 상기에서 설명한 바와 같이 하부에 댐퍼(190)가 설치되어 냉기의 유입을 조절한다. 또한 하부 케이싱(130)의 배면에 설치된 유동 팬(170)은 강제 유동을 발생시켜, 후방 공간(100R)으로 유입된 공기가 하부 공간(100L)으로 유입되며, 하부 공간(100L)의 공기가 다시 후방 공간(100R)으로 토출될 수 있도록 한다. 하부 케이싱(130)의 유동 팬(170)이 설치되는 위치에는 유동 팬(170)이 발생시키는 유동이 흐를 수 있도록 토출 그릴(172)이 형성되어, 후방 공간(100R)으로부터 하부 공간(100U)으로 흐르는 유로를 형성한다. 또한 하부 케이싱(130)의 배면에는 하부 공간(100U)으로부터 후방 공간(100R)으로 유동을 토출하는 제1 토출홀(310a, 310b, 310c, 310d)이 형성된다. 제1 토출홀(310)은 양 측단에 각각 형성되며, 상, 하 두 개씩 총 4개의 제1 토출홀(310a, 310b, 310c, 310d)이 형성된다. 유동 팬(170)에 의해 발생한 유동이 토출 그릴(172)을 통해 하부 공간(100L)으로 유입된 다음, 양 측단에 위치하는 제1 토출홀(310a, 310b, 310c, 310d)로 재토출되도록 하여 자연스럽게 하부 공간(100L) 내에 냉각 유로가 형성되도록 한다. 한편 후방 공간(100R)의 하부에는 제1 토출홀(310a, 310b, 310c, 310d)로부터 토출 된 유동을 냉각 공간으로 토출되도록 하는 제2토출홀(320a, 320b)가 형성된다. 이때, 제1 토출홀(310a, 310b, 310c, 310d)을 통해 토출된 유동이 유동팬(170)이 위치하는 중앙부로 다시 흘러가서 다시 하부 공간(100U)으로 유입되는 것을 방지하기 위해 유동팬(170)과 제1 토출홀(310a, 310b, 310c, 310d) 사이에는 격벽(330a,330b)이 설치된다.

또한 제1 토출홀(310a, 310b, 310c, 310d)을 통해 하부 공간(100L)으로 유입되어 용기에 저장된 액체를 냉각한 유동의 일부는 하부 공간(100L)의 하부에 위치하는 제3 토출홀(340)을 통해 냉각 공간으로 직접 토출된다. 제3 토출홀(340)은 대칭적인 유로를 형성하기 위해 좌, 우에 각각 동일한 개수로 형성되는 것이 바람직하다.

따라서 댐퍼(190)를 개방하고, 유동 팬(170)을 가동하는 경우, 댐퍼(190)를 통해 냉각 공간으로부터 냉기가 후방 공간(100R)으로 유입된 다음, 후방 공간(100R)으로부터 토출 그릴(172)을 통해 하부 공간(100L)으로 유입되어 무동결 장치 내에 저장된 액체를 저장하는 용기의 하부를 냉각한다. 용기에 저장된 액체와 열교환하며 액체를 냉각한 유동의 일부는 하부 공간(100L)의 하부 양측에 위치한 제3 토출홀(340)을 통해 냉각 공간으로 직접 토출되고, 나머지는 양 측단의 제1 토출홀(310a, 310b, 310c, 310d)을 통해 후방 공간(100R)으로 토출된 다음, 제2 토출홀(320a, 320b)를 통해 외부(냉각 공간)로 토출된다.

한편 하부 케이싱(130)에서 격벽(330a, 330b)에 대해 내측에 위치하는 제4 토출홀(350a, 350b)을 더 포함한다. 즉, 제4 토출홀(350a, 350b)은 제1 토출홀(310a, 310b, 310c, 310d) 및 제2 토출홀(320a, 320b)와 격벽(330a, 330b)을 사이에 두고 형성된다. 댐퍼(190)가 폐쇄된 상태에서 유동 팬(170)이 작동될 경우, 후방 공간(100R)으로부터 토출 그릴(172)를 통해 하부 공간(100L)으로 토출된 유동은 하부 공간(100L)을 순환하다가 다시 제4 토출홀(350a, 350b)을 통해 후방 공간(100R)으로 토출된다. 즉, 하부 공간(100L)의 온도가 액체를 과냉각 상태로 저장하기 적절한 온도에 도달했다고 판단되면, 댐퍼(190)를 폐쇄한 상태에서는 토출 그릴(172)과 제4 토출홀(350a, 350a)을 통해 하부 공간(100L)과 후방 공간(100R) 사이에서만 순환하는 유동을 형성하고, 외부의 냉각 공간으로부터 냉기를 더 이상 유입하지 않는다.

한편 도 15를 참조하면, 도어(200)와 전방 외부 케이싱(110)가 맞닿는 부분에는 물받이(116)가 형성된다. 물받이(126)는 용기에 맺힌 이슬이나 습기가 도어(200)나 전방 외부 케이싱(110)에 동결되어 도어(200)와 외부 케이싱(110)가 제대로 밀착되지 않고 틈새가 발생하여, 틈새로 냉기가 침입하여 하부 공간(100L)의 온도를 떨어트리는 것을 방지한다. 즉, 도어(200)나 외부 케이싱(110)에 맺힌 이슬이 하부로 내려와 물받이(116) 내로 모이도록 함으로써, 도어(200)와 맞닿는 외부 케이싱(110)의 하면에 성에가 발생하거나 수분이 동결되는 것을 방지한다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 무동결 장치의 후방을 도시한 도면이다. 후방 외부 케이싱(120)의 배면 중앙측에는 후방 공간(100R)으로부터 냉각 공간으로 유동을 배출하는 제5 토출홀(360a, 360b, 360c)가 형성되어 있다. 댐퍼(190)를 통해 냉각 공간으로부터 후방 공간(100R)으로 유입된 냉기 중 일부는 토출 그릴(172)을 통해 하부 공간(100L)으로 유입되는 대신 제5 토출홀(360a, 360b, 360c)을 통해 냉각 공간으로 다시 빠져나간다.
한편 후방 외부 케이싱(120)의 배면에는 복수 개의 리브(125)가 형성된다. 리브(125)는 후방 외부 케이싱(120)의 배면과 설치면과의 간격을 주기 위한 것으로, 본 발명의 실시예와 같이 무동결 장치(2000)가 냉장고(1000)에 설치될 때, 냉장고(1000)의 내면과 후방 외부 케이싱(120)의 배면의 간격을 유지해주는 역할을 한다. 냉장고(1000)의 내면은 냉동실 도어(1100) 및 냉장실 도어(1200)의 내면을 포함하는 의미이다. 한편 후방 외부 케이싱(120)의 배면 중앙측에 형성된 제5 토출홀(360a, 360b, 360c)로 토출되는 유동이 후방 케이싱(120)의 하부로 안내되도록 하기 위해, 후방 외부 케이싱(120)의 제5 토출홀(360a, 360b, 360c) 주위를 둘러싸는 별도의 리브(126)가 형성된다. 이 별도의 리브(126)는 제5 토출홀(360a, 360b, 360c)의 하방을 제외한 나머지 3방향을 둘러싸도록 형성되어 제5 토출홀(360a, 360b, 360c)을 통해 토출된 유동이 자연스럽게 무동결 장치(2000)의 하방으로 안내되도록 한다.

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이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 예로 들어 상세하게 설명하였다. 그러나 이상의 실시 예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

도 1은 냉각 중인 액체에 빙결핵이 생성되는 과정을 나타내는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 보관실의 온도 제어 장치(또는 무동결 장치)에 적용되는 빙결핵 생성을 방지하는 과정을 나타내는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 보관실의 온도 제어 장치(또는 무동결 장치)의 개략 구성도.

도 4는 도 3의 보관실의 온도 제어 장치(또는 무동결 장치)에 따른 물의 과냉각 상태 그래프.

도 5은 본 발명에 따른 보관실의 온도 제어 장치(또는 무동결 장치)가 적용된 냉장고의 개략 구성도.

도 6은 본 발명에 따른 무동결 장치가 수행하는 공정들의 온도 그래프와, 동작 상태도.

도 7 내지 9는 본 발명에 따른 무동결 장치가 수행하는 공정 순서도들.

도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 냉장고를 도시한 도면.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉장고를 도시한 도면.

도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 무동결 장치의 분해사시도.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 무동결 장치의 후방 공간을 도시한 도면.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 무동결 장치의 사시도.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 무동결 장치의 후방을 도시한 도면.

Claims

서로 간에 공기 또는 열의 교환이 제한된 상부 공간과 하부 공간으로 이루어진 수납 공간을 구비하는 보관실과, 상부 공간과 하부 공간의 온도를 제어하는 온도 제어부를 구비하는 무동결 장치를 포함하는 냉장고로서,

상기 무동결 장치는 냉각이 수행되는 저장공간에 설치되고, 온도 제어부를 제어함으로써 상부 공간의 온도와 하부 공간의 온도를 동일하게 유지하거나, 상이하게 유지하여 상전이 온도 이상에서의 급속 냉각 공정, 또는 과냉각 상태 온도로의 진입 공정, 또는 과냉각 상태 온도 유지 공정 중의 적어도 하나 이상의 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제1항에 있어서, 무동결 장치는 급속 냉각 공정에 연속하여 과냉각 온도 영역으로의 진입 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제1항에 있어서, 무동결 장치는 과냉각 상태 온도의 유지 공정 수행 중에 상부 공간 또는 하부 공간의 온도가 과냉각 온도 영역보다 낮은 경우, 온도 상승 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제3항에 있어서, 무동결 장치는 온도 상승 공정에 연속하여 과냉각 온도 영역의 유지 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제1항에 있어서, 무동결 장치는 과냉각 상태 온도의 유지 공정 수행 중에 수납 공간에 수용된 액체가 슬러쉬로 결정화된 경우, 수납 공간의 온도를 상승시키는 슬러쉬 보관 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제5항에 있어서, 무동결 장치는 과냉각 온도 영역의 유지 공정 중에, 수납 공간에 수용된 액체가 상전이되어 슬러쉬로 결정화되도록 하는 과냉각 상태의 해지 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제6항에 있어서, 과냉각 상태의 해지 공정은 수납 공간의 온도 하강에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 온도 제어부는 상부 공간의 온도를 감지하거나 조절하는 제1 서브 온도 제어부, 또는 하부 공간의 온도를 감지하거나 조절하는 제2 서브 온도 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제8항에 있어서, 제1 및 제2 서브 온도 제어부는 각각 제1 및 제2 열원 공급부를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제9항에 있어서, 제1 및 제2 서브 온도 제어부는 각각 상부 공간과 하부 공간의 온도를 감지하는 제1 및 제2 온도 감지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제8항에 있어서, 무동결 장치는 저장공간 내의 냉기가 적어도 하부 공간으로 유입 또는 차단되도록 하는 차단부를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제8항에 있어서, 무동결 장치는 적어도 하부 공간에 형성되어 공기를 강제 대류시키는 팬 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제8항에 있어서, 무동결 장치는 제1서브 온도 제어부 또는 제2서브 온도 제어부를 현재 수행하는 공정에 대응하여, 제어하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
냉장고의 냉각 공간 내에 형성되는 보관실의 온도 제어 장치에 있어서, 온도 제어 장치는:

서로 간에 공기 또는 열의 교환이 제한된 상부 공간과 하부 공간으로 이루어진 수납 공간을 구비하는 보관실과;

상부 공간 또는 하부 공간 중의 적어도 하나 이상의 온도를 감지하는 온도 감지부와;

상부 공간 또는 하부 공간에 열을 공급하거나, 열이 발생되도록 하는 열원 공급부와;

온도 감지부로부터의 감지 온도를 기준으로 하여 열원 공급부를 제어하여, 상부 공간의 온도와 하부 공간의 온도를 동일하게 유지하거나, 상이하게 유지하여, 수납되는 수납물의 상태를 기설정된 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 보관실의 온도 제어 장치.
제14항에 있어서, 온도 제어 장치는 하부 공간의 공기를 강제 대류시키는 팬 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 보관실의 온도 제어 장치.
제15항에 있어서, 열원 공급부는 수납공간의 상부 공간에 설치되는 상부 열원 공급부와, 수납공간의 하부 공간에 설치되는 하부 열원 공급부로 이루어진 것을 특징으로 하는 보관실의 온도 제어 장치.
제16항에 있어서, 온도 제어 장치는 상부 및 하부 열원 공급부를 제어하되, 온도 감지부의 온도를 기준으로 하여 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 보관실의 온도 제어 장치.
제14항 내지 제17항 중의 어느 한 항에 있어서, 온도 제어 장치는 냉각 공간으로부터 하부 공간으로 냉기를 유입 및 차단하는 개폐 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 보관실의 온도 제어 장치.
제18항에 있어서, 온도 제어 장치는 냉장고의 메인 제어부로부터 전원을 공급받되, 메인 제어부에 대하여 독립적으로 동작하여, 상전이 온도 이상에서의 급속 냉각 공정, 과냉각 상태 온도로의 진입 공정, 또는 과냉각 상태 온도의 유지 공정 중의 적어도 하나 이상의 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 보관실의 온도 제어 장치.
제19항에 있어서, 온도 제어 장치는 냉장고의 메인 제어부와의 통신을 위한 통신선을 구비하는 것을 특징으로 하는 보관실의 온도 제어 장치.