KR20000044007A - 식품 급속 냉동장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도어에 의해 밀폐된 냉동실내의 식품을 냉동시키는 식품 냉동장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 액냉매를 상기 냉동실내에 분사시키는 냉매 분사수단과, 상기 냉동실에 분사된 냉매를 액화시켜 상기 냉매 분사수단으로 공급하는 냉매 회수수단을 포함하는 특징이 있으며, 이러한 본 발명에 의하면 액냉매를 밀폐된 냉동실의 식품에 직접 분사하여 식품에 분사되는 액냉매를 기화 증발시킴으로써 기존 간접 냉각방식 및 직접 냉각방식의 냉장고 및 열전소자를 이용한 급속 냉각장치에 비하여 식품의 열을 급속히 흡수하여 더욱 신속하게 냉각/냉동시킬 수 있게 된다.

Description

식품 급속 냉동장치 및 그 제어방법(device for grocery rapid refrigeration and controlling method thereof)

본 발명은 식품 급속 냉동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액냉매를 밀폐된 냉동실의 식품에 직접 분사하여 식품에 분사되는 액냉매가 기화 증발되도록 함으로써 액냉매의 증발에 의해 식품의 열이 급속히 흡수되어 급속 냉동을 이룰 수 있도록 하는 식품 급속 냉동장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고는 각종 음식물을 냉동, 냉장 상태로 저장하여 장시간 신선도를 유지시키는 데 사용되는 것으로, 그러한 냉장고는 냉각 유니트의 증발기를 음식물 저장공간에 설치하여 직접 열교환을 이루도록 하는 직접 냉각방식과, 증발기를 식품 저장공간으로부터 격리된 통로상에 설치하고 증발기를 통해 열교환된 냉기를 냉각팬의 송풍력을 통해 강제로 순환시켜 저장된 음식물을 냉각시키는 간접 냉각방식이 사용되고 있다.

이러한 간접 냉각식 냉장고는 도 1에 도시되는 바와 같이, 중앙부에 분리벽(101)을 횡방향으로 설치하여 냉동실(110)과 냉장실(120)이 상하로 격리되게 구성되어 있으며, 그 냉동실(110)의 후벽에 설치된 증발기(130)에서 발생된 냉기는 팬(140)의 구동에 의해 각각의 토출유로(111)(121)를 통해 냉동실(110) 및 냉장실(120)로 순환되고 그 순환된 공기는 분리벽을 사이에 두고 형성된 냉동실(110) 및 냉장실(120)에 각각 형성된 흡입유로(113)(123)를 통해 다시 증발기(130)로 유입되는 순환 구조를 갖고 있다. 또한, 토출유로(121)를 통한 냉장실(120)로의 냉기 유입은 냉장실(120) 온도조건에 따라 구동하는 댐퍼(125)에 의해 컨트롤 되도록 되어 있다.

그런데, 상기와 같은 냉장고는 단순히 냉기에 의한 대류를 이용해서만 냉동실의 식품을 냉동시키게 되므로 식품을 냉동시키는 데에 장시간(약 1 ~ 20 시간)이 소요되는 문제점이 있다.

최근에는 간접 냉각방식의 냉장고에서 식품을 급속 냉각시킬 수 있도록 하는 기술이 개발되고 있는 바, 이러한 급속 냉각기술로서는 대한민국 공개특허공보 제98-25949호에 기재된 냉장고이 급속 냉각장치가 알려져 있다.

이러한 냉장고의 급속 냉각장치는 도 2에 도시되는 바와 같이, 냉장실 또는 냉동실 내부에 설치되어 독립된 급속 냉각실(221)이 형성되고 전면에 개폐 가능한 도어(222)가 설치되는 본체(220)와, 그 본체(220)의 일측면에 부착되고 급속 냉각실(221)의 온도를 급강하시키는 열전소자(223)와, 본체(220)의 도어(222) 내부에서 외부로 노출되게 장착되어 급속 냉각을 제어하는 조작패널(230)로 구성되어 있다. 따라서, 음료수 등의 식품을 열전소자(223)의 열대류를 통해 추가 냉각시키게 되므로 단순히 냉장실 및 냉동실에 넣어지는 식품에 비하여 신속한 냉각을 이룰 수 있다.

그러나, 상기와 같은 냉장고의 급속 냉각장치는 다른 식품에 영향을 주지 않고 냉각시킬 수 있는 유용성이 있지만, 단순히 열전소자를 이용하여 간접적 또는 직접적으로 식품을 냉각시키게 되므로 기존 냉장고의 간접 냉각방식에 비하여 냉각시간을 단축시키는데 큰 차이가 없어 급속 냉동을 기대하기는 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 액냉매를 밀폐된 냉동실의 식품에 직접 분사하여 식품에 분사되는 액냉매를 기화 증발시킴으로써 식품의 열을 급속히 흡수하여 더욱 신속하게 냉각/냉동시킬 수 있도록 하는 식품 급속 냉동장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 냉장고의 내부구조 및 냉기 순환구조를 보인 개략도

도 2는 종래 급속 냉각장치의 급속 냉각실을 보인 사시도

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 식품 급속 냉동장치를 보인 개략 구성도

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 식품 급속 냉동장치의 제어 블록도

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 식품 급속 냉동장치의 냉각 시스템을 보인 개략도

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 식품 급속 냉동장치의 제어과정을 보인 플로우 챠트

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 식품 급속 냉동장치 10 : 냉동실

13 : 도어 15 : 잠금장치

17 : 조작패널 19 : 도어 스위치

20 : 냉매 분사수단 21 : 액냉매조

22 : 냉매 회수관 23 : 제2 냉각기

24 : 냉매 토출관 25 : 냉매 토출펌프

25 : 제1 솔레노이드 밸브 27 : 냉매 분사노즐

30 : 냉매 회수수단 31 : 냉매 응축조

32 : 흡입관 33 : 제2 냉각기

34 : 리턴관 35 : 순환 팬

37 : 제2 솔레노이드 밸브 40 : 마이컴

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 도어에 의해 밀폐된 냉동실내의 식품을 냉동시키는 식품 냉동장치에 있어서, 액냉매를 냉동실내에 분사시키는 냉매 분사수단과, 냉동실에 분사된 냉매를 액화시켜 냉매 분사수단으로 공급하는 냉매 회수수단을 포함하는 식품 급속 냉동장치 및;

급속 냉각모드가 설정되면 도어 잠금장치를 동작시켜 도어를 잠금시키는 제1 단계와, 도어 잠금장치가 동작된 상태에서 냉매 분사수단을 동작시켜 액냉매를 냉동실내에 분사시키는 제2 단계와, 냉동실내에 액냉매 분사가 완료되면 냉매 회수수단을 동작시켜 분사된 냉매를 액냉매 분사수단으로 회수시키는 제3 단계와, 액냉매 분사수단으로 액냉매의 회수가 완료되며 도어 잠금장치를 해제시키는 제4 단계를 포함하는 식품 급속 냉각장치의 제어방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 따른 식품 급속 냉동장치의 냉매 분사수단은 회수관으로부터 공급되는 액냉매를 제2 냉각기를 통해 저온으로 저장하는 액냉매조와, 액냉매조의 액냉매를 냉매 토출관을 통해 냉동실로 강제 토출시키는 냉매 토출펌프와, 냉동실내의 냉매 토출관 끝단부에 연통되게 설치되어 냉매 토출펌프로부터 압송되는 액냉매를 냉동실에 분사시키는 냉매 분사노즐과, 냉매 토출펌프와 냉매 분사노즐 사이의 냉매 토출관에 설치되어 토출유로를 개폐시키는 제1 솔레노이드 밸브를 포함하는 특징이 있다.

또한, 본 발명에 따른 식품 급속 냉동장치의 냉매 회수수단은 일측단이 흡입관을 통해 냉동실에 연통되고 타측단이 리턴관을 통해 흡입관 타측의 냉동실에 연통되며 내부에 제1 저온냉각기가 설치되는 냉매 응축조와, 흡입관 또는 리턴관에 설치되어 흡입관을 통해 냉동실의 공기를 흡입하고 냉매 응축조를 통과한 공기를 다시 리턴관을 통해 냉동실로 취출시키는 순환 팬과, 액냉매조와 냉매 응축조를 연결하는 냉매 회수관의 유로를 개폐시키는 제2 솔레노이드 밸브를 포함하는 특징이 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 식품 급속 냉동장치(1)를 도시한 것으로서, 이 급속 냉동장치(1)는 냉동대상인 식품(2)이 넣어지는 급속 냉동실(10)과, 액냉매를 급속 냉동실(10)내에 분사시키는 냉매 분사수단(20)과, 냉동실(10)에 분사된 냉매를 액화시켜 냉매 분사수단(20)으로 공급하는 냉매 회수수단(30)을 포함하여 구성된다.

부연하면, 급속 냉동실(10)은 전방이 개구되어 내부에 공간을 갖는 사각함체의 단열 케이스(11)에 도어(13)가 회전개폐 가능하게 설치되는 구조로 이루어지며, 도어(13)에는 단열 케이스(11)의 개구부와 잠금상태를 유지하기 위한 잠금장치(15) 및 조작패널(17)이 설치된다.

냉매 분사수단(20)은 원통형으로 형성되어 소정량의 액냉매를 저장하기 위한 액냉매조(21)의 상단부에 액냉매가 유입되기 위한 회수관(22)이 설치되고, 그 액냉매조(21)와 급속 냉동실(10)을 연결하는 냉매 토출관(24)에는 액냉매조(21)의 액냉매를 냉매 토출관(24)을 통해 냉동실(10)로 강제 토출시키기 위한 냉매 토출펌프(25)가 설치되며, 냉동실(10)내의 냉매 토출관(24) 끝단부에는 냉매 토출펌프(25)로부터 압송되는 액냉매를 냉동실(10)내에 분사시키기 위한 냉매 분사노즐(29)이 설치되는 구조로 이루어진다.

또한, 액냉매조(21)에는 냉매를 저온으로 저장할 수 있도록 외주면에 제2 냉각기(23)가 다열로 감겨지며, 냉매 토출펌프(25)와 냉매 분사노즐(29) 사이의 냉매 토출관(24)에는 제1 솔레노이드 밸브(27)가 토출유로를 개폐시키도록 설치된다.

냉매 회수수단(30)은 냉장실내의 냉매를 응축시켜 냉매 분사수단(120)의 액냉매조(21)로 공급하기 위한 냉매 응축조(31)와 순환 팬(35)과 제2 솔레노이드 밸브(37)로 이루어진다.

즉, 냉매 응축조(31)의 일측단에는 냉매 토출노즐(29)과 대각되는 방향의 냉동실(10) 모서리와 연통되는 흡입관(32)이 연결되고, 타측단에는 그 흡입관(32)이 설치된 냉동실(10) 타측 모서리와 연통되는 리턴관(34)이 연결되며, 내부에는 제1 냉각기(33)가 내장된다.

그리고, 순환 팬(35)은 리턴관(34)에 설치됨으로써 흡입관(32)을 통해 냉동실(10)의 공기를 흡입하고 냉매 응축조(31)를 통과한 공기를 다시 리턴관(34)을 통해 냉동실(10)로 취출시키게 된다. 제2 솔레노이드 밸브(37)는 액냉매조(21)와 냉매 응축조(31)를 연결하는 냉매 회수관(22)에 설치되어 냉매 응축조(31)의 냉매 송출을 단속하게 된다.

도 4는 제1 냉각기(33) 및 제2 냉각기(23)를 포함하는 냉각 시스템(50)을 보인 것으로서, 저압의 냉매를 압축하는 압축기(51), 방열 파이프(52)(53)(54)에 의해 고온의 냉매로부터 열을 방출시킨 다음 액화시키는 응축기(55), 드라이어(56)를 거쳐 유입되는 냉매를 저압상태로 팽창시키는 팽창밸브(57) 및, 팽창밸브(57)로부터 어큐물레이터(58)를 거쳐 유입된 냉매를 이용하여 저열원으로부터 열을 흡수하는 제1 냉각기(33) 및 제2 냉각기(23)로 이루어진다. 즉, 제1 냉각기(33) 및 제2 냉각기(23)는 하나의 냉각 사이클로 구성된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 급속 냉동장치(1)의 제어 블록도로서, 냉매 분사수단(20)의 냉매 토출펌프(25), 제1 솔레노이드 밸브(27)와 냉매 회수수단(30)의 순환 팬(35), 제2 솔레노이드 밸브(37) 및 냉각 시스템(50)의 압축기(51) 등의 구동부(D)는 마이컴(40)에 의해 동작이 제어된다. 즉, 마이컴(40)은 도어(13)에 형성된 조작패널(17)로부터 입력되는 키입력 신호와 도어(13)의 잠금상태를 감지하는 도어 스위치(19) 및 타이머(41)를 통해 구동부(D)의 동작을 순차적으로 제어하게 된다.

예를 들어, 조작패널(17)을 통해 사용자가 급속 냉동모드를 설정하게 되면, 마이컴(40)은 도어 잠금장치(15)를 동작시켜 급속 냉동모드 진행과정에서 도어(13)가 개방되는 것을 방지한 다음 1차로 냉매 분사수단(20)을 동작시키고, 2차로 냉매 회수수단(30)을 동작시키도록 이루어진다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 식품 급속 냉동장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

사용자는 식품(2)을 급속 냉동시키고자 할 경우 도어(13)를 개방시킨 상태에서 냉동실(10)에 비닐봉지 등으로 밀봉 포장된 식품(2)을 넣고, 도어(13)를 폐쇄시킨 상태에서 조작패널(17)을 통해 급속 냉각모드를 설정하게 되는 바, 이에 따른 마이컴(40)의 동작 제어과정 즉 급속 냉각모드 진행 과정을 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 마이컴(40)은 스텝 S101에서 조작패널(17)을 통해 급속 냉각모드가 설정되었는가를 판단하고, 그 판단 결과 급속 냉각모드가 설정된 경우 스텝 S102를 진행하게 된다.

스텝 S102에서는 도어(13)가 폐쇄된 상태인가를 판단하고, 그 판단 결과 도어(13)가 폐쇄된 상태인 경우 스텝 S103을 진행하여 도어 잠금장치(15)를 동작시키게 된다. 이때, 도어 잠금장치(15)는 사용자에 의해 도어(13)가 개방되는 것을 방지하게 된다.

다음, 마이컴(40)은 스텝 S104를 진행하여 냉매 분사수단(20)의 제1 솔레노이드 밸브(27)를 개방시켜 냉매 토출관(24)의 토출유로를 개방시킴과 동시에, 냉매 회수관(22)의 제2 솔레노이드 밸브(37)를 개방시킨 다음, 스텝 S105를 동작시켜 냉매 분사수단(20)의 냉매 토출펌프(25)를 구동시키게 된다.

이렇게 하여 동작되는 냉매 토출펌프(25)는 액냉매조(21)의 액냉매를 냉매 토출관(24)을 통해 냉매 분사노즐(29)로 펌핑하게 되며, 냉매 분사노즐(29)은 냉매 토출펌프(25)에 의해 공급되는 액냉매를 냉동실(10)내의 식품(2)으로 강하게 분사시키게 된다. 이때, 식품(2)에 분사된 액냉매는 냉매의 종류에 따라 증발되면서 약 -20 ~ 50℃까지의 온도로 저하된 상태로 식품(2)의 표면에 분무된다. 식품(2) 표면에서의 액냉매는 기화되면서 식품(2)의 열을 빼앗아 가므로 막대한 기화열로 인하여 식품(2)을 급속하게 냉각시키게 되며, 이렇게 하여 식품(2)이 냉동되는 시간은 1 ~ 30초가 된다.

그 후, 마이컴(40)은 스텝 S106을 진행하여 타이머(41)를 통해 냉매 토출펌프(25)의 구동시간이 제1 임계시간(액냉매가 분사되어 식품의 냉동이 완료되는 시간; 예 30초)을 경과하였는가를 판단한다. 그 판단 결과 제1 임계시간이 경과된 상태인 경우 스텝 S107을 진행하여 제1 솔레노이드 밸브(27)를 폐쇄시켜 냉매 토출관(24)을 폐쇄시킴과 동시에, 냉매 토출펌프(25)의 구동을 정지시키게 된다.

그리고, 마이컴(40)은 스텝 S108을 진행하여 냉각 시스템(50)의 압축기(51)를 동작시키는 동시에, 순환팬(35)을 구동시키게 된다. 이때, 압축기(51)를 냉매를 압축하여 냉매 응축조의 제1 냉각기(33) 및 액냉매조(21)의 제2 냉각기(23)로 압송하게 되며, 그 제1 냉각기(33) 및 제2 냉각기(23)는 냉매의 증발을 통해 냉매 응축조 및 액냉매조(21) 내부를 약 -50℃로 냉각시키게 된다.

또한, 순환팬(35)은 냉매 흡입관(32)을 통해 냉동실(10)내의 공기를 흡입하여 리턴관(34)을 통해 다시 냉동실(10)로 복귀시키는 공기 순환작용을 수행하게 된다. 이러한 순환과정에서, 냉동실(10) 공기는 냉매 응축조의 제1 냉각기(33)를 통과하게 되는 바, 그 공기중의 기화상태 냉매는 응축되어 액화상태의 액냉매가 되면서 회수관(22)을 통해 액냉매조(21)내에 채워지게 된다.

이와 같은 냉매 회수과정에서, 마이컴(40)은 스텝 S109를 진행하여 압축기(51) 및 순환 팬(35)의 동작시간이 제2 임계시간(냉동실(10)에 분사된 냉매가 거의 액냉매조(21)로 회수되는 데 경과되는 시간; 예 1분)을 경과하였는가를 판단하고, 그 판단 결과 제2 임계시간이 경과된 상태인 경우 스텝 S110을 진행하게 된다.

스텝 S110에서는 압축기(51)를 정지시켜 제1 냉각기(33) 및 제2 냉각기(23)의 열교환작용을 정지시키고, 순환 팬(35)을 정지시켜 냉동실(10)내 공기순환을 정지시킨 다음, 스텝 S111을 진행하여 제2 솔레노이드 밸브(37)를 폐쇄시켜 냉매 회수관(22)을 차단하게 된다. 이때, 제2 냉각기(23)가 정지됨에 따라 액냉매조(21)의 온도가 상승된다 하더라도 제1, 2 솔레노이드 밸브의 폐쇄에 의해 내부 압력이 높은 상태이므로 액화된 냉매는 기화되지 않는다.

그리고, 마이컴(40)은 스텝 S112를 진행하여 도어 잠금장치(15)를 해제하여 사용자가 도를 개방하여 냉동된 식품(2)을 꺼낼 수 있도록 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 액냉매를 밀폐된 냉동실의 식품에 직접 분사하여 식품에 분사되는 액냉매를 기화 증발시킴으로써, 기존 간접 냉각방식와 직접 냉각방식의 냉장고 및 열전소자를 이용한 급속 냉각장치에 비하여 식품의 열을 급속히 흡수하여 더욱 신속하게 냉각/냉동시킬 수 있게 된다.

따라서, 본 발명은 식품을 신속하게 냉각시킬 수 있게 됨으로써 냉동시 식품 조직이 손상되는 것을 최소화시킬 수 있게 된다.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 도어(13)에 의해 밀폐된 냉동실(10)내의 식품을 냉동시키는 식품 냉동장치(1)에 있어서, 액냉매를 상기 냉동실(10)내에 분사시키는 냉매 분사수단(20)과, 상기 냉동실(10)에 분사된 냉매를 액화시켜 상기 냉매 분사수단(20)으로 공급하는 냉매 회수수단(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는 식품 급속 냉동장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 냉매 분사수단(20)은 회수관(22)으로부터 공급되는 액냉매를 제2 냉각기(23)를 통해 저온으로 저장하는 액냉매조(21)와, 상기 액냉매조(21)의 액냉매를 냉매 토출관(24)을 통해 상기 냉동실(10)로 강제 토출시키는 냉매 토출펌프(25)와, 상기 냉동실(10)내의 상기 냉매 토출관(24) 끝단부에 연통되게 설치되어 상기 냉매 토출펌프(25)로부터 압송되는 액냉매를 상기 냉동실(10)에 분사시키는 냉매 분사노즐(29)과, 상기 냉매 토출펌프(25)와 상기 냉매 분사노즐(29) 사이의 상기 냉매 토출관(24)에 설치되어 토출유로를 개폐시키는 제1 솔레노이드 밸브(27)를 포함하는 것을 특징으로 하는 식품 급속 냉동장치.
3. 제1 항 또는 제2 항중 어느 한항에 있어서, 상기 냉매 회수수단(30)은 일측단이 흡입관(32)을 통해 상기 냉동실(10)에 연통되고 타측단이 리턴관(34)을 통해 상기 흡입관(32) 타측의 냉동실(10)에 연통되며 내부에 제1 저온냉각기가 설치되는 냉매 응축조(31)와, 상기 흡입관(32) 또는 상기 리턴관(34)에 설치되어 상기 흡입관(32)을 통해 상기 냉동실(10)의 공기를 흡입하고 상기 냉매 응축조(31)를 통과한 공기를 다시 상기 리턴관(34)을 통해 상기 냉동실(10)로 취출시키는 순환 팬(35)과, 상기 액냉매조(21)와 상기 냉매 응축조(31)를 연결하는 냉매 회수관(22)의 유로를 개폐시키는 제2 솔레노이드 밸브(37)를 포함하는 것을 특징으로 하는 식품 급속 냉동장치.
4. 제1 항에 있어서, 상기 도어(13)에는 상기 냉동실(10)과 잠금상태를 유지하기 위한 잠금장치(15)가 장착되는 것을 특징으로 하는 식품 급속 냉동장치.
5. 도어(13)에 의해 밀폐된 냉동실(10)내에 액냉매를 분사시키는 냉매 분사수단(20)과, 상기 냉동실(10)에 분사된 냉매를 액화시켜 상기 냉매 분사수단(20)으로 공급하는 냉매 회수수단(30)을 구비한 식품 급속 냉동장치의 동작을 제어하는 방법에 있어서, 급속 냉각모드가 설정되면 도어 잠금장치(15)를 동작시켜 도어(13)를 잠금시키는 제1 단계와, 상기 제1 단계에 의해 상기 도어 잠금장치(15)가 동작된 상태에서 상기 냉매 분사수단(20)을 동작시켜 액냉매를 상기 냉동실(10)내에 분사시키는 제2 단계와, 상기 제2 단계에 의해 상기 냉동실(10)내에 액냉매 분사가 완료되면 상기 냉매 회수수단(30)을 동작시켜 상기 분사된 냉매를 상기 액냉매 분사수단(20)으로 회수시키는 제3 단계와, 상기 제3 단계에 의해 상기 액냉매 분사수단(20)으로 액냉매의 회수가 완료되며 상기 도어 잠금장치(15)를 해제시키는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 식품 급속 냉각장치의 제어방법.