KR20080102353A - 과냉각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 과냉각 장치에 관한 것으로서, 특히 수납물의 부하정도에 따라 고주파수 전압에 의한 전기장을 인가하여 수납물을 무동결 상태로 보관하는 과냉각 장치에 관한 것이다.

본 발명인 과냉각 장치는 수납공간 내에 수납되는 수납물의 종류 및 양에 대응하는 에너지의 크기를 설정하는 에너지 설정부와, 설정된 크기의 에너지를 생성하여 수납공간에 인가하는 에너지 생성부와, 수납공간을 냉각시키는 냉각부를 구비하여, 수납물을 상전이 온도 이하에서 무동결 상태로 보관한다.

Description

과냉각 장치{SUPERCOOLING APPARATUS}

본 발명은 과냉각 장치에 관한 것으로서, 특히 수납물의 부하정도에 따라 고주파수 전압에 의한 전기장을 인가하여 수납물을 무동결 상태로 보관하는 과냉각 장치에 관한 것이다.

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.

이러한 기술로서는, 국내공개특허공보 특2000-0011081호인 정전장 처리 방법, 정전장 처리장치 및 이들에 사용되는 전극이 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 해동 및 선도유지장치의 실시의 형태를 나타낸 도면으로서, 보냉고(1)는 단열재(2), 외벽(5)에 의해 구성되고, 고내 온도조절기구(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 고내에 설치된 금속선반(7)은 2단 구조이고, 각 단에 야채류, 육류, 어개류의 해동 또는 선도 유지 및 숙성 대상물이 탑재된다. 금속선반(7)은 절연체(9)에 의해 고의 바닥면으로부터 절연되어 있다. 그리고, 고전압 발생장치(3)는 직류 및 교류전압을 0∼5000V까지 발생시킬 수 있어, 단열재(2)의 내측은 염화 비닐 등의 절연판(2a)으로 피복되어 있다. 상기 고전압 발생장치(3)의 전압을 출력하는 고압 케이블(4)은 외벽(5), 단열재(2)를 관통하여 금속선반(7)에 접속되어 있다.

보냉고(1)의 앞면에 설치된 도어(6)를 열면, 도시하지 않은 안전스위치(13)(도 2 참조)가 오프되어, 고전압 발생장치(3)의 출력이 차단되도록 되어 있다.

도 2는 고전압 발생장치(3)의 회로 구성을 나타낸 회로도이다. 전압조정트랜스(15)의 1차측에는 AC 100V가 공급된다. 부호 (11)은 전원램프, 부호 (19)는 작동상태를 나타낸 램프이다. 전술한 도어(6)가 닫혀 있고 안전스위치(13)가 온상태에서는 릴레이(14)가 작동하고 있으며, 이 상태가 릴레이동작램프(12)에 의해 표시되고 있다, 릴레이의 동작에 의해 릴레이 접점(14a,14b,14c)이 닫히고, AC 100V 전원이 전압조정트랜스(15)의 1차측에 인가된다.

인가전압은 전압조정트랜스(15)의 2차측의 조정노브(15a)에 의해 조정되고, 조정된 전압치는 전압계에 표시된다. 조정노브(15a)는 전압조정트랜스(15)의 2차측 승압트랜스(17)의 1차측에 접속되고, 이 승압트랜스(17)에서는, 예를 들면 1 : 50의 비율로 승압되어, 예를 들면 60V의 전압이 가해지면 3000V로 승압된다.

승압트랜스(17)의 2차측 출력의 일단(O₁)은 고압 케이블(4)을 통해 보냉고로 부터 절연되어 있는 금속선반(7)에 접속되고, 출력의 타단(O₂)는 어스된다. 또, 외벽(5)은 어스되므로, 보냉고(1)의 사용자가 보냉고의 외벽에 접촉해도 감전되는 것이 아니다. 또, 금속선반(7)은 도 1에서는 고내에서 노출되어 있으면,금속선반(7)은 고내에서 절연상태로 유지될 필요가 있으므로, 고내 벽으로부터 이간시킬 필요가 있다(공기가 절연작용을 함). 또, 금속선반(7)으로부터 대상물(8)이 돌출하여 고내 벽에 접하면 전류가 고벽을 통해 그라운드로 흐르므로, 상기 절연판(2a)을 내벽에 붙이면 인가되는 전압의 드롭이 방지된다. 그리고, 상기 금속선반(7)을 고내에서 노출시키지 않고 염화 비닐재 등으로 피복해도 고내 전체가 전장 분위기로 된다.

먼저, 종래 기술에 따른 보냉고(1)는 해당 식품에 과냉각이 이루어지도록 금속선반(7)에 인가되는 전압의 크기만을 조절하고 있고, 이러한 조절에 의해 -5℃에서도 과냉각이 야기되어, 식품의 동결을 방지하고 있다. 이러한, 전압의 크기만을 가변할 경우, 종래 기술에서 과냉각이 이루어지는 최저온도는 -5℃이며, 이보다 낮은 온도에서 과냉각이 이루어지도록 할 수 없다.

본 발명은 수납공간 또는 수납물의 부하 정도에 따른 무동결 모드가 수행되도록 하는 과냉각 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 수납 공간의 가변되는 상태에 대응하여 적절한 에너지가 인가되도록 하여 무동결 상태를 안정적으로 유지하는 과냉각 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 사용자가 원하는 에너지 크기 또는 부하정도에 따른 무동결 모드의 제어가 이루어지도록 하는 과냉각 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명인 과냉각 장치는 수납공간 내에 수납되는 수납물의 종류 및 양에 대응하는 에너지의 크기를 설정하는 에너지 설정부와, 설정된 크기의 에너지를 생성하여 수납공간에 인가하는 에너지 생성부와, 수납공간을 냉각시키는 냉각부를 구비하여, 수납물을 상전이 온도 이하에서 무동결 상태로 보관한다.

또한, 에너지 설정부는 수납공간의 온도를 고려하여 에너지의 크기를 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 에너지 설정부는 수납물의 양에 비례하여 에너지의 크기를 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 에너지 생성부는 주파수의 크기 또는 전압의 크기를 가변하여, 에너지 설정부에 의해 설정된 크기에 대응하는 전기장 에너지를 생성하는 것이 바람직하 다.

또한, 에너지 설정부는 기설정된 전압 설정 영역 내에 포함된 전압의 크기 또는 주파수의 크기를 선택하여 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 과냉각 장치는 수납물의 종류 또는 양 중의 적어도 하나 이상에 관련된 정보를 획득하는 입력부를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명인 과냉각 장치는 수납공간에 수납되는 수납물의 종류 및 양에 대응하여 설정된 크기의 에너지를 생성하여 수납공간에 인가하는 에너지 생성부와, 수납공간을 냉각시키는 냉각부를 구비하여, 수납물을 상전이 온도 이하에서 무동결 상태로 보관한다.

또한, 과냉각 장치는 수납물의 종류 및 양에 따라 설정된 에너지의 크기를 저장하는 저장부를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 과냉각 장치는 수납물의 종류 및 양을 감지하여, 감지된 수납물의 종류 및 양에 따라 에너지의 크기를 설정하는 제어부를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 과냉각 장치는 사용자로부터 에너지의 크기의 설정을 입력받는 제1입력부를 구비하고, 에너지 생성부는 입력에 따라 설정된 크기의 에너지를 생성하는 것이 바람직하다.

또한, 과냉각 장치는 수납물의 종류 또는 양 중의 적어도 하나 이상에 관련된 정보를 획득하는 제2입력부를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명은 수납공간 또는 수납물의 부하 정도에 따른 무동결 모드가 수행되도록 하여, 무동결 모드를 최적화하여 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 수납 공간의 가변되는 상태에 대응하여 적절한 에너지가 인가되도록 하여 무동결 상태를 안정적으로 유지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 사용자가 원하는 에너지 크기 또는 부하정도에 따른 무동결 모드의 제어가 이루어지도록 하는 효과가 있다.

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.

도 3은 본 발명에 따른 과냉각 장치의 구성도이고, 도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 과냉각 장치의 실시예들이다.

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, 무동결 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 현상을 이용한 무동결 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.

자세하게는, 부하 감지부(20)는 수납공간(A, B)의 상태, 수납공간(A, B)에 수납된 수납물의 상태(액체 상태 또는 고체 상태 등)를 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.

다음으로, 냉동 싸이클(30)은 수납물을 냉각시키는 방법에 따라 간냉식과 직냉식으로 구분된다. 도 4a의 실시예는 간냉식 과냉각 장치이고, 도 4b의 실시예는 직냉식 과냉각 장치이며, 하기에서 상세하게 개시된다.

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 발명에서의 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.

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.

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.

이 전압 발생부(40)가 이러한 고주파수 대역의 주파수 특성을 지닌 교류전압을 사용하는 것은 예를 들면, 1kHz 이하의 주파수 또는 500V이하의 크기를 지닌 전압의 경우, 전극부(50)가 케이스(110) 내의 절연 재질을 투과하지 못하거나, 수납 물의 내의 물분자를 이러한 주파수에 따라 회전 등을 유도하더라도 그 속도와 진동 정도 등이 낮아서 상전이 온도에서 고체로의 전이가 야기되는 이유이다. 또한, 15kV 이상의 전압은 과냉각 장치(100)의 절연 파괴 문제를 야기할 수 있으며, 500kHz 이상의 교류 전압의 경우 전극부(50)에서 전기장을 발생시키는 것이 아니라, 전파의 형태로 발산되거나, 그 극성의 변화 속도가 과도하여 물분자의 운동이 그 속도를 추종하지 못하는 문제가 있기 때문에, 상술된 크기 영역과 주파수 영역을 지닌 교류전압이 본 발명에서 생성되어 사용된다. 이러한 전압 및 주파수 영역에 대하여서는 하기에서 개시된다.

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. 도어 감지부(60)는 도 4a 및 4b와 같이, 무동결 모드로 보관되는 수납공간의 개폐를 감지할 수도 있고, 일반 냉장고의 야채실 또는 특냉실과 같이, 무동결 모드를 수행하는 수납공간이 형성된 장치의 도어 개폐를 감지하여 동작할 수도 있다.

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 무동결 모드의 수행 선택을 입력할 수 있도록 된 수단이다. 또한, 사용자는 입력부(70)를 통하여 수납물의 종류, 상태, 양(체적, 질량, 무게 등) 등의 수납물 정보를 입력할 수도 있다. 이러한 입력부(70)는 바코드 판독기 또는 RFID 판 독기일 수도 있어, 이러한 판독에 의한 수납물의 정보를 마이컴(90)으로 제공할 수도 있다.

또한, 입력부(70)는 사용자가 무동결 모드에서 수납공간 또는 수납물에 인가되는 에너지 크기를 입력할 수 있도록 한다. 이러한 에너지 크기는 사용자의 용이한 인식을 위해, 입력부(70)는 '상', '중', '하' 등과 같은 복수의 산발적 단계로 입력받을 수도 있고, 0~100 사이의 자연수를 입력받을 수도 있다. 입력부(70)는 입력된 사용자의 에너지 크기의 설정값을 마이컴(90)으로 인가한다.

표시부(80)는 기본적으로 냉동 및 냉장 온도 표시, 디스펜서의 서비스 형태의 표시를 수행할 수 있으며, 현재 무동결 모드가 수행 중임을 표시할 수도 있다.

또한, 표시부(80)는 사용자가 에너지 크기를 설정할 수 있도록 하는 사용자 인터페이스(예를 들면, 메뉴 선택 화면, 에너지 크기 설정 화면)를 표시하여, 사용자가 입력부(70)를 통한 에너지 크기의 설정을 수행할 수 있도록 한다.

마이컴(90)은 기본적인 냉장 및 냉동 제어를 수행하며, 본 발명에 따른 무동결 모드가 수행되도록 한다.

마이컴(90)은 기본적으로 설정된 주파수와 크기를 지닌 교류전압에 따라 전압 발생부(40)가 이러한 교류전압을 생성하여 전극부(50)에 인가하도록 할 수 있다. 이러한 경우는, 마이컴(90)이 부하감지부(20)로부터의 부하 정도(예를 들면, 저항값, 전류값 등)를 특정값으로 고정한 상태에서, 이 부하 정도에 대응하는 주파수와 크기를 지닌 교류전압을 생성하도록 하는 경우이다. 또한, 이 경우는 수납공간(A, B)에 수납되는 수납물의 종류가 미리 정해진 경우(예를 들면, 육류 수납공 간, 채소 수납공간, 과일 수납공간, 포도주 수납공간 등) 또는 수납공간(A, B)의 용적(수납공간(A, B)이 일정하므로, 수납공간(A, B)의 용적은 대부분 일정하게 유지된다)에 대한 정보를 저장하는 경우에도 특정값으로 고정된 크기를 지닌 에너지(전압와 주파수로 결정됨)가 인가된다. 즉, 과냉각 장치(100)가 복수의 수납공간을 구비하는 경우, 이 수납공간의 용적이 다를 경우, 서로 상이한 크기의 에너지를 지닌 전기장이 각 수납공간에 생성되어 인가될 수 있다. 예를 들면, 수납공간의 용적에 비례한 크기의 에너지가 인가된다.

또한, 마이컴(90)은 수납공간(A, B) 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.

또한, 마이컴(90)은 입력부(70)를 통하여 입력된 크기의 에너지를, 즉 사용자가 인가되어야할 에너지의 크기를 입력한 경우, 이 값에 대응하는 에너지를 생성하여 인가되도록 한다. 또한, 마이컴(90)은 입력부(70)를 통하여 인가되는 수납물의 정도에 따라, 부하정도를 판단하고, 이 판단된 부하정도에 따른 크기의 에너지가 수납공간(A, B) 또는 수납물에 생성되어 인가되도록 한다.

또한, 마이컴(90)은 무동결 모드를 수행하되, 이러한 무동결 모드가 수행되는 무동결 온도를 설정하거나 가변할 수 있다. 이러한 설정 또는 가변은 하기에서 개시되는 냉각시의 열량(수납물이 빼앗기는 열량)과, 전기장에 의해 인가되는 열량(수납물에 공급되는 열량) 간의 관계로부터 마이컴(90)이 수행할 수 있게 된다.

도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 과냉각 장치의 실시예들이다. 도 4a는 간냉식 과냉각 장치의 단면도이고, 도 4b는 직냉식 과냉각 장치의 단면도이다.

간냉식 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 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.

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 무동결 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.

다음으로, 도 4b의 직냉식 과냉각 장치의 케이스(110)와 도어(120) 및 선반(130)는 도 4a의 간냉식 과냉각 장치와 동일하고, 케이스(110)의 내면(114a, 114b, 114c)은 케이스(112a, 112b, 112c)와 비교하여, 유입덕트(36) 및 토출덕트(38)을 제외하면 동일하다.

도 4b의 직냉식 과냉각 장치의 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 싸이클(30)은 응축기(미도시)와 팽창밸브(미도시) 등을 포함하여 구성된다.

특히, 전극부(50c, 50d)는 이 증발기(39)와 케이스(110) 사이에 삽입 설치되어, 증발기(39)에 의한 냉기가 차단되는 것을 방지한다.

도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 과냉각 장치에서의 과냉각 현상 그래프이다.

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 냉기 가 균일하게 공급되는 수납공간(전극(50e, 50f)이외에 추가적인 전기장 발생 장치가 없는 공간인 냉장 장치) 내에 수납되어 냉각된다.

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 과냉각 장치(100)는 상전이 온도 이하인 -6.5℃ 정도에서도 과냉각 현상을 지니고 있어서, 물의 무동결 상태를 유지하고 있음을 알 수 있다.

도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 간략화된 과냉각 장치에서의 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.

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.

또한, 제1에너지선(I)(1.38W)은 물에 인가되는 에너지량이 상당히 크기때문에, 물이 상전이 온도(1기압 0℃)에서, 냉각이 이루어지더라도 거의 0℃로 유지되어 과냉각 현상이 전혀 발생하지 않고 있다.

제2에너지선(II)(0.98W)은 과냉각 현상에 따른 무동결 상태를 유지하고, 그 때의 무동결 온도는 -3~-3.5℃로 유지되고 있다.

제3에너지선(III)(0.91W)은 과냉각 현상에 따른 무동결 상태를 유지하고, 그때의 무동결 온도는 -4~-5℃로 유지되고 있다.

제4에너지선(IV)(0.62W)은 과냉각 현상에 따른 무동결 상태를 유지하고, 그때의 무동결 온도는 -5.5~-5.8℃로 유지되고 있다.

제5에너지선(V)(0.36W)는 과냉각 상태에 이르지 못하고, 동결(상전이)되고 있다.

도 6b는 도 6a의 제1 내지 제5에너지선 간의 상관 관계를 나타내는 그래프이다. 도시된 바와 같이, 일정한 냉기가 공급되는 상태에서, 수납물인 물에 인가되는 에너지량과 수납물인 물의 무동결 온도가 비례 관계를 지니고 있음을 알 수 있다. 즉, 수납물에 인가되는 에너지량이 클수록 무동결 온도가 상승하고, 수납물에 인가되는 에너지량이 작을수록 무동결 온도가 하강하고 있다. 다만, 이러한 에너지량을 결정할 때, 너무 작은 에너지량의 경우, 상술된 바와 같이 물분자의 운동을 야기하지 못하여 과냉각 상태를 조정할 수 없기 때문에, 제5에너지선과 같은 결과가 도출된다.

또한, 실험에 따른 무동결 온도는 보관온도(실내온도, 고내온도)가 -6℃인 경우에 인가되는 에너지량(에너지의 크기)에 따라 결정된 것이므로, 보관온도가 상이하게 되면 그에 따라 인가되는 에너지량도 변경되어야 한다. 따라서, 마이컴(90)은 보관온도가 일정한 경우에는 간단한 에너지량과 무동결 온도 간의 상관 관계 정보만을 저장하여도 되고, 그렇지 않고 보관온도가 조절되거나 변경되는 경우에는 이러한 조절되는 보관온도가 고려되는 에너지량과 무동결 온도 간의 상관 관계 정보를 저장하여야 한다.

도 7a 내지 도 7c는 부하 정도에 따른 무동결 상태 유지를 위한 전압 및 주파수 관계 곡선이다. 각 곡선은 수납물이 플라스틱 용기에 담긴 상태로, 도 4a 및 4b와 같은 과냉각 장치에 수납되거나, 도 5a와 같은 케이스(111)에 담겨서 무동결 처리되는 경우에, 실험적으로 과냉각 현상에 의한 무동결 상태로 보존된 전압 및 주파수 영역을 각각 도시한 것이다.

도 7a는 수납물이 물인 경우에 대한 것으로, 물의 양이 0.1ℓ, 2ℓ, 5ℓ, 10ℓ으로 증가함에 따라, 물분자의 운동을 유지시켜야 하므로, 각 영역 내에서 전압과 주파수가 설정되어야, 무동결 상태가 유지되었다. 즉, 수납물 또는 수납공간의 부하정도 중에서, 수납물의 양 또는 수납공간의 용적(많은 양의 수납물을 수용하기 위해서는 당연히 수납공간의 용적도 증가됨)에 비례하는 크기의 에너지가 인가되어야 한다. 이러한 에너지의 가변은 전압 크기의 가변과 주파수 크기의 가변 중에서 적어도 하나 이상의 가변에 의해 수행될 수 있다.

도 7b는 수납물이 야채인 경우에 대한 것으로, 도 7a와 동일한 조건 하에서, 무동결 상태가 유지되는 전압과 주파수 영역을 도시한 것이다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 야채의 양이 100g인 경우, 도시된 전압과 주파수 영역에서 무동결 상태 보관이 이루어졌다.

도 7c는 수납물이 육류인 경우에 대한 것으로, 도 7a와 동일한 조건 하에서, 무동결 상태가 유지되는 전압과 주파수 영역을 도시한 것이다. 도 7c에 도시된 바 와 같이, 육류의 양이 50g, 200g, 3kg으로 증가함에 따라, 전압과 주파수가 각 영역 내에서 설정되어야 무동결 상태가 유지되었다.

도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이, 동일한 양(질량, 무게)의 수납물일 경우에도, 수납물의 종류에 따라 동일한 무동결 온도를 유지하기 위해 인가되어야 할 에너지의 크기가 상이하다. 즉, 마이컴(90)은 수납물의 양과 함게 수납물의 종류를 부하정도로 인식하여, 그에 따른 에너지 크기를 선택 및 설정하여 인가할 필요가 있다.

또한, 동일한 양의 경우에도, 수납물의 종류와 함께 수납물의 상태(예를 들면, 물과 같은 액체 상태, 야채와 같은 고체 상태, 육류와 같은 고체 상태)를 고려하여, 수납물의 상태를 부하정도로 인식하여, 그에 대응하는 크기의 에너지가 인가되도록 한다.

또한, 마이컴(90)은 입력부(70)로부터의 사용자에 의한 에너지 크기에 따른 제어를 수행할 수도 있고, 수납물의 과냉각 상태의 안정을 위해 사용자가 에너지 크기를 한정한 상태에서, 사용자가 에너지 크기를 선택하도록 할 수도 있다. 예를 들면, 특정 수납물의 과냉각 상태를 위해, 현재의 냉각 온도와, 수납물의 양 등에 따라 C~D 사이의 에너지 크기가 가능한 경우, 상, 중, 하의 선택은 이 C~D 범위 내에서만 이루어지도록 제한할 수도 있다.

수납물의 양과 종류, 상태에 따라 부하가 변동되므로, 수납물의 무동결 상태 유지를 위한 전압과 주파수 영역을 설정함에 있어서, 도 7a 내지 7c를 고려할 때, 전압 및 주파수의 설정 영역(영역 VFm)은 500V~15kV의 전압과, 1kHz~500kHz의 주파수의 범위 내이면 수납물의 종류나 양에 따른 가변이 있더라도 수납물에 대한 무동결 보관이 가능하게 된다. 또한, 보다 최적의 전압 및 주파수의 설정 영역(VFo)은 600V~7kV의 전압과, 5kHz~200kHz의 주파수의 범위 내에서는 수납물의 종류나 양과 무관하게 대부분의 수납물에 대한 무동결 보관이 가능하다.

도 1은 종래 기술에 의한 해동 및 선도유지장치의 실시의 형태를 나타낸 도면이다.

도 2는 도 1의 고전압 발생장치(3)의 회로 구성을 나타낸 회로도이다.

도 3은 본 발명에 따른 과냉각 장치의 구성도이다.

도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 과냉각 장치의 실시예들이다.

도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 과냉각 장치에서의 과냉각 현상 그래프이다.

도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 간략화된 과냉각 장치에서의 전력과 무동결 온도 간의 상관 그래프들이다.

도 7a 내지 도 7c는 부하 정도에 따른 무동결 상태 유지를 위한 전압 및 주파수 관계 곡선이다.

Claims (11)

1. 수납공간 내에 수납되는 수납물의 종류 및 양에 대응하는 에너지의 크기를 설정하는 에너지 설정부와;

   설정된 크기의 에너지를 생성하여 수납공간에 인가하는 에너지 생성부와;

   수납공간을 냉각시키는 냉각부를 구비하여, 수납물을 상전이 온도 이하에서 무동결 상태로 보관하는 것을 특징으로 하는 과냉각 장치.
2. 제1항에 있어서, 에너지 설정부는 수납공간의 온도를 고려하여 에너지의 크기를 설정하는 것을 특징으로 하는 과냉각 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 에너지 설정부는 수납물의 양에 비례하여 에너지의 크기를 설정하는 것을 특징으로 하는 과냉각 장치.
4. 제3항에 있어서, 에너지 생성부는 주파수의 크기 또는 전압의 크기를 가변하여, 에너지 설정부에 의해 설정된 크기에 대응하는 전기장 에너지를 생성하는 것을 특징으로 하는 과냉각 장치.
5. 제4항에 있어서, 에너지 설정부는 기설정된 전압 설정 영역 내에 포함된 전압의 크기 또는 주파수의 크기를 선택하여 설정하는 것을 특징으로 하는 과냉각 장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 과냉각 장치는 수납물의 종류 또는 양 중의 적어도 하나 이상에 관련된 정보를 획득하는 입력부를 구비하는 것을 특징으로 하는 과냉각 장치.
7. 수납공간에 수납되는 수납물의 종류 및 양에 대응하여 설정된 크기의 에너지를 생성하여 수납공간에 인가하는 에너지 생성부와;

   수납공간을 냉각시키는 냉각부를 구비하여, 수납물을 상전이 온도 이하에서 무동결 상태로 보관하는 것을 특징으로 하는 과냉각 장치.
8. 제7항에 있어서, 과냉각 장치는 수납물의 종류 및 양에 따라 설정된 에너지의 크기를 저장하는 저장부를 구비하는 것을 특징으로 하는 과냉각 장치.
9. 제7항에 있어서, 과냉각 장치는 수납물의 종류 및 양을 감지하여, 감지된 수납물의 종류 및 양에 따라 에너지의 크기를 설정하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 과냉각 장치.
10. 제7항에 있어서, 과냉각 장치는 사용자로부터 에너지의 크기의 설정을 입력받는 제1입력부를 구비하고, 에너지 생성부는 입력에 따라 설정된 크기의 에너지를 생성하는 것을 특징으로 하는 과냉각 장치.
11. 제 7항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 과냉각 장치는 수납물의 종류 또는 양 중의 적어도 하나 이상에 관련된 정보를 획득하는 제2입력부를 구비하는 것을 특징으로 하는 과냉각 장치.

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