KR100810841B1 - 제빙 장치 및 제빙 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 얼음이 담기는 칸이 구비된 트레이, 얼음과 칸의 분리를 용이하게 하도록 트레이에 열을 가하는 히터 그리고, 얼음의 어는점을 낮추도록 얼음 측으로 에너지를 공급하는 에너지 생성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 제빙 장치 및 트레이에서 얼음을 얼리는 제1 단계 그리고, 얼음의 어느점을 낮추도록 얼음 측으로 에너지를 가하면서 트레이에 열을 가하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제빙 방법에 관한 것이다.

냉장고, 과냉각, 전기장, 제빙, 이빙, 트레이, 냉동실

Description

제빙 장치 및 제빙 방법{ICE MAKER AND ICE MAKING METHOD USING THE SAME}

도 1은 한국 공개특허공보 제2006-0013721호에 개시된 투명빙 제조 장치를 나타내는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 과냉각을 개념적으로 나타내는 도면,

도 3은 본 발명에 따른 실험 결과의 하나를 나타내는 도면,

도 4는 본 발명에 따른 제빙 장치의 일 예를 나타내는 도면,

도 5는 본 발명에 따라 행해진 실험 결과의 다른 예를 나타내는 도면.

본 발명은 제빙 장치 및 제빙 방법에 관한 것으로 특히, 전기장과 같은 에너지를 공급하여 얼음이 과냉각 상태가 되도록 하여 이빙을 행하는, 제빙 장치 및 제빙 방법에 관한 것이다.

여기서, 과냉각이란 물과 같은 액체가 고체로의 상 전이온도 이하에서도 전이가 일어나지 않고 고온상(高溫相) 즉, 액체 상태를 유지하는 것을 의미한다. 자연 상태에서, 과냉된 물방울(supercooling water drop)을 그 예로 들 수 있으며, 기존의 냉장고에서도 우연히 물 또는 음료수가 얼지 않고 과냉각 상태가 되는 경우 가 있다. 한편 이러한 과냉각의 원리를 냉장고에 적용한 것으로서, 일본 공개특허공보 제S59-151834에 개시된 냉동법 및 일본 공개특허공보 제2001-086967호에 개시된 냉동방법 및 냉장고를 들 수 있으며, 이들은 냉장고 내의 식품에 전기장 또는 자기장을 인가하여 식품을 상 전이온도 이하에서 과냉각 상태로 유지하는 기술을 개시하고 있다. 또한 국제공개공보 WO/98/41115호에 개시된 정전장 처리방법에는 식품의 과냉각 및 해동에 사용할 수 있는 다양한 형태의 전극 구조가 개시되어 있다.

도 1은 한국 공개특허공보 제2006-0013721호에 개시된 투명빙 제조 장치를 나타내는 도면으로서, 투명빙 제조 장치(100)는 블레이드(122)를 이용하는 과냉각 수단(120)을 구비하며, 과냉각 수단(120)에서 만들어진 과냉각된 물을 아이스 트레이(111), 제빙실(112), 회전축(114), 이젝터(113), 히터(117)가 구비된 제빙 수단(110)에 미량으로 나누어 공급하여, 얇은 판빙을 적층시켜, 투명빙을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 여기서 아이스 트레이(111)로부터 얼음의 이빙은 히터(117)로 아이스 트레이(111)에 열을 가하여, 얼음을 약간 녹여서 아이스 트레이(111)로부터의 분리가 용이하도록 한 다음, 회전축(114)을 회전시켜 이젝터(113)로 얼음을 아이스 트레이(111)로부터 분리함으로써 이루어진다.

이러한 장치에 의하면, 이빙을 용이하게 하기 위하여 얼음을 녹이는데 히터만을 이용하므로, 아이스 트레이(111)의 온도를 물의 상 전이온도까지 높혀야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 과냉각의 원리를 이용하여 상 전이온도를 낮추어 줌으로써, 보다 신속히 이빙을 행할 수 있는, 제빙 장치 및 제빙 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 전극에 의해 전기장 형태의 에너지를 제공하고, 히터에 의해 열 형태의 에너지를 제공함으로써 보다 신속히 이빙을 행할 수 있는, 제빙 장치 및 제빙 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 본 발명은 얼음이 담기는 칸이 구비된 트레이, 얼음과 칸의 분리를 용이하게 하도록 트레이에 열을 가하는 히터 그리고, 얼음의 어는점을 낮추도록 얼음 측으로 에너지를 공급하는 에너지 생성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 제빙 장치를 제공한다. 에너지는 전기장 또는 자기장의 형태로 트레이 또는 얼음으로 제공될 수 있으나, 대상의 상 전이온도를 낮출 수 있는 형태의 에너지라면 어떠한 형태(예: 초음파)로도 제공될 수 있으며, 본 발명은 이러한 형태의 에너지를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

또한 본 발명은 트레이가 전도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제빙 장치를 제공한다.

또한 본 발명은 트레이의 칸 측에 위치하여, 얼음을 칸으로부터 분리하는 이빙기를 포함하는 것을 특징으로 하는 제빙 장치를 제공한다.

또한 본 발명은 에너지 생성기가 전기장을 이용하여 에너지를 공급하는 장치인 것을 특징으로 하는 제빙 장치를 제공한다.

또한 본 발명은 트레이에서 얼음을 얼리는 제1 단계 그리고, 얼음의 어느점을 낮추도록 얼음 측으로 에너지를 가하면서 트레이에 열을 가하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제빙 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 얼음을 트레이로부터 분리하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제빙 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 제2 단계에서, 에너지는 전기장 및 자기장 중의 적어도 하나에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 제빙 방법을 제공한다.

이하 도면을 참고로 하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 과냉각을 개념적으로 나타내는 도면으로서, 본 발명에 따르면, 먼저 전극(40) 사이에 과냉각의 대상이 되는 액체(41)를 둔다. 다음으로, 냉기(42)가 공급되는 상태에서, 교류 전원(43)을 이용하여 액체(41)에 전기장을 인가한다. 이에 의해, 액체(41)는 그 상 전이온도 이하(예: 1기압하의 물의 경우에 0℃)에서 얼지 않고, 과냉각 상태를 유지한다. 산소와 수소로 구성된 물이 어는 것이 방해되는 이유는 전기장과 같은 에너지가 공급됨으로써, 물의 수소 결합이 방해되기 때문인 것으로 알려져 있다. 이렇게 생성된 과냉각된 액체에 상 변환기(44)를 통해 외력을 가하면, 예를 들어, 전기적 충격기(igniter)를 이용하여 전기적인 힘을 가하면, 이 힘에 의해 과냉각된 액체에 가해지고 있는 에너지 또는 가해진 에너지(이는 조건에 따라 에너지가 일정 시간 동안 가해진 후에 중단되어도 과냉각 상태가 유지될 수 있음을 의미한다.)에 의해 유지되던 과냉각 상태가 교란되어 동결핵이 형성되고, 과냉각된 액체가 급속히 고체상으로 전환되면서 슬러시가 형성된다. 이때, 과냉각된 액체의 온도는 과냉각된 상태의 온도에서 상 전이온도로 바뀌게 된다.

본 발명에 따라 실제 행해진 실험 결과는 아래와 같다.

1. 전극 및 용기의 설치

가로 및 세로의 길이가 100mm인 두개의 전극을, 200mm의 거리를 두고 설치하였다. 그리고, 사이에 두개의 전극과 거리를 두고 1L의 물이 든 용기를 위치시켰다.

2. 과냉각 방법

온도가 -6.8℃인 냉장고에서 상기 장치를 위치시키고, 40kHz, 2kV로 전기장을 인가하였다. 전기장은 상기 장치를 냉장고에 넣음과 동시에 인가되었으며, 과냉각이 충분히 이루어졌다고 판단되는 시점에서, 1500V 전기 라이터용 전기 충격기를 이용하여, 과냉각된 액체를 고체상으로 전환시켰다. 그 결과는 도 5에 나타내었다.

도 3은 본 발명에 따른 실험 결과의 하나를 나타내는 도면으로서, 가해진 전력(power)과 과냉각된 액체의 온도 간의 상관 관계를 보이고 있다. 이 결과에 의하면, 양자가 거의 선형 비례 관계에 있음을 알 수 있으며, 이는 주어진 주변 온도 하에서, 에너지 생성기에 의해 주어지는 전력을 조절함으로써, 과냉각된 액체의 설정 온도를 제어할 수 있음을 의미한다.

도 4는 본 발명에 따른 제빙 장치의 일 예를 나타내는 도면으로서, 제빙 장치(50)는 트레이(51)와 트레이(51) 위에 위치하는 이빙기(52)를 구비한다. 트레이(51)에는 복수개의 칸(51a)이 구비되어 있으며, 칸(51a)에 얼음(51b)이 얼려 있 다. 복수개의 칸(51a)의 하측에는 히터(53)가 구비되어 있고, 트레이(51)의 양측에는 전기장 형태의 에너지를 공급하기 위한 전극(54)이 구비되어 있다. 이빙기(52)는 회전축(52a), 회전축(52a)에 연결된 이젝터(52b), 그리고, 회전축(52a)을 회전시키는 모터(52c)를 구비한다. 열의 전달과 전기장에 의한 에너지의 전달을 위해 트레이(51)는 전기 및 열에 대한 전도성이 좋은 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.

다음으로 본 발명에 따른 제빙 및 이빙 방법을 설명한다. 냉동실 내에서 트레이(51)에 담긴 물이 얼려서 얼음(51b)이 만들어지면, 전극(54)을 통해 얼음 측으로 에너지를 가하여 물의 상 전이온도를 낮추면서, 히터(53)를 통해 열을 가하여 종래의 제빙기보다 빨리 얼음(51b)을 이빙이 가능한 상태가 되게 한다. 다음으로 모터(52c)를 구동시켜 이젝터(52b)에 의해 얼음(51b)이 트레이(51)로부터 분리되게 한다.

본 발명에 따른 제빙 장치 및 제빙 방법에 의하면, 과냉각의 원리를 이용하여 상 전이온도를 낮추어 줌으로써, 보다 신속히 이빙을 행할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 따른 제빙 장치 및 제빙 방법에 의하면, 전극에 의해 전기장 형태의 에너지를 제공하고, 히터에 의해 열 형태의 에너지를 제공함으로써 보다 신속히 이빙을 행할 수 있게 된다.

Claims (7)

1. 얼음이 담기는 칸이 구비된 트레이;

   얼음과 칸의 분리를 용이하게 하도록 트레이에 열을 가하는 히터; 그리고,

   얼음의 이빙을 위해 얼음에 전기장 에너지를 공급하는 에너지 생성기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 제빙 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   트레이는 전도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제빙 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   트레이의 칸 측에 위치하여, 얼음을 칸으로부터 분리하는 이빙기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 제빙 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 에너지 생성기는 트레이의 양측에 대응하는 한쌍의 전극으로 이루어진 것을 특징으로 하는 제빙 장치.
5. 트레이에서 얼음을 얼리는 제1 단계; 그리고,

   얼음의 이빙을 위해 얼음의 상전이 온도를 낮추도록 얼음에 전기장 에너지를 가하면서 트레이에 열을 가하는 제2 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 제빙 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   얼음을 트레이로부터 분리하는 제3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 제빙 방법.
7. 삭제

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