KR20240032869A - 음료 품질 및 빠른 풀다운 시간에 최적화된 음료 냉각기의 제어 방식 - Google Patents

Abstract

전력 서브시스템; 능동 냉각 서브시스템; 및 제어 서브시스템을 포함하는 능동 냉각 컨테이너를 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 일부 실시예들에서, 제어 서브시스템은 추가 냉각이 필요한 것으로 결정하고; 능동 냉각 서브시스템이 능동 냉각 컨테이너를 하한값 이하로 냉각시키도록 하고; 추가 냉각을 종료하기로 결정하고; 능동 냉각 서브시스템이 능동 냉각 컨테이너를 하한값 이상으로 냉각시키도록 구성된다. 이러한 방식으로, 빠른 냉각 시간과 제품 부하(예를 들어, 음료)를 (예를 들어, 냉동을 통해) 손상시키지 않는 것 사이의 최상의 균형이 달성된다.

Description

음료 품질 및 빠른 풀다운 시간에 최적화된 음료 냉각기의 제어 방식

관련 출원들

본 출원은 2021년 7월 9일자로 출원된 임시 특허 출원 일련 번호 제63/220,360호의 이익을 주장하며, 그 개시내용은 그 전문이 본원에 참조로서 통합된다.

본 개시의 기술분야

본 개시는 능동 냉각 컨테이너와 관련된 시스템 및 방법에 관한 것이다.

식료품점, 공급망, 배달 및 기타 부패하기 쉬운 냉장 유통 분야에서 냉장 제품을 보관하는 현재 방법은 상 변화 물질(예를 들어, "얼음" 팩: 파라핀, 물얼음, 글리콜, 드라이아이스 등)이 있다. 냉장 공간에 품목이 추가되면, 이러한 품목에서 열을 제거해야 한다. 냉각된 제품 보관을 위한 개선된 시스템과 방법이 필요하다.

전력 서브시스템; 능동 냉각 서브시스템; 및 제어 서브시스템을 포함하는 능동 냉각 컨테이너를 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 일부 실시예들에서, 제어 서브시스템은 추가 냉각이 필요한 것으로 결정하고; 능동 냉각 서브시스템이 능동 냉각 컨테이너를 하한값 이하로 냉각시키도록 하고; 추가 냉각을 종료하기로 결정하고; 능동 냉각 서브시스템이 능동 냉각 컨테이너를 하한값 이상으로 냉각시키도록 구성된다. 이러한 방식으로, 빠른 냉각 시간과 제품 부하(음료)를, 냉동을 통해, 손상시키지 않는 것 사이의 최상의 균형이 달성된다.

일부 실시예들에서, 추가 냉각이 필요한 것으로 결정하는 것은 추가 제품이 능동 냉각 컨테이너에 추가되었다고 결정하는 것을 포함한다.

일부 실시예들에서, 능동 냉각 서브시스템이 능동 냉각 컨테이너를 하한값 미만으로 냉각시키도록 하는 것은 능동 냉각 서브시스템이 능동 냉각 컨테이너를 섭씨 0도 미만으로 냉각시키도록 하는 것을 포함한다.

일부 실시예들에서, 추가 냉각을 종료하기로 결정하는 것은 도어 개방 이벤트가 발생했다고 결정하는 것을 포함한다.

일부 실시예들에서, 추가 냉각을 종료하기로 결정하는 것은 타임아웃 이벤트가 발생했다고 결정하는 것을 포함한다.

일부 실시예들에서, 타임아웃 이벤트의 길이는 능동 냉각 컨테이너의 제품이 상하지 않도록 한다.

일부 실시예들에서, 타임아웃 이벤트의 길이는 능동 냉각 컨테이너의 제품이 냉동되지 않도록 한다.

일부 실시예들에서, 타임아웃 이벤트의 길이는 능동 냉각 컨테이너의 주변 온도에 기초한다.

일부 실시예들에서, 타임아웃 이벤트의 길이는 능동 냉각 컨테이너의 주변 온도가 더 낮을 경우 더 길다.

일부 실시예들에서, 능동 냉각 서브시스템은 하나 이상의 열전 냉각기를 포함한다.

시간 기반(실시간 및 경과 시간 모두) 제어 피드백 체계는 빠른 냉각 시간과 냉동을 통해 제품 부하(음료)를 손상시키지 않는 것 사이에서 최상의 균형을 달성하는 데 사용될 수 있다. 이를 달성하기 위해, 제어 시스템 동작 모드가 풀다운(highQ)에서 가변 용량(VarQ) 또는 고효율 정상 상태(HighCOP) 모드로 즉시 전환되지 않을 것이지만, 대신에 시스템이 실제 설정점보다 낮은 온도이지만 제품에 허용되는 온도 범위 내의 제품 온도로 고용량 모드를 유지하도록 하는 임시의 중간 고용량 전환 모드(본원에서는 LTSoak라고 함)로 진입할 것이다. 이 모드는 적재된 모든 제품이 원하는 온도에 도달할 수 있도록 충분한 시간 동안 동작하는 동시에 국부적 및/또는 전체적 냉동으로부터 제품을 보호한다. LTSoak 모드의 완료 후, 제어 시스템은 LTSoak가 다시 트리거될 때까지 표준 모드 전환으로 되돌아갈 것이다.

당업자는 첨부된 도면과 관련하여 바람직한 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명을 읽은 후 본 개시의 범위를 이해하고 그 추가적인 양태를 실현할 것이다.

본 명세서의 일부에 통합되고 형성하는 첨부 도면은 본 개시의 여러 양태를 예시하며, 설명과 함께 본 개시의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 일부 실시예들이 채용될 수 있는 음료를 보관하기 위한 냉장고의 일 예를 예시한다;
도 2는 본 개시의 일부 실시예들에 따른 냉각 시스템의 동작의 일 예를 예시한다.

아래에 명시된 실시예들은 당업자가 실시예들을 실시하고 실시예들을 실시하는 최상의 모드를 예시하는 데 필요한 정보를 나타낸다. 첨부 도면에 비추어 다음 설명을 읽을 때, 당업자는 본 개시의 개념을 이해할 것이고, 본원에서 특별히 다루지 않은 이들 개념의 적용을 인식할 것이다. 이들 개념 및 적용은 본 개시 및 첨부 청구범위 내에 속한다는 것이 이해되어야 한다.

음료는 종종 1 내지 4 C 사이의 온도로 냉각되는데, 냉장 시스템 온도가 적절하게 제어되지 않으면 제품이 얼 수 있다. 음료 판매자는 최고의 제품 경험을 보장하고 수익을 극대화하기 위해 빠른 냉각 시간을 원하는 경우가 많다. 정상 동작 동안, 특히 고용량 풀다운(HighQ) 동안, 제어 장치(온도계, 서미스터, 열전대, RTD 등)는 열 질량의 차이로 인해 평균 음료 온도보다 차가워지며, 냉각되는 실제 제품보다 더 빠르게 정상 상태 온도에 도달할 것이다. 이러한 충돌은 일반적으로 제품을 보호하고 자동 온도 조절을 허용하는 음료의 실제 냉각 시간을 길어지게 한다. 간단한 온도 오프셋이 제어 센서와 제품 부하 사이의 온도 차이를 보상하는 데 사용되는 경우, 음료의 온도가 국소적으로 또는 대량으로 영하로 내려가 잠재적으로 제품을 손상시키고/손상시키거나 판매할 수 없게 만드는 위험이 있다.

시간 기반(실시간 및 경과 시간 모두) 제어 피드백 체계는 빠른 냉각 시간과 냉동을 통해 제품 부하(음료)를 손상시키지 않는 것 사이에서 최상의 균형을 달성하는 데 사용될 수 있다. 이를 달성하기 위해, 제어 시스템 동작 모드는 풀다운(highQ)에서 가변 용량(VarQ) 또는 고효율 정상 상태(HighCOP) 모드로 즉시 전환되지 않을 것이다. 대신에, 시스템이 실제 설정점보다 낮은 온도이지만 제품에 허용되는 온도 범위 내의 제품 온도로 고용량 모드를 유지하도록 하는 임시의 중간 고용량 전환 모드(본원에서는 LTSoak라고 함)로 진입할 것이다. 이 모드는 적재된 모든 제품이 원하는 온도에 도달할 수 있도록 충분한 시간 동안 동작하는 동시에 국부적 및/또는 전체적 냉동으로부터 제품을 보호한다. LTSoak 모드의 완료 후, 제어 시스템은 LTSoak가 다시 트리거될 때까지 표준 모드 전환으로 되돌아갈 것이다.

냉장 유통 또는 고객 요구 사항 내에서 내부 온도를 유지하기 위해 능동 열전 냉각(active thermoelectric cooling; TEC) 기능을 갖춘 냉각기(예를 들어, 식품 또는 기타 부패하기 쉬운 품목 보관용)가 본원에 개시된다. 능동 TEC 냉각 기능을 갖춘 이 냉각기를 본원에서는 "능동 냉각기(active cooler)"라고도 한다. 일부 실시예들에서, 능동 냉각기는 냉장 및 냉동 식품, 의료용 또는 생물학적 제품 등의 보관 및 운송에 사용된다. 능동 냉각기는 벽 전원, 배터리 또는 무선 전력 전송을 통해 전원을 공급받아 안정적이고 균일한 온도 제어를 유지한다.

도 1은 일부 실시예들이 채용될 수 있는 음료를 보관하기 위한 냉장고의 일 예를 예시한다. LTSoak를 활용하는 제어 시스템의 동작 예 중 하나가 도시된다. 본 개시는 능동 냉각 시스템(즉, 탈착식 또는 빌트인 모듈에서 냉각기에 직접 설치되는 열전기, 증기-압축, 스털링 등)을 특징으로 하는 단열 컨테이너에 관한 것이다. 도 1은 본 개시의 일부 실시예들에 따른 능동 냉동 시스템을 갖춘 예시적인 단열 컨테이너를 예시한다. 추가적인 세부 사항은 2020년 12월 28일에 출원된 국제 특허 출원 일련 번호 제PCT/US2020/067172호(그 개시 내용은 그 전문이 본원에 참조로 통합됨); 및 2020년 12월 28일에 출원된 미국 특허 출원 일련 번호 제17/135,420호(그 개시 내용은 그 전문이 본원에 참조로 통합됨)에서 확인할 수 있다. 이들 두 가지 모두 2019년 12월 26일에 출원된 임시 특허 출원 일련 번호 제62/953,771호에 대한 우선권을 주장한다.

일부 실시예들에서, 제어 방식은 미국 특허 출원 공보 제US 2013/0291555호, 미국 특허 출원 공보 제US 2015/0075184호, 미국 특허 번호 제9,581,362호, 미국 특허 번호 제10,458,683호 및 미국 특허 번호 제9,593,871호 중 하나 이상을 포함하며, 이는 본원에 참조로 통합된다. 일부 실시예들에서, 열 모듈은 본원에 참조로 통합된 미국 특허 번호 제9,144,180호에 설명된 것과 같은 열 펌프를 포함한다. 열 추출(즉, 열 수용) 및 열 거부의 경우, 열 모듈은 예를 들어 열 수용 시스템(예를 들어, 능동 냉각기의 내부에서 TEC/열 펌프의 차가운 쪽으로 열을 전달하기 위한 열사이펀(thermosiphon) 또는 기타 수동 또는 능동 열 교환 컴포넌트(들)) 및 열 거부 시스템(예를 들어, TEC/열 펌프의 뜨거운 쪽에서 주변 환경으로 열을 전달하기 위한 열사이펀 또는 기타 능동 또는 수동 열 교환 컴포넌트)을 포함할 수 있다.

도 2는 본 개시의 일부 실시예들에 따른 냉각 시스템의 동작의 일 예를 예시한다. 냉장실에 따뜻한 음료를 넣거나 다시 넣고 고용량 풀다운 모드(HighQ)에 있는 경우, 제어 시스템은 더 이상 표준 가변 용량(VarQ) 또는 정상 상태 고효율, 온도 탐색(HighCOP)으로 직접 전환되지 않지만, 대신 VarQ 또는 HighCOP 모드로 전환하기 위한 표준 설정점 임계값에 도달한 다음 이를 통과한 후 감소된 온도, 고용량 흡수(LTSoak) 모드로 전환될 것이다. 일부 실시예들에서, 주변 온도가 매우 낮으면, 이는 훨씬 빠르게 이동한다. 주변 온도가 낮으면, 시스템은 LTSoak에 더 오랫동안 머무를 수 있다. LTSoak 모드에서 열 펌핑 전력은 HighQ 모드에서처럼 일정하게 유지되거나 VarQ 모드에서처럼 변경될 수 있으므로 제어 시스템이 실제 설정점 미만에서 목표 온도 센서 오프셋을 찾을 수 있다. LTSoak 전환 모드의 지속 시간은 고정되거나 가변적일 수 있으며 무엇보다도 간단한 타임아웃, 주변 온도, 및 유닛에 적재된 음료의 양에 의해 또는 전체 시스템의 온도 변화율 분석을 통해 결정될 수 있다.

HighCOP 또는 VarQ 모드 대신 LTSoak 모드로 동작하면 저용량 모드에서 시스템을 감속시키는 대신 장기간 고용량 열 제거 모드로 냉장고 시스템을 계속 동작시킴으로써 냉장고 캐비닛 내의 음료가 이들이 할 수 있는 것보다 높은 속도로 계속 냉각되도록 할 것이다. 이를 통해 제어 센서가 목표 온도에 도달할 때 원하는 설정점 온도에 있지 않은 나머지 제품이 냉동 시스템 제어 모드를 가변 용량(VarQ) 또는 고효율 정상 상태 탐색(HighCOP) 모드로 전환하기 전에 원하는 설정점으로 더 빨리 냉각시키도록 할 것이며, 이는 극대화된 효율 및 최소화된 에너지 소모를 제공한다.

당업자는 본 개시의 바람직한 실시예들에 대한 개선 및 수정을 인식할 것이다. 이러한 모든 개선 및 수정은 본원에 개시된 개념의 범위와 다음 청구범위 내에서 고려된다.

Claims (20)

1. 능동 냉각 컨테이너에 있어서,
   전력 서브시스템;
   능동 냉각 서브시스템; 및
   제어 서브시스템을 포함하며;
   상기 제어 서브시스템은,
   추가 냉각이 필요한 것으로 결정하고;
   이에 응답하여, 상기 능동 냉각 서브시스템이 상기 능동 냉각 컨테이너를 하한값 미만으로 냉각시키도록 하고;
   상기 추가 냉각을 종료하기로 결정하고;
   이에 응답하여, 상기 능동 냉각 서브시스템이 상기 능동 냉각 컨테이너를 상기 하한값 이상으로 냉각시키도록 구성되는, 능동 냉각 컨테이너.
2. 제1항에 있어서, 상기 추가 냉각이 필요한 것으로 결정하도록 구성되는 것은 추가 제품이 상기 능동 냉각 컨테이너에 추가되었다고 결정하도록 구성되는 것을 포함하는, 능동 냉각 컨테이너.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 능동 냉각 서브시스템이 상기 능동 냉각 컨테이너를 상기 하한값 미만으로 냉각시키도록 구성되는 것은 상기 능동 냉각 서브시스템이 상기 능동 냉각 컨테이너를 섭씨 0도 미만으로 냉각시키도록 구성되는 것을 포함하는, 능동 냉각 컨테이너.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추가 냉각을 종료하기로 결정하도록 구성되는 것은 도어 개방 이벤트가 발생했다고 결정하도록 구성되는 것을 포함하는, 능동 냉각 컨테이너.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추가 냉각을 종료하기로 결정하도록 구성되는 것은 타임아웃 이벤트가 발생한 것으로 결정하도록 구성되는 것을 포함하는, 능동 냉각 컨테이너.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타임아웃 이벤트의 길이는 상기 능동 냉각 컨테이너의 제품이 상하지 않도록 하는, 능동 냉각 컨테이너.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타임아웃 이벤트의 길이는 상기 능동 냉각 컨테이너의 제품이 냉동되지 않도록 하는, 능동 냉각 컨테이너.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타임아웃 이벤트의 길이는 상기 능동 냉각 컨테이너의 주변 온도에 기초하는, 능동 냉각 컨테이너.
9. 제8항에 있어서, 상기 타임아웃 이벤트의 길이는 상기 능동 냉각 컨테이너의 상기 주변 온도가 더 낮은 경우 더 길어지는, 능동 냉각 컨테이너.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 능동 냉각 서브시스템은 하나 이상의 열전 냉각기를 포함하는, 능동 냉각 컨테이너.
11. 능동 냉각 컨테이너 제어 방법에 있어서,
    추가 냉각이 필요한 것으로 결정하는 단계;
    이에 응답하여, 능동 냉각 서브시스템이 상기 능동 냉각 컨테이너를 하한값 미만으로 냉각시키도록 하는 단계;
    상기 추가 냉각을 종료하기로 결정하는 단계;
    이에 응답하여, 상기 능동 냉각 서브시스템이 상기 능동 냉각 컨테이너를 상기 하한값 이상으로 냉각시키도록 하는 단계를 포함하는, 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 추가 냉각이 필요한 것으로 결정하는 단계는 추가 제품이 상기 능동 냉각 컨테이너에 추가되었다고 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 능동 냉각 서브시스템이 상기 능동 냉각 컨테이너를 상기 하한값 미만으로 냉각시키도록 하는 단계는 상기 능동 냉각 서브시스템이 상기 능동 냉각 컨테이너를 섭씨 0도 미만으로 냉각시키도록 하는 단계를 포함하는, 방법.
14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추가 냉각을 종료하기로 결정하는 단계는 도어 개방 이벤트가 발생했다고 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추가 냉각을 종료하기로 결정하는 단계는 타임아웃 이벤트가 발생했다고 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타임아웃 이벤트의 길이는 상기 능동 냉각 컨테이너의 제품이 상하지 않도록 하는, 방법.
17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타임아웃 이벤트의 길이는 상기 능동 냉각 컨테이너의 제품이 냉동되지 않도록 하는, 방법.
18. 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타임아웃 이벤트의 길이는 상기 능동 냉각 컨테이너의 주변 온도에 기초하는, 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 타임아웃 이벤트의 길이는 상기 능동 냉각 컨테이너의 상기 주변 온도가 더 낮은 경우 더 길어지는, 방법.
20. 제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 능동 냉각 서브시스템은 하나 이상의 열전 냉각기를 포함하는, 방법.

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