KR100328192B1

KR100328192B1 - 세탁기

Info

Publication number: KR100328192B1
Application number: KR19990011098A
Authority: KR
Inventors: 오오따요시히로; 고이께도시후미; 나가노요오스께; 시까모리다모쯔; 오오스기히로시; 히야마이사오; 미야오아끼라
Original assignee: 가나이 쓰토무; 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2002-03-16
Also published as: TW477847B; KR19990078426A; CN1232898A; JPH11276789A

Abstract

본 발명은 종래의 세탁기에서는 곤란했던 Y 셔츠 등의 옷깃과 소매에 부착된 때를 번거로운 손세탁 등의 전처리 없이 제거할 수 있는 세탁기의 제공을 목적으로 한다.

이를 위해, 세탁조 내에 급수하는 급수 경로 도중에 나트륨형 강산성 양이온 교환 수지(31)를 내부에 충전한 용기(60)를 구비하고, 또한 세탁조 내의 회전 블레이드의 회전 속도를 가변하는 가변속 제어 수단을 설치한다. 이온 제거 수단에 의한 세탁용수의 연수화로 세제의 화학력을 높이는 동시에, 가변속 제어 수단에 의한 회전 블레이드의 회전 속도를 높여 이들의 상승 작용으로 높은 세정력을 얻는다.

Description

세탁기{WASHING MACHINE}

본 발명은 세탁물에 기계력을 부여하는 작동기를 구비한 세탁기에 관한 것이다.

세탁기에 있어서 때를 제거하기 위해서는 세제에 함유되는 계면 활성제의 효과 외에, 기계적인 힘의 효과가 필요하다. 계면 활성제에 둘러싸여진 때는 이 기계력으로 의류로부터 박리하게 되어 의류로부터 빠지게 된다. 이 기계력은 세탁조의 바닥면에 설치되는 회전 블레이드를 반전 회전시켜 세탁용수 내의 의류를 교반함으로써, 의류끼리 서로 마찰할 때의 마찰력 등의 형태로 의류에 부여된다. 즉 세탁물에 부착된 때는 세제의 화학력과 세탁기의 기계력의 상승 효과로 빠지게 된다. 그리고 기계력은 작동기의 구동 속도와 시간의 곱에 대략 비례한다. 작동기로서 회전 블레이드를 갖는 세탁기에서는, 회전 블레이드의 회전 속도와 시간의 곱에 대략 비례한다.

통상, 세탁기의 회전 블레이드는 상용 전원에 접속되는 단상 유도 전동기로 구동된다. 이 경우, 회전 블레이드의 회전 속도는 상용 전원 주파수와 전동기의 극수 및 전동기의 회전축과 회전 블레이드 사이에 삽입되는 감속 기구로 결정된다. 따라서 통상의 세탁기에서 이 회전 속도는 일정하며, 기계력의 조정은 시간으로 행해진다. 이 기계력의 조정을 회전 속도로 행하기 위해서는, 예를 들어 일본 특허 공개 평3-198899호 공보에 기재되는 바와 같이 PWM 방식 인버터 회로를 세탁기에 탑재하여 전동기 구동의 전원 주파수를 가변하여 행한다.

상기 공보에 기재된 세탁기에서는 세탁물량에 관계없이 세탁물에 부여하는 기계력을 동일하게 하기 위해, 세탁물량에 따라 회전 블레이드의 회전 속도를 제어하고 있다.

상기 공보에 기재된 회전 블레이드의 가변속 수단을 지닌 세탁기에서는, 세탁물의 오염량에 따라 세탁물에 부여하는 기계력을 변경하는 것에 대해서는 배려되어 있지 않다. 즉, 오염의 정도에 따라서 회전 속도를 조절하는 것에 대해서는 배려하고 있지 않다. 환언하면, 오염이 심한 세탁물을 세탁할 때도, 오염이 적은 세탁물을 세탁할 때도, 세탁물의 양이 같으면 세탁물에 가해지는 기계력도 같다. 따라서, 오염이 적은 세탁물에 대해 옷감의 손상을 적게 하여 세탁하는 일이나, 오염이 심한 세탁물의 때를 옷감 손상을 가능한 한 적게 하여 충분히 빼는 효과는 기대할 수 없다.

한편, 세탁용수 중에 포함되는 경도 성분으로서의 칼슘 이온, 마그네슘 이온이라는 2가의 양이온은 세제의 세정력에 큰 영향을 미친다. 이들 이온은 세제 내의 계면 활성제와 반응하여 수불용성 금속 비누를 생성하므로, 세정에 기여하는 계면 활성제의 양이 감소하여 세정력을 저하시킨다. 또한 생성된 금속 비누는 수불용성이며, 헹굼이 불충분한 경우에 의류에 잔류하여 흰 반점이 되어 눈에 띄는 경우가 있다.

일본 특허 공개 평4-20395호 공보에 기재된 세탁기에서는, 세탁조 내로의 급수 경로 도중에 이온 제거 수단을 마련하고 있다. 또한, 이 공보에는 상기 이온 제거 수단으로서 이온 교환 수지나 활성탄을 이용하는 것이 개시되어 있다. 또한, 이온 제거 수단과 병렬인 급수 경로를 준비하고 선택적으로 이용하여 활성탄의 수명을 늘리는 것이 개시되어 있다.

그러나 일본 특허 공개 평4-20359호 공보에 기재된 이온 제거 수단에서는, 세탁용수의 급수에 필요한 유량, 이온 교환 수지의 양, 입자 직경, 또는 이온의 제거 효율에 대해 배려되어 있지 않다. 즉, 유량을 확보하려 하면 다량의 이온 교환 수지가 필요해지며, 이온 제거 수단을 세탁기 내부에 수납 혹은 간편하게 구성하기가 어려워진다. 한편, 이온 교환 수지량을 적게 하여 이온 교환 수단의 소형화를꾀하면 통상 필요로 하는 유량을 얻는 것은 곤란하다. 또한, 이 공보에서는 세탁조 내의 의류에 부여하는 기계력에 대해서는 배려가 이루어져 있지 않다.

본 발명의 제1 목적은 번거로운 손세탁 등의 전처리가 없어도 가능한 한 짧은 시간에 높은 세정 효과를 얻을 수 있는 동시에, 세탁물의 손상을 적게 할 수 있는 세탁기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 제2 목적은 상기 목적을 달성한 데다가, 세탁용수에 포함되는 양이온을 매분 10 L 이상의 유량으로 제거할 수 있는 이온 제거 수단을 소형으로 구비한 세탁기를 제공하는 데 있다.

상기 제1 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 세탁기는 세탁조 내로의 급수 경로의 도중에, 급수되는 물 속에 포함되는 칼슘 이온이나 마그네슘 이온과 같은 경도 성분을 저감하는 이온 교환 수단을 구비하는 동시에, 세탁물에 기계력을 부여하기 위한 작동기의 제어 수단으로서 작동기의 구동 속도를 변경하는 가변속 제어 수단을 구비한다.

상기 수단에 따르면, 오염의 정도에 따라서 작동기의 구동 속도를 변경할 수 있으므로, 세탁물에 기계력을 부여하는 시간을 짧게 할 수 있다. 또한, 칼슘 이온이나 마그네슘 이온을 저감한 세탁수를 이용함으로써 세정 효과를 향상할 수 있고, 기계력을 경감, 즉 작동기의 구동 속도를 느리게 해도 세정 효과를 유지하여 세탁 시간의 증가를 저감할 수 있다.

또한 상기 제2 목적을 달성하기 위해, 이온 교환 수단에는 급수 유량을 확보할 수 있을 정도의 양의 이온 교환 능력을 지닌 소재를 구비하고, 이 소재의 이온 교환 능력을 재생하면서 사용 가능하게 한다.

도1은 본 발명에 의한 전자동 세탁기의 외관 사시도.

도2는 본 발명에 의한 전자동 세탁기의 종단면도.

도3은 본 발명에 의한 전자동 세탁기의 조작 패널도.

도4는 본 발명에 의한 후방부 수납 하우징 내부의 평면도.

도5는 본 발명에 의한 이온 제거 수단의 사시도와 종단면도.

도6은 본 발명에 의한 전자동 세탁기의 전기 접속 블록도.

도7은 경도와 세정율의 관계를 도시한 도면.

도8은 통수량과 누설 경도의 관계를 도시한 도면.

도9는 이온 교환 수지 표면적과 누설 경도의 관계를 도시한 도면.

도10은 첫 회와 재생 후의 통수량과 누설 경도의 관계를 도시한 도면.

도11은 세탁 조건에 따른 세정력의 차이를 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

4 : 외조

5 : 세탁겸 탈수조

7 : 3상 유도 전동기

17b : 후방부 수납 하우징

26 : 수도꼭지 출구

27 : 급수 전자 밸브

28 : 이온 제거 수단

29a : 입수구

29b : 토출구

29c : 소금물 배출구

29d : 메쉬 필터

29e : 수지 챔버

31 : 이온 교환 수지

50 : 마이크로 컴퓨터

60 : 원통 용기

60a : 소금 투입 챔버

60b : 상부 챔버

60c : 하부 챔버

60d : 격벽

60e : 구멍

60f : 역지 밸브

60g : 소금 입자 유출 방지 필터

60h : 소금 주수구

60i : 소금 주수관

60k : 소금물 챔버

60r : 공기 구멍

61 : 덮개

61b : 공기 구멍

62 : 소금

63 : 소금 주수 전자 밸브

64 : 소금물 배출 파이프

71 : 컨버터 회로

72 : 인버터 회로

74 : PWM 신호 회로

80 : 표준 세탁 버튼

81 : 고세정 세탁 버튼

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도1은 본 발명에 관한 전자동 세탁기의 외관도이며, 도2는 도1의 AA선에 따른 종단면도이다. 외관은 강판으로 된 외부 프레임(1)과 그 상부에 부착된 상부 커버(17) 등에 의해 구성된다. 물 받이조인 외조(4)는 외부 프레임(1)의 상부 네 귀퉁이로부터 현수봉(2) 및 코일 스프링이나 미끄럼 이동 링으로 이루어지는 방진 장치(3)에 의해 외부 프레임(1) 내에 현수 상태로 지지되고, 세탁 공정에서의 세탁수 및 헹굼 공정에서의 헹굼수(이하, 세탁수라 부름)를 저장한다. 외조(4) 내에는 스테인레스로 된 세탁겸 탈수조(5)(이하, 세탁조라 부름)를 회전 가능하게 설치한다. 세탁조(5)의 측면에는 다수의 탈수 구멍(5a)을 마련하고, 중앙 바닥부에는 세탁물에 기계력을 부여하기 위한 작동기인 회전 블레이드(6)를 회전 가능하게 설치하고, 상부 모서리부에는 밸런서(5b)를 설치한다. 외조(4)의 바닥면에는 지지판(10)이 부착되어 있으며, 지지판(10)에는 구동 장치가 고정되어 있다.

구동 장치는 3상 유도 전동기(7)와 기어 감속 기구와 클러치 기구 및 브레이크 기구를 조합시킨 전동 장치(9)로 구성되고, 3상 유도 전동기(7)의 회전은 풀리(8a)와 벨트(8b)로 전동 장치(9)에 전달된다. 전동 장치(9)의 출력축은 외조(4)의 바닥벽을 수밀 상태로 관통하여 외조(4) 내로 돌출하고, 회전 블레이드(6) 및 세탁조(5)와 연결되어 있다. 구동 장치는 세탁 공정 및 헹굼 공정시에는 세탁조(5)를 정지시키고, 회전 블레이드(6)를 시계 방향(정) 및 반시계 방향(역)으로 회전시킨다. 또한 탈수 공정시에는 세탁조(5)를 일방향으로 회전시킨다.

외조(4)의 측면 하방에는 외조 내의 수압을 수위 센서(11)에 전달하는 수위 센서 튜브(12)가 설치되어 있다. 또한, 외조(4)의 바닥면에는 세탁수의 배수를 행하는 배수 밸브(13)가 설치되어 있으며, 배수 밸브에 접속된 배수 호스(16)로 세탁수를 세탁기 밖으로 배출한다.

외부 프레임(1)의 상부에는 상부 커버(17)가 설치되어 있다. 상부 커버(17)는 세탁물을 투입하는 투입구(17a)와 이온 제거 수단, 수도꼭지 출구(26), 급수 전자 밸브 등을 수납하는 후방부 수납 하우징(17b)과 마이크로 컴퓨터 등의 전기 부품을 수납하는 전방부 조작 하우징(17c) 등으로 구성된다. 투입구(17a)에는 덮개(18)를 설치하고 있다.

전방부 조작 하우징(17c)의 상면에는 도3에 도시한 조작 패널(19a)이 부착되어 있으며, 그 하부에는 마이크로 컴퓨터 등을 내장한 제어부(19b)가 설치되어 있다. 또한 전방부 조작 하우징(17c) 내에는 외조(4) 내의 수압을 검출함으로써 규정 수위까지 물이 저장되었는지를 판정하는 수위 센서(11)가 설치되어 있다. 조작 패널(19a)에는 전원 스위치(20), 각종 표시기(21), 각종 조작 버튼(22), 부저(23) 등이 배치되어 있으며, 사용자가 조작 버튼(22)으로 세탁기를 조작하고, 또한 그 동작 상태를 표시기(21), 부저(23)로 확인할 수 있도록 되어 있다. 또한 이온 제거 처리(연수화)를 표시하는 발광 다이오드로 이루어지는 연수화 표시(24)와 이온제거 수단의 재생을 최고(催告) 표시하는 발광 다이오드로 이루어지는 소금 투입 표시(25), 통상의 세탁 공정을 지시하는 표준 세탁 버튼(80), 오염이 심한 세탁물의 세탁 공정을 지시하는 고세정 세탁 버튼(81)이 설치되어 있다.

도4는 본 실시예의 주요 구성인 세탁용수의 급수에 관계되는 후방부 수납 하우징(17b)의 상부 덮개를 벗겼을 때의 배면 부분의 평면도(도1 중에 BB선으로 나타낸 단면)이다(전방면측을 생략하고 있다). 후방부 수납 하우징(17B)에는 수도꼭지 등으로부터의 호스가 접속되는 수도꼭지 출구(26), 이에 이어서 급수 전자 밸브(27) 및 소금물 주수 전자 밸브(63), 원통 용기(60)로 구성되는 이온 제거 수단(28), 목욕물을 흡수하는 목욕물 흡수 펌프(45), 세탁조(5) 내에 세탁수를 흘러내리게 하는 경사 유로(46) 등이 수납되어 있다. 경사 유로(46)의 상류측에는 유로(46)에 개구하는 챔버(47), 챔버(48)가 설치된다. 급수 전자 밸브(27)의 출구는 이온 교환 수단(28)의 입수구(29a)에 접속되고, 소금 주수 전자 밸브(63)의 출구는 이온 교환 수단(28)의 소금 주수구(60h)에 접속된다. 이온 교환 수단(28)의 토출구(29b)는 챔버(47)에 접속된다.

도5에 본 실시예의 주요 구성인 이온 제거 수단(28)을 상세하게 도시한다. (a)는 이온 제거 수단(28)의 전체 사시도, (b)는 그 종단면도이다. 이온 제거 수단(28)은 원통 용기(60)와 덮개(61)로 구성된다. 원통 용기(60)는 5개의 챔버로 구분된다. 상부로부터 소금 투입 챔버(60a), 소금 투입 챔버(60a)와 소금 입자 유출 방지 필터(60g)로 격리된 소금물 챔버(60k), 토출구(29b)가 설치된 상부 챔버(60b), 입수구(29a)와 토출구(29b) 사이의 상하면이 메쉬 필터(29d)로 구획된수지 챔버(29e), 입수구(29a)가 설치된 하부 챔버(60c)이다. 입수구(29a)와 토출구(29b) 사이[상부 챔버(60b)와 하부 챔버(60c) 사이]의 수지 챔버(29e)에는 나트륨형 강산성 양이온 교환 수지(31)(이하, 이온 교환 수지라 부름)가 충전되어 있다. 상기 이온 교환 수지(31)는 일반적으로 널리 이용되고 있는 비드(beads) 형상 외에, 섬유 형상으로 한 것이라도 좋다. 메쉬 필터(29d)는 수지 챔버(29e) 내로의 이물질의 진입이나 이온 교환 수지(31)가 수지 챔버(29e)로부터 유출되는 것을 방지한다. 또한, 이온 교환 수지(31)의 상부 및 하부에 상부 챔버(60b)와 하부 챔버(60c)를 설치하는 것은 이온 교환 수지(31) 층의 일부에만 물이 통과하는 것을 방지하여 이온 교환 수지층 전체에 균일하게 물을 흘려 효율적으로 금속 이온을 흡착하기 위해서이다. 물은 입수구(29a)로부터 하부 챔버(60c)로 들어가고, 하부 챔버(60c)를 채운 후 이온 교환 수지(31) 층 내를 균일하게 상승하고, 상부 챔버(60b)로 나와 상부 챔버(60b)를 채워서 토출구(29b)로부터 유출한다. 또한, 상부 챔버(60b)는 이온 교환 수지(31) 층 전체에 재생용 식염수가 균일하게 흐르도록 소금물을 일시적으로 저장해 두기 위해서도 필요하다.

소금 투입 챔버(60a) 내에는 미리 사용자에 의해 소금(62)이 투입되어 있다. 투입되어 있는 소금의 양은 약 150 g이다. 이것은 후술하는 이온 교환 수지(31)의 재생 처리 1회당 필요한 소금량 20 g의 7회분에 상당하고, 사용자는 일주일 동안에 한 번 소금(62)을 투입할 필요가 있다. 소금 투입 챔버(60a)와 소금물 챔버(60k) 사이에는 소금 투입 챔버(60k)의 내경과 대략 같은 직경의 소금 입자 유출 방지 필터(60g)가 배치되어 소금 입자가 소금물 챔버(60k)로 유출하는 것을 방지한다. 이로써, 소금 입자 유출 필터(60g)의 면적을 크게 할 수 있고, 소금물이 필터의 전체면을 통해 소금물 챔버(60k)로 흘러내리므로, 소금물의 유량을 확보할 수 있다. 소금 투입 챔버(60a)에는 소금 주수구(60h)로부터의 소금 주수관(60i)이 개구되어 있다. 소금물 챔버(60k)와 상부 챔버(60c)는 격벽(60d)으로 나뉘어지고, 격벽(60d)에는 소금물이 통과하는 구멍(60e)이 설치되어 있다. 이 구멍(60e)의 아래, 상부 챔버(60b)측에는 역지 밸브(60f)가 설치되어 있으며, 세탁조(5)로의 급수시에 역지 밸브(60f)가 구멍(60e)을 폐쇄하고, 상부 챔버(60b)로부터 소금물 챔버(60k)로 물이 유입하는 것을 방지한다. 하부 챔버(60e)의 바닥면에는 소금물 배출구(29c)가 후방부 수납 하우징(17b)의 바닥면을 관통하여 설치되어 있으며, 소금물 배출구(29c)에 접속된 소금물 배출 파이프(64)는 도2에 도시한 바와 같이 외조(4)에 접속되고, 소금물을 외조 내로 배출하도록 되어 있다. 덮개(61)의 내원주에는 오목홈(61a)이 설치되어 있으며, 상면에는 공기 구멍(61b)이 개방되어 있다. 원통 용기(60)의 상부 외원주에는 볼록부(61j)가 있으며 덮개(61)는 원통 용기(60)의 볼록부(60j)에 오목홈(61a)이 끼워지는 형태로 고정된다. 덮개(61)는 후방부 수납 하우징(17b)의 상면보다 돌출하도록 되어 있으며, 덮개(61)의 개폐를 용이하게 행할 수 있도록 되어 있다. 또한, 덮개(61)는 아크릴 수지와 같은 투명한 부재로 하고, 후술하는 세탁마다의 이온 교환 수지의 재생 처리로 소비되는 소금의 잔량을 용이하게 확인할 수 있도록 되어 있다.

수도꼭지로부터의 호스는 수도꼭지 출구(26)에 접속된다. 수돗물은 급수 전자 밸브(27)의 개폐에 의해 원통 용기(60)의 입수구(29a)로 유도되고, 하부챔버(60c)를 채우고 나서 이온 교환 수지(31)를 충전한 챔버(29e)를 상승하면서 통과한다. 수돗물은 여기에서 연수화 즉 칼슘, 마그네슘 이온이 제거되어 상부 챔버(60b)을 채우고 토출구(29b)로부터 유출된다. 그리고 챔버(47)로부터 경사 유로(46)로 흘러내려 외조(4)[세탁조(5)]에 급수된다. 욕실로부터 나오는 물은 목욕물 급수구(45a)에 접속되는 호스로 퍼낸다. 목욕물은 우선 수도꼭지 출구(26)로부터의 수돗물을 급수 전자 밸브(27)를 개방하여 이온 제거 수단(28), 챔버(47)를 통해 그 일부를 마중물 입구(45b)로부터 목욕물 흡수 펌프(45)로 붓는다. 그 후 펌프 모터를 회전시켜 목욕물을 욕실 급수구(45a)로부터 자동 흡수하고, 토출구(45c)로부터 챔버(48)를 거쳐서 경사 유로(46)로 유도하여 여기에서부터 세탁조(5)에 급수한다.

원통 용기(60)로 구성되는 이온 제거 수단(28)을 수도꼭지 출구(26)가 설치되는 후방부 수납 하우징(17b)에 설치하는 것은, 급수 배관 길이를 짧게 할 수 있어 유로 손실이 삭감되어 유량 즉 급수 시간을 단축할 수 있기 때문이다. 급수에서는 이온 교환 수지(31)가 충전되는 챔버(29e)를 수돗물이 통과하므로 이 수지 충전의 압력 손실이 크다. 이 손실을 조금이라도 막기 위해 수도꼭지 출구로부터 원통 용기(60)에 이르는 배관 길이는 100 ㎜ 이하가 바람직하다. 종래 세탁기의 세탁 급수 유량은 수돗물 압력에도 의존하지만 10 내지 15리터/분이며, 이에 가까운 유량을 본 실시예에서 얻기 위해서는 상술한 배려가 필요해진다.

도6의 (a)는 마이크로 컴퓨터(50)를 중심으로 구성되는 세탁기 제어부의 블록도이다. 마이크로 컴퓨터(50)는 조작 버튼 입력 회로(51)나 수위 센서(11)와도접속되어 사용자의 버튼 조작, 세탁조 내부의 세탁수 수위의 정보 신호를 받는다. 마이크로 컴퓨터(50)로부터의 출력은 구동 회로(52)에 접속되고, 목욕물 펌프(45), 급수 전자 밸브(27), 배수 밸브(13) 등에 상용 전원을 공급하여 이들의 개폐 혹은 회전을 제어한다. 또한 사용자에게 세탁기의 동작을 알려주기 위해 부저(23)나 표시기(21) 등의 알림 수단에도 접속된다. 전원 회로(53)는 상용 전원을 정류 평활하여 마이크로 컴퓨터(50)에 필요한 직류 전원을 만든다. 참조 부호 54는 점등하여 연수 처리를 표시하는 발광 다이오드이다. 발광 다이오드(54)는 전방부 조작 하우징(17c)에 장착되고, 이온 교환 수지로의 통수시에 점등하여, 연수화 처리 중인 것을 연수화 표시(24)로 사용자에게 알려준다. 또한 참조 부호 55는 점등하여 소금 투입을 표시하는 발광 다이오드이다. 발광 다이오드(55)는 전방부 조작 하우징(17c)에 장착되고, 이온 제거 수단으로의 소금 투입이 필요한 때에 점등하여 소금 투입을 소금 투입 표시(25)로 사용자에게 알려준다.

컨버터 회로(71)는 상용 전원을 정류 평활하여 직류 전원을 작성하고, 인버터 회로(72)는 이 직류 전원으로부터 3상 교류 전원을 작성하고, 3상 유도 전동기(7)에 3상 교류를 공급한다. 인버터 회로(72)는 IGBT 모듈(73)과 PWM 신호 회로(74)로 이루어지며, IGBT의 게이트 단자에 PWM 신호를 인가하여 직류 전원을 쵸핑하여 3상 유도 전동기(7)의 각 UVW 권선에 3상 교류 전류를 공급한다. 또한 PWM 신호 회로(74)는 마이크로 컴퓨터(50)에 접속되고, 마이크로 컴퓨터로부터의 지시로 3상 유도 전동기에 공급하는 3상 교류의 주파수 및 전압 혹은 각 UVW상(相)의 위상 관계를 결정하는 PWM 신호를 작성한다. 도6의 (b)에 인버터 회로(72) 주변을 상세하게 도시한다. UVW상이 이 순서로 120도의 위상 관계이면 3상 유도 전동기(7)는 시계 방향으로 회전하고, 예를 들어 앞에서 서술한 것과 UV상을 반대로 하는 위상 관계에서는 반시계 방향으로 역전한다.

다음에 본 실시예에 의한 이온 제거 수단(28)의 동작을 설명한다.

본 실시예에서는, 사용자가 세탁물을 세탁조(5)에 넣고, 전원 스위치(19)를 누르고 표준 세탁 버튼(80) 혹은 고세정 세탁 버튼(81)을 조작하면, 마이크로 컴퓨터(50)는 포량(布量) 센서에 의해 세탁물의 양을 측정하고, 측정 결과에 따른 수량, 세제량을 표시기(21)에 표시하여 사용자에게 알려준다. 사용자는 표시를 참고로 적당량의 세제를 세탁조(5)에 투입한다. 그 후, 마이크로 컴퓨터(50)는 급수 전자 밸브(27)를 개방한다. 수돗물은 수도꼭지 출구(26)로부터 급수 전자 밸브(27)를 통과하여 입수구(29a)로부터 원통 용기(60)의 하부 챔버(60c)로 유입한다. 유입된 수돗물은 하부 챔버(29e)를 채운 후, 그 압력으로 하부 챔버(29e)를 상승하고, 챔버(29e)에 메쉬 필터(29d)로 협지되어 충전되는 나트륨형 강산성 양이온 교환 수지(31) 사이를 통과하여 상부 챔버(60b)로 유출한다. 그리고 상부 챔버(60b)를 채워 토출구(29b)로부터 유출하고, 챔버(47), 경사로(46)를 통하여 외조(4)[세탁조(5)] 내에 저장된다. 또한, 하부 챔버(60c)로 유입된 수돗물의 일부는 이온 교환 수지(31)를 통과하지 않고 소금물 배출구(29c)에 접속된 소금물 배수 파이프(64)를 통해 외조(4) 내로 유입한다. 소금물 배출구(29c)의 내경을 2 ㎜라 하면, 급수 유량 15 L/분인 때 소금물 배출 파이프(64)를 통과하는 유량은 약 0.5 L/분이 된다. 이 양은 급수량의 3 % 정도이며 영향은 적다. 소금물 배출구(29c)의 내경을 더욱 작게 하면, 보다 영향은 작게 할 수 있지만, 모관 현상으로 인해 재생용의 소금물이 배출되기 어려워지므로 상기 2 ㎜ 정도가 가장 적절하다. 비용이나 공간의 문제가 없으면 소금물 배출 파이프(64)의 도중에 밸브를 설치하고, 급수 중에 이 밸브를 폐쇄하도록 구성하는 쪽이 훨씬 좋다.

수돗물은 이온 교환 수지(31)를 통과하는 동안에 이온 교환 작용으로 속에 함유되는 칼슘 이온, 마그네슘 이온이 제거된다. 이 세탁 급수 중에는 발광 다이오드(54)가 점등하여 연수화 표시(24) 혹은 부저(23)를 이용하여 이온 제거 중의 표시 혹은 경보가 행해진다. 급수 중에는 이온 교환 수단(28)의 상부 챔버(60c)는 수돗물로 채워지고, 이 압력으로 인해 역지 밸브(60f)의 볼이 상승하여 구멍(60e)을 폐쇄하고 있다. 이로 인해, 급수 중에 수돗물이 소금물 챔버(60k)로 침입하는 일은 없다. 급수시 이외에는 상부 챔버(60c)는 대기압이 되므로 역지 밸브(60f)의 볼은 자중에 의해 떨어지고, 구멍(60e)은 개방 상태가 된다.

이하, 고세정 세탁 버튼(81)이 눌려져 오염이 심한 세탁물을 세탁하는 경우를 설명한다. 수위 센서(11)로 규정량의 세탁수가 외조(4) 내에 급수된 것을 검지한 마이크로 컴퓨터(50)는 급수 전자 밸브(27)를 폐쇄하여 급수를 정지시킨다. 그리고 회전 블레이드(6)를 정역 회전시키기 위해, PWM 신호 회로(74)에 소정의 주파수, 전압, 위상 관계의 3상 전원을 단속하여 3상 유도 전동기(7)에 공급하기 위한 정보를 출력한다. 그 결과, 회전 블레이드(6)가 정역 회전을 개시하여 세탁이 시작된다. 이 때, 고세정 세탁 버튼(81)이 눌려져 세탁이 개시된 것이면, 3상 전원의 주파수는 표준 세탁 버튼(80)이 눌려져 세탁을 행하는 경우의 설정 주파수보다높게 설정한다.

주지하는 바와 같이, 유도 전동기의 회전수는 입력 주파수에 비례한다. 즉 유도 전동기로 구동되는 회전 블레이드(6)의 회전 속도는 이 주파수에 비례하게 된다. 예를 들어 표준 세탁 버튼(80)이 눌려진 때의 주파수를 50 Hz로 설정하고, 회전 블레이드 회전 속도가 110 rpm이라 하면, 고세정 세탁 버튼(81)이 눌려진 때는 68 Hz로 설정하면, 회전 블레이드 회전 속도는 150 rpm이 된다. 단, 일반적으로는 전압과 주파수비를 일정하게 유지하여 거의 동일한 토크 회전수 특성을 갖게 하므로 주파수를 증가시켰다면 전압도 증가시키는 것이 바람직하다.

세탁조(5) 내에 급수된 세탁수는 칼슘, 마그네슘 등의 양이온을 함유하지 않으므로, 투입된 세제 중의 계면 활성제와 반응하여 불용성 금속 비누를 생성하거나 세정에 기여하는 계면 활성제량을 감소시켜 세정력을 저하시키는 일은 없다. 급수 종료후, 이온 교환 수단(28) 내에 남은 물은 소금물 배출구(29c)에 접속된 소금물 배출 파이프(64)로부터 천천히 외조(4)로 배출된다.

이상의 결과, 세탁시에서는 세탁조 내의 세탁용수 중에서 계면 활성제의 화학력이 증가한 상태가 된다. 또한 회전 블레이드의 회전 속도는 표준 세탁의 110 rpm 내지 150 rpm으로 증가한 상태로 설정된다. 그리고 세제가 용해된 세탁용수 중에서 세탁물을 교반하여 세정을 행한다. 이 화학력 증가와 회전 속도 증가에 수반하는 기계력 증가의 상승 효과로 후술하는 높은 세정력을 얻을 수 있다.

나트륨형 강산성 양이온 교환 수지(31)는 주지하는 바와 같이 가교된 3차원의 고분자 기체(基體)에 설폰산기와 같은 이온 교환기를 화학 결합으로 결합시킨합성 수지이다. 칼슘, 마그네슘 등의 2가 양이온을 포함한 수돗물이 양이온 교환 수지 사이를 흐르면, 양이온 교환 수지의 이온 교환기인 설폰산기와 수돗물 중의 양이온이 이온 교환되고, 그 결과 수돗물 내의 양이온이 제거된다. 화학식 1, 화학식 2에 나트륨형 강산성 이온 교환 수지의 이온 교환 반응식을 나타낸다.

R(SO₃Na)₂＋ CaCl₂↔ R(SO₃)₂Ca ＋ 2NaCl

R(SO₃Na)₂＋ MgCl₂↔ R(SO₃)₂Mg ＋ 2NaCl

여기에서, R은 이온 교환 수지의 고분자 기체이다. 나트륨형 이온 교환 수지는 -SO3의 음이온을 고정 이온, Na의 양이온을 대(對)이온으로 하는 것이고, 이온의 선택성을 이용하여 수중에 포함되는 칼슘, 마그네슘 등의 다가 양이온을 제거한다. 이온 선택성은 저농도, 상온 하에서는 강산성 양이온 교환 수지의 경우, 가수(價藪)가 높은 이온일 수록 크고, 동일 가수(價藪)에서는 원자 번호가 큰 것일 수록 크다. 천연수 속에 함유되는 이온에서는 화학식 3의 순이다.

Na⁺<K⁺<Mg²⁺<Ca²⁺

이온 교환 수지를 통과하는 수중의 칼슘, 마그네슘 이온은 화학식 1, 화학식 2의 좌변으로부터 우변으로의 반응으로 수지에 흡착하여 제거된다. 역으로 칼슘, 마그네슘 이온을 흡착한 수지에 고농도 소금물을 흘리면 화학식 1, 화학식 2의 우변으로부터 좌변으로의 반응으로 칼슘, 마그네슘 이온이 탈착하고, 수지가 원래 상태로 복귀하여 재생된다.

실험실 등에서 사용되는 시판용 소형 연수화 장치는 이온 교환 수지량이 1 내지 2 L로 처리 유량이 매시 10 L(매분 0.16 L) 정도의 능력인 것이 일반적이다. 전술한 바와 같이 가정용 세탁기에 있어서는 급수 시간을 단축하기 위해 직접 수도꼭지로부터 매분 10 L 이상의 유량으로 세탁조에 급수하고 있다. 이로 인해 상기와 같은 시판용 소형 연수화 장치의 처리 유량 장치에서는 급수 시간이 지나치게 길어지므로, 세탁 이외의 시간을 이용하여 배치 처리한 것을 일단 저수조에 저장한 후에 이용할 수 밖에 없다. 또한, 이온 수지량 1 내지 2 L는 가정용 세탁기에 탑재(내장)하기에는 용적이 지나치게 크다. 즉, 가정용 세탁기에서는 상술한 이온 교환 수지의 처리 유량, 수지량의 문제를 해결할 필요가 있다.

일본 국내에서 과거에 실시된 수도 통계에 따르면, 조사한 건수 중, 전체 경도 40 ppm 이하의 건수가 전체의 반수이며, 100 ppm을 초과하는 건수가 15 %나 있었다. 상가 평균에서는 54.5 ppm이다.

도7에 일본 국내의 정수의 경도 분포(일본 수도 협회 발행의 평성 6년도 수도 통계로부터)와, 소형 타입의 제오라이트 함유 시판용 합성 세제를 사용한 경우의 세정율과 경도의 관계를 세제 농도를 변수로 하여 나타낸다. 경도 분포는 각 정수장의 1일당 정수량을 고려한 것이며, 예를 들어 전체 정수량의 약 20 %는 40 내지 50 ppm 사이에 있는 것을 알 수 있다. 각 정수장의 정수량과 가정의 수가 비례한다고 하면, 전체 가정의 약 20 %는 40 내지 50 ppm의 수돗물을 사용하고 있게된다. 전국의 평균 경도는 52.9 ppm이며, 전체의 98 %는 100 ppm 이하이다. 세정율에 대해서는 세제 메이커의 지정 세제량인 세제 농도 0.067 wt %(중량 %)에서는 평균 경도 52.9 ppm 을 반감함으로써 세정율을 약 50 %나 증가시키는 것이 가능하다. 또한 경도 100 ppm에서는 이를 반감함으로써, 세제량을 2배(농도 0.133 wt %)로 한 때와 동등한 세정율을 얻을 수 있다. 즉, 세정량(농도)을 표준의 2배로 한 때의 세정율이 경도를 낮게 함으로써 표준 세제량에서 얻을 수 있다. 이와 같이 경도 성분인 칼슘 이온, 마그네슘 이온을 제거함으로써 세탁기의 세정력을 크게 개선할 수 있다. 또한 수돗물을 그대로 사용한 경우와 동등한 세정율로 좋다고 한다면 연수화에 의해 세제 사용량을 삭감할 수 있다. 또한, 경도가 40 ppm 이상의 지역에서는 세제량을 필요 이상으로 사용할 필요가 없어 환경에 끼치는 영향도 적어진다.

도7에 도시한 바와 같이 경도가 40 ppm 이하에서는 세정율이 대략 일정하고, 이 이상의 경도에서는 세정율이 저하한다. 경도 40 ppm 이하에서는 합성 세제에 함유되는 제오라이트가 경도 성분을 거의 전부 흡착하고 계면 활성제가 충분히 작용하므로 세정율이 대략 일정해지며, 이 이상의 경도에서는 제오라이트량이 부족하여 일부의 계면 활성제가 경도 성분과 반응하여 금속 비누를 생성하고, 그 만큼 계면 활성제량이 감소하므로 세정율이 저하하는 것이다. 따라서, 제오라이트 함유 합성 세제를 세탁에 사용하는 경우에는 이 40 ppm 정도까지 세탁수로부터 경도 성분의 칼슘 이온, 마그네슘 이온을 제거하는 것이 바람직하다. 한편, 비누에서는 도7과는 달리 경도의 증가와 함께 세정율이 저하하므로 가능한 한 경도 성분을 제거하는 것이 바람직하다.

이온 교환 수지의 이온 교환 성능은 이온 교환 용량, 이온 교환 속도 등으로 결정된다. 세탁기에서 이온 교환 수지를 사용하는 경우, 상술한 바와 같이 처리 유량은 매분 10 내지 15 L, 수지량은 세탁기에 탑재할 수 있도록 가능한 한 작은 것이 요구된다. 이를 위해서는, 이온 교환 속도를 극히 크게 하여 처리 유량을 확보하고, 이온 교환 용량을 크게 하여 수지량을 적게 하면 좋다. 이온 교환 용량, 이온 교환 속도는 이온 교환 수지의 가교도, 수지 구조(겔형, 다공성)나 수지 직경 등에 의해 변화한다. 그러나, 가교도가 높은 쪽이 이온 교환 용량은 증가하지만 이온 교환 속도가 저하하고, 다공성으로 하면 겔형보다 이온 교환 속도는 상승하지만 이온 교환 용량이 감소한다. 이와 같이, 이온 교환 수지의 가교도나 구조에서 양 쪽 성능을 동시에 향상시키는 것은 곤란하다.

도8은 경수 연화를 위해 가장 일반적으로 이용되고 있는 가교도 8 %의 나트륨형 강산성 이온 교환 수지에 대해서, 통수량에 대한 누설 이온 농도의 변화를 이온 교환 수지량과 수지 직경을 변수로 실험한 결과이다. 원수의 전체 경도는 100 ppm, 유량은 15 L/분이다. 실험한 수지량, 수지 직경에서는 어느 경우나 경도 성분이 누설되고, 그 농도는 수지량, 수지 직경에 따라 다르다. 통수 초기 단계에 서의 누설 이온 농도는 동일 수지 직경에서는 수지량이 많을 수록 작고, 수지량이 같은 경우는 수지 직경이 작은 쪽이 작다. 도9는 도8에 있어서의 통수 초기 단계의 누설 이온 농도를 이온 교환 수지의 전체 표면적(계산치)에 대해 정리하여 정정한 결과이다. 도면으로부터, 누설 이온 농도는 이온 교환 수지의 전체 표면적에대략 반비례하고 있으며, 이온 교환 속도는 이온 교환 수지의 전체 표면적에 비례하는 것을 알 수 있다. 이온 교환 수지의 전체 표면적은 이온 교환 수지량에 비례하고, 이온 교환 수지 직경에 반비례하므로, 수지 직경을 작게 함으로써 수지량을 적게 할 수 있다. 누설 이온 농도의 변화는 통수 초기 단계에서는 대략 일정한 농도이지만, 통수량이 증가해 가고 있다는 점에서 급격히 증가하고, 결국에는 이온 교환 능력을 잃은 원수와 같은 농도가 된다. 이온 교환 용량은 누설 이온 농도선과 원수 이온 농도선으로 둘러싸여진 면적(예를 들어 수지량 100 mL, 수지 직경 0.1 내지 0.2 ㎜인 경우, 도면 중 ABCD로 둘러싸여진 면적)으로 나타내지만, 수지 직경에는 관계없이 수지량에만 비례한다.

도8의 이온 교환 수지의 이온 교환 용량은 2.0 meq/mL - R(이온 교환 수지 1mL당 2.0 당량)이며, 수지 1 mL당 CaCO3 환산으로 100 ㎎의 경도 성분을 제거할 수 있다. 현재, 전체 경도 100 ppm의 수돗물을 유량 15 L/분으로 흘리고, 정격 용량 9 ㎏의 전자동 세탁기의 고수위 1회분의 수량 88 L를 연수화하는 것을 고려할 수 있다. 연수화는 제오라이트 함유 합성 세제의 세정력에 영향을 끼치지 않는 40 ppm까지가 좋다고 하면, 제거해야 할 경도 성분은 5.28 g(CaCO3 환산)이며, 이온 교환 용량만 고려하면 필요 최소 수지량은 52.8 mL의 소량이 좋다. 그러나, 이온 교환 속도를 고려하면 이 수지량에서는 40 ppm까지 연수화할 수 없다. 실제로는 도8과 같이 수지 직경 0.1 내지 0.2 ㎜인 경우에서 100 mL, 수지 직경 0.3 내지 0.5 ㎜에서 150 mL, 수지 직경 0.3 내지 1.1 ㎜에서 260 mL의 수지량이 없으면 40 ppm 이하로는 할 수 없다. 그러나, 수지 직경을 0.1 내지 0.2 ㎜나 0.3 내지 0.5㎜로 함으로써, 처리 유량이 매분 15 L라도 수지량을 100 내지 150 mL로 적게 할 수 있고 가정용 세탁기로의 탑재가 가능해진다.

도10은 수지 직경 0.1 내지 0.2 ㎜, 수지량 100 mL의 이온 교환 수지를 이용한 이온 제거 수단에, 유량 15 L/분으로 수돗물(전체 경도 100 ppm)을 흘린 경우의 누설 이온 농도와 통수량의 관계이다. 도면 중 ● 표시가 첫 회 통수시 즉 이온 교환 수지가 신품인 경우이다. 통수량이 50 L까지는 누설 이온 농도는 약 12 ppm으로 일정하다. 여기에서 누설 이온 농도는 증가를 시작하지만, 통수량 100 L까지는 누설 이온 농도 40 ppm 이하를 유지하고 있다. 그리고 통수량이 150 L에서 이온 교환 능력을 잃고, 누설 이온 농도가 원수 경도와 동일해진다. 따라서, 상술한 소금물에 의한 재생 처리가 필요해진다. 이 재생 처리에 대해서는 후술한다. 정격 용량 9 kg의 전자동 세탁기에서 고수위(수량은 88 L)까지 급수하면, 세탁수의 경도는 도면 중 ○ 표시로 나타내는 바와 같이 약 18 ppm이 되며, 경도에 의한 세정 성능의 저하는 일어나지 않는다.

도11에, 종래의 상용 전원(50 Hz) 구동 단상 유도 전동기에 의한 인공 오염 옷감 세정(JIS에 규정되는 세탁기의 세정 성능 평가법)을 기준으로, 회전 블레이드 회전수, 시간, 이온 제거 수단을 이용한 세탁용수 연수화를 변수로 하여 실험한 결과의 세정력을 막대 그래프로 나타낸다. 기준(a로 나타내는 회전 블레이드 회전 속도 110 rpm, 시간 9분, 세탁용수 경도 100 ppm, 세정력 1)에 비해, 다른 조건은 a와 같게 하여 회전 블레이드의 회전 속도만을 1.36배(150 rpm)로 하면(b로 나타냄), 세정력은 1.25가 된다. 마찬가지로 시간만을 2배(18분)로 하면(c로 나타냄),세정력은 1.29가 된다. 마찬가지로 세탁용수로서 이온 제거 수단으로 경도를 60 % 낮춘 물을 이용하면(d로 나타냄), 세정력은 1.26이 된다. 마찬가지로 세정량 즉 세제 농도를 1.2 배로 하면(e로 나타냄), 세정율은 1.09가 된다.

이 결과에서, 이온 제거 수단의 세정에 끼치는 효과는 기계력을 기준의 2배로 한 것과 거의 같은 효과를 지니는 것을 알 수 있다. 또한 회전 블레이드의 속도를 1.36배로 하여 기계력을 증가시키는 것과 시간을 2배로 하여 기계력을 증가시키는 것은 세정에 대해 같은 효과를 주는 것을 알 수 있다.

한편, 옷깃, 소매 등의 때는 전술한 실험에서의 세정력이 1.6까지 되지 않으면 주부에게 때가 잘 빠진다는 인상을 줄 수 없다는 결과를 주부 모니터에 의한 주관 평가에서 얻었다. 즉, 주부가 Y 셔츠 등의 옷깃, 소매의 때는 종래의 세탁기에서는 제거할 수 없다고 단념하고 불만족스러워하면서 오염 부분에 고농도의 세제를 적셔 손으로 비벼 빨고나서, 세탁기로 세탁했던 것을 해소하기 위해서는 실험에서의 0세정력을 1.6으로 할 필요가 있는 것을 나타내고 있다.

이 세정력을 얻기 위해, 기계력에만 의지한다고 하면 도11의 결과로부터 기준과 회전 속도가 같으면, 시간을 3배 정도로 할 필요가 있다. 또한 기준과 시간이 같으면 회전 속도는 약 2배 정도로 해야만 한다.

그러나 기계력을 증가시키는 것은 세탁물의 손상을 증가시키고 세탁물의 마무리를 악화시키는 데 이어진다. 또한 옷감의 얽힘도 증가시키므로, 세탁 종료후에 세탁조로부터 세탁물을 빼내는 데 많은 노력이 필요해진다. 또한 회전 속도 증가에 수반하는 소음 증가 및 시간 증가에 따른 소비 전력 증가도 있다. 즉 기계력에만 의존하는 것은 아무래도 비현실적이다.

본 실시예에서는 이온 제거 수단에 의한 연수화로 세정력을 올린 다음, 회전 블레이드의 실용적인 회전 속도 1.3배화로, 도11에 f로 나타내는 바와 같이 세정력 대략 1.57을 달성하는 세정력을 얻을 수 있다.

세탁용수의 연수화의 효과에 세제의 거품이 좋아지는 것을 들 수 있다. 특히 가루 비누에서는 현저하다. 또한 회전 속도를 올림으로써, 세탁용수가 잘 교반되고, 공기의 수중 용해가 촉진됨으로써 더욱 거품이 좋아진다. 이로 인해 세탁물이 거품으로 둘러싸여 부상하게 되고, 세탁용수는 소량이라도 세탁물끼리의 접촉 마찰의 기회가 증가한다. 즉 적은 세탁용수에서 세탁물에 부여하는 기계력이 증가하게 된다.

표준 세탁에서, 세탁물 5 ㎏에 대해 물 56 L, 세제 농도가 0.067 wt %가 되는 세제량 37 g을 사용한다고 하면, 고세정 세탁에서는 같은 세탁물 5 ㎏에 대해 물 45 L로 함으로써, 같은 세제량 37 g으로 세제 농도를 1.2 배의 0.08 wt %로 할 수 있다. 이렇게 함으로써 도11에 g로 나타내는 바와 같이 세정력 1.62 %라는 높은 세정력을 얻을 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 실시예에서는 오염이 심한 세탁물에 대해 고세정 세탁 코스를 마련하고, 정격 용량의 6 내지 7할(약 5 ㎏)의 세탁물에 대해 이온 제거 수단에 의한 세탁용수의 연수화와 회전 블레이드 회전 속도의 증가에 의해 높은 세정력을 발휘하고 있다.

세탁 공정이 종료되었다면, 마이크로 컴퓨터(50)는 배수 밸브(13)를 개방하고, 외조(4) 내의 세탁수를 배수한다. 배수 종료후, 탈수 행정으로 이행한다. 탈수 공정에서는 마이크로 컴퓨터(50)는 전동 장치(9)의 솔레노이드(9a)를 제어하여 3상 유도 전동기(7)로 세탁조(5)를 고속으로 회전시킨다. 이 사이 배수 밸브(13)는 개방되어 있다.

탈수 공정 종료후, 배수 밸브(13)를 폐쇄하고, 이어서 헹굼 공정으로 이행한다. 헹굼 공정은 그 방법에도 의존하지만 통상 1회 내지 2회 행한다. 일단 외조(4)에 물을 저장하고 나서 회전 블레이드(6)를 회전시키고, 의류에 잔류한 세제를 희석하는, 이른바 저장 헹굼에서는 앞의 세탁 급수와 대략 동수량이 필요해진다. 따라서, 이온 제거 수단(28)을 통과하는 수량은 앞의 세탁 급수에서의 88 L, 이 헹굼에서의 88 L × 2회의 합계 264 L가 된다. 도10에 도시한 바와 같이 통수량 150 L에서 이온 교환 능력을 잃게 되므로, 1회째의 헹굼 급수의 도중으로부터 경도는 원수와 동일해진다. 그러나, 헹굼 공정에서는 경도의 영향은 없으므로, 경도가 높은 물을 공급해도 상관없다. 헹굼 공정시의 급수는 최종 헹굼 공정 이외, 헹굼 공정시와 전부 동일하므로, 여기에서는 외조(4)에 물을 저장해 행하는 최종 헹굼 공정과, 최종 헹굼 공정 중에 행하는 이온 교환 수지(31)의 재생 처리에 대해서 설명한다. 우선 급수 전자 밸브(27)를 개방하고, 전술한 세탁 급수와 마찬가지로 수돗물을 이온 제거 수단(28)을 통하게 하고, 외조(4) 내로 헹굼수를 공급한다. 수돗물이 이온 제거 수단의 상부 챔버(60b)를 채우고, 역지 밸브(60f)가 구멍(60e)을 폐쇄한 상태(이것은 급수 전자 밸브(27)를 개방한 후 소정 시간 경과했다고 판단함)가 되었다면, 마이크로 컴퓨터(50)는 소금 주수 전자 밸브(63)를 개방한다. 수돗물은 소금 주수 전자 밸브(63)를 통하여, 소금 주수구(60h), 소금 주수관(60i)으로부터 소금 투입 챔버(60a)로 유입한다. 소금 주수관(60i)의 개구부는 수돗물이 소금(62)에 샤워형으로 주수되는 형상으로 되어 있는 것이 바람직하다. 이 주수량은 60 내지 70 mL의 소량으로 충분하다. 이 양은 적어도 1조분(88 L)의 세탁수를 경도 40 ppm 이하로 하는 필요 소금량으로부터 설정하고 있다. 주수량은 소금 주수관(60i)의 내경을 작게 하거나, 소금 주수 경로의 도중에 드로틀(도시 생략)을 넣는 것 등으로 유로를 교축하고, 유량을 적게 하는 동시에, 소금 주수 전자 밸브(63)의 개방 시간을 제어하여 조정한다. 소정량 예를 들어 60 mL(도5 중 파선 B까지) 주수하는 시간이 경과하였다면, 마이크로 컴퓨터(50)는 소금 주수 전자 밸브(63)를 제어하여 주수를 정지한다. 이 때는 아직 급수 전자 밸브(27)는 개방하고 있으며, 급수가 계속되고 있다. 소금 투입 챔버(60a)에 주수된 수돗물은 덮개(61)의 상면에 공기 구멍(61b)이 설치되어 있으므로, 소금(62)을 용해하면서 소금 입자 유출 방지 필터(60g)를 통하여 소금물 챔버(60k)로 유입하지만, 역지 밸브(60f)가 구멍(60e)을 폐쇄하고 있으므로, 소금물 챔버(60k)가 가득차면 유입이 정지된다.

수위 센서(11)로 소정량의 물이 외조(4)에 급수된 것을 검지하면, 마이크로 컴퓨터(50)는 급수 전자 밸브(27)를 폐쇄하여 급수를 정지시키고, 회전 블레이드(6)를 정역 회전시켜 세탁물을 교반하여 헹굼을 개시한다. 이 헹굼 공정에서는 기계력은 필요하지 않으므로, 회전 블레이드의 회전 속도는 표준 세탁과 같아도 좋다. 급수가 정지되면, 원통 용기(60) 내의 수돗물은 수돗물의 수면(도5 중파선 A)과 소금물 배출 파이프(64)의 출구와의 높이 차에 의한 수두(head)에 의해 소금물 배출구(29c)로부터 소금물 배출 파이프(29b)를 통하여 서서히 흘러나온다. 동시에 토출구(29b)로부터 공기가 상부 챔버(60b)로 들어와 상부 챔버(60b)가 대기압이 되므로, 역지 밸브(60f)의 볼이 자중에 의해 떨어지고, 구멍(60e)이 개방된다. 그러면 소금물 챔버(60e) 내의 소금물은 구멍(60e)으로부터 서서히 상부 챔버(60b) 내로 흘러내리고, 이 만큼 소금물 투입 챔버(60a)로부터 소금(62)을 용해한 소금물이 소금물 챔버(60k)로 보급된다. 이것은 소금 투입 챔버(60a)에 주수된 수돗물이 사라질 때까지 계속된다. 이 때, 소금물 챔버(60k)로 유입한 소금물에는 약 20 내지 22 g의 소금이 용해되고, 농도는 약 26 wt %가 된다. 이 농도는 대략 소금의 포화 농도(소금의 용해도는 물 100 mL당 35.7 g, 0 ℃시)와 같다. 이 후 소금물은 이온 교환 수지(31) 층을 흘러내리고, 하부 챔버(60c)를 경유하여 소금물 배출구(29c)로부터 소금물 배출 파이프(64)를 통하여 헹굼용 물이 들어온 외조(4) 내에 배출되고, 헹굼물로 희석된다. 소금물이 이온 교환 수지(31) 내를 흐름으로써, 화학식 1, 화학식 2의 우변으로부터 좌변으로의 반응이 일어나고, 급수시에 수돗물의 통과로 이온 교환된 칼슘 이온, 마그네슘 이온과 소금물 속의 나트륨 이온이 치환된다. 이것으로, 이온 교환 수지(31)는 재생되고, 이온 교환 능력이 부활하고, 다음 회 세탁시의 세탁 공정에서의 급수에서 이용할 수 있게 된다. 칼슘 이온, 마그네슘 이온은 소금물과 함께 헹굼수 중에 배출된다.

재생할 때에 소금 투입 챔버(60a) 내의 소금(62)은 약 20 g씩 소비되고, 서서히 감소한다. 사용자는 소금 투입 챔버(60a)에 남아 있는 소금량을 투명한덮개(61)를 통하여 확인하고, 사라지는 대로 덮개(61)를 개방하여 보충한다.

소금물은 헹굼 공정의 교반 시간(3 내지 4분) 내에 모든 외조(4) 내로 흘러내린다. 이 때, 소금물 챔버(60k)로부터의 소금물 공급량보다 소금물 배출 파이프(64)로부터의 소금물 배출량을 적게 한 쪽이 좋다. 이것은 소금물이 상부 챔버(60b)에 저장되도록 하기 위해서이다. 이와 같이 함으로써, 소금물이 이온 교환 수지(31) 층의 일부만을 통과하지 않고 균일하게 통과하여 효율적으로 재생을 행할 수 있다. 이로 인해,

(1) 소금물 통과의 장애가 되는 소금 입자 유출 방지 필터(60g)의 면적을 크게 하여 충분한 양의 소금물을 통과할 수 있도록 한다. 실시예에서는 약 1분 이내에 소금물이 통과한다.

(2) 구멍(60e)의 직경을 소금물 배출구(20c)의 내경 또는 소금물 배출 파이프(64)의 내경보다 크게 한다. 실시예에서는 구멍(60e)의 직경을 3 ㎜, 소금물 배출구(20c)의 내경을 2 ㎜로 했다.

또한, 소금물 배출 파이프(64)의 출구(64a)의 위치에 의해 소금물이 흘러내기는 시간이 다르다. 이것은 소금물의 흘러내림이 원통 용기(60) 내의 소금물 수면과 소금물 배출 파이프(64)의 출구(64a)와의 수두에 의해 결정되기 때문이다. 따라서, 출구(64a)를 하부 챔버(60c)의 바닥부로부터 멀어지게 할 수록 소금물의 흘러내림 시간은 짧아진다. 소금물 배출구(20c)의 내경이 2 ㎜인 경우, 출구(64a)를 하부 챔버(60c)의 바닥부로부터 150 ㎜ 정도로 하면, 공급된 60 mL에 20 g의 소금이 용해된 소금물은 3 내지 4분에서 대부분이 원통 용기(60) 내부로부터 외조(4)로 흘러내린다. 또, 실제로는 표면 장력에 의해 이온 교환 수지 사이에는 약간의 소금물이 남아 있지만, 다음 회 세탁시에의 영향은 거의 없다. 물론, 소금물이 흘러내린 후, 급수 전자 밸브(27)를 개방하여 1 내지 2 L의 수돗물을 통과시켜, 이온 교환 수지 사이에 남은 소금물을 씻어 내리는 공정을 추가해도 된다. 최종 헹굼 공정과 이온 교환 수지 재생 공정이 종료되었다면, 헹굼물을 배수후, 탈수 공정을 행하고, 전세탁 공정을 종료한다.

본 실시예에서는, 급수시는 하부 챔버(60c)로부터 상부 챔버(60b)를 향해 상방으로 물이 흐르고, 재생시는 상부 챔버(60b)로부터 하부 챔버(60c)를 향해 하방으로 소금이 용해된 물이 흐르도록 하고 있다(급수시와 재생시에서 물의 흐름 방향이 반대). 재생용의 물을 상방으로 흘리는 것은 중력으로 재생용의 물을 흘릴 수 있으므로 이온 제거 수단(28)의 구조를 간략화할 수 있기 때문이다. 또한, 급수를 상방을 향해 흘리는 것은 상부 챔버(60b)로부터 하부 챔버(60c)를 향해 흘린 경우, 상부 챔버(60b)에는 수도 압력(0.3 내지 8 ㎏f/㎠)이 작용하여 역지 밸브(60f)를 이 압력에 견디는 구조로 할 필요가 있으며, 구조의 복잡화나 신뢰성의 저하로 이어지기 때문이다. 또한, 급수시와 재생시에서 물의 흐름을 반대로 하는 것은 재생 효율 면에서 유리한 것이 일반적으로 알려져 있는 것에 따른다.

상기에서 재생 처리된 이온 교환 수지(31)에, 다음 급수시에 수돗물(전체 경도 100 ppm)을 통과한 경우의 누설 이온 농도를 도10에서 ■ 표시로 나타낸다. 통수 개시 직후의 누설 이온 농도는 첫 회(신품시)와 동등하지만, 첫 회보다도 빠르게 증가하고, 60 L 약에서 40 ppm을 초과하고, 약 90 L에서 이온 교환 능력이 사라지고 있다. 세탁 급수 중에 경도 40 ppm을 초과하고 있지만, 외조(4)에 저장된 세탁수의 경도는 도10 중 □ 표시로 나타내는 바와 같이 고수위(수량 88 L)라도 약 38 ppm이다. 따라서, 상기 재생 처리를 행함으로써, 제오라이트 함유 합성 세제를 사용한 경우에 세탁 성능이 저하하지 않는 경도 40 ppm 이하의 세탁수를 고수위 1조 만큼 얻을 수 있다. 이어지는 헹굼 공정에서는 이온 교환 능력이 사라지고 있으므로, 공급되는 물의 경도는 원수와 동일해지지만, 헹굼 성능에 끼치는 영향은 없다. 즉, 이온 교환 수지량은 세탁 급수에서 이온 교환 능력이 포화하도록 설정하고 있으므로, 필요 이상의 이온을 흡착할 수 없으므로, 이온 제거 수단의 소형화와 재생용의 소금량을 적게 할 수 있는 것으로 이어진다.

또, 2회째 이후의 누설 이온 농도가 첫 회보다 많은 것은, 전술한 재생 처리에서는 이온 교환기 모두가 재생할 수 없는 것을 나타낸다. 도10으로부터 첫 회의 이온 교환 용량을 구하면, 약 10 g(CaCO3 환산)이다. 이를 모두 소금물 중의 나트륨 이온과 교환하기 위해서는, 화학식 1, 화학식 2를 이용하면 소금 12 g 정도가 필요하다. 상기의 재생 처리에서 공급되는 소금량은 약 20 내지 22 g이며 충분한 양이다. 소금으로의 주수량을 60 mL보다 적게 하면, 88 L 급수시의 경도가 40 ppm을 초과해 버린다. 이로 인해, 소금으로의 주수량은 최저에서도 60 mL 필요하다. 재생 처리 후의 2회째 이후에서는 이온 교환 용량은 약 5.5 g(CaCO3 환산)이며, 재생율은 55 %가 된다. 이 재생율을 높이기 위해서는 주수량을 증가시키고 소금물을 증가시키면 된다. 그러나, 상술한 바와 같이 재생율 55 %로 정확히 1조(88 L) 만큼을 처리할 수 있으므로, 이 이상의 재생율을 높이는 것은 소금을 불필요하게 소비하게 된다. 따라서, 소금으로의 주수량은 60 mL, 여유있게 해도 70 mL로 충분하다.

본 재생 방법에 따르면, 소량이지만 고농도의 소금물과 함께 이온 교환된 칼슘 이온, 마그네슘이 헹굼수 속으로 들어간다. 이로 인해, 헹굼수의 경도가 공급된 것보다 높아진다. 그러나, 경도 성분은 헹굼 성능에 영향을 주지 않으므로 문제는 없다. 또한, 소금은 60 mL의 물에 용해된 20 g 중 약 6.5 g이 이온 교환 수지의 재생에 사용되고, 헹굼수 중에는 13.5 g이 배출된다. 그러나, 대량의 헹굼수로 희석되므로, 세탁조(5)를 구성하는 스테인레스 등에 녹을 발생할 우려는 없다. 덧붙여서, 용량 8 ㎏의 전자동 세탁기의 사용수량은 25 내지 88 L 정도이지만, 이 물로 희석하면 농도는 0.054 내지 0.015 wt %가 되며, 생리 식염수의 0.9 wt %보다 낮다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 이온 교환 수지의 수지 직경과 수지량을 최적화하였으므로, 급수 유량 15 L/분으로, 세탁 급수시만 소정량의 이온 제거 성능을 갖는 소형이면서 저렴한 이온 제거 수단을 실현할 수 있고, 세탁기로의 탑재가 가능해졌다. 또한, 헹굼 급수시에는 이온 제거 능력이 없어 필요 없는 이온을 흡착하지 않으므로 재생용의 소금량을 적게 할 수 있다. 이온 교환 수지의 재생 처리에 대해서는 어느 가정에나 있는 소금을 용해한 소금물을 이용하여 최종 헹굼 공정 중에 자동적으로 행하도록 했다. 이로 인해, 사용자는 일주일 동안에 한 번(세탁 7회에 한 번) 소금을 약 150 g 소금 투입 챔버에 투입하는 간단한 조작만 행하므로 불필요한 수고가 들지 않는다. 또한, 소금은 매우 저렴하므로 재생 비용도거의 들지 않는다.

그리고, 이 이온 제거 수단을 통과한 세탁용수는 그 경도가 크게 감소하고, 세제의 화학력을 높이는 것이 가능해져 세정 능력을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 오염이 심한 세탁물에 대해서는 전동기의 가변속 제어 수단으로 회전 블레이드의 회전 속도를 높여 기계력을 올리고, 앞의 화학력 향상과의 상승 작용으로 세정력을 60 % 향상시킬 수 있다. 이 때, 이온 제거 수단에 의한 화학력 향상이 세탁 시간의 증가, 세탁에서의 소비 전력의 증가를 억제하는 효과를 올리고, 세탁물의 손상, 얽힘을 현실적인 범위로 억제하면서, 종래 곤란했던 Y 셔츠 등의 옷깃과 소매의 때를 손세탁 등의 전처리 없이 세탁기만으로 제거하는 것을 가능하게 하고 있다.

회전 블레이드의 회전 속도(작동기의 구동 속도)는 세정 효과를 올리기 위해 높게 할 뿐만 아니라, 야간의 사용을 고려한 경우, 반대로 회전 속도를 낮게 제어(조정)함으로써, 소음 레벨이 작은 조용한 운전(운전 모드)을 실현하는 것도 필요하다. 이와 같은 운전 모드(세탁 모드)에서는 세정 효과의 저하를 방지하기 위해, 세탁물에 가해지는 기계력의 저하를 연수화에 의한 세정 효과의 향상으로 보충한다. 이에 의해, 세탁 시간(기계력 부여 시간)의 증가를 저감할 수 있는 동시에, 높은 세정 효과를 얻을 수 있다.

이상의 설명에서는, 소금(62)으로의 수돗물의 주수는 최종 헹굼 공정의 급수 중에 행하였지만, 다음과 같이 행해도 같은 효과를 얻을 수 있다. 급수 전자 밸브(27)를 개방하고, 외조(4) 내에 최종 헹굼 공정의 물을 공급한다. 수위센서(11)로 소정량의 물이 외조(4)에 공급된 것을 검지하면, 마이크로 컴퓨터(50)는 급수 전자 밸브(27)를 폐쇄하여 급수를 정지시키고, 회전 블레이드(6)를 정역전시켜 세탁물을 교반하여 헹굼을 개시한다. 급수가 정지하면, 원통 용기(60) 내의 수돗물은 토출구(29b)와 소금물 배출 파이프(64)를 통하여 흘러나오고, 상부 챔버(60b) 내의 수위가 저하해 간다. 동시에, 역지 밸브(60f)의 볼은 자중에 의해 떨어지고, 구멍(60e)이 개방된다. 상부 챔버(60b) 내의 수위가 토출구(29b)보다 낮아지면, 수돗물은 모두 소금물 배출 파이프(64)로부터 흘러나온다. 그리고, 상부 방(60b) 내의 수위가 토출구(29b)보다 낮아졌다면(도5 중 파선 A), 마이크로 컴퓨터(50)는 소금물 주수 밸브(63)를 개방하고, 규정량의 물을 소금 투입 챔버(60a)에 공급한다. 소금 투입 챔버(60a)에 공급된 물은 소금(62)을 용해하면서 소금 입자 유출 방지 필터(60g)를 통하여, 소금물 챔버(60k)로 유입하고, 구멍(60e)으로부터 서서히 상부 챔버(60b) 내로 흘러내린다. 이 때, 상부 챔버(60b) 내의 수위는 토출구(29b)보다 하방에 있으므로, 상부 챔버(60b)로 흘러내린 소금물이 토출구(29b)로부터 흘러나와 불필요해지는 일 없이 공급된 소금물은 모두 이온 교환 수지(31) 내를 통과한다. 이로 인해, 이온 교환 수지(31)의 재생을 효율적으로 행할 수 있는 이점이 있다.

또한 회전 블레이드 구동 전동기로서 3상 유도 전동기를 예시하였지만, 이것은 직류 전동기 등의 다른 형식의 전동기라도 상관없다. 이 경우, 전동기의 가변속 제어 수단으로서는 전동기로의 인가 전압을 가변하는 회로 등을 설치하고, 인가 전압을 가변하여 전동기의 회전 속도를 제어하는 구성으로 하면 된다. 또한, 전동기의 회전 속도를 홀 소자 등의 회전 센서로 검출하고, 마이크로 컴퓨터를 거쳐서 인버터 회로에 피드백시켜 고정밀도의 회전 속도를 실현하는 구성이라도 상관없다.

기타, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경하여 실시할 수 있는 것이다.

상술한 실시예에 따르면, 이온 교환 능력을 갖는 소재를 소형으로 구성하고, 또 세탁기에 장착한 상태에서 재생 처리하여 이용하는 것을 가능하게 한 이온 제거 수단과, 회전 블레이드의 회전 속도를 세탁물의 오염에 따라 가변하는 가변속 제어 수단을 마련하였으므로, 세정에 있어서의 화학력과 기계력을 동시에 높이고, 그 상승 효과에 의해 시간 및 소비 전력을 증가시키지 않고 높은 세정 능력을 구비한 세탁기를 제공할 수 있다. 그리고, 종래 세탁기에서는 곤란했던 Y 셔츠 등의 옷깃과 소매 등의 때를 제거할 수 있게 되었다.

본 발명에 관한 상기 실시예에 따르면, 오염의 정도에 따라서 작동기의 구동 속도를 변경할 수 있으므로, 세탁물에 기계력을 부여하는 시간을 일부러 길게 하지 않고도 세정 효과를 높일 수 있다. 또한, 세탁수 중에 함유되는 세정 효과를 약하게 하는 이온을 저감함으로써 세정 효과의 향상에 의해 기계력의 저하를 경감할 수 있으므로, 작동기의 구동 속도를 느리게 해도 세탁 시간의 증가를 저감할 수 있다.

또한 이온 교환 능력을 갖는 소재를 단시간에 재생하여 사용할 수 있으므로, 이온 교환 수단 또는 이온 제거 수단을 소형으로 세탁기에 설치할 수 있다.

Claims

외부 프레임과, 상기 외부 프레임에 지지되어 세탁물을 수용하는 세탁조와, 상기 세탁조에 급수하는 급수 수단과, 상기 세탁조 내의 물을 배수하는 배수 수단과, 상기 세탁조 내의 세탁물에 기계력을 부여하기 위한 작동기와, 상기 작동기의 구동 수단과, 상기 구동 수단을 제어하는 제어 수단을 구비한 세탁기에 있어서,

상기 급수 수단의 급수 경로 도중에, 급수되는 물 내에 함유되는 칼슘 이온 및/또는 마그네슘 이온을 저감하는 이온 교환 수단을 구비하는 동시에, 상기 제어 수단으로서 세탁물의 오염 정도에 따라 상기 작동기의 구동 속도를 변경하는 가변속 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 세탁기.
제1항에 있어서, 상기 작동기는 상기 세탁조의 바닥부에 구비되는 회전 블레이드로 구성되고, 상기 가변속 제어 수단은 상기 회전 블레이드의 회전 속도를 가변 제어하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 세탁물의 양과는 독립하여 회전 속도를 선택하는 수단을 추가로 구비하고, 상기 수단의 선택 결과에 의거하여 상기 가변속 제어 수단은 작동기의 구동 속도를 변경하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
제1항에 있어서, 상기 이온 교환 수단으로서, 이온 교환 능력을 갖는 소재와상기 급수 수단에 의해 급수된 물이 상기 소재에 닿도록 형성된 유로를 갖는 용기를 구비한 것을 특징으로 하는 세탁기.
제4항에 있어서, 상기 이온 교환 수단은 세탁기에 부착된 상태에서, 상기 소재의 이온 교환 능력을 재생하는 재생 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 세탁기.
제1항에 있어서, 상기 이온 교환 수단으로서, 상기 급수 수단의 급수 경로의 도중에 이온 교환 능력을 갖는 소재를 수납한 용기와, 상기 급수 수단에서 급수한 물이 상기 소재에 닿도록 상기 용기 중에 형성된 유로와, 상기 소재의 상방에 상기 소재의 재생제를 넣는 제1 챔버와, 상기 제1 챔버의 하측에 상기 제1 챔버와 필터로 구획된 제2 챔버와, 상기 제1 챔버에 주수하는 주수 수단과, 상기 소재에 닿아 급수된 물이 상기 제2 챔버로 유입하는 것을 방지하는 동시에, 상기 주수 수단에서 주수되고, 상기 재생제가 용해된 용액을 상기 제2 챔버로부터 상기 소재로 흘러내리게 하는 통로를 설치한 것을 특징으로 하는 세탁기.
제1항에 있어서, 상기 이온 교환 수단으로서, 상기 급수 수단의 급수 경로 도중에 이온 교환 능력을 지닌 소재를 수납한 용기와, 상기 급수 수단에서 급수한 물이 상기 소재에 닿도록 상기 용기 내에 형성된 유로와, 상기 회전 블레이드의 회전 속도를 가변하는 가변속 제어 수단과, 상기 세탁조 내로의 세탁물의 출입을 가능하게 하는 개구를 갖도록 상기 외부 프레임의 상면에 설치된 상부 커버에 제1 세탁 공정을 지시하는 제1 조작 버튼 및 제2 세탁 공정을 지시하는 제2 조작 버튼을 설치하고, 제2 세탁 공정에 있어서의 회전 블레이드의 회전 속도를 제1 세탁 공정에 있어서의 회전 블레이드의 회전 속도보다 크게 한 것을 특징으로 하는 세탁기.
제7항에 있어서, 상기 제2 세탁 공정에 있어서의 세탁용수량을 제1 세탁 공정에 있어서의 세탁용수량 보다 작게 한 것을 특징으로 하는 세탁기.