KR100357826B1 - 통풍구를 구비한 세탁기의 피씨비 방열구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PCB 스위칭소자 및 히트싱크의 설치공간을 이루는 케이스에 통풍구(Vent)를 구비하여 히트싱크만으로 불충분한 PCB의 방열을 향상시킴으로써, 세탁기의 수명연장 및 제품의 신뢰성을 확보하도록 하는, 통풍구를 구비한 세탁기의 PCB 방열구조에 관한 것이다. 종래기술은 케이스가 밀봉구성되어 히트싱크에서 케이스 내 공기로의 대류에 의한 열전달이 잘 일어나지 않는 문제점이 있었다.

본 발명은, PCB 및 히트싱크가 설치되는 통상의 세탁기에 있어서, 상기 PCB 및 히트싱크가 설치되는 세탁기 케이스 내의 공기 대류를 위하여, 상기 PCB 및 히트싱크를 방수보호하며, 케이스 하부에 형성되는 흡기구와, 상부에 형성되는 배기구로 이루어지는 통풍구를 구비함을 특징으로 하는 것으로서,

상기 케이스(10)에 형성되는 통풍구의 흡기구(110) 및 배기구(120)에는 각각 PCB 및 히트싱크 설치공간으로의 물유입 방지를 위한 방수수단을 구비하고,

상기 통풍구의 흡기구(110)에 구비되는 방수수단은, 흡기구(110)가 형성된 케이스 하부와 소정 간격을 띄우고 지그재그로 형성되는 차수판(130)으로 이루어지며, 상기 흡기구(110) 및 배기구(120)에는 유입되는 물줄기의 속도와 수량을 감소시키기 위한 차감수단(123)으로, 망체 또는 스펀지를 부착함을 특징으로 하는 것임.

Description

통풍구를 구비한 세탁기의 피씨비 방열구조{Cooing Design with Air Vent for PCB in Wahing Machine}

본 발명은 세탁기의 PCB의 방열에 관한 것으로서, 특히 PCB 스위칭소자 및 히트싱크의 설치공간을 이루는 케이스에 환기를 위한 통풍구(Vent)를 구비하여 히트싱크만으로 불충분한 PCB의 방열을 향상시켜 소자의 열화를 방지할 수 있도록 하는 통풍구를 구비한 세탁기의 PCB 방열구조에 관한 것이다.

최근에 에너지 효율에 대한 관심도가 증가하면서, 세탁기 등의 가전제품에 소비전력 저감을 위하여 인버터(Inverter)방식을 많이 채용하는 추세이다.

인버터방식의 제품은 모터 등의 구동을 제어하는 PCB의 파워소자들의 내부 저항이나 외부 온도요인에 의해 온도가 상승하게 되는데, 이러한 소자들들 냉각시키지 않을 경우 소자가 열화되어 파손이나 오작동 등의 문제를 야기하게 되고, 제품의 신뢰성과 수명에 직결되어, 소자 냉각을 위하여 소자들의 열화를 방지하게 위해 히트싱크(Heat Sink)를 부착하게 된다.

도 1은 일반적인 세탁기(1)의 개략적인 구성도이다. 도시된 바와 같이. 세탁물과 물, 세제를 넣고 교반운전을 통해 세탁을 하게 되는 세탁조(20)와 이 세탁조를 구동시기 위한 모터(30), 케이스(210) 내부에 모터의 구동을 제어하기 위한 콘트롤러 (=PCB)(40) 및 이 PCB 스위칭소자(50)의 냉각방열을 위해 PCB(40)에 부착된 히트싱크(60)들이 내설되어 있다.

일반적으로 PCB 스위칭소자(50)의 방열은, 알미늄으로 압출제작한 히트싱크 (60)를 방열 소자 표면에 부착시켜, 소자(50)의 열을 표면적이 넓은 히트싱크(60)로 전도시켜 히트싱크(60) 표면에서 PCB 및 히트싱크를 내장하는 케이스(210) 내, 공기와 열교환되게 함으로써 방열이 이루어지도록 하고 있다.

히트싱크(60)를 부착시킨 파워소자(50)의 방열은, 이들을 내장하는 케이스의 구조에 따라, 첫째, 통풍구가 없는 밀봉상태의 자연대류, 둘째, 통풍구가 있는 자연대류, 셋째, 통풍구와 팬 등에 의한 강제대류의 3가지 유형으로 대별할 수 있다.

세탁기의 경우 비용상승 때문에 냉각팬을 부착하는 강제대류는 사용하지 않고 있으며, PCB에 많은 전자부품이 사용되고 물을 사용하는 제품의 특징 때문에 방수가 매우 중요한 사항이므로, PCB(60)로의 물침투를 막기 위해 거의 통풍구가 없는 밀봉상태에서 자연대류로 파워소자(50)를 냉각방열시키고 있다.

세탁기의 고장발생 요인은 진동, 먼지, 습기, 온도 등 여러 가지가 있으나, 그 중에서 소자들의 내부저항이나 또는 외부 온도조건에 의한 고장이 전체 고장발생의 절반 이상을 차지하는 것으로 알려지고 있으며, 따라서 최근에는 모터와 PCB용 소자들의 방열에 대한 관심과 연구가 한층 증가하고 있다. 세탁기용 PCB의 경우에도 파워소자들을 제대로 냉각시켜주지 못할 경우 오작동 및 파손으로 인한 고장 등이 발생할 수 있으므로 소자 방열을 위해 히트싱크를 부착하게 된다.

세탁기 PCB의 스위칭소자의 발열은 계절, 세탁기가 놓여지는 위치. 전압조건, 세탁물의 양, 세탁 방식 등에 따라 변동이 심하며, 특별한 경우 - 한여름 낮시간, 햇볕을 바로 받는 베란다 등의 위치, 과전압 압력, 세탁물 과부하, 연속 운전 상태 - 에서는 PCB 주위 공기온도가 70℃ 이상 상승하기도 하며, 히트싱크의 온도도 100℃ 이상 올라가기도 한다.

더욱이, 세탁기의 특징인 방수, 방진 문제 때문에 PCB 및 히트싱크가 설치된 케이스(210)는 통풍구 없이 밀봉되어 히트싱크(60)에서 방열된 열에 의해 덥혀진 공기의 순환도 이루어지지 않는다. 아래의 대류에 의한 열전달식에서 알 수 있둣이 히트싱크 온도와 공기온도와의 차이가 줄어들게 되면, 열전달 성능이 나빠지고, 충분한 소자 냉각효과를 기대하기 어렵다.

Q = h A ΔT

여기서 Q: 발열량/열전달량(히트싱크에서 공기로의 열전달량)

h: 열전달 계수(자연대류시 보통 10 이하의 값)

A: 방열면적(히트싱크 표면적)

ΔT: 발열체(히트싱크 표면)와 주위 공기와의 온도차

즉, 밀폐된 PCB 케이스 내의 공기 온도가 높을 경우 히트싱크에서 케이스 내에 존재하는 공기와 열교환지 이루어지지 않아 스위칭소자의 온도가 점점 높아져 열화되는 문제점이 있었다.

도 2는 PCB 및 히트싱크가 설치된 일반적인 세탁기 케이스(210)의 일부 구성도이다.

도시된 바와 같이, 케이스(210) 내에 PCB(40)가 장착되고, PCB위의 파워소자(50)에 히트싱크(60)가 부착된다. 이때, 히트싱크(60) 상단에서 케이스 (210) 까지의 거리를 d라고 할 때, 이 거리 d가 소자 온도에 미치는 영향을 도 3에 도시하였다.

도 3의 그래프를 참조하면, 히트싱크(60)와 케이스(210) 사이의 거리 d가 커질수록 소자의 방열에 유리해져, 온도가 낮아지고, 이 거리가 매우 작을 경우는 소자의 온도가 급격히 상승함을 알 수 있다.

이 의미는 자연대류에 의해 더워진 공기는 위로 상승하기 때문에 케이스 상면과 히트싱크 간의 거리를 크게하면 히트싱크 주위 공기온도가 낮게 되므로 소자 냉각에 유리한 것이다.그러나 이러한 구조에도 불구하고, PCB를 내장하고 있는 케이스가 밀폐될 경우에는 케이스 내부 온도가 일정온도 이상으로 상승할 때 그 열교환 효율이 낮아져 소자들의 열화를 방지할 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 세탁기의 PCB 및 히트싱크가 설치된 케이스에 외부공기를 도입하여 냉각할 수 있는 통풍구를 구비함으로써, 히트싱크를 효과적으로 방열시키고, 그 결과 PCB 및 제품의 오작동 및 손상을 방지하여 신뢰성을 확보하고, 소자들의 수명을 연장할 수 있는 통풍구를 구비한 세탁기의 PCB 방열구조를 제공하는 것이다.상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 통풍구를 구비한 세탁기 PCB 방열구조는 케이스에 내장된 PCB의 열화를 방지하기 위해 히트싱크가 설치된 세탁기에 있어서, 상기 PCB 및 히트싱크가 설치되는 세탁기 케이스 내에 외부공기를 도입하여순환시키고; 상기 케이스 하부에 외부공기를 도입하기 위해 형성되는 흡기구와 상기 케이스 측면 상부에 상기 PCB 및 히트싱크와 열교환된 더운 공기를 배출하기 위해 형성된 배기구로 이루어지는 통풍구를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.본 발명은 상기 케이스에 형성되는 흡기구 및 배기구 각각에 PCB 및 히트싱크 설치공간으로의 물이 유입되는 것을 방지하기 위해 설치되는 방수수단을 더 포함하며, 상기 방수수단은 상기 흡기구측에 케이스 하부와 소정 간격 이격되어 수평으로 설치되는 차수판; 및 상기 배기구측에 케이스 측면과 소정 간격 이격되어 수직으로 설치되는 배수가이드를 설치하는 것이 바람직하다.더욱이 본 발명은 상기 흡기구 및 배기구 각각에 망체 또는 스펀지를 구비하여 흡기구 및 배기구로 유입되는 물줄기의 속도와 수량을 감소시킬 수 있도록 하는 것이 좋다.

도 1은 세탁기의 개략적인 구성도.

도 2는 종래 기술에 따른 PCB 및 히트싱크 설치된 케이스의 일부 구성도로서,

a도는 입단면도,

b도는 측단면도.

도 3은 히트싱크와 케이스 상면과의 거리와 소자온도 사이의 관계를 보이는 그래프.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCB 및 히트싱크가 설치된 케이스의 일부 구성도.

도 5는 도 4의 측면구성도.

도 6은 도 4에 물이 유입된 경우의 배출경로도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 세탁기 10: 케이스

10a: 케이스 하부 10b: 케이스 측면

20: 세탁조 30: 모터40: PCB 50; 파워소자60: 히트싱크 110: 흡기구

120: 배기구 123: 차감수단

130: 차수판 140: 배수가이드

141: 배출공기 통공

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 통해 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 통풍구를 구비한 세탁기 PCB 방열구조의 구성을 보이는 단면도이고, 도 5는 측면구성도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 통풍구를 구비한 세탁기 PCB 방열구조는 케이스(10) 내부에 PCB(40) 및 히트싱크(60)가 설치되는 통상의 세탁기에 있어서, 본 발명은 상기 PCB(40) 및 히트싱크(60)가 설치되는 케이스(10) 내로 공기 대류가 일어날 수 있도록 케이스(10) 하부(10a)에 흡기구 (110)를 형성하고, 상기 케이스(10) 배면 상부(10b)에 배기구(120)를 형성한 통풍구를 포함하여 공기의 대류에 의해 히트싱크(60)를 상온에서 냉각할 수 있도록 하고 있다.

더욱이 본 발명은 상기 흡기구(110) 및 배기구(120) 각각에 PCB 및 히트싱크가 설치된 케이스(10) 내로 세탁수가 유입되는 것을 방지하기 위한 방수수단을 구비하고 있다.

본 발명에서 개시하고 있는 방수수단은 상기 케이스(10) 하부(10a)에 형성된 흡기구(110)로 공기가 유입될 수 있도록 다수의 슬롯(Slot)공을 형성하고, 상기 흡기구(110)의 상방 케이스(10) 내부에는 상기 케이스 하부(10a)와 소정 간격 이격되게 수평으로 설치되는 차수판(130)을 형성하고 있다.상기 차수판(130)은 흡기구(110)를 향해 세탁수가 분사될 경우 케이스(10) 내부로 세탁수가 유입되어 직접 PCB(40)에 분사되는 것을 방지할 수 있고, 따라서 이러한 구조에 의하면, 흡기구(110)통해 외부공기가 유입되고, 유입된 외부공기는 케이스 하부(10a)와 차수판(130)사이에 형성된 유로를 통해 케이스(10) 내부로 유입되어 히티싱크(60)를 냉각시키게 된다.

실시예에서는 상기 흡기구(110)를 케이스 하부(10a)에 형성하고 있으나 다른 예로서 상기 흡기구(110)를 케이스 측면(10b) 하부에 형성하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

한편, 상기 배기구(120)는 히트싱크(60)보다 높은곳에 위치되게 케이스(10) 상부 측면(10b)에 형성하고, 더욱이 상기 배기구(120)를 통해 유입되는 세탁수로 부터 PCB(40)를 보호할 수 있도록 케이스(10) 내측에 방수수단을 구비하고 있다. 상기 배기구(120)측에 형성되는 방수수단은 배기구(120)로 유입된 세탁수가 케이스(10) 일측 하방으로 유도되게 배수가이드(140)를 형성하고 있으며, 배기구(120)로 유입된 세탁수는 배수가이드(140)에 의해 안내되어 상기 흡기구 (110)를 통해 배출된다.

더욱이 본 발명은 상기 배수가이드(140)에 히트싱크(60)와 열교환된 더운공기를 배출하기 위한 다수의 배출공기 통공(141)이 형성되며, 이 배출공기 통공(141)은 상기 배기구(110)보다 낮고 또한 엇갈리는 위치에 배수가이드(140)로 부터 돌출된 물유도 플랜지(142)에 형성되어 있고, 이 배수가이드(140)는 케이스의 측면(10b)과 더불어 배수로를 형성하여 유입된 물이 상기 흡기구(110)를 통하여 배출된다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 흡기구(110) 및 배기구(120)에 수량이 많은 물줄기가 유입될 경우 케이스(10) 내부로 물이 튈 수 있음을 감안하여 망체나 또는 통기성을 가진 스펀지로 이루어진 차감수단(123)을 구비하고 있으며, 이 차감수단(123)은 흡기구(110)나 배기구(120)로 유입되는 물줄기의 속도와 수량을 감소시키는 저항역할을 함으로써 케이스(10) 내부에 위치한 PCB(40)를 물줄기로 부터 보호할 수 있다.

상기한 구성을 지닌 본 발명의 작용상태를 살펴본다.

PCB 파워소자(50)에서 방출된 열이 히트싱크(60)를 통해 공기와 열교환하면서 케이스(10) 내부 공기를 덥히기 때문에 온도가 상승한 공기는 대류에 의해 상승하여 배기구(120)를 통해 배출되고, 동시에 흡기구(110)를 통해 외부의 찬 공기가 흡입되어 히트싱크(60)를 냉각시키게 된다.

흡기구(110)로 유입된 외부의 찬 공기는 차수판(130)에 의해 수평방향으로 안내되어 케이스(10) 내부로 유입되고, 외부에서 유입된 찬 공기는 히트싱크(60)와 열교환하면서 덥혀진 채 케이스(10) 상부로 상승하게 되며, 상승된 더운 공기는 배수가이드(140)에 형성된 배출공기 통공(141)을 통해 배기구(120)로 배출된다. 즉, PCB 및 히트싱크 설치공간의 공기가 흡기구(110)를 통하여 유입된 외부의 찬공기로 바뀌어지는, 공기의 자연대류가 원활하게 이루어짐으로써, 히트싱크(60)의 방열냉각이 보다 효과적으로 이루어지게 된다.

실제, 방열실험을 위하여 세탁기를 고속세탁모드로 3회 연속 작동시켜 실험한 결과 밀폐된 케이스 내에서는 내부 공기 온도가 70℃ 이상, 히트싱크 온도가 110℃ 가까이 상승했다.

그러나, 케이스 상부 체결시 미세한 틈을 남겨두고 실험한 경우와 이 틈을 막고 실험한 경우 약 2℃의 온도차이가 나며, 히트싱크(60)보다 약간 높은 위치에 30㎜×100㎜ 정도의 슬롯 형태의 통기구멍을 3개 설치하고, 실험했을 때는 케이스가 밀폐된 경우에 비해 온도가 약 25℃나 낮아지는 결과를 얻었다.

따라서, 덥혀진 내부 공기를 밖으로 배출시켜주는 통풍유무가 PCB 내 소자방열에 매우 큰 영향을 준다는 것을 알 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 케이스에 물이 유입된 경우의 배출경로를 도시한 것이다.

도시된 바와 같이. 배기구(120)로 유입된 물줄기는 배수가이드(140)에 부딪혀 하방으로 떨어지도록 되어 있다. 상기 배수가이드(140)는 물이 히트싱크(60) 설치공간으로 유입됨을 막으며, 하방으로 내려가도록 유도하고, 내려간 물은 흡기구(110)를 통하여 밖으로 내보내진다.

상기 흡기구(110)를 통하여 물줄기가 대각선 방향으로 분사유입되는 경우에도 흡기구(110) 상부에 구비된 차수판(130)에 의해 차단되어 중력으로 하부로 배출되고, 히트싱크(60) 설치공간으로는 유입되지 않게 된다.

또한 본 발명은 실시예에서와 같이 상기 흡기구(110) 및 배기구(120)에 망체 또는 스펀지로 이루어지는 물유입 차감수단(123)을 부가함으로써 각각 차수판 또는 배수가이드에서 유입된 물을 방지할 수 없을 정도의 많은 량의 물줄기가 유입될 경우 차감수단(123)을 통해 그 유속과 유입량을 감소시킴으로써 히트싱크 설치된 케이스 내부로 튀어들어옴을 방지할 수 있어 소자들을 보호할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 통풍구를 구비한 세탁기 PCB 방열구조는, 세탁기 동작을 컨트롤하는 PCB의 스위칭소자의 발열에 대하여, PCB 및 히트싱크 설치공간의 자연대류가 활발하게 이루어지도록 통풍구를 형성함과 아울러 물유입이 방지되도록 하는 방수수단을 구비한 구조를 갖는 것으로, 이러한 구조에 의하면, 외부 공기를 유입하여 히트싱크를 냉각할 수 있도록 함으로써 그 냉각효과를 향상시켜 소자들의 열화를 방지할 수 있고, 이 결과 열화에 의한 PCB 및 파워소자의 오작동 및 손상을 방지하여 제품의 신뢰성을 확보하고, 그 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 케이스에 내장된 PCB의 열화를 방지하기 위해 히트싱크가 설치된 세탁기에 있어서,

   상기 PCB 및 히트싱크가 설치되는 세탁기 케이스 내에 외부공기를 도입하여순환시키고;

   상기 케이스 하부에 외부공기를 도입하기 위해 형성되는 흡기구와 상기 케이스 측면 상부에 상기 PCB 및 히트싱크와 열교환된 더운 공기를 배출하기 위해 형성된 배기구로 이루어지는 통풍구를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 통풍구를 구비한 세탁기의 피씨비 방열구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 케이스에 형성되는 흡기구 및 배기구 각각에 PCB 및 히트싱크 설치공간으로의 물이 유입되는 것을 방지하기 위해 설치되는 방수수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통풍구를 구비한 세탁기의 피씨비 방열구조.
3. 제 2항에 있어서, 상기 방수수단은

   상기 흡기구측에 케이스 하부와 소정 간격 이격되어 수평으로 설치되는 차수판; 및

   상기 배기구측에 케이스 측면과 소정 간격 이격되어 수직으로 설치되는 배수가이드;가 설치되는 것으로 특징으로 하는 통풍구를 구비한 세탁기의 피씨비 방열구조.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 흡기구 및 배기구 각각으로 유입되는 물줄기의 속도와 수량을 감소시키기 위한 차감수단으로, 망체 또는 스펀지가 구비되는 것을 특징으로 하는 통풍구를 구비한 세탁기의 피씨비 방열구조.