KR101005543B1 - 건조 히터 및 이를 이용한 세탁물 건조용 히팅 유니트 - Google Patents
건조 히터 및 이를 이용한 세탁물 건조용 히팅 유니트 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 건조 기능을 갖춘 세탁기 또는 세탁물 건조기에서 드럼 내부로 고온의 건조 공기를 공급하기 위한 건조 히터의 소비전력을 줄이고, 구조를 단순화하여 제조 원가를 절감할 수 있는 건조 히터, 이를 사용한 세탁물 건조용 히팅 유니트, 건조 제어 시스템 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.
세탁 건조기 또는 세탁물 건조기의 드럼 내부온도를 미리 설정된 온도로 유지하도록 건조 히터를 제어하는 건조 히터의 제어방법은 상기 드럼 내부온도가 상기 미리 설정된 온도보다 낮을 경우 제1구동전원의 제1전력을 건조 히터에 인가하고, 상기 드럼 내부온도가 미리 설정된 온도보다 높을 경우 상기 제1전력보다 상대적으로 낮은 제2구동전원의 제2전력을 건조 히터에 인가하는 것을 특징으로 한다. 상기 건조 히터는 열밀도가 낮은 스트립형 금속 박판으로 이루어진 면상 발열부재를 구비한다.
면상 발열부재, 열교환 효율, 소비전력, 열밀도, 2중 구동전원
Description
본 발명은 건조 히터 및 이를 사용한 세탁물 건조용 히팅 유니트에 관한 것으로, 특히 건조 기능을 갖춘 세탁기 또는 세탁물 건조기에서 드럼 내부로 고온의 건조 공기를 공급하기 위한 건조 히터의 소비전력을 줄이고, 구조를 단순화하여 제조 원가를 절감할 수 있는 건조 히터 및 이를 사용한 세탁물 건조용 히팅 유니트에 관한 것이다.
일반적으로 세탁기는 전기모터의 회전력을 이용하여 세탁조 내에서 세제와 물의 작용으로 의류나 이불 등에 묻은 때나 찌꺼기, 오염물질을 제거하는 기기로서, 세탁, 헹굼, 탈수 순으로 작동하여 세탁을 완료하도록 하고 있다.
통상 세탁기는 세탁조가 수직으로 세워져 장착되는 펄세이터 타입 세탁기와, 상기 세탁조(이하; 드럼)가 대략 수평방향으로 눕혀진 드럼 세탁기로 구분된다.
상기 드럼 세탁기는 물의 사용량이 적고, 세탁 후 세탁물의 엉킴 현상이 발 생하지 않고 세탁 시 세탁물의 손상이 적은 장점이 있다.
근래에는 상기 드럼 세탁기가 주로 판매되고 있는 실정이며, 상기 드럼 세탁기는 내부에 건조용 히팅 유니트를 포함하여 세탁 후 탈수된 세탁물을 건조시키는 건조 기능을 가지는 다양한 제품으로 제조되고 있다.
한편, 세탁물을 건조하는 세탁물 건조기는 세탁물이 투입되는 드럼 내부로 세탁물을 건조시키기 위한 고온의 건조 공기를 공급하는 건조용 히팅 유니트를 포함하여, 세탁기로 세탁된 세탁물을 별도로 건조하는 기기이다.
상기 세탁기 및 건조기에 구비되어 세탁물을 건조하는 데 사용되는 종래의 건조용 히팅 유니트는 히터로서 시즈 히터, PTC 히터, 니크롬 선 히터 또는 콘덴싱 방식 히터 등을 사용하고 있다.
도 1은 시즈 히터를 채용한 건조용 히팅 유니트로서, 도시한 바와 같이 공기 유입구와 공기 배출구를 구비하여 유입된 공기를 드럼 내부로 안내하는 덕트 케이싱(2)과, 상기 덕트 케이싱(2) 내부에 장착되며, 모터에 의해 회전되어 공기를 송풍시키는 블로워 팬(3)과, 상기 덕트 케이싱(2)의 내부에 장착되어 도입된 공기를 가열하는 시즈(sheath) 히터(4a)를 포함한다.
또한, 상기 덕트 케이싱(2)의 내부에는 공기 배출구 부근 및 시즈 히터(4a) 부근에 각각 온도 센서(6)를 장착하여 온도를 검출함에 의해 배출되는 공기의 온도를 제어함은 물론 시즈 히터(4a)의 과열을 방지하고 있다.
이 경우, 세탁물 건조 시 드럼 내부로 공급되는 가열 공기의 온도는 세탁물의 옷감 손상을 방지하기 위해 90~110℃ 내외로서, 상기 건조용 히팅 유니트(1)는 공기 배출구를 통해 배출되는 공기의 온도가 100℃ 내외에서 유지되도록 덕트 케이싱(2) 내부에서 공기를 가열하여 배출한다.
상기 시즈 히터(4a)는 코일 형태의 전열선을 금속 보호관에 넣고, 절연체로서 산화 마그네슘 분말이나 산화 알루미늄 분말과 함께 봉하여 만든 발열체로서, 외부의 물리적인 충격에 강하여 사용자의 용도에 따라 적합하게 벤딩 가공하여 사용할 수 있다.
또한, 시즈 히터는 코일 형태로 이루어진 니크롬 선 히터에 비하여 외표면에 금속 보호관이 피복되어 있어 설치가 용이하며, 보호관의 재질 선정에 따라 화학적으로 안정되고, 전기 절연성이 우수하여 세탁물 건조기 뿐 아니라 다양한 용도로 이용되고 있다.
그러나, 상기한 시즈 히터는 발열체인 코일 형태의 전열선이 절연체를 통하여 금속 보호관이 피복된 구조이므로, 전열선에 의해 덕트 케이싱 내부를 통과하는 공기를 가열하는 히터 구조에 비하여 열교환 효율이 낮고, 외부 공기와 열교환되는 접촉면이 금속 보호관의 표면에 불과하여 공기 배출구를 통해 배출되는 공기의 온도(즉, 드럼 공급온도)(TD1)를 110℃로 유지하기 위해서 최대 580℃의 고온으로 가열되고 있다.
상기한 시즈 히터의 특성을 좀더 상세하게 알아보기 위하여, 세탁 건조기의 시즈 히터의 소비전력을 2050W, 드럼 내부온도 110℃, 건조율 2.5%로 설정하여 시험샘플을 투입하여 건조 시험한 결과 도 7c와 같이 히터 표면온도(TS1)와 드럼 공급온도(TD1)에 대한 온도 특성 그래프가 얻어졌다.
상기 도 7c의 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이 히터의 표면온도 피크값은 블로워 팬(3)에 의한 공기흐름이 있는 조건에서도 구동 초기에 약 580℃까지 상승하였다가 건조공정 후반부에는 약 450℃까지 비교적 고온으로 유지되고 있다.
이러한 온도상승은 시즈 히터의 최고 발열온도가 750℃인 점을 감안하면, 히터 주변에 단열구조가 필요하고, 내부 부품배치에도 일정거리 유지를 위해 구조적인 제한이 따르므로, 단열과 관련된 비용 손실과 구조물의 사이즈 증가가 이루어지게 된다.
또한, 상기한 시즈 히터는 간접 가열방식이므로 도 7c와 같이 전원이 인가된 경우 승온 속도가 느리고 전원이 차단된 경우 냉각 속도도 느린 온도 응답성을 가지고 있는 것을 알 수 있다.
그 결과, 온도 응답성이 느린 시즈 히터를 세탁물 건조기에 적용하는 경우 온도 센서의 드럼 내부온도(T: 110℃)를 유지하는데 따른 히터의 전원 온/오프(ON/OFF) 스위칭 주기는 약 60회로 나타났고, 건조시간 3시간 20분, 소비전력 3,700WH로 나타났다(표 1 참조).
따라서, 시즈 히터를 채용한 종래의 세탁 건조기는 적정온도 유지 및 승온 냉각이 반복되는 조건에서는 시즈 히터의 승온이 늦어 건조시간의 증가와, 많은 소비전력량(3,700WH) 및 높은 전기 사용요금을 지불하여야 하는 문제가 있다.
또한, 상기 건조용 히팅 유니트(1)는 건조가 종료된 후 이후 시즈 히터(4a)의 냉각을 위해 블로워 팬(3)의 구동 모터를 장시간 가동하여 시즈 히터(4a)를 충분히 냉각시키지 않으면 덕트 케이싱(2)을 통해 전도되는 열에 의해 블로워 팬(3) 의 구동 모터에 손상을 줄 수 있고, 덕트 케이싱(2)의 고열로 인해 덕트 케이싱(2)의 주변의 부품을 내열성을 가지는 재료로 설계해야하기 때문에, 세탁기 또는 건조기의 제조비용의 부가적인 상승 요인을 유발한다.
특허 제457582호에는 공기를 건조 가열시키기 위한 복수개의 코일 히터가 제1 코일 히터군과 제2 코일 히터군으로 구분되어 개별적으로 제어되고, 제1 코일 히터군과 제2 코일 히터군의 코일 히터 각각이 판체의 상측과 하측에 나뉘어서 배치되므로, 제1 코일 히터군과 제2 코일 히터군 중 어느 하나에만 전원이 입력되는 경우에도 건조기의 건조 성능이 높일 수 있고, 히터 케이스의 일부분이 집중적으로 발열되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있는 건조기의 히터 어셈블리가 개시되어 있다.
상기 히터 어셈블리는 각각 일체로 동작되는 2개의 코일 히터군을 사용하는 것으로 단일 구동전원을 사용하여 개별적으로 제어하며 건조될 세탁물에 따라 2개의 히터 중 어느 하나 또는 동시에 작동시키고 있다.
또한, 미국 특허 제4,531,017호, 제4,617,547호, 제4,675,511호, 제5,324,919호, 제5,329,098호, 제5,895,597호 등에는 코일 형상의 고온 발열체를 사용하여 히터 어셈블리를 제조하는 경우 필요한 각종 기술을 개시하고 있다.
상기 미국 특허 제4,617,547호에 개시된 코일 발열체를 사용하는 히터 어셈블리는 다수의 애자를 하우징에 양단부가 지지된 홀딩소자에 조립하고 다수의 애자에 고온 발열되는 코일 발열체를 설치하여, 지지 프레임과 하우징 구조가 간단하고 쉽게 코일을 조립할 수 있어 조립성이 양호하고 제조비용을 절감할 수 있는 구조를 가지고 있다.
그러나, 상기한 코일 발열체를 사용하는 경우 다수의 애자를 사용하는데 따른 제조비용의 증가와, 고온 발열과 고전력 소모량으로 인한 낮은 안전성과 저효율 문제를 안고 있다.
공개특허 제2006-14485호에는 세탁물을 균일하게 건조시키며 열효율이 뛰어나고 구조가 간단한 면상발열체를 이용한 건조장치가 개시되어 있다. 이 건조장치는 건조대상물을 수용하는 건조공간, 상기 건조공간의 일면에 설치되어 건조공간의 내부를 직접 가열함으로써 건조대상물을 건조시키는 면상발열체를 포함하고 있고, 면상발열체는 박판 형상의 탄소 발열체와, 탄소 발열체의 일측과 타측의 변부에 설치되어 탄소 발열체에 전기를 인가하는 전극과, 탄소 발열체의 양 면에 씌워지는 절연코팅을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 공개특허 제2006-14485호의 건조장치는 건조공간 내부에 면상발열체가 내장된 형태로서 일반적인 세탁 건조기 또는 세탁물 건조기에 적용될 수 없는 구조이다.
종래 세탁 건조기에서는 드럼의 내부온도를 검출하여 드럼 내부온도가 일정하게 유지할 수 있도록 미리 설정된 온도에 이르면 히터에 대한 전원 공급을 차단하고 설정 온도 이하로 하강하면 다시 히터에 대한 전원을 공급하는 ON/OF 스위칭 방식으로 제어하고 있다. 이러한 드럼 내부온도를 검출 및 제어에는 온도센서를 사용하여 마이콤에서 제어하거나 또는 설정온도에서 회로의 개폐 동작이 이루어지는 서머스탯을 이용하여 제어할 수 있다.
종래의 세탁 건조기 또는 세탁물 건조기에 사용되는 전기 히터 또는 일반적인 피대상물을 가열하기 위한 전기 히터는 대부분 열밀도가 높고 온도 응답성이 느리거나 늦은 편이고 고온 발열이 이루어지는 코일형 발열체를 사용하고 있다. 그러나, 이러한 고온 발열형 발열체의 특성을 갖는 소재들은 대부분 Ni과 같은 고가의 금속을 포함하는 합금으로 이루어진 것이므로 제품 원가의 상승 및 전력 사용량이 높은 단점을 가지고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 온도 응답성이 빠르고 저온 구동되며 열교환되는 면적이 큰 금속 박막으로 이루어진 스트립형 면상 발열부재를 발열부재로 채용하여 공기와의 열교환 효율을 높이고 저온 발열 구동방식에 의해 고온 발열에 따른 비효율적인 전력 소모를 막고 전력 소모의 최적화를 기함에 의해 전력 소모량을 줄일 수 있는 건조 히터, 이를 사용한 세탁물 건조용 히팅 유니트를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 온도 응답성이 빠르고 저온 구동되는 다수의 박막 면상 발열부재를 발열체를 구비하고 드럼 내부온도에 따라 구동전압이 인가되는 발열체의 수를 조절하는 방식으로 히터의 온도가 일정 온도 이하로 하강하는 것을 차단하여 드럼 내부의 온도 변화가 크지 않도록 제어하는 세탁물 건조용 히팅 유니트를 제공하는 데 있다.
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본 발명의 또 다른 목적은 세탁물 건조시간을 단축할 수 있으며 초기 응답시간을 줄임에 의해 불필요한 전력 소모량을 줄일 수 있는 건조 히터 및 이를 사용한 세탁물 건조용 히팅 유니트를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 히터의 발열 온도가 낮아 덕트 케이싱의 재료 및 덕트 케이싱 주변의 재료를 일반적인 합성수지재로 제조가 가능함은 물론, 유니트의 전체 크기를 콤팩트하게 할 수 있는 건조 히터 및 이를 사용한 세탁물 건조용 히팅 유니트를 제공하는 데 있다.
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상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상에 따르면, 본 발명은 열전도성과 전기 절연 특성을 갖는 플레이트형 베이스부재와; 상기 플레이트형 베이스부재에 장착되며, 금속 박판을 슬리팅 가공한 스트립으로 이루어지며, 전원이 스트립의 양단부에 인가될 때 발열이 이루어지며 열밀도가 낮은 스트립형 면상 발열부재를 포함하며, 면상 발열부재는 그 표면에 알루미나 절연막과 세라믹 코팅막이 형성된 FeCrAl계 합금 박판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 건조 히터용 단위 히터를 제공한다.
상기 면상 발열부재는 코루게이션 성형된 것이 바람직하다.
또한, 상기 베이스부재는 상기 면상 발열부재의 폭에 대응하는 다수의 결합용 관통구멍이 다수의 열로 형성되고, 상기 코루게이션 성형된 면상 발열부재는 상기 베이스부재의 다수의 결합용 관통구멍에 부분적으로 결합된다.
더욱이, 상기 면상 발열부재는 베이스부재의 상측에 위치한 상측 면상 발열부재의 하측부와 베이스부재의 하측에 위치한 하측 면상 발열부재의 상측부가 각각 상기 베이스부재의 상부면과 하부면에서 다수의 결합용 관통구멍에 교대로 결합되는 것이 바람직하다.
상기 베이스부재는 마이카 또는 그 표면에 알루미나 절연막이 형성된 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 본 발명은 통형상의 하우징과; 상기 하우징 내부에 간격을 두고 형성된 다수의 단위히터를 포함하며, 상기 다수의 단위히터는 각각 열전도성과 전기 절연 특성을 갖는 플레이트형 베이스부재와; 상기 플레이트형 베이스부재에 장착되며, 금속 박판을 슬리팅 가공한 스트립으로 이루어지며, 전원이 스트립의 양단부에 인가될 때 발열이 이루어지며 열밀도가 낮은 스트립형 면상 발열부재를 포함하며, 상기 면상 발열부재는 그 표면에 알루미나 절연막과 세라믹 코팅막이 형성된 FeCrAl계 합금 박판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 건조 히터를 제공한다.
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이 경우, 상기 베이스부재는 상기 면상 발열부재의 폭에 대응하는 다수의 결합용 관통구멍이 다수의 열로 형성되고, 상기 면상 발열부재는 코루게이션 성형되어 상기 코루게이션 성형된 면상 발열부재의 상측부 및 하측부가 상기 베이스부재의 상측면 및 하측면에서 다수의 결합용 관통구멍에 부분적으로 결합될 수 있다.
또한, 상기 베이스부재는 마이카 또는 그 표면에 알루미나 절연막이 형성된 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지고, 상기 면상 발열부재는 FeCrAl계 합금 박판으로 이루어지며, 상기 FeCrAl계 합금 박판은 20~500㎛의 두께로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 본 발명은 양단부에 공기 유입구와 공기 배출구를 구비하여 유입된 공기를 드럼 내부로 안내하는 경로를 형성하는 덕트 케이싱부재와; 상기 덕트 케이싱부재 내부에 장착되며, 상기 공기 유입구를 통하여 공기를 유입하여 공기 배출구로 송풍시키는 블로워와; 상기 덕트 케이싱부재의 내부에 장착되어 내부 경로를 통과하는 공기를 가열하는 건조 히터를 포함하며, 상기 건조 히터는 통형상의 하우징과; 상기 하우징 내부에 간격을 두고 형성된 다수의 단위히터를 포함하며, 상기 다수의 단위히터는 각각 열전도성과 전기 절연 특성을 갖는 플레이트형 베이스부재와; 상기 플레이트형 베이스부재에 장착되며, 금속 박판을 슬리팅 가공한 스트립으로 이루어지며, 전원이 스트립의 양단부에 인가될 때 발열이 이루어지며 열밀도가 낮은 스트립형 면상 발열부재를 포함하며, 상기 면상 발열부재는 그 표면에 알루미나 절연막과 세라믹 코팅막이 형성된 FeCrAl계 합금 박판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 세탁물 건조용 히팅 유니트를 제공한다.
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본 발명은 공기와의 열교환 효율을 증대시켜 낮은 온도의 발열로 세탁물을 건조시킬 수 있는 충분한 온도를 배출할 수 있는 건조 히터를 사용하여 건조 시 소요되는 소비 전력 및 라인 전력의 소비량을 현저히 줄여 전기료의 부담을 줄이고, 전기 제품 사용 시 과부하로 인한 화재 발생을 방지할 수 있다.
본 발명은 세탁물을 건조시키기 위한 온도로 가열되는 시간이 현저히 단축되어 세탁물의 건조시간을 단축시킬 수 있으며, 건조 시간의 단축으로 인해 전력 소모량도 비례하여 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 건조 히터의 발열 온도가 낮아 건조용 히팅 유니트의 블로워 팬 및 덕트 케이싱부재의 재질뿐만 아니라 건조용 히팅 유니트의 주변 부품의 재료를 합성수지재로 사용할 수 있도록 하여 세탁기 또는 세탁 건조기의 제조 원가를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 온도 응답성이 빠르고 저온 구동되며 열교환되는 면적이 큰 박막 면상 발열부재를 발열체로 채용하여 공기와의 열교환 효율을 높이고 저온 발열로도 세탁물을 건조시키기에 충분한 온도의 공기를 제공할 수 있어 고온 발열에 따른 비효율적인 전력 소모를 막고 전력 소모의 최적화를 기함에 의해 전력 소모량을 줄일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
이하의 설명에서는 세탁 과정을 거친 세탁물을 건조하는 기능을 함께 구비한 세탁기를 세탁 건조기라 정의하고, 세탁기와 별도로 세탁물을 건조만 실시하는 장치를 세탁물 건조기라 정의한다.
일반적으로 세탁 건조기는 전체 하우징 내부에 드럼 내부와 연통하는 순환 덕트에 건조 히팅 유니트가 포함되는 방식으로 조립되고, 세탁물 건조기에는 하우징의 배면 외부에 설치되어 드럼 내부로 건조용 가열 공기를 공급한다. 그러나, 세탁물 건조기에서도 전체 하우징 내부에 드럼 내부와 연통하는 순환 덕트에 건조 히팅 유니트가 포함되는 구조를 채용하는 것도 가능하다.
본 발명은 건조 히팅 유니트와 이에 사용되는 건조 히터에 관한 것으로, 상기한 세탁 건조기 및 세탁물 건조기에 적용될 수 있다. 이하의 실시예 설명에서는 본 발명이 주로 세탁 건조기에 적용된 것을 예를 들어 설명한다.
A. 건조 히터
첨부된 도 2a 내지 도 2b는 각각 본 발명에 따른 상측의 덮개가 제거된 상태의 세탁물 건조용 건조 히터의 사시도, 평면도 및 도 2b의 X-X'선 단면도, 도 3은 본 발명에 따른 세탁 건조기용 건조 히터에 사용되는 단위 히터의 조립공정도이다.
본 발명에 따른 세탁 건조기용 건조 히터(10)는 도 2a에 도시된 바와 같이, 내부에 공기가 통과하는 다수의 채널(CH1-CH4)을 형성하도록 예를 들어, 4각통 형상의 하우징(11) 내부에 다수개, 예를 들어, 3개의 플레이트형 베이스부재(12a-12c)가 평행하게 일정한 간격으로 설치되어 있다. 상기 하우징(11)은 금속재로 이루어지는 것이 바람직하고, 베이스부재(12a-12c)는 히터의 베이스로 사용되는 것으로 열전도 특성이 우수하고 히터와의 전기 절연 특성이 우수한 재질, 예를 들어, 마이카(Mica)를 사용할 수 있다.
상기 베이스부재(12a-12c)와 하우징(11) 사이의 결합은 예를 들어, 돌출부와 결합구멍 방식의 스냅결합구조 또는 베이스부재가 결합되는 하우징의 내측면벽에 길이방향의 요홈을 미리 형성하고 베이스부재의 양측단을 요홈에 슬라이딩 결합시키는 구조 또는 주지된 결합방식 등에 의해 이루어질 수 있으며, 조립성이 크게 떨어지지 않는다면 어떤 결합구조도 적용될 수 있다.
상기 각 베이스부재(12a-12c)에는 각각 다수의 결합용 관통구멍(14)이 일정한 간격을 두고 채널방향과 동일한 방향 또는 채널과 수직방향으로 다수 열 형성되어 있고, 도 2c에 도시된 바와 같이 그의 상측면 및/또는 하측면에 금속 박판을 코루게이션(corrugation) 처리하여 공기와의 접촉면적을 넓히고 원하는 저항값을 고려하여 코루게이션의 높이와 피치를 설정한 스트립형 면상 발열부재(13)가 다수의 결합용 관통구멍(14)에 압착 결합방식으로 지지되어 있다.
스트립형 면상 발열부재(13)는 각 베이스부재(12a-12c)의 상측에 위치한 상측 면상 발열부재(13a)와 베이스부재(12a-12c)의 하측에 위치한 하측 면상 발열부재(13b)는 각각 하측부 및 상측부가 결합용 관통구멍(14)에 순차적으로 결합되는 것이 바람직하다.
또한, 상측 면상 발열부재(13a)와 하측 면상 발열부재(13b)는 직렬 접속되어 있는 것이 길이에 비례하는 저항값의 증가를 위해 바람직하나, 건조기의 건조 용량 증가에 따라 상측 및 하측 면상 발열부재(13a,13b)의 병렬 접속 또는 직렬 및 병렬 접속의 조합으로 구성될 수 있다.
상기한 실시예에서는 3개의 제1 내지 제3 베이스부재(12a-12c)에 스트립형 면상 발열부재(13)가 상측 및 하측면에 결합된 3개의 제1 내지 제3 단위 히터(15a-15c)가 구비되어 있으나, 단위 히터(15a-15c)의 수는 히터의 용량에 따라 가변될 수 있다. 단위 히터(15a-15c)의 상호 연결 구조도 직렬 접속, 병렬 접속 또는 직렬 및 병렬 접속의 조합으로 구성될 수 있다.
상기 스트립형 면상 발열부재(13)는 전원이 인가될 때 발열이 이루어지고 인접한 면상 발열부재(13) 사이에 전기 절연이 이루어질 수 있도록 표면이 세라믹층(16)으로 코팅되어 있는 것이 바람직하다.
B. 단위 히터 제조공정
상기한 단위 히터(15a)의 제조공정을 도 3을 참고하여 설명한다.
본 발명에 사용되는 상기 스트립형 면상 발열부재(13)는 Fe, Al, Cu 등의 단원소 금속 박판, 철계(Fe-X) 및 철크롬계(Fe-Cr) 금속 박판, Fe-(14~21%)Cr-(2~10%)Al와 같은 FeCrAl 합금 박판 중 어느 하나의 재료로 이루어진다.
상기 FeCrAl 합금 박판의 바람직한 합금 재료는 Fe-15Cr-5Al 비율로 합성된 페칼로이 합금(일명, 칸탈(KANTHALTM)선) 또는 Fe-20Cr-5Al-REM(희토류 금속)(여기서, REM(Y, Hf, Zr) 1% 정도 포함)을 사용할 수 있다.
상기 스트립형 면상 발열부재(13) 재료 중에서 더욱 바람직한 재료는 Fe-15Cr-5Al이고, Fe-15Cr-5Al는 열처리가 이루어지는 경우 표면에 Al2O3(알루미나) 절연막이 형성되어 고온 내식성을 갖게 되어 철계 재료의 산화 문제를 저렴하게 해결하는 이점이 있게 된다.
그러나, 상기 스트립형 면상 발열부재(13)의 재료는 열선 재료의 특성으로 요구되는 비저항값을 가지고 박판으로 성형 가능하며 저렴하게 입수 가능하다면 어떤 금속재 또는 합금 재료도 사용 가능하다.
상기한 금속 박판은 빠른 온도 응답성을 갖도록 예를 들어, 20~500㎛의 두께로 박막 처리된 것을 사용하며, 이러한 박판은 동일한 단면적을 갖는 다른 코일형 열선과 비교할 때 10~20배 이상의 표면적을 가지게 되어 동일한 전력을 사용하여 발열이 이루어질 때 1㎠당 발생하는 열밀도가 낮아 열량도 낮게 되므로 넓은 면적에서 저온 발열이 이루어지며, 따라서 저온 히팅 재료로 적합하다.
따라서, 본 발명에서 채용한 스트립형 면상 발열부재(13)는 열밀도가 낮은 금속 박판 스트립으로 이루어져 있기 때문에 상대적으로 두꺼운 면상 발열부재 또는 코일형 발열체에 비하여 비교적 저온 발열이 이루어지며 넓은 면적에서 열교환이 이루어질 수 있고, 빠른 온도 응답성을 갖는 특성을 활용하여 전력 소모량을 줄이는 것이 가능하다.
한편, 본 발명에서는 예를 들어, 건조기의 세탁물 건조 용량과 건조시간 및 건조기 드럼 내부로 공급하는 공기의 온도와 같이 미리 결정된 조건에 박판의 두께와 폭을 고려하여, 이에 적합한 박판 스트립의 길이가 결정된다. 즉, 금속 박판 스트립의 두께와 폭이 결정되면 단위 길이당 저항값이 알려져 있으므로 원하는 히터의 용량(즉, 소비전력)에 따라 결정되는 저항값을 산출하여 박판 스트립의 길이를 결정할 수 있게 된다.
상기한 산출과정을 통하여 박판 스트립의 길이가 결정되면 경우, 광폭의 박 판을 슬리팅하여 미리 결정된 폭을 갖는 스트립(17)을 준비한다(S1). 예를 들어, 후술하는 실시예 1과 같이 히터 용량(즉, 소비전력)을 2000w로 설정하고, Fe-15Cr-5Al로 이루어진 금속 박판을 두께 50㎛, 폭 5mm 스트립으로 제작하는 경우 스트립의 길이는 약 1.2m로 설정된다.
건조 히터에 허용되는 하우징(11)의 크기 및 스트립(17)의 길이를 고려하여 코루게이션(산과 골이 반복되는 파형) 가공을 실시하여 코루게이션 스트립(18)을 형성한다(S2). 이 경우 코루게이션 스트립(18)의 산의 높이(h)와, 골과 골 사이의 피치(p)는 면상 발열부재(13)를 하우징(11) 내에 설치되는 베이스부재(12a-12c)의 수와 면상 발열부재의 부착 면적으로 고려하여 설정한다. 상기한 코루게이션의 형상은 정현파 형상, 구형파 형상 또는 삼각형으로 이루어질 수 있다.
그후, 코루게이션 스트립(18)에 대하여 전기 절연이 이루어질 수 있도록 표면을 주지된 결합제가 혼합된 세라믹 분말을 양면에 코팅하고 이를 소결하여 코루게이션 스트립(18)의 외표면에 세라믹층(16)을 형성하면 상기한 스트립형 면상 발열부재(13)가 얻어진다(S3).
한편, 베이스부재(12a)는 마이카로 이루어진 박판을 하우징(11)의 채널 폭에 맞추어 절단한 후(S4), 절단된 마이카 박판(12)에 코루게이션 피치(p)의 1/2 간격으로 다수의 관통구멍(14)을 천공하면 베이스부재(12a)가 얻어진다(S5).
그 후, 한쌍의 면상 발열부재(13a,13b)를 베이스부재(12a)의 상/하부에서 관통구멍(14)에 교대로 조립하면(S6), 단위 히터(15a)가 얻어진다.
이 경우, 베이스부재(12a)에 조립되는 한쌍의 면상 발열부재(13a,13b) 뿐 아 니라 다수의 다른 열에 조립되는 다수의 면상 발열부재(13)는 직렬 접속되도록 상호 연결된다.
상기한 방식으로 조립되는 다수의 단위 히터(15a-15c)는 도 2a와 같이 하우징(11)에 조립되어 건조 히터(10)를 구성할 때 각각의 면상 발열부재(13)가 직렬 접속되거나 또는 미리 설정된 사용전력을 맞추도록 직렬 및 병렬 접속을 조합하여 사용할 수 있다.
C. 건조용 히팅 유니트
한편, 상기한 건조 히터(10)는 세탁 건조기 또는 세탁물 건조기 내에 설치되어 세탁 드럼 내부로 가열된 건조 공기를 송풍하는 건조용 히팅 유니트(100)에 포함되어 사용된다.
상기 건조용 히팅 유니트(100)는 공기 유입구(102a)와 공기 배출구(102b)를 구비하여 유입된 공기를 드럼(도시되지 않음) 내부로 안내하는 덕트 케이싱(102)과, 상기 덕트 케이싱(102) 내부에 장착되며, 모터(25: M)(도 5)에 의해 회전되어 공기를 송풍시키는 블로워 팬(103)과, 상기 덕트 케이싱(102)의 내부에 장착되어 공기를 가열하는 건조 히터(10)를 포함하고 있다.
또한, 상기 덕트 케이싱(102)의 내부에는 공기 배출구(102b) 부근에 온도 센서(22)를 장착하여 드럼으로 배출되는 공기의 온도를 검출하여 제어부(CPU)(23)로 입력시킨다. 상기 온도 센서(22)는 공기 배출구(102b) 대신에 드럼 내부에 설치되어 드럼 내부온도를 검출할 수 있다.
상기 건조 히터(10)는 상기 실시예의 구조 또는 후술하는 다른 실시예의 구 조를 가질 수 있다.
도 4a 및 도 4b에서 도시한 바와 같이 건조용 히팅 유니트(100)는 덕트 케이싱(102)이 선형 구조로 이루어지고, 건조 히터(10)와 블로워 팬(103)이 덕트 케이싱(102)의 일직선 상에 놓여 블로워 팬(103)의 회전에 의해 공기를 유입하고, 유입된 공기를 건조 히터(10)로 가열한 후 드럼 내부로 가열된 건조 공기를 한 방향으로 배출하는 구조이다.
또한, 도 4c 및 도 4d에 도시한 바와 같이 본 발명의 건조용 히팅 유니트(100)는 덕트 케이싱(112)이 직각으로 절곡된 구조로 이루어지고, 건조 히터(10)와 블로워 팬(103)이 직각 절곡된 덕트 케이싱(112)의 양단부에 배치된다.
따라서, 건조 히터(10)와 블로워 팬(103)이 90도의 각도를 이루도록 위치되어 블로워 팬(103)의 회전에 의해 공기를 유입하고, 유입된 공기를 건조 히터(10)로 가열한 후 드럼 내부로 건조 공기를 배출하되, 공기의 흐름이 90도로 변경되어 배출된다.
상기한 실시예는 건조 히터(10)와 블로워 팬(103)이 하나의 덕트 케이싱(102) 내부에 함께 조립되어 있는 구조이나, 건조 히터(10)는 블로워 팬(103)과 분리되어 단독으로 설치될 수 있다. 즉, 건조 히터(10)는 드럼의 공기 투입구에 설치되고, 블로워 팬(103)은 드럼의 공기 배출구에 설치될 수 있다.
D. 건조 제어 시스템 및 제어 방법
<제1 실시예>
도 5는 본 발명에 따른 세탁 건조기의 건조 제어 시스템의 제1 실시예를 나 타낸 개략 블록도, 도 6은 도 5에 도시된 건조 제어 시스템의 건조 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 세탁 건조기의 건조 제어 시스템은 사용자 요구명령을 입력하기 위한 다수의 키 입력부(21)와, 상기 키 입력부(21)를 통해 입력되는 동작 온/오프 명령에 따른 세탁 건조기의 드럼 내부온도(T)를 감지하기 위한 온도 센서(22)와, 상기 키 입력부(21)를 통해 동작시작 명령이 입력되면 상기 온도 센서(22)로부터 검출된 현재의 드럼 내부온도(T)에 기초하여 히터(H)를 구동하기 위한 히터제어신호(SH)를 발생함과 동시에 블로워 팬(103)을 구동하기 위한 블로워 모터 구동신호(SM)를 발생하는 제어부(CPU: 23)를 포함한다.
제어부(23)는 그 내부에 예를 들어, 도 6에 도시된 건조 제어방법을 실행하기 위한 제어프로그램이 저장된 제1메모리(예를 들어, ROM)와 처리중의 일시적인 데이터를 저장하고 있는 제2메모리(예를 들어, RAM)를 내장하고 있는 마이컴 또는 메모리 장치가 프로세서와 분리되어 있는 다른 주지된 신호처리장치가 사용될 수 있다.
상기 제어부(CPU: 23)의 출력에는 히터제어신호(SH)의 논리레벨, 즉 "0" 및 "1"에 따라 가동접점(28a)을 절환시킴에 의해 건조 히터(10)에 인가되는 제1 및 제2 구동전원(26,27) 중 어느 하나로 절환시키는 스위칭 소자(28)와, 블로워 모터 구동신호(SM)에 따라 블로워 팬(103)을 구동하기 위한 블로워 모터(25: M)가 연결되어 있다.
상기 스위칭 소자(28)로는 도 5에 도시된 바와 같이, 릴레이를 사용하여 구성하거나, AC 전원을 스위칭하는데 적합한 SCR, 트라이악 등의 소자를 사용할 수 있다.
상기 스위칭 소자(28)로서 릴레이를 사용한 경우, 릴레이의 B접점인 제1입력(28b)에는 제1구동전원(26), 예를 들어, 220V AC 전압, 9.0A 전류가 인가되고, A접점인 제2입력(28c)에는 제2구동전원(27), 예를 들어, 120V AC 전압, 4.95A의 전류가 인가되며, 가동접점(28a)의 타단은 히터(H)(10)에 연결되어 있다.
이 경우, 상기 릴레이(28)는 제어부(23)로부터 제공되는 히터제어신호(SH)의 논리레벨이 "0"인 경우, 제1구동전원(26)의 220V AC 전압이 건조 히터(10)에 인가되게 하고, 히터제어신호(SH)의 논리레벨이 "1"인 경우, 제2구동전원(27)의 120V AC 전압이 건조 히터(10)에 인가되게 한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 세탁 건조기의 동작을 도 6을 참고하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 사용자가 키 입력부(21)를 통해 전원이 온(ON)시키면 파워가 공급되어 세탁 건조기는 동작 대기상태로 된다(S10).
그 후 사용자가 키 입력부(21)를 통하여 세탁물 건조 조건을 선택한 후, 건조 작동을 개시하도록 작동키를 누르면(S11), 제어부(23)는 사용자 명령을 인식하여 히터제어신호(SH)와 블로워 모터 구동신호(SM)를 각각 스위칭 소자(28) 및 블로 워 모터(25)로 공급하여 건조 히터(10)와 블로워 모터(25)를 작동시키고 동시에 온도센서(22)를 통하여 드럼 내부온도(T)를 받아들인다(S12,S13).
초기상태일 때 제어부(23)는 히터제어신호(SH)의 논리레벨이 "0"인 신호를 발생하여 스위칭 소자(28)에 공급한다. 따라서, 릴레이를 스위칭 소자(28)로 사용한 경우 가동접점(28a)은 릴레이의 B접점인 제1입력(28b)에 연결되어 있어, 제1구동전원(26)으로부터 제1 전압 및 제1 전류(즉, 제1 전력), 예를 들어, 220V AC 전압, 9.0A 전류가 건조 히터(10)에 인가된다. 즉, 제1구동전원(26)으로부터 건조 히터(10)에 인가되는 전력은 약 2000W로 설정된다. 이러한 인가 전력은 일반적인 세탁 건조기에서 사용하고 있는 소비전력과 유사하게 설정된 것이다.
제1전압의 인가에 따라 건조 히터(10)가 작동되어 열이 발생되고 블로워 모터(25)가 동작되어 블로워 팬(103)에 의해 유입된 공기가 히팅 유니트(100)의 덕트 케이싱(102 또는 112)을 통과하면서 건조 히터(10)에서 열교환되어 고온의 건조공기가 세탁 건조기의 드럼으로 공급된다.
이 경우, 건조 히터(10)로서 스트립형 박막 면상 발열부재를 사용한 도 2a에 도시된 히터를 적용하는 경우, 스트립형 면상 발열부재(13)는 열밀도가 낮은 금속 박판 스트립으로 이루어져 있기 때문에, 즉 표면적이 넓어서 온도 응답성이 매우 빨라 전원인가 후 약 20초 이내에 미리 설정된 기준설정온도(TR)에 도달하게 된다.
한편, 제어부(23)는 온도센서(22)를 통하여 검출된 드럼 내부온도(T)와 기준설정온도(TR)를 비교하여(S14), 드럼 내부온도(T)가 기준설정온도(TR) 보다 작은 경 우는 제1 전력에 따라 건조 히터(10)를 계속 구동시킨다.
즉, 상기 단계(S14)의 판단결과 드럼 내부온도(T)가 기준설정온도(TR) 보다 작은 경우 단계(S18)로 진행하며, 제어부(23)가 주지된 판단방법에 따라 세탁물의 습도 등을 판단하여 세탁물의 건조가 아직 완료되지 않은 것으로 판단하면 단계(S12)로 진행하여 제1 전력에 따라 건조 히터(10)를 계속 구동시킨다.
이 경우, 상기 기준설정온도(TR)는 예를 들어, 100℃로 설정되어 있다.
그러나, 드럼 내부온도(T)와 기준설정온도(TR)를 비교한 결과(S14), 드럼 내부온도(T)가 기준설정온도(TR) 보다 큰 경우, 제어부(23)는 히터제어신호(SH)의 논리레벨이 "1"인 신호를 발생하여 스위칭 소자(28)에 공급한다. 이에 따라 스위칭 소자(28)로 사용된 릴레이는 가동접점(28a)이 A접점인 제2입력(28c)으로 절환되어, 제2구동전원(27)으로부터 제2 전압 및 제2 전류(즉, 제2 전력), 예를 들어, 120V AC 전압, 4.95A 전류가 건조 히터(10)에 인가된다(S15). 즉, 제2구동전원(27)으로부터 건조 히터(10)에 인가되는 전력은 약 595W로 설정된다.
일반적인 세탁 건조기에서는 히터를 구동하기 위하여 단일의 구동전원을 사용하고 있으며, 따라서 드럼 내부온도(T)가 기준설정온도(TR) 보다 더 크게 상승하는 경우 제어부는 히터에 대한 전원공급을 차단한다.
상기와 같이 건조 히터(10)에 대한 구동전원이 제1 전압/제1 전류(제1 전력)에서 상대적으로 낮은 제2 전압/제2 전류(제2 전력)로 전환되면, 건조 히터(10)에 서 발생되는 열량은 드럼 내부온도(T)를 기준설정온도(TR)를 유지하기에 충분하지 못하므로 드럼 내부온도(T)는 서서히 하강하게 된다.
그 후, 상기 건조 히터(10)가 제2 전력으로 구동됨에 따라 드럼 내부온도(T)가 하강하면 상기 온도 센서(22)는 드럼 내부온도(T)를 감지하여(S16), 제어부(23)로 제공한다.
그 결과, 제어부(23)는 검출된 드럼 내부온도(T)와 기준설정온도(TR)를 비교하여(S17), 드럼 내부온도(T)가 기준설정온도(TR) 보다 더 큰(높은) 경우는 단계(S15)로 리턴하여 제2 전력에 따라 건조 히터(10)를 계속 구동시키고, 드럼 내부온도(T)가 기준설정온도(TR) 보다 더 작은(낮은) 경우는, 제어부(23)는 단계(S18)로 진행하여, 세탁물의 건조 완료를 판단하고 건조가 완료되지 않은 것으로 판단되면 단계(S12)로 진행하여 제1 전력에 따라 건조 히터(10)를 구동시킨다. 즉, 히터제어신호(SH)의 논리레벨을 "0"으로 전환하여 스위칭 소자(28)에 공급함에 의해 제1구동전원(26)으로부터 제1 전력이 건조 히터(10)에 공급되게 한다. 그 결과 드럼의 내부온도는 다시 상승하게 된다.
상기한 바와 같이, 제어부(23)는 단계(S18)로 진행하여, 세탁물의 건조가 완료되지 않은 것으로 판단하면 상기한 단계(S12) 내지 단계(S18)의 절차를 반복하여 진행하면서 세탁물의 건조가 이루어질 때 까지 제1 및 제2 구동전원(26,27)을 선택적으로 건조 히터(10)에 교대로 인가한다.
또한, 제어부(23)는 단계(S18)에서 세탁물의 건조가 완료된 것으로 판단하면 건조 히터(10)에 전원을 공급하는 제1 및 제2 구동전원(26,27)에 대한 전원 스위치(도시되지 않음)를 턴-오프시킴에 의해 건조 히터(10)에 대한 구동을 정지시키고, 블로워 모터(25)에 대한 구동을 정지시키며, 건조 기능과 관련된 모든 처리절차를 종료한다.
상기한 도 5의 세탁 건조기의 건조 제어 시스템은 제어부(23)에서 블로워 모터(25)를 직접 제어하는 것으로 표시되어 있으나, 주지된 부하 구동부를 통하여 블로워 모터(25)를 제어할 수 있다. 또한, 상기 블로워 모터(25) 대신에 드럼을 구동하는 모터와 연동하여 블로워 팬을 구동하는 것도 물론 가능하다.
상기한 도 5 및 도 6을 참고한 본 발명의 제1 실시예에 따른 세탁 건조기의 건조 제어 시스템 및 건조 제어 방법의 설명에서는 2중 구동전원방식을 채용할 경우 제어 시스템 측면에서 전체적인 건조 히터의 제어동작을 설명하였다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 건조 히터를 세탁 건조기에 적용할 경우 종래예와 비교하여 건조 특성을 설명한다.
<제1 실험예>
하기 제1 실험예에서 본 발명 실시예는 도 2a에 도시된 본 발명에 따른 금속 박판으로 이루어진 스트립형 면상 발열부재를 채용한 건조 히터를 사용하고 단일 구동전원방식으로 구동한 것이고, 종래예는 상기한 도 1과 같이 시즈 히터를 사용하여 단일 구동전원방식(220V)으로 구동한 것이다.
비교 실험을 위하여 본 발명 실시예는 엘지전자(주)의 세탁 건조기(모델번 호: WD-DR351S) 본체에 히터만을 본 발명 건조 히터로 대체하고 이에 대한 구동전원을 단일 구동전원방식(220V)을 적용한 것이고, 종래예는 시즈 히터와 단일 구동전원방식(220V)을 사용하는 엘지전자(주)의 세탁 건조기(모델번호: WD-DR351S)를 적용한 것이다.
본 발명 실시예 및 종래예 모두 동일한 시험샘플을 투입하고 건조 특성을 측정한 것으로, 건조율은 모두 2.5%로 설정된 것이다.
본 발명 실시예 및 종래예 각각의 경우에 히터 표면온도(TS12,TS1)와 드럼 공급온도(TD12,TD1)를 측정하여 얻어진 그래프를 도 7a 및 도 7c에 나타내고, 건조 히터에 대한 구동조건 및 측정결과 나타난 건조 특성을 요약하여 하기 표 1에 나타내었다.
| 종래예 | 본 발명 실시예 | 비고 | |
| 히터 종류 | 시즈 히터 | 스트립형 박막 면상 발열부재 | |
| 구동제어방식 | 220V 단일 구동전원 | 220V 단일 구동전원 | |
| 전력 | 2050W | 1500W | -550W |
| 드럼 내부온도 | 110℃ | 100℃ | -10℃ |
| 스위칭 회수 | 60회 | 200회 | +140 |
| ON/OFF 스위칭 주기 |
2분55초/55초 | 35초/22초 | |
| 건조시간 | 3H 20M | 3H 30M | +10M |
| 전력량 | 3720WH | 3230WH | 13.1% |
상기 표 1에 기재된 바와 같이, 본 발명 건조 히터는 이에 대한 구동전원으로 단일 구동전원방식을 적용할지라도 시즈 히터와 단일 구동전원방식(220V)을 사용한 종래예와 비교할 때 건조시간이 25분 증가하였으나, 히터의 전력(용량)을 (-)550W 만큼 작게 하였음에도 불구하고 소비 전력량이 13.1% 작게 소비되었음을 알 수 있다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 스트립형 면상 발열부재 히터는 빠른 온도 응답성으로 인하여 3H 30M의 건조시간 동안 200회의 스위칭이 발생하였으나, 시즈 히터를 사용한 종래예에서는 도 7c와 같이 시즈 히터의 느린 온도 응답성으로 인하여 3H 20M의 건조시간 동안 60회의 ON/OFF 스위칭이 발생하였다.
이 경우, 본 발명의 히터에서는 평균 승온시간(ON 기간)은 35초 정도이고 냉각시간(OFF 기간)은 22초인 것으로 나타났으나, 시즈 히터를 사용한 종래예에서는 승온시간이 2분 55초이고 냉각시간이 55초인 것으로 나타나 승온시간과 냉각시간 모두 긴 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 히터에서는 종래예와 비교할 때 승온시간, 즉 승온을 위하여 전원을 공급하는 시간(ON 기간)이 상대적으로 짧게 되어 전체적인 소모 전력량이 작은 것을 알 수 있다.
<제2 실험예>
제2 실험예에서 본 발명 실시예는 도 2a에 도시된 본 발명에 따른 금속 박판으로 이루어진 스트립형 면상 발열부재를 채용한 건조 히터를 사용하여 도 5 및 도 6에 도시된 2중 구동전원방식으로 구동한 것이고, 종래예는 제1 실험예와 동일하게 도 1과 같이 시즈 히터를 사용하여 단일 구동전원방식(220V)으로 구동한 것이다.
비교 실험을 위하여 본 발명 실시예는 엘지전자(주)의 세탁 건조기(모델번호: WD-DR351S)에서 건조 히터와 구동전원을 본 발명 건조 히터와 이에 대한 구동전원을 2중 구동전원방식을 적용하여 대체한 것이고, 종래예는 시즈 히터와 단일 구동전원방식(220V)을 사용하는 엘지전자(주)의 세탁 건조기(모델번호: WD-DR351S)를 적용한 것이다.
본 발명 실시예 및 종래예 모두 동일한 시험샘플을 투입하고 건조 특성을 측정한 것으로, 건조율은 모두 2.5%로 설정된 것이다.
본 발명 실시예 및 종래예 각각의 경우에 히터 표면온도(TS11,TS1)와 드럼 공급온도(TD11,TD1)를 측정하여 얻어진 그래프를 도 7b 및 도 7c에 나타내고, 건조 히터에 대한 구동조건 및 측정결과 나타난 건조 특성을 요약하여 하기 표 2에 나타내었다.
| 종래예 | 본 발명 실시예 | 비고 | |
| 히터 종류 | 시즈 히터 | 스트립형 박막 면상 발열부재 | |
| 구동제어방식 | 단일 구동전원 | 2중 구동전원 | |
| 전력 | 2050W | 2000W/595W | |
| 드럼 내부온도 | 110℃ | 100℃ | -10℃ |
| 스위칭 회수 | 60회 | 108회 | +48 |
| 건조시간 | 3H 20M | 2H 58M | -22M |
| 전력량 | 3700WH | 2920WH | 21% |
상기 표 1에 도시된 바와 같이, 본 발명 건조 히터와 이에 대한 구동전원을 2중 구동전원방식을 적용한 본 발명 실시예는 시즈 히터와 단일 구동전원방식(220V)을 사용한 종래예와 비교할 때 건조시간이 22분 단축되고, 소비 전력량이 21% 작게 소비되었음을 알 수 있다.
도 7b 및 도 7c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 스트립형 면상 발열부재 히터는 빠른 온도 응답성으로 인하여 2H 58M의 건조시간 동안 108회의 스위칭이 발생하였으나, 시즈 히터를 사용한 종래예에서는 시즈 히터의 느린 온도 응답성으로 인하여 3H 20M의 건조시간 동안 60회의 ON/OFF 스위칭이 발생하였다.
즉, 본 발명의 히터에서는 건조 시간의 경과에 따라 차이가 발생하나 구동전원으로 제1 전압/제1 전류(제1 전력)가 인가되어 드럼 내부온도가 설정된 온도까지 상승하는 데 걸리는 평균 승온시간은 15 내지 20초 정도이고 기간이 경과함에 따라 단축되며, 제2 전압/제2 전류(제2 전력)가 인가되는 냉각시간은 시간이 경과함에 따라 점차적으로 증가하고 있다.
이에 비하여 시즈 히터를 사용한 종래예에서는 승온시간(ON 기간)이 2분 55초이고 냉각시간(OFF 기간)이 55초인 것으로 나타나 승온시간과 냉각시간 모두 길고 시간의 경과에 따라 큰 차이가 발생하지 않는다. 이 경우 승온시간이 길다는 것은 전원공급시간이 긴 것을 의미한다.
또한, 도 7a 및 도 8a 내지 도 8e를 참고할 때, 본 발명에서는 건조 히터에 대한 구동전원으로 제1 전압/제1 전류(제1 전력)가 인가되는 제1기간(T1)과 제2 전압/제2 전류(제2 전력)가 인가되는 제2기간(T2)의 비율이 건조 시간이 경과함에 따라 증가하며, 제1기간(T1)과 제2기간(T2)이 반복되는 주기도 시간의 경과에 따라 증가하는 것을 알 수 있다.
상기한 히터 표면온도(TS11)의 변화를 참고할 때 시간의 경과함에 따라 히터에 제1 전력이 인가되는 제1기간(T1)이 단축되고, 제1 전력보다 상대적으로 낮은 제2 전력이 인가되는 제2기간(T2)이 증가하는 것은 시간이 경과함에 따라 설정된 온도를 유지하는데 소요되는 전력량의 감소가 이루어지는 것을 의미한다.
한편, 도 7a 내지 도 7c를 참고할 때 본 발명의 면상 발열부재 히터는 히터 표면온도(TS1)가 약 155-158℃까지 상승하나, 종래예의 시즈 히터는 히터의 표면온도(TS2)가 약 580℃까지 상승하는 것으로 나타났다. 따라서, 고온 발열이 이루어지는 종래예의 시즈 히터는 주변 소자들과의 격리 등을 고려할 때 콤팩트한 구조설계가 용이하지 않은 반면에 본 발명의 히터는 이러한 제약을 적게 받으며 콤팩트한 구조설계가 이루어질 수 있게 된다.
상기한 제1 및 제2 실험 결과를 종합하면, 본 발명 건조 히터로 대체하고 이에 대한 구동전원을 단일 구동전원방식(220V)을 적용한 경우에도 시즈 히터를 사용하는 종래기술에 비하여 소비전력량이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
그러나, 온도 응답성이 빠른, 즉 승온시간과 냉각시간이 짧은 스트립형 박막 면상 발열부재를 건조 히터로 채용하는 경우는 히터의 턴-오프(OFF) 기간동안(즉, 냉각기간)에 히터의 냉각온도를 90~100℃ 사이의 온도를 유지할 수 있도록 턴-오프 대신에 저전력(즉, 저전압/저전류)으로 구동하는 2중 구동전원방식을 채용하는 것이 소비전력을 더욱 줄일 수 있는 것을 확인할 수 있다.
<제2 실시예>
도 9a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 세탁물 건조기의 건조 제어 시스템을 나타낸 개략 블록도, 도 10은 도 9a에 도시된 건조 제어 시스템의 건조 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9a를 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 세탁 건조기의 건조 제어 시스템은 제1 실시예와 유사하게 사용자 요구명령을 입력하기 위한 다수의 키 입력부(21)와, 상기 키 입력부(21)를 통해 입력되는 동작 온/오프 명령에 따른 세탁 건조기의 드럼 내부온도(T)를 감지하기 위한 온도 센서(22)와, 상기 키 입력부(21)를 통해 동작시작 명령이 입력되면 상기 온도 센서(22)로부터 검출된 현재의 드럼 내부온도(T)에 기초하여 제1 및 제2 히터(H1,H2)(10a,10b)를 구동하기 위한 히터제어신호를 발생함과 동시에 블로워 팬(103)을 구동하기 위한 블로워 모터 구동신호를 발생하는 제어부(CPU: 23)를 포함한다.
제어부(23)는 그 내부에 예를 들어, 도 10에 도시된 건조 제어방법을 실행하기 위한 제어프로그램이 저장된 제1메모리(예를 들어, ROM)와 처리중의 일시적인 데이터를 저장하고 있는 제2메모리(예를 들어, RAM)를 내장하고 있는 마이컴 또는 메모리 장치가 프로세서와 분리되어 있는 다른 주지된 신호처리장치가 사용될 수 있다.
상기 제어부(CPU: 23)의 출력에는 히터제어신호의 논리레벨, 즉 "0" 및 "1"에 따라 제1 및 제2 히터(H1,H2)를 동시에 또는 선택적으로 하나만을 구동하기 위한 스위칭 소자(24)와, 블로워 모터 구동신호에 따라 블로워 팬(103)을 구동하기 위한 블로워 모터(25: M)가 연결되어 있다.
상기한 제1 실시예에서는 AC 220V와 AC 120V의 2중 구동전원방식을 채용하는 것이나, 제2 실시예에서는 단일 구동전원방식(AC 220V)을 적용하고, 그 대신 히터를 저항값이 서로 상이한 2개의 제1 및 제2 히터(H1,H2)(10a,10b)를 채용하여 드럼 내부온도(T)에 따라 제1 및 제2 히터(H1,H2)를 동시에 구동하다가 선택적으로 어느 하나의 히터만을 구동하는 것을 반복하는 방식이다.
이를 위하여, 상기 단일 구동전원(26)의 출력은 제1 히터(10a)에는 직접 연결되고, 제2 히터(10b)에는 스위칭 소자(24)를 통하여 연결되어 있다. 이 경우, 상기 단일 구동전원(26)의 출력단에는 사용자가 건조 작동을 개시하도록 작동키를 누르는 것에 응답하여 구동전원(26)의 출력을 제1 히터(10a) 및 스위칭 소자(24)에 인가하는 스위치(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 히터(H1)는 AC 220V 전압이 인가될 때 전력이 515W가 되도록 히터의 저항값이 설정되고, 상기 제2 히터(H2)는 AC 220V 전압이 인가될 때 전력이 1405W가 되도록 히터의 저항값이 설정된다.
이 경우, 상기 스위칭 소자(24)는 제어부(23)로부터 제공되는 히터제어신호의 논리레벨이 "1"인 경우, 스위칭 소자(24)를 턴-온시킴에 따라 단일 구동전원(26)으로부터 제1 및 제2 히터(H1,H2) 모두에 220V AC 전압이 인가되게 하고, 히터제어신호의 논리레벨이 "0"인 경우, 스위칭 소자(24)를 턴-오프시킴에 따라 220V AC 전압이 제1 히터(H1)에만 인가되게 한다. 따라서, 제1 및 제2 히터(H1,H2) 모두에 220V AC 전압이 인가되는 경우 전력은 1920W로 정해진다. 이 경우 제1 히터(H1)의 전력 설정은 제1 히터(H1) 단독으로 구동될 때 드럼 내부온도(T)가 100℃ 이하로 급격하게 많이 떨어지는 것을 저지하기에 적당한 크기로 설정된다.
상기 스위칭 소자(24)로는 릴레이를 사용하여 구성하거나, AC 전원을 스위칭하는 데 적합한 SCR, 트라이악 등의 소자를 사용할 수 있다. 또한, 스위칭 소자(24)와 온도센서(22) 대신에 써머스탯을 이용하여 회로를 구성하는 것도 가능하다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 세탁 건조기의 동작을 도 10을 참고하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 사용자가 키 입력부(21)를 통해 전원dmf 온(ON)시키면 파워가 공급되어 세탁 건조기는 동작 대기상태로 된다(S20).
그 후 사용자가 키 입력부(21)를 통하여 세탁물 건조 조건을 선택한 후, 건조 작동을 개시하도록 작동키를 누르면(S21), 제어부(23)는 사용자 명령을 인식하여 히터제어신호와 블로워 모터 구동신호를 각각 스위칭 소자(24) 및 블로워 모터(25)로 공급하여 스위칭 소자(24)를 턴-온시킴에 따라 단일 구동전원(26)과 제2히터(H2)와의 연결이 이루어져서 제1 및 제2 히터(H1,H2)(10a,10b)와 블로워 모터(25)를 모두 작동시키고 동시에 온도센서(22)를 통하여 드럼 내부온도(T)를 받아들인다(S22,S23).
초기상태일 때 제어부(23)는 히터제어신호의 논리레벨이 "1"인 신호를 발생하여 스위칭 소자(24)에 공급한다. 이 경우, 스위칭 소자(24)는 제1 및 제2 히터(H1,H2)(10a,10b) 모두에 구동전원(26)으로부터 예를 들어, 220V AC 전압이 인가된다.
따라서, 제1 및 제2 히터(10a,10b)에 인가되는 전체 전력은 약 1920W로 설정된다. 이러한 인가 전력은 일반적인 세탁 건조기에서 사용하고 있는 소비전력과 유사하게 설정된 것이다.
상기 제1 및 제2 히터(10a,10b) 모두에 220V AC 전압이 인가되어 작동됨에 따라 열이 발생되고 블로워 모터(25)가 동작되어 블로워 팬(103)에 의해 유입된 공기가 히팅 유니트(100)의 덕트 케이싱(102 또는 112)을 통과하면서 제1 및 제2 히터(10a,10b)에서 열교환되어 고온의 건조공기가 세탁 건조기의 드럼으로 공급된다.
이 경우, 제1 및 제2 히터(10a,10b)로서 스트립형 박막 면상 발열부재를 사용한 도 2a에 도시된 히터를 적용하는 경우, 스트립형 면상 발열부재(13)는 열밀도가 낮은 금속 박판 스트립으로 이루어져 있기 때문에, 즉 표면적이 넓어서 온도 응답성이 매우 빨라 전원인가 후 약 20초 이내에 미리 설정된 기준설정온도(TR)에 도달하게 된다.
한편, 제어부(23)는 온도센서(22)를 통하여 검출된 드럼 내부온도(T)와 기준설정온도(TR)를 비교하여(S24), 드럼 내부온도(T)가 기준설정온도(TR) 보다 작은 경우는 제1 및 제2 히터(10a,10b)를 계속 구동시킨다.
즉, 상기 단계(S24)의 판단결과 드럼 내부온도(T)가 기준설정온도(TR) 보다 작은 경우 단계(S28)로 진행하며, 제어부(23)가 주지된 판단방법에 따라 세탁물의 습도 등을 판단하여 세탁물의 건조가 아직 완료되지 않은 것으로 판단하면 단계(S22)로 진행하여 동일한 조건으로 제1 및 제2 히터(10a,10b)를 계속 구동시킨다.
이 경우, 상기 기준설정온도(TR)는 예를 들어, 100℃로 설정되어 있다.
제1 및 제2 히터(10a,10b)가 동시 구동되면, 드럼 내부온도(T)의 온도가 상승하게 되며, 약 20초 시간이 경과하면 기준설정온도(TR) 이상으로 상승하게 된다.
따라서, 그 후 드럼 내부온도(T)와 기준설정온도(TR)를 비교하면(S24), 드럼 내부온도(T)가 기준설정온도(TR) 보다 크게 된다. 이 경우, 제어부(23)는 히터제어신호의 논리레벨이 "0"인 신호를 발생하여 스위칭 소자(24)에 공급한다. 이에 따라 스위칭 소자(24)가 턴-오프되어 제2 히터(10b)에 대한 전원공급은 차단되며 제1 히터(10a)에만 전원공급이 이루어진다(S25).
일반적인 세탁 건조기에서는 단일 히터를 구동하기 위하여 단일의 구동전원을 사용하고 있으며, 따라서 드럼 내부온도(T)가 기준설정온도(TR) 보다 더 크게 상승하는 경우 제어부는 단일 히터에 대한 전원공급을 차단한다.
그러나, 본 발명에서는 건조 동작이 이루어질 때 제1 히터(10a)에 대하여는 계속 구동전원이 공급되어 발열 상태를 유지하며, 제2 히터(10b)를 드럼 내부온도(T)에 따라 스위칭 소자(24)를 턴-온(ON)과 턴-오프(OFF)시킴에 따라 제2 히터(10b)에 대한 전원공급과 차단을 반복한다.
만약 스위칭 소자(24)가 턴-오프(OFF)되어 제2 히터(10b)에 전원이 차단되면, 제1 히터(10a)에서 발생되는 열량은 드럼 내부온도(T)를 기준설정온도(TR)로 유지하기에 충분하지 못하므로 드럼 내부온도(T)는 서서히 하강하게 된다.
그 후, 드럼 내부온도(T)가 하강하면 상기 온도 센서(22)는 드럼 내부온도(T)를 감지하여(S26), 제어부(23)로 제공한다.
그 결과, 제어부(23)는 검출된 드럼 내부온도(T)와 기준설정온도(TR)를 비교하여(S27), 드럼 내부온도(T)가 기준설정온도(TR) 보다 더 큰(높은) 경우는 단계(S25)로 리턴하여 제1 히터(10a)만을 계속 구동시키고, 만약 드럼 내부온도(T)가 기준설정온도(TR) 보다 더 작은(낮은) 경우는, 제어부(23)는 단계(S28)로 진행하여, 세탁물의 건조 완료를 판단하고 건조가 완료되지 않은 것으로 판단되면 단계(S22)로 진행하여 제1 및 제2 히터(10a,10b)를 모두 구동시킨다. 즉, 히터제어신호의 논리레벨를 "1"로 전환하여 스위칭 소자(24)에 인가함에 의해 220V AC 전압이 제1 및 제2 히터(10a,10b)에 공급되게 한다. 그 결과 드럼의 내부온도는 다시 상승하게 된다.
상기한 바와 같이, 제어부(23)는 단계(S28)로 진행하여, 세탁물의 건조가 완료되지 않은 것으로 판단하면 상기한 단계(S22) 내지 단계(S28)의 절차를 반복하여 진행하면서 세탁물의 건조가 이루어질 때 까지 제1 및 제2 히터(10a,10b)를 동시에 구동하는 2-히터 구동상태와 하나의 히터만을 선택적으로 구동하는 1-히터 구동상태를 반복하여 실시한다.
또한, 제어부(23)는 단계(S28)에서 세탁물의 건조가 완료된 것으로 판단하면 히터에 전원을 공급하는 전원 스위치(도시되지 않음)를 턴-오프시킴에 의해 제1 및 제2 히터(10a,10b)에 대한 구동을 정지시키고, 블로워 모터(25)에 대한 구동을 정지시키며, 건조 기능과 관련된 모든 처리절차를 종료한다.
<제3 실시예>
도 9b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 세탁물 건조기의 건조 제어 시스템을 나타낸 개략 블록도이다.
상기한 제2 실시예는 제1 및 제2 히터(10a,10b)가 병렬 접속되어 있으나, 제3 실시예에서는 제1 및 제2 히터(10a,10b)가 직렬 접속되어 있다는 점에서 차이가 있다.
즉, 제3 실시예에서는 제1 및 제2 히터(10a,10b)가 단일 구동전원(AC 220V)(26)과 접지 사이에 직렬 접속되어 있고, 제2 히터(10b)의 일단(31)과, 제1 히터(10a)와 제2 히터(10b) 사이의 접속점(30)에 선택적으로 구동전원(26)을 연결하도록 스위칭 소자(29)가 연결된 구조를 가지고 있다.
상기 제어부(CPU: 23)는 상기 제2 실시예와 유사하게 드럼의 내부온도(T)에 따라 히터제어신호를 스위칭 소자(29)에 인가함에 의해 구동전원(26)을 제2 히터(H2)의 일단(31)에 연결하여 제1 히터(H1)와 제2 히터(H2)가 동시에 구동되게 하거나, 또는 구동전원(26)을 제1 히터(H1)와 제2 히터(H2) 사이의 접속점(30)에 연결하여 제1 히터(H1)만이 구동되도록 제어한다.
상기 스위칭 소자(29)로는 릴레이를 사용하여 구성하거나, AC 전원을 스위칭하는 데 적합한 SCR, 트라이악 등의 소자를 사용할 수 있다.
제3 실시예에 따른 세탁물 건조기의 건조 제어 시스템은 도 10에 도시된 건조 제어 방법에 따라 히터의 제어가 이루어진다. 제3 실시예에 따른 건조 제어 방법은 제어부(CPU: 23)가 스위칭 소자(24) 대신에 스위칭 소자(29)를 제어하는 점을 제외하고 제2실시예의 건조 제어 방법과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
상기 제2 및 제3 실시예에 따른 본 발명에서는 제1 실시예와 유사하게 제1 및 제2 히터(H1,H2)가 동시에 구동되는 제1기간(T1)과 제1 히터(H1) 만이 구동되는 제2기간(T2)을 비교할 때 건조 시간이 경과함에 따라 제2기간(T2)의 길이가 증가하며, 또한 제1기간(T1)과 제2기간(T2)이 반복되는 주기도 시간의 경과에 따라 증가하는 것으로 나타난다.
한편, 상기한 실시예 설명에서는 세탁 건조기용 건조 히터(10)가 3개의 제1 내지 제3 베이스부재(12a-12c)에 스트립형 면상 발열부재(13)가 상측 및 하측면에 결합된 3개의 제1 내지 제3 단위 히터(15a-15c)가 구비된 구조를 예를 들어 설명하였으나, 상기 건조 히터(10)는 다음과 같이 변형될 수 있다.
E. 건조 히터 변형예
<제1 변형예>
제1 변형예에 따른 건조 히터(104)는 도 11a에서 도시한 바와 같이 단위 히터(105)가 평판 형상을 가지는 플레이트형 베이스부재(110)의 상부에 면상 발열부재(120)가 구비되고, 상기 면상 발열부재(120)의 상부에 코루게이션된 플레이트형 방열부재(140)가 적층된 구성을 갖는다.
상기 면상 발열부재(120)는 금속 박판을 지그재그 패턴으로 가공한 것으로, 양측 단부는 베이스부재(110)의 상부에 고정용 나사 또는 볼트 체결에 의해 고정이 이루어진다. 또한, 상기 방열부재(140)의 양측 단부에는 각각 제1 및 제2 연결부재(142a,142b)가 결합되며, 상기 방열부재(140)는 제1 및 제2 연결부재(142a,142b)를 통하여 하측에 배치된 면상 발열부재(120)와 베이스부재(110)의 양측 단부에 고정용 나사 또는 볼트 체결에 의해 고정이 이루어진다.
상기 플레이트형 베이스부재(110)는 알루미늄 판(110mm*55mm)으로 이루어지고, 그 표면을 아노다이징 처리하여 알루미나 절연막을 형성함에 의해 5kV의 전압에도 전기적으로 절연되도록 형성되며, 또한, 상기 플레이트형 방열부재(140)는 표면에 아노다이징 처리하여 표면에 알루미나 절연막을 형성한 알루미늄 판을 코루게이션시켜 형성된다.
상기 단위 히터(105)는 도 11b에서 도시한 바와 같이 사각 히터 하우징(107) 내에 수평으로 다수(예를 들어, 10층)가 적층되고, 최상, 최하층의 단위 히터(105)의 상, 하부에 간격을 형성하여 건조 히터(104)를 구성한다.
상기 건조 히터(104)는 면상 방열부재의 양 단에 전압을 인가하여 발생된 열을 플레이트형 방열부재(140)로 전달하고, 가열된 플레이트형 방열부재(140)에 의해 주위 공기를 균일하게 가열한다.
즉, 도 4a와 같이 블로워 팬(103)의 작동으로 덕트 케이싱부재(102)의 내부로 유입된 공기는 플레이트형 방열부재(140)를 통과하면서 가열된 후 드럼 내부로 배출되어 세탁물을 건조한다.
<제2 변형예>
제2 변형예에 따른 건조 히터(104a)는 도 12a에서 도시한 바와 같이 단위 히터(105a)가 평판 형상을 가지는 플레이트형 베이스부재(110)의 상부에 면상 발열부재(120)가 구비되고, 상기 면상 발열부재(120)의 상부에 플레이트형 열전도부재(130)와 코루게이션된 플레이트형 방열부재(140)가 차례로 적층된 구성을 갖는다.
상기 플레이트형 열전도부재(130)는 표면이 아노다이징 처리되어 양극산화막 즉, 알루미나(Al2O3)가 형성된 알루미늄 판(110mm*55mm)으로 이루어지고, 이외의 플레이트형 베이스부재(110)와, 면상 발열부재(120), 플레이트형 방열부재(140)는 제1 변형예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 면상 발열부재(120)는 금속 박판을 지그재그 패턴으로 가공한 것으로, 또한, 상기 방열부재(140)의 양측 단부에는 각각 제1 및 제2 연결부재(142a,142b)가 결합되며, 상기 방열부재(140)는 제1 및 제2 연결부재(142a,142b)를 통하여 하측에 배치된 열전도부재(130), 면상 발열부재(120) 및 베이스부재(110)의 양측 단부에 고정용 나사 또는 볼트 체결에 의해 고정이 이루어진다.
상기 단위 히터(105a)는 면상 발열부재(120)와 플레이트형 방열부재(140) 사이에 플레이트형 열전도부재(130)가 삽입되어 있어, 면상 발열부재(120)에 코루게이션된 플레이트형 방열부재(140)가 직접 접촉하지 않고 공기층과 만나는 부분은 대류에 의해서 열이 전달되는 부분이 발생되기 때문에 고온이 필요한 경우에 부분적인 과열 현상(핫 스팟; hot spot)이 일어날 수 있는 점을 피할 수 있으며, 면상 발열부재(120)의 열을 플레이트형 방열부재(140)로 고르게 전달하여 열전도 효율을 높일 수 있다.
상기 단위 히터(105a)는 도 12b에서 도시한 바와 같이 사각 히터 하우징(107) 내에 수평으로 다수(예를 들어, 10층) 적층되고, 최상, 최하층의 단위 히터(105a)의 상, 하부에 간격을 형성하여 건조 히터(104a)를 구성한다.
상기 제2 변형예에 따른 건조 히터(104a)는 면상 방열부재의 양 단에 전압을 인가하여 발생된 열을 플레이트형 방열부재(140)로 전달하고, 가열된 플레이트형 방열부재(140)에 의해 주위 공기를 가열한다.
<제3 변형예>
도 13a에서 도시한 바와 같이 제3 변형예에 따른 건조 히터(104b)는 단위 히터(105b)가 평판 형상을 가지는 플레이트형 베이스부재(110)의 상부에 코루게이션 된 방열 핀 형상의 면상 발열부재(120)가 적층되어 구성된다.
상기 면상 발열부재(120)는 금속 박판을 지그재그 패턴으로 가공한 것으로, 상기 면상 발열부재(120)의 양측 단부에는 각각 제1 및 제2 연결부재(122a,122b)가 결합되며, 상기 면상 발열부재(120)는 제1 및 제2 연결부재(122a,122b)를 통하여 하측에 배치된 베이스부재(110)의 양측 단부에 고정용 나사 또는 볼트 체결에 의해 고정이 이루어진다.
상기 플레이트형 베이스부재(110)는 알루미늄 판의 표면을 아노다이징 처리하여 양면에 각각 5kV의 전압에도 절연되는 양극산화 절연막이 형성된다.
상기 단위 히터(105b)의 면상 발열부재(120)는 방열 핀 형상을 가져 양 단에 전압을 인가하여 발생된 열을 주위의 공기와 직접 열교환하여 가열한다.
상기 단위 히터(105b)는 도 13b에서 도시한 바와 같이 사각 히터 하우징(107) 내에 수평으로 다수(10층) 적층되고, 최상, 최하층의 단위 히터(105b)의 상, 하부에 간격을 형성하여 건조 히터(104b)를 구성한다.
상기한 제1 내지 제3 변형예에서 플레이트형 베이스부재(110)는 절연 처리된 제1 절연면 상에 면상 발열부재(120)가 패터닝되어 형성된다.
상기 플레이트형 베이스부재(110)는 열전도도가 높은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지며, 이외에도 열전도도가 높고 면상 발열부재(120)의 발열 온도를 견디는 어떠한 재질도 사용 가능하다.
또한, 상기 플레이트형 베이스부재(110)는 양 면 중 적어도 어느 한 면에 아노다이징 처리를 하여 절연과 산화 방지되는 절연면을 형성하며, 이 절연면 상에 상기 면상 발열부재(120)가 구비되어 면상 발열부재(120)와 절연이 이루어진다.
그리고, 상기 면상 발열부재(120)는 플레이트형 베이스부재(110)의 절연면 상에 패터닝되어 일체로 부착된 상태로 장착될 수도 있으며, 별도의 면상 발열부재로 제조된 것을 사용할 수도 있다.
상기 면상 발열부재(120)는 평판 형태로 형성될 수도 있으며, 코루게이션(corrugation)된 방열 핀 형상으로 형성하여 사용할 수도 있고, 방열 핀 형상으로 형성하여 사용할 경우 공기와의 접촉 면적을 넓히는 다양한 방열 핀 형상으로 굴곡시켜 형성할 수 있다. 또한, 상기 면상 발열부재(120)는 표면을 열처리하여 표면에 산화 피막을 형성시키거나, 절연재를 코팅하여 상기 플레이트형 베이스부재(110)와 후술될 플레이트형 열전도부재(130)와 절연되도록 할 수 도 있다.
본 발명인 건조 히터(104-104b)는 상기 단위 히터(105-105b)가 다수로 적층되어 구성되는 것으로, 두 개 이상의 단위 히터(105-105b)를 결합시킬 때 서로 다른 단위 히터(105-105b)의 면상 발열부재(120) 사이에 전기적으로 연결이 이루어질 수 있는 전극단자를 포함한다.
또한, 각 단위 히터(105-105b)에서 면상 발열부재(120)는 원형 또는 타원형 케이싱 내부에 원형으로 적층되는 경우 전극 사이에 접점을 갖지 않을 수도 있고, 필요에 의해서는 용접 또는 접착에 의한 한 개 이상의 접점 부위를 가질 수도 있다.
상기 면상 발열부재(120)의 상부에는 코루게이션되어 방열 핀 형상으로 형성되는 플레이트형 방열부재(140)가 구비되며, 이 플레이트형 방열부재(140)는 상기한 바와 같이 코루게이션(산과 골이 반복되는 파형)으로 형성될 수도 있으며, 열전도도가 높은 금속재 플레이트를 절곡시켜 주변 공기와의 접촉면적을 넓히는 어떠한 방열핀 형상으로도 형성될 수 있다.
또한, 상기 플레이트형 방열부재(140)는 열전도도가 높은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조되며 아노다이징 처리되어 표면에 산화 방지 및 절연재가 코팅되는 것이 바람직한 것이다. 상기 플레이트형 방열부재(140)는 굴곡된 부분을 통해 공기를 통과시키면서 넓은 접촉면적으로 효율적인 열교환을 가능하게 하여 주위 공기를 빠르게 가열할 수 있도록 한다.
상기 면상 발열부재(120)와 상기 플레이트형 방열부재(140) 사이에는 면상 발열부재(120)의 열을 플레이트형 방열부재(140)로 효율적으로 전달하는 플레이트형 열전도부재(130)를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 플레이트형 열전도부재(130)는 열전도도가 높은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조되며, 아노다이징 처리되어 표면에 산화 방지 및 절연재가 코팅되는 것이 바람직하다.
본 발명인 건조 히터(104-104b)는 다수의 단위 히터(105-105b)를 사각 히터 하우징(107) 내부에 적층하여 구성되며, 상기 단위 히터(105-105b)는 면상 발열부재(120)를 기본으로 포함하는 것이라면 상기한 제1 내지 제3 변형예 이외에 다른 방식으로 구성될 수 있다. 즉, 각 단위 히터(105,105b)는 원형 또는 타원형으로 성형한 후 원형 또는 타원형 케이싱 내부에 삽입될 수 있다.
예를 들어, 도 14a 및 도 14b에 도시한 바와 같이 단위 히터(105c)는 평판 형상을 가지는 플레이트형 베이스부재(110)의 상부에 면상 발열부재(120)가 구비되고, 상기 면상 발열부재(120)의 상부에 코루게이션된 플레이트형 방열부재(140)가 적층된 상태에서 나선형으로 성형한 후, 원통형 히터 하우징(107)의 내부에 원형으로 성형된 단위 히터(105c)를 삽입하여 건조 히터(104c)를 구성하는 것도 가능하다.
즉, 도 11a에 도시된 제1 변형예에 따른 건조 히터(104)에서 단위 히터(105)를 나선형상으로 권선하여 원통형 히터 하우징(107) 내에 패키징한 것이다.
상기 건조 히터(104c)는 전기 배선이나 전극 인가를 용이하기 위해 상기 플레이트형 베이스부재(110)와 면상 발열부재(120), 플레이트형 방열부재(140)를 권취기로 동시에 권취하여 원통형 히터 하우징(107)에 넣은 후 전극 단자를 부착한다.
또한, 상기 건조 히터(104c)는 단위 히터(105c)를 권취하면서 원통형 히터 하우징(107)의 중심에 형성되는 구멍을 막아 공기가 단위 히터(105c)를 통과하여 가열되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 건조 히터(104c)는 면상 발열부재(120)의 양 단에 전압을 인가하여 발생된 열을 코루게이션된 플레이트형 방열부재(140)로 전달하고, 가열된 플레이트형 방열부재(140)에 의해 주위 공기를 가열한다.
상기 도 14a 및 도 14b에 도시한 건조 히터(104c)는 플레이트형 베이스부재(110)와 면상 발열부재(120) 및 플레이트형 방열부재(140)로 이루어지는 단위 히터(105c)를 적층하여 권취한 것이나, 도 15a 및 도 15b에 도시한 바와 같이 플레이트형 방열부재(140)를 제거하고 플레이트형 베이스부재(110)와 코루게이션된 방열 핀 형상의 면상 발열부재(120)로 이루어진 단위 히터(105d)를 적층하여 나선형으로 권선하는 것도 물론 가능하다.
상기 단위 히터(105d)를 적층하여 나선형으로 권선한 권선체는 원통형 히터 하우징(107)의 내부에 패키징함에 의해 건조 히터(104d)를 구성한다.
한편, 상기한 건조 히터(104-104d)는 세탁기 또는 세탁 건조기 내에 설치되어 세탁 드럼 내부로 건조 공기를 송풍하는 건조용 히팅 유니트(100)에 이용된다.
이하에 상기한 건조 히터(104-104d)를 세탁기 또는 세탁 건조기용 건조용 히팅 유니트(100)에 적용할 때 종래의 시즈 히터를 채용한 경우와 비교하여 측정한 시험 결과를 설명한다.
우선, 건조용 히팅 유니트(100)의 덕트 케이싱(102) 내부에 공기의 흐름이 없을 경우 본원 발명의 건조 히터(104-104d)의 온도는 최대 137℃를 초과하지 않았으나, 시즈 히터를 채용한 경우는 447℃까지 상승하며, 이때 건조 덕트 케이싱의 표면 온도는 377.6 ℃로 매우 뜨거운 것으로 나타난다.
본 발명의 건조 히터(104-104d)와 종래의 시즈(sheath) 히터를 히팅 유니트(100)에서 블로워 팬(103)이 동작되는 경우에 비교하여 측정하면, 본 발명의 건조 히터는 히터의 표면온도가 120℃ 내외일 때, 공기 배출구(102b)에서 공기온도가 90℃ 내외를 유지하는 반면에 종래의 시즈 히터는 히터의 온도가 250℃ 내외에서 공기 배출구(102b)에서 공기온도 90℃ 내외를 유지하고 있다.
본 발명의 건조 히터(104-104d)를 채용한 경우 덕트 케이싱(102)의 표면온도는 측정 공간의 실내온도와 유사한 27℃ 내외로 측정되어 매우 안전한 상황이나, 시즈 히터에서는 덕트 케이싱(102)의 표면온도가 130℃를 초과하여 매우 뜨거운 상태를 유지하였다. 이는 덕트 케이싱 주변에 위치하는 부품은 내열성 부품을 사용해야 하는 것을 의미한다.
또한, 본 발명의 건조 히터(104)는 94℃ 정도를 유지하고 있는데, 시즈 히터의 온도는 나무가 발화할 수 있는 온도인 240℃보다 13~20℃가 더 높은 최고 260℃로 상승하므로 블로워 팬(3)의 동작이 멈출 경우 화재가 발생할 수 있게 된다.
본 발명의 건조 히터(104-104d)는 건조 히터의 온도와 공기 배출구의 공기 온도 사이의 차이가 6℃정도로서 열의 손실이 거의 없어 높은 에너지 효율을 가지나, 시즈 히터는 온도 차이가 150℃정도로서 에너지 효율이 낮은 것을 알 수 있다.
본 발명의 건조 히터와 종래의 시즈 히터가 장착된 건조용 히팅 유니트를 사용하여 소비 전력량, 소비 전력, 라인전류를 비교 측정한 결과 하기 표 3과 같이 나타났다.
이 경우 소비전력량은 통상 드럼 세탁기에서 건조 모드의 최소 설정시간인 30분 동안 건조를 수행했을 때의 측정값이다.
| 히터 종류 | 소비전력량 (Wh) |
소비전력 (W) |
라인전류 (Arms) |
전압 (Vac) |
| 본 발명 | 469 | 926 | 4.18 | 220 |
| 시즈 히터 | 1,058 | 2,108 | 9.59 | 220 |
상기한 바와 같이 본 발명의 건조 히터는 소비전력량이 469Wh이나, 시즈 히터는 1,058Wh로서 본 발명인 건조 히터에 비해 2.2배 이상으로 높은 전력 소모량을 나타내고 있다.
한편, 상기한 건조용 히팅 유니트(100)에 채용된 건조 히터(104-104d) 또한 스트립형 또는 이를 코루게이션 처리한 박막 면상 발열부재(120)를 채용하고 있다.
따라서, 상기한 본 발명에 따른 건조 제어 시스템 및 제어 방법의 제1 및 제2 실시예와 같이 드럼 내부온도가 일정하게 유지되고 급격한 하락을 방지하도록 미리 설정된 드럼 내부온도(T)에 따라 구동전압이 서로 다른 2중 구동전원을 선택적으로 공급하는 2중 구동전원 방식을 적용하거나, 단일 구동전원방식을 적용하고 그 대신 히터를 저항값이 서로 상이한 2개의 히터를 미리 설정된 드럼 내부온도(T)에 따라 제1 및 제2 히터를 동시에 구동하다가 선택적으로 어느 하나의 히터만을 구동하는 2-히터 구동 방식 중 하나의 방식으로 구동할 수 있다.
이 경우 상기한 제1 및 제2 실시예에서 설명한 바와 같이 박막 면상 발열부재를 히터의 발열체로 채용한 경우 면상 발열부재는 열밀도가 낮은 금속 박판 스트립으로 이루어져 있기 때문에 상대적으로 두꺼운 면상 발열부재 또는 코일형 발열체에 비하여 비교적 저온 발열이 이루어지나 넓은 면적에서 열교환이 이루어질 수 있고, 빠른 온도 응답성을 갖는 특성을 활용하여 전력 소모량이 감소하게 된다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도 1은 종래의 세탁물 건조용 히팅 유니트를 도시한 사시도,
도 2a 내지 도 2b는 각각 본 발명에 따른 상측의 덮개가 제거된 상태의 세탁물 건조용 건조 히터의 사시도, 평면도 및 도 2b의 X-X'선 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 세탁물 건조용 건조 히터에 사용되는 단위 히터의 조립공정도,
도 4a 내지 도 4d는 각각 본 발명에 따른 세탁물 건조용 건조 히터를 채용한 세탁물 건조용 히팅 유니트를 도시한 사시도,
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 세탁물 건조기의 건조 제어 시스템을 나타낸 개략 블록도,
도 6은 도 5에 도시된 건조 제어 시스템의 건조 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 7a는 본 발명에 따른 세탁물 건조용 건조 히터를 사용하며 다단 레벨 제어를 적용한 경우의 건조 히터의 시간에 따른 온도 변화를 나타낸 그래프,
도 7b는 본 발명에 따른 세탁물 건조용 건조 히터를 사용하며 다단 레벨 제어를 적용하지 않은 경우의 건조 히터의 시간에 따른 온도 변화를 나타낸 그래프,
도 7c는 종래기술에 따른 건조 히터의 시간에 따른 온도 변화를 나타낸 그래프,
도 8a 내지 도 8e는 각각 도 7a의 온도 변화 그래프에서 각 시간대 별로 샘플링하여 확대하여 나타낸 그래프,
도 9a 및 도 9b는 각각 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 세탁물 건조기의 건조 제어 시스템을 나타낸 개략 블록도,
도 10은 도 9a 및 도 9b에 도시된 건조 제어 시스템의 건조 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 11a 내지 도 13b는 각각 본 발명에 따른 건조 히터의 제1 내지 제3 변형예로서 단위 히터의 분해 사시도 및 건조 히터의 정면도,
도 14a 내지 도 15b는 각각 본 발명에 따른 건조 히터의 다른 변형예로서 원통형 구조를 갖는 건조 히터의 사시도 및 평면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
10,104-104d: 건조 히터 10a: 제1히터
10b: 제2히터 11,107: 하우징
12: 마이카 박판 12a-12c,110: 베이스부재
13-13b,120: 면상 발열부재 14: 관통구멍
15a-15c,105-105d: 단위 히터 16: 세라믹층
17: 스트립 18: 코루게이션 스트립
21: 키입력부 22: 온도 센서
23: 제어부 24,28,29: 스위칭 소자
25: 모터 26: 제1구동전원
27: 제2구동전원 30: 접속점
31: 제2히터 일단 100: 히터 하우징
102,112: 덕트 케이싱 102a: 공기 유입구
102b: 공기 배출구 103: 블로워 팬
107: 히터 하우징 130: 열전부재
140: 방열부재 142a,142b: 연결부재
Claims (41)
- 열전도성과 전기 절연 특성을 갖는 플레이트형 베이스부재와;상기 플레이트형 베이스부재에 장착되며, 금속 박판을 슬리팅 가공한 스트립으로 이루어지며, 전원이 스트립의 양단부에 인가될 때 발열이 이루어지며 열밀도가 낮은 스트립형 면상 발열부재를 포함하며,상기 면상 발열부재는 그 표면에 알루미나 절연막과 세라믹 코팅막이 형성된 FeCrAl계 합금 박판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 건조 히터용 단위 히터.
- 제1항에 있어서, 상기 면상 발열부재는 코루게이션 성형된 것을 특징으로 하는 건조 히터용 단위 히터.
- 제2항에 있어서, 상기 베이스부재는 상기 면상 발열부재의 폭에 대응하는 다수의 결합용 관통구멍이 다수의 열로 형성되고, 상기 코루게이션 성형된 면상 발열부재는 상기 베이스부재의 다수의 결합용 관통구멍에 부분적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 건조 히터용 단위 히터.
- 제3항에 있어서, 상기 면상 발열부재는 베이스부재의 상측에 위치한 상측 면상 발열부재의 하측부와 베이스부재의 하측에 위치한 하측 면상 발열부재의 상측부가 각각 상기 베이스부재의 상부면과 하부면에서 다수의 결합용 관통구멍에 교대로 결합되는 것을 특징으로 하는 건조 히터용 단위 히터.
- 제1항에 있어서, 상기 베이스부재는 마이카 또는 그 표면에 알루미나 절연막이 형성된 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 건조 히터용 단위 히터.
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- 통형상의 하우징과;상기 하우징 내부에 간격을 두고 형성된 다수의 단위히터를 포함하며,상기 다수의 단위히터는 각각열전도성과 전기 절연 특성을 갖는 플레이트형 베이스부재와;상기 플레이트형 베이스부재에 장착되며, 금속 박판을 슬리팅 가공한 스트립으로 이루어지며, 전원이 스트립의 양단부에 인가될 때 발열이 이루어지며 열밀도가 낮은 스트립형 면상 발열부재를 포함하며,상기 면상 발열부재는 그 표면에 알루미나 절연막과 세라믹 코팅막이 형성된 FeCrAl계 합금 박판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 건조 히터.
- 제8항에 있어서, 상기 베이스부재는 상기 면상 발열부재의 폭에 대응하는 다수의 결합용 관통구멍이 다수의 열로 형성되고,상기 면상 발열부재는 코루게이션 성형되어 상기 코루게이션 성형된 면상 발열부재의 상측부 및 하측부가 상기 베이스부재의 상측면 및 하측면에서 다수의 결합용 관통구멍에 부분적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 건조 히터.
- 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 베이스부재는 마이카 또는 그 표면에 알루미나 절연막이 형성된 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지고, 상기 면상 발열부재는 FeCrAl계 합금 박판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 건조 히터.
- 제10항에 있어서, 상기 FeCrAl계 합금 박판은 20~500㎛의 두께로 이루어지는 것을 특징으로 하는 건조 히터.
- 양단부에 공기 유입구와 공기 배출구를 구비하여 유입된 공기를 드럼 내부로 안내하는 경로를 형성하는 덕트 케이싱부재와;상기 덕트 케이싱부재 내부에 장착되며, 상기 공기 유입구를 통하여 공기를 유입하여 공기 배출구로 송풍시키는 블로워와;상기 덕트 케이싱부재의 내부에 장착되어 내부 경로를 통과하는 공기를 가열하는 건조 히터를 포함하며,상기 건조 히터는통형상의 하우징과;상기 하우징 내부에 간격을 두고 형성된 다수의 단위히터를 포함하며,상기 다수의 단위히터는 각각열전도성과 전기 절연 특성을 갖는 플레이트형 베이스부재와;상기 플레이트형 베이스부재에 장착되며, 금속 박판을 슬리팅 가공한 스트립으로 이루어지며, 전원이 스트립의 양단부에 인가될 때 발열이 이루어지며 열밀도가 낮은 스트립형 면상 발열부재를 포함하며,상기 면상 발열부재는 그 표면에 알루미나 절연막과 세라믹 코팅막이 형성된 FeCrAl계 합금 박판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 세탁물 건조용 히팅 유니트.
- 제12항에 있어서, 상기 베이스부재는 상기 면상 발열부재의 폭에 대응하는 다수의 결합용 관통구멍이 다수의 열로 형성되고,상기 면상 발열부재는 코루게이션 성형되며 상기 코루게이션 성형된 면상 발열부재의 상측부 및 하측부가 상기 베이스부재의 상측면 및 하측면에서 다수의 결합용 관통구멍에 부분적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 세탁물 건조용 히팅 유니트.
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