KR101037652B1 - 히터 조립체 및 이를 이용한 히팅 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 빠른 승온 속도와 느린 냉각 속도의 온도 응답성을 갖는, 금속 박판 스트립을 코루게이션(corrugation) 처리한 면상 발열부재를 히터로 채용함에 의해 공기와의 열교환 효율을 높여 전력 소모의 최적화를 기함에 의해 전력 소모량을 줄일 수 있는 히터 조립체 및 이를 이용한 히팅 장치에 관한 것이다.

본 발명은 권선된 스트립형 면상 발열부재에 의해 발열하는 히터 조립체; 상기 히터 조립체를 수납하는 하우징; 상기 하우징의 내면에 부착되며 상기 히터 조립체로부터 상기 하우징으로의 열전달을 차단하기 위한 절연판을 포함하며, 상기 히터 조립체는 승온 속도가 빠르고 냉각 속도가 느린 온도 응답성을 갖도록 금속 박판 스트립을 코루게이션(corrugation) 처리하여, 전원이 인가될 때 발열이 이루어지는 스트립형 면상 발열부재와, 상기 스트립형 면상 발열부재가 외주부를 따라 등간격으로 고정 지지되도록 권선되는 권선 틀을 이루는 보빈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

세탁물 건조기, 면상 발열부재, 열교환 효율, 소비전력, 열밀도

Description

히터 조립체 및 이를 이용한 히팅 장치{Heater Assembly and Heating Unit Using the Same}

본 발명은 히터 조립체 및 이를 이용한 히팅 장치에 관한 것으로, 특히 건조기능을 구비한 세탁기나 세탁물 건조기에 세탁물 건조용으로 금속 박판 스트립을 코루게이션(corrugation) 처리한 면상 발열부재를 채용하여 전력 소모량을 줄일 수 있는 히터 조립체 및 이를 이용한 히팅 장치에 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.

근래에는 판매되는 드럼 세탁기는 내부에 건조용 히팅 장치를 포함하여 세탁 후 탈수된 세탁물을 건조시키는 건조 기능을 포함하여 제조되고 있다. 이러한 건조 기능을 갖는 세탁기 대신에 세탁을 하는 고유 기능의 세탁기와 세탁이 완료된 세탁물의 건조만을 하기 위한 세탁물 건조기를 별개로 각각 구입하여 함께 사용하기도 한다.

이러한 세탁물 건조기는 세탁물이 투입되는 세탁조(이하, 드럼) 내부로 세탁 물을 건조시키기 위한 고온의 건조 공기를 공급하는 건조용 히팅 장치를 포함하는 기기이다.

상기 건조기에 구비되어 세탁물을 건조하는 데 사용되는 종래의 건조용 히팅 장치는 히터로서 시즈 히터, PTC 히터, 니크롬 선 히터 또는 콘덴싱 방식 히터 등을 사용하고 있다.

시즈 히터를 채용한 건조용 히팅 유니트는 공기 유입구와 세탁물 건조 시 드럼 내부로 공급되는 가열 공기의 온도는 세탁물의 옷감 손상을 방지하기 위해 90~110℃ 내외로서, 상기 건조용 히팅 유니트는 공기 배출구를 통해 배출되는 공기의 온도가 100℃ 내외에서 유지되도록 덕트 케이싱 내부에서 공기를 가열하여 배출한다.

상기 시즈 히터는 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)를 110℃로 유지하기 위해서 최대 580℃의 고온으로 가열되고 있다.

이러한 온도상승은 시즈 히터의 최고 발열온도가 750℃를 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 전원이 인가된 경우 승온 속도가 느리고 전원이 차단된 경우 냉각 속도도 느린 온도 응답성을 가지고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 시즈 히터를 채용한 종래의 세탁물 건조기는 적정온도 유지 및 승온 냉각이 반복되는 조건에서는 시즈 히터의 승온이 늦어 건조시간의 증가와, 많은 소비전력량 및 높은 전기 사용요금을 지불하여야 하는 문제가 있다.

특허 제457582호에는 히터 케이스의 일부분이 집중적으로 발열되는 것을 방지할 수 있도록 상기 히터 어셈블리가 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 홀딩소자의 상/하부에 설치하여, 지지 프레임과 하우징 구조가 간단하고 쉽게 코일을 조립할 수 있어 조립성이 양호하고 제조비용을 절감할 수 있는 구조를 가지고 있다.

그러나, 상기한 Ni-Cr 선 코일 발열체를 사용하는 경우 다수의 애자를 사용하는데 따른 제조비용의 증가와, 고온 발열과 고전력 소모량으로 인한 낮은 안전성과 저효율 문제를 안고 있다. 또한, 전력량이 높으면 히터를 제어하는 써머스탯의 제어비율도 증가하게 되어 결국 써머스탯의 수명이 단축되는 문제를 안고 있다.

일반적으로 상기한 코일 발열체를 사용하는 건조기 히터는 Ni-Cr 선을 사용하며 공기를 360도 가열하는 방식으로서 이는 용량에 따라 승온 속도가 빠르고, 냉각이 잘되는 장점을 갖고 있다. 단점이라면 Ni-Cr 선(Wire)의 최고온도가 높고, 가격이 높은 점이다.

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 세탁물 건조기에 적용될 수 없는 구조이다.

따라서, 본 발명의 목적은 금속 박판 스트립을 코루게이션 처리한 면상 발열부재를 히터로 채용함에 의해 공기와의 열교환 효율을 높여 전력 소모의 최적화를 기함에 의해 전력 소모량을 줄일 수 있는 히터 조립체 및 이를 이용한 세탁물 건조기용 히팅 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 저 용량의 전력 사용에 따라 이를 제어하는 스위치의 부하량을 줄일 수 있으며 이러한 부하량 감소에 따라 스위치의 수명을 연장할 수 있는 히팅 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 코루게이션 처리한 면상 발열부재를 히터로 채용함에 의해 히터표면의 높은 온도를 낮추고, 드럼으로의 공급온도를 낮출 수 있어 안전성을 도모할 수 있는 히팅 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 가격이 저렴한 Fe계 금속 박판으로 이루어진 면상 발열부재를 히터로 채용하며, 면상 발열부재를 지지하기 위한 보빈을 판 형상의 히터 지지대를 반턱맞춤(rabbet) 구조를 사용하여 조립함에 따라 조립성이 우수한 결합구조를 채용하여 저렴한 히팅 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 면상 발열부재와 히터 지지대를 이용하여 형성되는 보빈에 대한 결합구조가 간단하여 슬림화가 가능한 히팅 장치를 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 본 발명의 히팅 장치는 권선된 스트립형 면상 발열부재에 의해 발열하는 히터 조립체; 상기 히터 조립체를 수납하는 하우징; 및 상기 하우징의 내면에 부착되며 상기 히터 조립체로부터 상기 하우징으로의 열전달을 차단하기 위한 절연판을 포함하며, 상기 히터 조립체는 승온 속도가 빠르고 냉각 속도가 느린 온도 응답성을 갖도록 금속 박판 스트립을 코루게이션(corrugation) 처리하여, 전원이 인가될 때 발열이 이루어지는 스트립형 면상 발열부재와, 상기 스트립형 면상 발열부재가 외주부를 따라 등간격으로 고정 지지되도록 권선되는 보빈을 포함한다.

상기 히터 조립체는 상기 권선된 면상 발열부재에 의해 형성된 공간의 중심면에 하우징 내부공간을 상/하로 구획하기 위한 세라믹판을 더 포함하며, 수직프레임과 수평프레임에 의해 상기 하우징 내부 공간 중심에 배치되도록 하며, 상기 수직프레임과 수평프레임은 끼워 맞춤식 구조에 의해 결합되는 것이 바람직하다.

상기 보빈은 마이카 또는 지르코니아로 이루어지며, 다수의 돌출결합부가 하우징에 결합 고정되는 금속판으로 평행 배열된 베이스프레임과, 상기 베이스프레임에 고정 결합되는 다수의 수직 및 수평 히터지지대를 포함하며, 상기 다수의 수직 및 수평 히터지지대는 타단부에 각각 스트립형 면상 발열부재의 폭과 대응하는 다수의 요홈이 형성되며, 상기 다수의 요홈에 스트립형 면상 발열부재가 끼워진 상태로 권선되어 지지된다.

또한, 다수의 수직 히터 지지대는 상기 베이스 프레임에 끼워 맞춤식 구조에 의해 결합되며, 상기 다수의 수평 히터 지지대는 상기 베이스프레임에 리벳에 의해 결합된다.

상기 면상 발열부재는 FeCrAl계 금속 박판으로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 면상 발열부재의 FeCrAl계 금속 박판은 그 표면에 알루미나 절연막이 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 본 발명의 히터 조립체는 승온 속도가 빠르고 냉각 속도가 느린 온도 응답성을 갖도록 금속 박판 스트립을 코루게이션(corrugation) 처리하여, 전원이 인가될 때 발열이 이루어지는 스트립형 면상 발열부재와, 상기 스트립형 면상 발열부재가 외주부를 따라 등간격으로 고정 지지되도록 권선되는 보빈을 포함하며, 상기 보빈은 간격을 두고 평행하게 배열된 제1 및 제2 베이스프레임과, 각각 상기 제1 및 제2 베이스프레임에 양단부가 결합되며 상부 및 하부에 상기 스트립형 면상 발열부재가 삽입 고정되는 다수의 요홈이 형성된 다수의 수직 히터지지대와, 상기 다수의 수직 히터지지대 외측에 각각 배치되며 상기 제1 및 제2 베이스프레임에 양단부가 고정 결합되며 외측부에 상기 스트립형 면상 발열부재가 삽입 고정되는 다수의 요홈이 형성된 제1 및 제2 수평 히터지지대를 포함한다.

상기 제1 및 제2 베이스프레임과 다수의 수직 히터지지대 사이의 결합은 끼워 맞춤식 구조에 의해 결합되고, 상기 제1 및 제2 베이스프레임과 제1 및 제2 수평 히터지지대 사이의 결합은 리베팅 구조에 의해 결합된다.

상기 면상 발열부재는 FeCrAl계 금속 박판으로 이루어지는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 권선된 면상 발열부재에 의해 형성된 공간을 구획하도록 다수의 수직 히터지지대의 중간에 삽입된 세라믹판을 더 포함하는 것도 가능하다.

상기 보빈은 마이카 또는 지르코니아로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 가격이 저렴한 Fe계 금속 박판으로 이루어진 면상 발열부재를 히터로 채용하며, 면상 발열부재를 지지하기 위한 보빈을 다수의 판 형상의 히터 지지대를 끼워맞춤식 구조 예를 들어, 반턱맞춤(rabbet) 구조를 사용하여 조립함에 따라 조립성이 매우 우수한 결합구조를 채용하여 저렴한 세탁물 건조기용 히팅 장치를 제공할 수 있다.

본 발명은 금속 박막으로 이루어진 면상 발열체(Fe-Cr-Al)를 사용하여 금속 면상 발열체의 장점을 도입함으로써, 높은 온도를 낮추고, 공급온도를 줄이며, 전력소모를 줄임과 동시에, 가격이 저렴한 히터 조립체를 제공한다.

또한, 본 발명에서는 온도 응답성이 빠르고 열교환되는 면적이 큰 박막 면상 발열부재를 발열체로 채용하여 공기와의 열교환 효율을 높여 전력 소모의 최적화하여 전력 소모량을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 히터 조립체는 보빈에 박막의 면상 발열부재를 권선하므로 히터장치를 슬림화할 수 있어 히팅을 요구하는 장치에 다양하게 적용할 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.

A. 세탁물 건조기

첨부된 도 1a는 본 발명의 히팅 장치가 적용된 세탁물 건조기를 도시한 사시도이고, 도 1b는 건조기의 드럼 내부를 보여주는 사시도, 도 1c는 건조기의 히팅 장치를 보여주기 위한 배면도이다.

도 1a 내지 도 1c를 참고하면, 세탁물 건조기(1)에는 하우징(2)의 배면 외부에 히팅 장치(10)가 설치되어 드럼(4)의 흡입구(5)에 연결된 공급덕트(7)를 통하여 드럼 내부로 건조용 가열 공기를 공급하며, 드럼(4) 내부로 공급된 가열 공기는 배기구(6)에 연결된 배기덕트(8)를 통하여 건조기(1) 외부로 배출된다. 상기 건조기(1)는 배기덕트(8)에 설치된 배기팬(즉, 블로워)(9)의 작동에 따라 히팅 장치(10)에서 가열된 고온 공기가 회전되는 드럼(4)의 내부를 거치면서 세탁물을 건조시킨 후, 배기덕트(8)를 통하여 건조기(1) 외부로 배출된다.

도면에서 미설명 부재번호 3은 드럼 개방용 도어, 4a는 드럼(4)의 회전시에 소정 각도만큼 세탁물이 드럼과 함께 회전이 이루어질 수 있도록 드럼 내주면으로부터 돌출된 돌출부재를 가리킨다.

B. 히팅 장치의 구성 및 동작

첨부된 도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 세탁물 건조기에 적용되는 히팅 장치의 분해사시도, 평면도, 정면도 및 우측면도이다.

도 2a를 참고하면, 히팅 장치(10)는 상부면이 개방된 제2하우징(50)과, 제2하우징(50)의 내면에 부착되는 제2절연판(60)과, 제2하우징(50)에 안착되는 히터 조립체(20)와, 히터 조립체(20)의 상부로 커버링을 위한 제1절연판(40)을 부착한 제1하우징(30)을 포함한다. 제1절연판(40)과 제2절연판(60)은 각각 제1하우징(30)과 제2하우징(50)에 리벳(21)을 사용하여 결합된다.

히터 조립체(20)는 승온 속도가 빠르고 냉각 속도가 느린 온도 응답성을 갖도록 금속 박판 스트립을 코루게이션(corrugation) 처리하여, 전원이 인가될 때 발열이 이루어지는 스트립형 면상 발열부재(16)가 외주부를 따라 등간격으로 고정 지지되도록 권선되어 있다.

히터 조립체(20)는 마주보는 양면에는 두 개씩의 프레임절개부(17a, 17b, 17c, 17d)를 구비하며, 프레임절개부(17a, 17b, 17c, 17d)에는 하우징 결합시에 히터 조립체(20)를 지지하기 위한 수직 및 수평프레임이 끼워진다. 여기서, 제1하우징(30)과 제2하우징(50)은 플랜지(19)를 통해 리벳을 통해 결합되며, 금속재로 이루어지는 것이 바람직하고, 예를 들어, Fe계 금속판으로 이루어질 수 있다. 상기한 제1하우징(30)과 제2하우징(50) 간의 결합구조와 재질은 주지된 다른 결합방식과 다른 재질로 이루어질 수 있다.

또한, 제1절연판(40)과 제2절연판(60)은 열전달을 차단하여 금속재인 각 하우징(30, 50)의 가열을 방지하기 위한 절연재료, 예를 들어, 열전도성이 우수하고 히터와의 전기 절연 특성이 우수한 재질로 마이카 또는 지르코니아를 사용할 수 있다.

도 2b 및 2c를 참고하면, 제2하우징(50)에 내부에 제2절연판(60)이 결합되고, 제1하우징(30)에 제1절연판(40)이 결합된 상태로, 히터 조립체(20)가 안착된 상태를 보여준다. 여기서, 히터 조립체(20)에는 면상 발열부재(16)가 권선되어 있 는 상태이며 중심면에는 세라믹판(70)이 포함된 상태를 보여준다. 또한, 히터 조립체(20)에는 중심면에 세라믹판(70)을 구비하여 발열부재로부터 발열된 열이 균일하게 방열되도록 하우징 내부를 상부 채널과 하부 채널로 구획하고 있다.

그리고, 히터 조립체(20)가 하우징(30, 50)내부에서 이동하는 것을 방지하기 위해 수직프레임(23a, 23b, 23c, 23d)이 히터 조립체(20)의 프레임절개부(17a, 17b, 17c, 17d)에 끼워 맞추어 고정된 후, 수평프레임(25a, 25b, 25c, 25d)이 수직프레임(23a, 23b, 23c, 23d)에 끼워 맞추어 고정된다.

도 2d는 권선된 면상 발열부재(16)의 양단부(16a, 16b)와 연결된 터미널단자(80a, 80b)와 접지부(16c)에 연결된 접지단자(80c)가 제2절연판(60)의 외부로 돌출되어 제2하우징(50)에 의해 케이싱된 상태를 보여준다. 여기서, 두 개의 터미널단자(80a, 80b)는 도 6과 함께 후술하는 면상발열 부재의 구동 제어시에 두 개의 히터부재로 동작 가능하도록 한다.

이렇게 구성된 히팅 장치(10)의 동작을 전술한 도 1a 내지 도 1c의 건조기(1)를 참고하여 설명한다.

본 실시예에 따른 히팅 장치(10)는 예를 들어, 도 1c와 같이 건조기(1)의 공급덕트(7) 하단에 결합되어 사용된다.

사용자가 세탁이 이루어진 세탁물을 건조시키기 위하여 세탁물 건조기(1)의 드럼(4)에 세탁물을 투입하고 작동스위치를 턴-온시키면 면상 발열부재(16)에 구동전원(Vcc)이 인가되어 발열이 이루어진다. 이 경우 건조기(1)의 배기덕트(8)에 설치된 배기팬(9)의 작동에 따라 히팅 장치(10)에서 가열된 고온 공기가 공급덕트(7) 를 통하여 드럼 내부로 투입된 후, 회전되는 드럼(4)의 내부를 거치면서 세탁물을 건조시키고, 배기덕트(8)를 통하여 건조기(1) 외부로 배출된다.

본 발명의 히팅 장치(10)는 금속 박판으로 이루어진 스트립을 코루게이션 처리한 것을 면상 발열부재(16)로 사용하므로 코일형 히터와 비교하여 승온속도는 유사하나 코루게이션 구조가 열을 보관하는 기능을 갖고 있어 냉각속도가 느리므로 면상 발열부재(16)에 대한 구동전원의 전력 사용의 효율화를 도모할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 히팅 장치(10)는 코루게이션 처리한 면상 발열부재(16)가 히터 지지대(14a-14g)의 다수의 요홈(15)에 권선되어 있으므로 발열에 따른 재료의 팽창 또는 흡입 공기 흐름에 따른 늘어짐이 발생할지라도 팽창부분을 흡수할 수 있어 라인 형태의 유지와 유동을 방지하면서 지지한다.

이러한 면상 발열부재(16)의 지지구조는 공기 흐름의 균일성을 도모함과 동시에 면상 발열부재(16) 사이의 단락(short-circuit)을 방지하고 진동 및 충격에도 안정된 지지가 이루어진다.

전술한 히팅 장치(10)에서 발열을 위한 히터 조립체(20)와 그 히터 조립체(20)에 권선된 면상 발열부재(16)에 대해 하기에서 좀 더 상세히 설명한다.

C. 히터 조립체의 구조

첨부된 도 3a는 히터 조립체의 보빈을 보여주기 위한 사시도이고, 도 3b는 보빈의 결합구조를 설명하기 위한 개략도이며, 도 4는 보빈에 면상 발열부재가 권선된 상태의 사시도이다.

도 3a는 면상 발열부재(16)를 권선하기 이전의 보빈(14)을 보여준다. 보 빈(14)은 세 개의 평행 배열된 베이스프레임(12a, 12b, 12c)과 돌출결합부(13a, 13b, 13c, 13d)를 갖는 베이스프레임(12a, 12b)에 끼워맞춤식 구조, 예를 들어, 반턱맞춤(rabbet)구조로 결합되는 다섯 개의 수직히터지지대(14a, 14b, 14c, 14d, 14e)와 리벳을 사용하여 결합되는 두 개의 수평히터지지대(14f, 14g)를 포함한다. 그리고, 각 히터지지대(14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f, 14g)에는 면상 발열부재(16)를 권선하기 위해 면상 발열부재(16)의 폭과 대응하는 다수개의 요홈(15)을 구비한다. 베이스프레임(12a, 12b)은 수평히터지지대(14f, 14g)와 리벳(21a, 21b, 21c, 21d)에 의해 결합된다. 그리고 베이스프레임(12a, 12b)에는 다섯 개의 수직히터지지대(14a, 14b, 14c, 14d, 14e)가 끼워 맞춤식 구조로 결합된다.

이러한 끼워 맞춤식 구조는 도 3b를 참고하면, 각 보빈절개부(18a, 18b, 18c, 18d)에 의해 상호 결합이 이루어진다. 즉, 베이스프레임(12a)에 보빈절개부(18a)와 수직히터지지대(14a)의 보빈절개부(18d)가 끼워 맞추어 고정되며, 베이스프레임(12a)에 보빈절개부(18b)와 수직히터지지대(14b)의 보빈절개부(18c)가 끼워 맞추어 고정된다.

도 4는 전술한 대로 결합된 보빈(14)에 면상 발열부재(16)를 권선한 상태를 보여주는 사시도이다.

도 4를 참고하면, 히터 조립체(20)는 발열을 위한 면상발열부재(16)와 면상 발열부재(16)의 외주부에 타원형으로 권선되는 권선 틀을 이루는 보빈(14)을 포함한다. 면상발열부재(16)는 요홈(15)에 권선되며, 양단부(16a, 16b)와 접지부(16c)가 제2하우징(50)의 외부로 터미널단자(도 2d의 80a, 80b) 및 접지단자(도 2d의 80c)에 의해 연결 가능하도록 돌출 형성된다.

여기서, 면상 발열부재(16)는 바람직하게는 광폭의 금속 박판인 스트립을 슬리팅하여 스트립형으로 얻어지는데 하기의 도 5a 내지 도 5c를 참고하여 설명한다.

D. 면상발열부재의 제조

도 5a는 본 발명의 히팅 장치의 면상 발열부재에 사용되는 스트립의 정면도이고, 도 5b는 본 발명의 히팅 장치의 면상 발열부재를 정현파 형상으로 코루게이션 성형한 정면도이고, 도 5c는 본 발명의 히팅 장치의 면상 발열부재를 구형파 형상으로 코루게이션 성형한 정면도이다.

도 5a 내지 도 5c를 참고하면, 본 발명에 사용되는 상기 스트립형 면상 발열부재(16)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(KANTHAL^TM)선)을 사용할 수 있다.

상기 스트립형 면상 발열부재(16) 재료 중에서 더욱 바람직한 재료는 Fe-15Cr-5Al이고, Fe-15Cr-5Al는 고온 열처리가 이루어지는 경우 표면에 Al이 석출되면서 Al₂O₃(알루미나) 절연막이 형성되어 고온 내식성을 갖게 되어 철계 재료의 산화 문제를 저렴하게 해결하는 이점이 있다.

그러나, 상기 스트립형 면상 발열부재(16)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(16)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 있다.

한편, 본 발명에서는 예를 들어, 건조기의 세탁물 건조 용량과 건조시간 및 건조기 드럼 내부로 공급하는 공기의 온도와 같이 미리 결정된 조건에 금속 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 결정되는 경우, 광폭의 박판을 슬리팅하여 미리 결정된 폭을 갖는 도 5a의 스트립(160)을 준비한다. 예를 들 어, 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.

또한, 히팅 장치에 허용되는 하우징(30, 50)의 크기 및 스트립(160)의 길이를 고려함과 동시에 단위면적당 열밀도를 높이기 위하여 코루게이션(산과 골이 반복되는 파형) 가공을 실시하여 코루게이션 처리된 면상 발열부재(16)를 형성한다. 이 경우 코루게이션 처리된 면상 발열부재(16)의 산의 높이와, 골과 골 사이의 피치는 면상 발열부재(16)를 하우징(30, 50) 내에 설치되는 베이스 프레임(12a, 12b)과 히터 지지대(14a-14g)에 의해 결정되는 권선 가능한 스트립 길이를 고려하여 설정한다. 상기한 코루게이션의 형상은 정현파 형상(도 5b), 구형파 형상(도 5c) 또는 삼각형으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 길이가 100mm인 스트립(160)은 코루게이션 처리함에 의해 40mm의 길이로 단축될 수 있다.

그 후, 면상 발열부재(16)에 대하여 전기 절연이 이루어질 수 있도록 고온 열처리함에 의해 알루미나(Al₂O₃) 산화피막을 형성하면 고온에서의 부식을 방지할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에서 채용한 금속 박판 스트립을 코루게이션(corrugation) 처리한 스트립형 면상 발열부재(16)는 시즈 히터에 비교할 때 빠른 승온 속도를 가지며, 코일형 히터와 비교할 때 승온 속도는 서로 유사하나 코일형 히터보다 냉각 속도가 느린 온도 응답성을 갖게 된다. 따라서, 이러한 면상 발 열부재(16)는 세탁물 건조기의 건조히터로 채용하면 공기와의 열교환 효율을 높여 전력 소모의 최적화를 기함에 의해 전력 소모량을 줄일 수 있다.

이러한 현상은 후술하는 실시예를 통하여 입증될 것이다.

E. 면상발열부재의 구동 제어

도 6은 본 발명의 면상 발열부재를 구동하는 구동회로의 일실시예를 설명하기 위한 회로도이다.

도 6을 참고하면, 보빈(14)에 권선된 면상 발열부재(16)가 두 개의 제1 및 제2히터부재(H1, H2)로 분할되어 구동전원(Vcc)에 병렬 접속된다. 각 제1 및 제2히터부재(H1, H2)는 각각 릴레이스위치(RL1, RL2)를 구비하여 제어부(CPU)의 제어에 의해 히팅동작을 수행한다.

제어부(CPU)는 옷감의 종류에 따라 건조기에 기설정된 온도에 따라 두 개의 히터부재(H1, H2) 중 어느 하나를 구동시키거나 두 개의 히터부재(H1, H2) 모두를 구동시킬 수 있다. 즉, 제어부(CPU)는 릴레이스위치(RL1, RL2) 중 어느 하나를 "온"하여 두 개의 히터부재(H1, H2)에 선택적으로 전원을 공급하도록 하거나, 릴레이스위치(RL1, RL2) 두개를 모두 "온"하여 두 개의 히터부재(H1, H2) 모두에 전원을 공급하도록 한다. 이때, 제1 및 제2히터부재(H1, H2)를 분할하여 선택적으로 제어하는 경우 제1 및 제2히터부재(H1, H2)의 길이, 즉 저항값을 다르게 설정함에 의해 발열량을 가변시켜서 건조기 드럼 내부로 공급하는 공기의 온도를 가변시킬 수 있다. 또한, 제1 및 제2 히터부재(H1, H2)에 대하여 스트립의 폭을 달리함에 의해 이로부터 발생되는 열을 차별화하여 온도를 조절하는 것도 가능하다.

F. 동작 시험

이하에 동일한 부피와 크기를 갖는 하우징 내에 종래의 히팅 장치와 본 발명의 히팅 장치(10)를 동일한 모델의 하이얼(Haier)사 세탁물 건조기에 장착하고 동일한 조건의 세탁물을 드럼에 투입한 후, 동일한 시간동안 건조시키고 그 결과를 측정하여 표 1에 기재하였다.

이 경우 히팅 장치(10)의 히터에 대한 구동은 스위칭 제어가 아니라 설정된 건조시간동안 저온 연속구동방식으로 건조가 이루어졌다.

조건	단위	종래예	본 발명
건조 모드		시간 건조	시간 건조
전기 히터의 용량	W	2,220	1,430
세탁물 중량	kg	5,016	5,020
전력 소모량	Whr	3,637	2,996
탈수 후 중량	kg	7,989	7,864
건조 후 중량	kg	5,120	5,018
건조 시간	분	2시간24분	2시간24분

상기 표 1에 기재된 바와 같이 본 발명의 히팅 장치는 종래의 히팅 장치에 비하여 동일한 세탁물을 동일 조건에서 건조시에 본 발명의 히터의 용량(1.430W)이 종래의 히터의 용량(2.220W)에 비해 적음에도 불구하고 전력소모량은 대략 17%정도의 절감효과를 보여준다. 즉, 종래의 전력소모량은 3,637Whr인데 반해, 본 발명의 전력소모량은 2,996Whr이므로 본 발명의 히팅 장치의 전력소모량이 종래의 히팅 장치에 비해 상대적으로 작다.

도 1a는 본 발명의 히팅 장치가 적용된 세탁물 건조기를 도시한 사시도,

도 1b는 도 1a 건조기의 드럼 내부를 보여주는 사시도,

도 1c는 도 1a 건조기의 히팅 장치를 보여주기 위한 배면도,

도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 히팅 장치의 분해사시도,

도 2b는 도 2a 히팅 장치의 평면도,

도 2c는 도 2a 히팅 장치의 정면도,

도 2d는 도 2a 히팅 장치의 우측면도,

도 3a는 도 2a 히팅 장치의 히터 조립체의 보빈을 보여주기 위한 사시도.

도 3b는 도3a 보빈의 결합구조를 설명하기 위한 개략도,

도 4는 본 발명의 히터 조립체의 보빈에 면상 발열부재가 권선된 상태를 보여주는 사시도.

도 5a는 본 발명의 히팅 장치의 면상 발열부재에 사용되는 스트립의 정면도,

도 5b는 본 발명의 히팅 장치의 면상 발열부재를 정현파 형상으로 코루게이션 성형한 정면도.

도 5c는 본 발명의 히팅 장치의 면상 발열부재를 구형파 형상으로 코루게이션 성형한 정면도.

도 6은 본 발명의 면상 발열부재를 구동하는 방법을 설명하기 위한 회로 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 건조기 2 : 하우징

3 : 도어 4 : 드럼

4a : 돌출부재 5 : 흡입구

6 : 배기구 7 : 공급덕트

8 : 배기덕트 9 : 배기팬

10 : 히팅 장치 20 : 히터 조립체

30 : 제1하우징 40 : 제1절연판

50 : 제2하우징 60 : 제2절연판

70 : 세라믹판 80a, 80b : 터미널단자

80c : 접지단자 12a, 12b, 12c : 베이스프레임

13a, 13b, 13c, 13d : 돌출결합부

14a, 14b, 14c, 14d, 14e : 수직히터지지대

14f, 14g : 수평히터지지대 15 : 요홈

16 : 면상발열부재 16a, 16b : 양단부

16c : 접지부 17a, 17b, 17c, 17d : 프레임절개부

18a, 18b, 18c, 18d : 보빈절개부

19 : 플랜지 21, 21a, 21b, 21c, 21d :리벳

23a, 23b, 23c, 23d : 수직프레임

25a, 25b, 25c, 25d : 수평프레임

H1, H2 : 제1 및 제2히터부재 RL1, RL2 : 릴레이스위치

Vcc : 구동전원 CPU : 제어부

Claims (16)

1. 권선된 스트립형 면상 발열부재에 의해 발열하는 히터 조립체;

   상기 히터 조립체를 수납하는 하우징; 및

   상기 하우징의 내면에 부착되며 상기 히터 조립체로부터 상기 하우징으로의 열전달을 차단하기 위한 절연판을 포함하며,

   상기 히터 조립체는

   승온 속도가 빠르고 냉각 속도가 느린 온도 응답성을 갖도록 금속 박판 스트립을 코루게이션(corrugation) 처리하여, 전원이 인가될 때 발열이 이루어지는 스트립형 면상 발열부재와,

   상기 스트립형 면상 발열부재가 외주부를 따라 등간격으로 고정 지지되도록 권선되는 보빈을 포함하는 것을 특징으로 하는 히팅 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 히터 조립체는 상기 권선된 면상 발열부재에 의해 형성된 공간의 중심면에 하우징 내부공간을 상/하로 구획하기 위한 세라믹판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히팅 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 보빈은

   다수의 돌출결합부가 하우징에 결합 고정되는 금속판으로 평행 배열된 베이스프레임과,

   상기 베이스프레임에 고정 결합되는 다수의 수직 및 수평 히터지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 히팅 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 다수의 수직 및 수평 히터지지대는 타단부에 각각 스트립형 면상 발열부재의 폭과 대응하는 다수의 요홈이 형성되며, 상기 다수의 요홈에 스트립형 면상 발열부재가 끼워진 상태로 권선되어 지지되는 것을 특징으로 하는 히팅 장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 다수의 수직 히터 지지대는 상기 베이스 프레임에 끼워 맞춤식 구조에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 히팅 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 다수의 수평 히터 지지대는 상기 베이스프레임에 리벳에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 히팅 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 면상 발열부재는 FeCrAl계 금속 박판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히팅 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 면상 발열부재의 FeCrAl계 금속 박판은 그 표면에 알루미나 절연막이 형성된 것을 특징으로 하는 히팅 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 보빈은 마이카 또는 지르코니아로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히팅 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 히터 조립체는 수직프레임과 수평프레임에 의해 상기 하우징의 내부 공간 중심에 배치되도록 하는 것을 특징으로 하는 히팅 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 수직프레임과 수평프레임은 끼워 맞춤식 구조에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 히팅 장치.
12. 승온 속도가 빠르고 냉각 속도가 느린 온도 응답성을 갖도록 금속 박판 스트립을 코루게이션(corrugation) 처리하여, 전원이 인가될 때 발열이 이루어지는 스트립형 면상 발열부재와,

    상기 스트립형 면상 발열부재가 외주부를 따라 등간격으로 고정 지지되도록 권선되는 보빈을 포함하며,

    상기 보빈은 간격을 두고 평행하게 배열된 제1 및 제2 베이스프레임과,

    각각 상기 제1 및 제2 베이스프레임에 양단부가 결합되며 상부 및 하부에 상기 스트립형 면상 발열부재가 삽입 고정되는 다수의 요홈이 형성된 다수의 수직 히터지지대와,

    상기 다수의 수직 히터지지대 외측에 각각 배치되며 상기 제1 및 제2 베이스 프레임에 양단부가 고정 결합되며 외측부에 상기 스트립형 면상 발열부재가 삽입 고정되는 다수의 요홈이 형성된 제1 및 제2 수평 히터지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터 조립체.
13. 제12항에 있어서, 상기 면상 발열부재는 FeCrAl계 금속 박판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히터 조립체.
14. 제12항에 있어서, 상기 제1 및 제2 베이스프레임과 다수의 수직 히터지지대 사이의 결합은 끼워 맞춤식 구조에 의해 결합되고,

    상기 제1 및 제2 베이스프레임과 제1 및 제2 수평 히터지지대 사이의 결합은 리베팅 구조에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 히터 조립체.
15. 제12항에 있어서, 상기 권선된 면상 발열부재에 의해 형성된 공간을 구획하도록 다수의 수직 히터지지대의 중간에 삽입된 세라믹판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히터 조립체.
16. 제12항에 있어서, 상기 보빈은 마이카 또는 지르코니아로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히터 조립체.

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