KR101613966B1 - 의류처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 대상물이 수용되는 수용실과; 제1증발기, 제1압축기, 제1응축기 및 제1팽창밸브를 구비하는 제1히트펌프 사이클과; 제2증발기, 제2압축기, 제2응축기 및 제2팽창밸브를 구비하며, 상기 제2증발기 및 제2응축기가 상기 수용실로 유입되는 공기가 상기 제1증발기, 제2증발기, 제2응축기 및 제1응축기를 차례로 통과하도록 배열되는 제2히트펌프 사이클; 및 상기 제1히트펌프 사이클 및 제2히트펌프 사이클의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나는 주파수 변환을 통하여 압축기의 구동속도를 가변하는 인버터를 구비하며, 상기 제어부는 상기 인버터를 이용하여 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나의 구동속도를 제어하여 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나를 기설정된 구동범위에서 동작시키는 것을 특징으로 하는 의류처리장치를 제공한다.

Description

의류처리장치{CLOTHES TREATING APPARATUS}
본 발명은 의류 등을 건조하기 위한 히트펌프 사이클을 구비한 의류처리장치에 관한 것이다.
일반적으로, 세탁기 또는 건조기와 같이 건조기능을 갖는 의류처리장치는 세탁이 완료되어 탈수 과정이 종료된 상태의 세탁물을 드럼 내부로 투입하고, 드럼 내부로 열풍을 공급하여 세탁물의 수분을 증발시켜서 세탁물을 건조하는 기기이다.
의류 건조기는 세탁물을 건조시킨 후 드럼을 통과한 습한 공기의 처리방식에 따라 배기식 의류 건조기와 응축식 의류 건조기로 구분될 수 있다.
배기식 의류 건조기는 드럼을 통과하고 나오는 다습한 상태의 공기를 건조기 외부로 배기시키고, 응축식 의류 건조기는 드럼을 통과하고 나오는 다습한 공기를 건조기 외부로 배기시키지 않고 순환시키면서 응축기를 통해 다습한 공기를 이슬점 온도 이하로 냉각하여 다습한 공기 중에 포함된 수분을 응축시킨다.
응축식 의류 건조기는 응축기에서 응축된 응축수를 드럼에 재공급하기 전에 히터에 의해 가열한 후 가열 공기를 드럼으로 유입시킨다. 여기서, 다습한 공기가 응축되는 과정에서 냉각되어 공기가 갖는 열에너지의 손실이 발생하고, 이를 건조에 필요한 온도로 가열하기 위해 별도의 히터 등이 필요하다.
배기식 건조기도 고온다습한 공기를 외부로 배출하고 상온의 외기를 유입하여 히터 등을 통해 요구되는 온도 수준까지 가열할 필요가 있다. 특히, 건조가 진행됨에 따라 드럼 출구에서 배출되는 공기의 습도가 낮아져서 드럼에서 피건조물의 건조에 사용되지 않고 외부로 배출되는 공기의 열량이 손실되므로, 열효율이 떨어진다.
따라서, 최근에는 드럼에서 배출되는 에너지를 회수하여 드럼으로 유입되는 공기를 가열하는데 사용함에 따라 에너지 효율을 높일 수 있는 히트펌프 사이클을 갖는 의류 건조기가 소개되고 있다.
도 1은 히트펌프 사이클이 적용되는 응축식 의류 건조기의 일례를 보여주는 개략도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 응축식 의류 건조기는 피건조물이 투입되는 드럼(1)과, 공기가 드럼(1)을 경유하여 순환되도록 유로를 제공하는 순환 덕트(2)와, 순환 덕트(2)를 따라 순환 공기를 유동시키는 순환팬(3)과, 순환 덕트(2)를 따라 순환하는 상기 공기가 통과하도록 순환 덕트(2)에 직렬로 설치된 증발기(5) 및 응축기(6)를 구비하는 히트펌프 사이클(4)을 포함한다.
히트펌프 사이클(4)은 냉매가 증발기(5)와 응축기(6)를 경유하여 순환하도록 순환 유로를 형성하는 순환배관과, 증발기(5)와 응축기(6) 사이의 순환배관에 설치되는 압축기(7) 및 팽창밸브(8)를 구비할 수 있다.
상기와 같이 구성된 히트펌프 사이클(4)은 증발기(5)를 통해서 드럼(1)을 통과한 공기의 열에너지를 냉매로 전달한 후, 응축기(6)를 통해서 냉매가 갖는 열에너지를 드럼(1)으로 유입되는 공기로 전달한다. 이에 의해 기존의 배기식 의류 건조기에서 버려지거나 응축식 의류 건조기 등에서 손실되는 열에너지를 재활용하여 열풍을 생성할 수 있다. 이때, 응축기(6)를 통과하면서 가열된 공기를 재차 가열하기 위한 히터(미도시)를 추가적으로 포함하기도 한다.
이와 같은 히트펌프 사이클(4)을 이용한 건조기는 에너지 효율이 높기에, 기존방식보다는 히트펌프 사이클을 이용한 건조방식에서 보다 효과적인 제습을 위한 방안이 고려될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 목적은, 제습 능력을 향상하여 건조시간을 줄일 수 있는 히트펌프 사이클을 구비한 의류처리장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 멀티 히트펌프 사이클을 구비하면서도, 넓은 범위의 구동 조건하에서 동작하는 의류처리장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 싱글 히트펌프 사이클과 멀티 히트펌프 사이클에 각각 대응할 수 있는 구조의 의류처리장치를 제공하는 것이다.
이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 의류처리장치는, 수용실, 제1히트펌프 사이클, 제2히트펌프 사이클 및 제어부를 포함한다. 상기 수용실에는 대상물이 수용되며, 상기 제1히트펌프 사이클은 제1증발기, 제1압축기, 제1응축기 및 제1팽창밸브를 구비한다. 상기 제2히트펌프 사이클은 제2증발기, 제2압축기, 제2응축기 및 제2팽창밸브를 구비하며, 상기 제2증발기 및 제2응축기는 상기 수용실로 유입되는 공기가 상기 제1증발기, 제2증발기, 제2응축기 및 제1응축기를 차례로 통과하도록 배열된다. 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나는 주파수 변환을 통하여 압축기의 구동속도를 가변하는 인버터를 구비한다. 상기 제어부는 상기 제1히트펌프 사이클 및 제2히트펌프 사이클의 동작을 제어하며, 상기 인버터를 이용하여 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나의 구동속도를 제어하여 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나를 기설정된 구동범위에서 동작시킨다.
본 발명과 관련하여 일 예에 따르면, 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나는 상기 구동속도가 정속인 제1모드와, 상기 구동속도가 상기 정속에서 다른 속도로 변화되는 제2모드에서 구동한다. 주변온도, 상기 대상물의 양 또는 상기 대상물의 초기수분함습량 중 적어도 하나가 특정 범위를 벗어나는 경우에, 상기 제어부는 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나를 상기 제2모드에서 구동할 수 있다.
본 발명과 관련하여 일 예에 따르면, 상기 인버터의 구동주파수는, 상기 주변온도, 상기 양 또는 상기 초기수분함습량 중 적어도 하나가 상기 특정 범위의 상한치보다 높은 경우 또는 하한치보다 낮은 경우에 특정시점에서 낮아지도록 제어될 수 있다.
본 발명과 관련하여 일 예에 따르면, 상기 주변온도, 상기 양 또는 상기 초기수분함습량 중 적어도 하나가 상기 특정 범위의 상한치보다 높은 경우에, 상기 제1모드에서 상기 제1 및 제2압축기의 구동속도는 동일하며, 상기 제2모드에서 상기 제1 및 제2압축기 중 인버터를 구비하는 압축기의 구동속도는 낮아질 수 있다.
본 발명과 관련하여 일 예에 따르면, 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나는 상기 제1모드 및 제2모드로 구동된 후에, 상기 구동속도가 상기 다른 속도로 유지되는 제3모드에서 구동될 수 있다.
본 발명과 관련하여 일 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 제1히트펌프 사이클 및 제2히트펌프 사이클 중 적어도 하나에서 감지되는 응축온도나 압축기 토출온도를 이용하여, 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나의 구동속도를 제어한다. 상기 제어부는 상기 응축온도나 압축기 토출온도가 기설정된 범위를 벗어나면, 주변온도, 상기 대상물의 양 또는 상기 대상물의 초기수분함습량 중 적어도 하나가 특정 범위를 벗어나는 경우로 판별할 수 있다.
본 발명과 관련하여 일 예에 따르면, 상기 기설정된 구동범위는 압축비의 범위이며, 상기 제2압축기는 상기 제1압축기보다 상기 압축비가 크도록 형성된다. 상기 제2압축기는 상기 인버터를 구비하며, 상기 제1압축기는 정속 구동되는 압축기가 될 수 있다.
또한, 본 발명은 대상물이 수용되는 드럼과, 적어도 하나의 증발기와, 상기 드럼으로 유입되는 공기를 가열하는 적어도 하나의 응축기와, 상기 적어도 하나의 응축기 및 증발기와 조합되어, 히트펌프 사이클을 형성하는 적어도 하나의 압축기, 및 적어도 하나의 증발기와, 상기 적어도 하나의 응축기를 함께 수용하는 제1수용부와, 상기 적어도 하나의 압축기를 수용하며, 상기 제1수용부와 평행하게 배치되는 제2수용부와, 상기 제1수용부에서 유로가 형성되도록 상기 제1 및 제2수용부의 사이를 가로막도록 형성되는 경계벽을 포함하는 베이스 프레임을 포함하는 의류처리장치를 개시한다.
본 발명과 관련하여 일 예에 따르면, 상기 제1수용부에는 제1증발기 및 제1응축기가 각각 장착되는 제1 및 제2장착부가 형성된다. 상기 제1증발기 및 제1응축기의 사이에서 공간이 형성되도록, 상기 제1 및 제2장착부는 상기 경계벽을 따라 서로 이격될 수 있다.
본 발명과 관련하여 일 예에 따르면, 상기 드럼으로 유입되는 공기는 제1 및 제2히트펌프 사이클에 의하여 가열되며, 상기 제1증발기 및 제1응축기는 상기 제1히트펌프 사이클에 구비되고, 상기 제1 및 제2장착부의 사이에는 상기 제2히트펌프 사이클에 구비되는 제2증발기 및 제2응축기가 배치된다.
본 발명과 관련하여 일 예에 따르면, 상기 제1수용부의 양측에는 상기 유로의 입구 및 출구가 형성되며, 상기 적어도 하나의 증발기 및 상기 적어도 하나의 응축기는 상기 제1수용부의 양측에 각각 배치된다.
본 발명과 관련하여 일 예에 따르면, 상기 제2수용부에는 복수의 압축기 장착부가 상기 제1수용부에 형성되는 유로를 따라 배치된다.
본 발명과 관련하여 일 예에 따르면, 상기 드럼으로 유입되는 공기는 제1 및 제2히트펌프 사이클에 의하여 가열되며, 상기 복수의 압축기 장착부 중 어느 하나에는 상기 제1히트펌프 사이클의 제1압축기가 배치되고, 다른 하나에는 상기 제2히트펌프 사이클의 제2압축기가 배치된다. 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나는 주파수 변환을 통하여 압축기의 구동속도를 가변하는 인버터를 구비할 수 있다. 상기 제1히트펌프 사이클은 제1증발기 및 제1응축기를 구비하고, 상기 제2히트펌프 사이클은 제2증발기 및 제2응축기를 구비하며, 상기 제1 및 제2히트펌프 사이클은 상기 제1수용부로 유입되는 공기가 제1증발기, 제2증발기, 제2응축기 및 제1응축기를 차례로 통과하도록 배열될 수 있다.
본 발명과 관련하여 일 예에 따르면, 상기 드럼으로 유입되는 공기는 단일 히트펌프 사이클에 의하여 가열되도록, 상기 복수의 압축기 장착부 중 어느 하나에는 압축기가 배치되고 다른 하나에는 미배치될 수 있다.
본 발명과 관련하여 일 예에 따르면, 상기 베이스 프레임에는 상기 유로를 통과하는 공기를 흡입하는 팬의 모터가 장착된다. 상기 모터는 상기 제1수용부와 평행한 방향을 따라 상기 제2수용부와 인접하게 배치될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 의류처리장치에서 멀티 히트펌프 사이클을 통하여 제습 및 건조 성능을 향상하며, 나아가 건조시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 인버터를 구비하는 압축기에 의하여, 히트펌프 사이클이 작동영역을 넓혀 구동될 수 있다. 이를 통하여, 주변온도, 대상물의 양 또는 초기수분함습량이 특정범위를 벗어나도 압축기의 신뢰성 범위내에서 히트펌프 사이클이 동작할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 멀티 히트펌프 사이클을 통하여 저온 건조를 구현하고, 인버터의 주파수 변환을 통하여 히트펌프 사이클의 저온 작동범위를 보다 넓힐 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 복수의 수용부들이 형성되는 베이스 프레임을 통하여, 싱글 히트펌프 사이클과 멀티 히트펌프 사이클에 공용으로 이용되는 건조기 구조를 구현할 수 있다. 또한, 상기 복수의 수용부들의 경계벽에 의하여 유로가 형성되고, 상기 유로내에 부품이 배치됨에 따라, 부품배열에 관계없이 손실이 적은 공기의 유동이 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프 사이클을 구비한 의류처리장치의 개략도이다.
도 2는 도 1의 의류처리장치에서 건조 행정의 이용되는 공기의 습공기 선도(psychometric chart)이다.
도 3은 도 1의 의류처리장치에서 건조 행정의 이용되는 공기의 몰리에르 선도(PH 선도)이다.
도 4는 동일 풍량의 경우에 싱글 히트펌프 사이클과 멀티 히트펌프 사이클을 비교하는 몰리에르 선도(PH 선도)이다.
도 5는 도 1의 의류처리장치의 건조행정에 이용되는 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 고압측 히트펌프 사이클이 한계점(압축기 작동 신뢰 영역)에 도달하는 것을 나타내는 그래프이다.
도 7a 내지 도 7c는 도 5의 제어방법에서 제1조건인 경우에 압축기 신뢰성 운전 영역을 위한 제어방법을 나타내는 개념도들이다.
도 8a 내지 도 8c는 도 5의 제어방법에서 제2조건인 경우에 압축기 신뢰성 운전 영역을 위한 제어방법을 나타내는 개념도이다.
도 9는 외부 부하가 낮을 때, 인버터를 구비하는 압축기의 흡입 대 토출압력을 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 1의 의류처리장치에 구비되는 베이스 프레임의 평면도이다.
도 11은 도 10의 라인 A-A를 따라 취한 단면도이다.
도 12 내지 도 14는 도 10의 베이스 프레임에 증발기, 응축기 및 압축기가 장착되는 경우들을 나타내는 개념도들이다.
이하, 본 발명에 관련된 히트펌프 사이클을 구비한 의류처리장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명의 실시예들에서는, 의류처리장치의 예로서, 공기를 순환시키는 방식으로 젖은 의류 등의 피건조물을 건조시키는 응축식 의류 건조기를 보이고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 다른 방식의 의류 건조기나, 건조기능을 가지는 세탁기 등도 본 발명의 의류처리장치가 될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프 사이클을 구비한 의류처리장치의 개략도이고, 도 2 및 도 3은 도 1의 의류처리장치에서 건조 행정의 이용되는 공기의 습공기 선도(psychometric chart) 및 몰리에르 선도(PH 선도)이며, 도 4는 동일 풍량의 경우에 싱글 히트펌프 사이클과 멀티 히트펌프 사이클을 비교하는 몰리에르 선도(PH 선도)이다.
도시에 의하면, 본 발명에 따른 의류처리장치는 케이스(미도시), 드럼(110), 순환 덕트(120), 순환팬(130), 히트펌프 사이클(140, 150) 및 제어부(미도시)를 포함한다.
케이스는 의류처리장치의 외형을 이루며, 케이스의 상단부에 사용자 입력부, 표시부 등이 구비되고, 사용자가 사용자 입력부를 통해 세탁 시 다양한 기능을 갖는 모드를 선택할 수 있고, 표시부를 통해 현재 상태를 사용자에게 알려줄 수 있다.
드럼(110)의 내부에 세탁 대상물 및 건조 대상물이 수용된다. 따라서, 상기 드럼(110)은 수용실로 지칭될 수 있다. 드럼(110)은 대상물이 수용되도록 수용공간을 가지는 원통 형태일 수 있다. 드럼(110)은 케이스 내부에 회전가능하게 설치된다. 드럼(110)의 전방부는 개구되고, 케이스의 전방부에 개구부가 형성되며, 상기 대상물은 케이스의 개구부 및 드럼(110)의 전방부를 통해 드럼(110) 내부에 수용될 수 있다. 드럼(110)은 회전 중심축이 케이스의 내부에서 수평하게 위치하도록 설치될 수 있다. 드럼(110)은 케이스의 하부에 설치되는 구동모터에 의해 구동될 수 있다. 구동모터의 출력축과 드럼(110)의 외주면은 벨트에 의해 연결되고, 구동모터의 회전력이 벨트를 통해 드럼(110)으로 전달됨에 따라, 드럼(110)이 회전될 수 있다.
상기 대상물은 드럼(110)을 경유하며 순환되는 가열 공기에 의해 건조된다.
상기 가열 공기는 순환 덕트(120)를 따라 순환된다. 순환 덕트(120)는 공기가 드럼(110)을 경유하여 순환되도록 순환 유로를 형성한다. 순환 덕트(120)의 적어도 일부는 드럼(110)의 전방에 형성된 출구와 연통되게 연결되어, 드럼(110) 출구를 통해 빠져나온 공기는 순환 덕트(120)로 유입된다. 또한 순환 덕트(120)의 적어도 다른 일부는 드럼(110)의 후방에 형성된 입구와 연통되게 연결되어, 순환 덕트(120)의 공기가 드럼(110) 입구로 공급된다.
상기 순환 덕트(120)의 공기는 순환팬(130)으로부터 순환 동력을 전달받아 순환 덕트(120)를 따라 이동한다. 순환 덕트(120)의 내부에 순환팬(130)이 적어도 하나 이상 설치될 수 있고, 순환팬(130)이 가동됨에 따라 순환 덕트(120)의 공기가 드럼(110)의 입구로 유입되고, 드럼(110)을 통과한 공기는 순환 덕트(120)를 따라 이동하여 다시 드럼(110) 입구로 순환된다. 순환팬(130)은 구동모터와 연결되며, 구동모터로부터 동력을 전달받아 구동될 수 있다.
도시에 의하면, 순환되는 공기는 복수의 히트펌프 사이클(140, 150)에 의하여 가열된다. 복수의 히트펌프 사이클(140, 150)은 제1 및 제2히트펌프 사이클(140, 150)을 구비하나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 셋 이상의 히트펌프 사이클이 구비되어, 이하 설명되는 본 발명의 제어를 수행할 수도 있다.
제1 및 제2히트펌프 사이클(140, 150)은 각각 저온부에서 열을 흡수하여 고온부로 열을 방출함에 따라 저온부의 열을 고온부로 운반하는 기능을 수행한다. 이 때에, 상기 고온부에서 상기 순환되는 공기를 가열하게 된다.
보다 구체적으로, 상기 제1히트펌프 사이클(140)은 제1증발기(141), 제1압축기(143), 제1응축기(142) 및 제1팽창밸브(144)를 구비한다.
상기 제1증발기(141)는 저온부에 배치되어 열을 흡수할 수 있고, 상기 제1응축기(142)가 고온부에 배치되어 방열할 수 있다. 예를 들어, 제1증발기(141)는 드럼(110)의 출구 측과 연결되는 순환 덕트(120)의 내부에 설치될 수 있다. 한편, 제1응축기(142)는 드럼(110)의 입구 측과 연결되는 순환 덕트(120)의 내부에 설치될 수 있다. 제1증발기(141) 및 제1응축기(142)는 순환 덕트(120)의 내부에 서로 이격되게 배치되고, 공기의 진행방향을 기준으로 순환 덕트(120)의 상류 측에 제1증발기(141)가 설치되고, 순환덕트의 하류 측에 제1응축기(142)가 설치될 수 있다.
순환 덕트(120)를 따라 이동하는 가열 공기의 이동 경로를 살펴보면, 순환팬(130)이 가동되면 순환 덕트(120)의 가열된 건조공기는 드럼(110)의 입구로 유입되어 드럼(110)에 수용된 대상물을 건조시킨 후, 드럼(110)을 빠져나온다, 상기 드럼(110)을 빠져나온 습한 공기는 제1증발기(141)를 경유한 다음 상기 제1응축기(142)를 지나 드럼(110)으로 다시 순환된다. 이때 드럼(110)을 빠져나온 공기(예, 공기 온도가 약 40℃)는 제1증발기(141)에서 열을 빼앗기며 제1응축기(142)에서 가열된 후 드럼(110)으로 유입된다. 여기서, 드럼(110)을 통과한 공기는 제1증발기(141)에 의해 냉각 및 응축되며 제습된다. 그리고, 제1증발기(141)를 통과한 공기는 제1응축기(142)에 의해 가열된다.
제1증발기(141)는 플레이트형, 인쇄기판형 및 핀 앤 튜브형(fin & tube type) 등 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 도 2에 도시된 제1증발기(141)는 핀 앤 튜브형 열교환기이다.
핀 앤 튜브형 열교환기는 플레이트 형태로 이루어진 복수의 열교환핀과, 열교환핀을 수평방향으로 관통하는 복수의 열교환관으로 구성될 수 있다. 복수의 열교환관은 반원형으로 굽은 연결관에 의해 연결될 수 있고, 작동유체가 열교환관의 내부를 따라 이동할 수 있다. 열교환핀은 순환 덕트(120)의 내부에서 수직하게 배치되고, 공기진행방향과 교차하는 방향으로 이격되게 배치될 수 있다. 이에 의해, 드럼(110)을 빠져나온 공기는 열교환핀 사이의 공기유로를 지남에 따라 열교환핀 및 열교환관과 접촉하여 작동유체와 공기가 열교환된다. 열교환핀은 열교환관과 공기의 접촉면적을 확장시키기 위해 열교환관과 연결된다. 본 명세서에서 작동유체는 냉매와 동일한 의미로 사용될 수 있다.
제1응축기(142)는 앞서 설명한 것처럼 핀 앤 튜브형 열교환기일 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 제1증발기(141)에서는 드럼(110)을 통과한 공기의 열이 제1증발기(141)의 냉매로 전달 및 흡수되고, 제1응축기(142)에서는 제1응축기(142)의 냉매의 열이 제1증발기(141)를 통과한 공기로 전달 및 방출된다.
제1증발기(141), 제1압축기(143), 제1응축기(142) 및 제1팽창밸브(144)는 제1순환배관(145)에 의해 연결되며, 상기 제1순환배관(145)은 폐루프를 형성한다.
상기 제1순환배관(145)을 따라 흐르는 냉매의 이동경로를 살펴보면, 냉매는 제1증발기(141), 제1압축기(143), 재1응축기(142), 제1팽창밸브(144)를 경유한 다음 다시 제1증발기(141)로 순환한다.
제1증발기(141)는 드럼(110)을 통과한 공기로부터 열을 흡수하여 열교환관의 냉매로 전달함에 따라, 제1증발기(141)에 유입된 저온, 저압의 액상 냉매가 저온, 저압의 기상 냉매로 전환된다. 여기서, 제1증발기(141)에서 냉매의 상변화에 따른 기화잠열에 의해 증발기를 통과하는 공기는 냉각되어 응축 및 제습된다.
제1증발기(141)에서 배출된 저온, 저압의 기상 냉매는 제1순환배관(145)을 따라 이동하여 제1압축기(143)로 유입된다.
제1압축기(143)는 저온, 저압의 기상 냉매를 압축하여 고온, 고압의 기상 냉매로 만든다. 이에 의해 저온부에서 흡수된 열을 고온부에서 방출하는 것이 가능하다.
제1압축기(143)에서 배출된 고온, 고압의 기상 냉매는 제1순환배관(145)을 따라 이동하여 제1응축기(142)로 유입된다.
제1응축기(142)는 고온, 고압의 기상 냉매의 열을 제1증발기(141)로부터 빠져나온 공기로 전달 및 방출함에 따라, 고온, 고압의 기상 냉매가 고온, 고압의 액상 냉매로 전환된다. 여기서, 제1응축기(142)에서 냉매의 상변화에 따른 응축잠열은 제1응축기(142)를 통과하는 공기를 가열하는 사용될 수 있다.
제1응축기(142)에서 배출된 고온, 고압의 액상 냉매는 제1순환배관(145)을 따라 이동하여 제1팽창밸브로 유입된다.
제1팽창밸브(144)는 고온, 고압의 액상 냉매를 팽창시켜 저온, 저압의 액상 냉매로 만든다. 이에 의해 드럼(110)을 통과한 공기로부터 열을 흡수하는 것이 가능하다.
제1팽창밸브(144)에서 배출된 저온, 저압의 액상 냉매는 제1순환배관(145)을 따라 이동하여 다시 제1증발기(141)로 유입된다. 이때, 저온, 저압의 냉매는 제1순환배관(145)을 따라 이동하면서 냉매의 일부가 저온, 저압의 기상 냉매로 전환될 수 있으며, 이에 의해 제1증발기(141)로 유입되는 저온, 저압의 냉매는 액상과 기상이 혼합된 상태로 유입될 수 있다.
본 발명에서는, 상기 제1증발기(141) 및 제1응축기(142)의 사이에는 다른 증발기 및 응축기가 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2히트펌프 사이클(150)은 제2증발기(151), 제2압축기(153), 제2응축기(152) 및 제2팽창밸브(154)를 구비하며, 상기 제2증발기(151) 및 제2응축기(152)는 상기 수용실로 유입되는 공기가 상기 제1증발기(141), 제2증발기(151), 제2응축기(152) 및 제1응축기(142)를 차례로 통과하도록 배열된다.
이 경우에, 상기 제2증발기(151), 제2압축기(153), 제2응축기(152) 및 제2팽창밸브(154)의 기능은 제1증발기(141), 제1압축기(143), 제1응축기(142) 및 제1팽창밸브(144)의 기능과 동일하며, 이에 대한 설명은 전술한 내용으로 갈음한다.
상기 제2히트펌프 사이클(150)의 냉매는 상기 제1히트펌프 사이클(140)의 냉매와 동일 냉매이거나, 다른 냉매가 될 수 있다. 다른 냉매가 사용되는 경우에 온도와 압력, 고잠열비, 가격 등을 고려하여 이원으로 구성될 수 있다.
또한, 제2증발기(151), 제2압축기(153), 제2응축기(152) 및 제2팽창밸브(154)는 제2순환배관(155)에 의해 연결되며, 상기 제2순환배관(145)은 폐루프를 형성한다. 이를 통하여, 제2증발기(151)가 순환하는 공기를 제습하고, 제2응축기(152)가 드럼(110)으로 유입되는 공기를 가열하게 된다.
한편, 상기 제1히트펌프 사이클(140) 및 제2히트펌프 사이클(150)의 동작은 제어부에 의하여 제어되며, 각각은 독립적인 멀티 히트펌프 사이클로서 동작한다. 따라서 드럼(110)내의 세탁 대상물 및 건조 대상물에서 증발된 습증기는 제1증발기(141) 및 제2증발기(151)를 통하며 제습되고, 그 과정에 제1증발기(141) 및 제2증발기(151)에서 회수된 현열과 잠열은 제1압축기(143)및 제2압축기(153)에 의해 고온, 고압의 상태로 바뀌며 제1응축기(142)및 제2응축기(152)를 통해 방열되면서 드럼(110)내의 건조에 이용된다. 이 경우에, 상기 제1히트펌프 사이클(140)은 고압측 사이클이 되고, 상기 제2히트펌프 사이클(150)은 저압측 사이클이 될 수 있다.
보다 구체적으로, 도시된 바와 같이 드럼 내에서 증발된 습증기는 내측의 독립사이클인 제2히트펌프 사이클(150)의 증발기를 만나기 전에 외측의 독립사이클인 제1히트펌프 사이클(140)의 증발기를 먼저 만나 제습 과정을 거치며 엔탈피가 낮아지게 된다. 이 과정에 현열과 잠열을 빼앗긴 습증기는 온습도가 낮아지게 되고 더 효과적인 제습을 위해 더 낮은 온도의 증발온도를 필요로 하게 되며, 증발온도가 상대적으로 더 낮은 제2히트펌프 사이클(150)의 제2증발기(151)를 지나갈 때, 시간 당 제습량을 키우며 결과적으로 건조시간을 줄일 수 있는 상태로 진행되게 된다.
제2증발기(151)은 상대적으로 고압측인 제1증발기(141)에 비해 낮은 증발압(증발온도)를 가지게 된다. 이는 제1증발기(141)를 거친 습증기의 엔탈피가 낮아진 것에 의해서이며, 이 때문에 응축압(응축온도)도 낮게 형성된다. 제2응축기(152)를 거치며 1차 가열된 공기는 더 높은 응축압(응축온도)를 가진 제1응축기(142)를 통해 더 높은 온도로 가열된다. 따라서, 싱클 히트펌프 사이클인 경우와 비교하면, 2개의 증발기를 거치면서 제습량이 증가되어, 보다 건조한 공기가 고온으로 가열되어 드럼 내로 유입되어 증발 효율을 높일 수 있게 된다.
도 2를 참조하면, 응축기를 통해 드럼으로 들어가는 건조한 상태(A)의 습공기는 건조가 안정된 상태에 접어들면 거의 등엔탈피 변화를 통해 온도가 낮고 습도가 높아진 상태(B)로 드럼 출구로 나가게 된다. 점선으로 표시된 싱글 히트펌프 사이클에 비해 실선으로 표현된 멀티 히트펌프 사이클은 아래 수학식 1과 같이 동일 입력 대비 보다 큰 냉력과 아래 수학식 2와 같은 제습 능력의 향상을 가져올 수 있게 된다. 이 결과로 인해 건조에 투입된 에너지 뿐만 아니라 건조 시간까지 줄일 수 있게 된다.
Figure 112014127408955-pat00001
Figure 112014127408955-pat00002
도 3은 제1히트펌프 사이클(140)과 제2히트펌프 사이클(150)의 냉매측 상황을 비교한 것으로서, 점선으로 표시된 부분은 싱글 히트펌프 사이클에서 압축기의 용량을 증가시켜 최대한 냉력을 키워 건조시간을 단축하고자 할 때 몰리에르 선도(PH 선도)이다. 도 3을 참조하면, 냉력이 최대로 커짐에 인해 발생하는 압축기 토출압력의 상승과 압력비 증가로 인한 급격한 효율 하락이 나타난다. 이에 반해, 멀티 히트펌프 사이클의 경우, 두 개의 증발온도와 응축온도로 사이클을 독립적으로 운전하는 형태가 된다. 증발기의 경우에 고압 증발기 후 저압 증발기의 온도를 보다 낮게 구성하여 보다 효과적으로 제습을 하게 되고 사이클을 나누어 각각의 압축기에 전가되는 압력비를 낮춤으로써 성적계수를 증가시킬 수 있게 된다. 이는 빠른 건조 시간뿐만이 아니라 고효율 운전을 수반할 수 있는 근거가 된다.
또한, 이 경우에 압축기 토출 쪽에서 토출 온도의 급격한 상승 등을 예방할 수 있어 압축기의 신뢰성에 도움을 줄 수 있으며, 토출온도의 상승에 따른 모터 권선온도 한계선에 대해 여유를 갖고 운전을 할 수 있게 된다.
압력비는 비슷한 냉력을 얻기 위해서 싱글 히트펌프 사이클에서 가장 크고, 멀티 히트펌프 사이클의 저압측(제2히트펌프 사이클)이, 상대적으로 아주 작게 형성될 수 있다. 압력비가 커질수록 효율은 낮아지므로, 적절한 압력비로 나누어 사이클을 운용하는 것이 냉력을 증가(건조시간을 저감)시키면서 소비전력을 낮게 유지하는 조건이 될 수 있다.
도 4를 참조하면, 동일 작동유체의 풍량에서, 비슷한 건조 성능을 전제로 볼 때, 멀티 히트펌프 사이클을 가지는 시스템의 고압과 저압의 PH 선도상 움직임이 싱글 히트펌프 사이클에 비해 낮은 영역으로 그려지게 된다. 이는 의류처리장치의 폐유로계 내의 공기의 온도를 낮추는 결과를 낳게 되고, 이는 응축기를 거쳐 가열된 건조 공기가 드럼으로 들어가는 온도를 낮게 한다. 따라서, 실제 대상물은 싱글 히트펌프 사이클보다 낮은 온도로 건조된다.
또한, 도시에 의하면, 싱글 히트펌프 사이클의 증발기 측에서 냉매의 압력 강하가 멀티 히트펌프 사이클의 증발기에서의 압력강하에 비해 크게 일어남을 알 수 있다. 이는 하나의 증발기 내를 많은 유량의 냉매가 흘러 가기에 필연적으로 생기는 현상이다. 멀티 히트펌프 사이클로 독립 운전을 하게 되면 각각의 사이클로 냉매가 분리되어 사이클 당 냉매 순환량을 줄일 수 있어 증발기 측 냉매 압손이 감소하게 된다. 이는 냉력의 증가와도 결부되며 결과적으로 압축기 흡입 압력을 상대적으로 높게 유지하여 압력비를 줄이는 효과에도 도움이 되게 된다.
보다 구체적으로, 싱글 히트펌프 사이클의 경우, 응축온도가 84℃에 육박하는 응축기를 거쳐 드럼 입구로 도입되는 공기의 온도는 80℃를 넘어선다. 반면, 멀티 히트펌프 사이클의 경우, 저압측 응축기(응축온도: 47℃) 및 고압측 응축기(응축온도: 약 66℃)를 거쳐 드럼 입구로 유입되는 공기의 온도는 이론적으로 66℃에 미치지 못하게 된다. 두 경우에 있어 온도차가 15℃ 가까이 나기에 이는 직간접적으로 옷감에 미치는 악영향 척도에 있어 차이를 일으키게 된다.
다만, 도 2에서 보듯이, 습공기 선도상에서 싱글 히트펌프 사이클 대비 멀티 히트펌프 사이클의 선도가 좌하향하게 되어, 실제 dw(절대습도차)의 변화나 냉력의 지표인 Qe의 변화가 거의 없어 건조시간에서 차이는 없게 설계될 수 있다. 필요에 따라서는 상기의 15℃ 정도의 온도차(t3-t’3)를 좁히면서, 냉력을 크게하여 온도도 적절한 수준으로 낮추고, 건조시간도 단축하여, 온도와 마찰에 의한 옷감 손상의 정도를 복합적 관점에서 판별하여 제어하는 것도 가능하다.
나아가, 본 발명에서는 상기 제1압축기(143)및 제2압축기(153) 중 적어도 하나는 주파수 변환을 통하여 압축기의 구동속도를 가변하는 인버터(미도시)를 구비한다. 이 때에, 제어부는 상기 인버터를 이용하여 상기 제1압축기(143)및 제2압축기(153) 중 적어도 하나의 구동속도를 제어하여 상기 제1압축기(143)및 제2압축기(153) 중 적어도 하나를 기설정된 구동범위에서 동작시킨다. 이러한 구조를 통하여, 본 발명의 의류처리장치는 제품의 주변온도, 대상물의 양(건조 로드) 또는 대상물의 초기수분함습량(IMC)이 변화에도 불구하고 사이클을 작동영역 내에 유지시키는 기능을 발휘하게 된다. 이하, 이러한 구조 및 기능에 대하여 도 5 내지 도 9를 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 5는 도 1의 의류처리장치의 건조행정에 이용되는 제어방법을 나타내는 흐름도이고, 도 6은 고압측 히트펌프 사이클이 한계점(압축기 작동 신뢰 영역)에 도달하는 것을 나타내는 그래프이며, 도 7a 내지 도 7c는 도 5의 제어방법에서 제1조건인 경우에 압축기 신뢰성 운전 영역을 위한 제어방법을 나타내는 개념도들이며, 도 8a 내지 도 8c는 도 5의 제어방법에서 제2조건인 경우에 압축기 신뢰성 운전 영역을 위한 제어방법을 나타내는 개념도이며, 도 9는 외부 부하가 낮을 때, 인버터를 구비하는 압축기의 흡입 대 토출압력을 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 의류처리장치의 건조행정에 이용되는 제어방법은 먼저, 대상물의 건조를 위하여 제1히트펌프 사이클(140), 제2히트펌프 사이클(150) 및 순환팬(130, 이상 도 1 참조)을 구동한다(S110).
이 경우에, 드럼(110)을 통과한 순환 공기는 순환팬에 의하여 순환덕트를 순환하게 되며, 제1증발기(141), 제2증발기(151), 제2응축기(152) 및 제1응축기(142)를 경유하게 된다. 상기 순환 공기는 제1증발기(141) 및 제2증발기(151)에 의해 열량을 빼앗기면서 냉각되며, 냉각된 공기는 제2응축기(152) 및 제1응축기(142)를 통과하면서 가열된다.
한편, 상기 건조행정이 시작되기 전에, 제1 및 제2응축기(142, 152) 중 적어도 하나의 가열 효과만을 이용하여 가열된 공기를 순환시켜 드럼(110) 및 순환 덕트(120) 등을 예열하는 공정이 진행될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2응축기(142, 152) 중 적어도 하나에서 방출되는 열량을 효과적으로 이용하기 위해, 세탁 및 탈수 행정 시 드럼(110)으로부터 배출되는 공기가 제1 및 제2증발기(141, 151)를 우회하여 제1 및 제2응축기(142, 152) 중 적어도 하나로 유입될 수 있다. 드럼(110)을 통과한 공기가 제1 및 제2증발기(141, 151)에 의해 냉각되지 않고 제1 및 제2응축기(142, 152) 중 적어도 하나로 유입되어 가열됨에 따라 응축기의 가열효과를 극대화시킬 수 있다. 또한, 예열 공정에서 상기 제1 및 제2응축기(142, 152) 중 하나만 이용하거나 함께 이용하기 위하여, 제1히트펌프 사이클과 제2히트펌프사이클은 둘 중 하나만 구동되거나, 둘이 함께 구동될 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 제1히트펌프 사이클(140), 제2히트펌프 사이클(150) 및 순환팬(130)이 구동된 이후에, 기설정된 부분에 장착된 센서를 이용하여, 주변온도, 대상물의 양 또는 대상물의 초기수분함습량의 정도를 판별한다(S120).
상기 센서는 예를 들어, 제1히트펌프 사이클 및 제2히트펌프 사이클 중 적어도 하나에 구비되는 온도센서가 될 수 있으며, 상기 제어부는 상기 온도센서가 측정한 온도를 이용하여 주변온도, 대상물의 양 또는 대상물의 초기수분함습량이 어느 정도인지 판별한다. 상기 온도센서가 측정하는 온도는, 예를 들어 응축기의 응축온도나 압축기의 토출온도가 될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제어부는 상기 센서를 이용하여 제1 및 제2응축기의 응축온도 중 어느 하나가 기설정된 범위를 벗어나거나, 제1 및 제2압축기의 토출온도 중 어느 하나가 기설정된 범위를 벗어나는 지를 감지한다.
이 경우에, 상기 제어부는 상기 응축온도나 압축기 토출온도가 기설정된 범위를 벗어나면, 주변온도, 상기 대상물의 양 또는 상기 대상물의 초기수분함습량 중 적어도 하나가 특정 범위를 벗어나는 경우로 판별할 수 있다.
예를 들어, 설정된 기준값보다 주변온도가 높거나, 대상물의 양이 많거나 또는 대상물의 초기수분함습량이 높은 경우에, 고압측 히트펌프 사이클인 제1히트펌프 사이클(140)이 빠른 속도로 한계점에 도달하게 된다. 이 경우에, 제1응축기(142)의 응축온도나 제1압축기(143)의 토출온도가 기설정된 범위를 벗어나게 된다. 따라서, 상기 제어부는 제1응축기(142)의 응축온도나 제1압축기(143)의 토출온도를 이용하여, 상기 주변온도, 상기 대상물의 양 또는 상기 대상물의 초기수분함습량 중 적어도 하나가 특정 범위의 상한을 벗어나는 것을 감지한다.
반대로, 설정된 기준값보다 주변온도가 낮거나, 대상물의 양이 적거나 또는 대상물의 초기수분함습량이 낮은 경우에, 제1히트펌프 사이클(140) 및 제2히트펌프 사이클(150)은 함께 사이클 성장이 지체되는 문제를 가지게 된다. 이러한 경우도, 응축기의 응축온도나 압축기의 토출온도에 의하여 감지될 수 있으며, 사이클 성장이 지체되는 것에 해당하는 응축기의 응축온도나 압축기의 토출온도는 실험에 의하여 특정값 또는 특정범위로 설정될 수 있다.
다른 예로서, 상기 주변온도가 높거나 낮은 것은 제1히트펌프 사이클(140), 제2히트펌프 사이클(150) 및 순환팬(130)을 구동하기 전에 온도센서에 의하여 감지될 수 있다. 이러한 경우에는 상기 구동 단계(S110)는 생략되며, 상기 판별 단계(S120)은 상기 제1히트펌프 사이클(140), 제2히트펌프 사이클(150) 및 순환팬(130)이 구동되기 전에, 상기 주변온도의 정도를 판별하게 된다.
또 다른 예로서, 상기 대상물의 양이 설정된 기준값보다 많거나 적은 것은 제1히트펌프 사이클(140), 제2히트펌프 사이클(150) 및 순환팬(130)을 구동하기 전에 센서에 의하여 감지될 수 있다. 드럼 내의 대상물의 양은 무게 센서 등을 통하여 측정되므로, 상기 구동 단계(S110)는 생략되며, 상기 판별 단계(S120)은 상기 제1히트펌프 사이클(140), 제2히트펌프 사이클(150) 및 순환팬(130)이 구동되기 전에, 상기 대상물의 양의 정도를 판별하게 된다.
도시에 의하면, 상기 판별 단계(S120)의 다음으로 압축기의 제어 단계가 진행될 수 있다(S130). 예를 들어, 제어부는 상기 주변온도, 상기 대상물의 양 또는 상기 대상물의 초기수분함습량 중 적어도 하나가 특정 범위를 벗어나면, 상기 제1압축기(143) 및 제2압축기(153, 이상 도 1 참조) 중 적어도 하나의 구동속도를 제어한다(S130).
상기 구동속도의 제어를 위하여, 상기 제1압축기(143) 및 제2압축기(153) 중 적어도 하나는 주파수 변환을 통하여 압축기의 구동속도를 가변하는 인버터를 구비할 수 있다. 상기 제어부는 상기 인버터를 이용하여 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나의 구동속도를 제어하여 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나를 기설정된 구동범위에서 동작시키게 된다. 이 경우에, 상기 기설정된 구동범위는 압축비의 범위이며, 상기 제2압축기는 상기 제1압축기보다 상기 압축비가 크도록 형성될 수 있다.
보다 구체적인 예로서, 도 6 내지 도 9를 참조하면, 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나는 상기 구동속도가 정속인 제1모드와, 상기 구동속도가 상기 정속에서 다른 속도로 변화되는 제2모드에서 구동할 수 있다. 이 경우에, 상기 주변온도, 대상물의 양 또는 대상물의 초기수분함습량 중 적어도 하나가 특정 범위를 벗어나는 경우에, 상기 제어부는 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나를 상기 제2모드에서 구동한다.
전술한 바와 같이, 상기 주변온도, 대상물의 양 또는 대상물의 초기수분함습량은, 상기 제1히트펌프 사이클 및 제2히트펌프 사이클 중 적어도 하나에서 감지되는 응축온도나 압축기 토출온도에 의하여 판별되므로, 결국 상기 제어부는 상기 감지되는 응축온도나 압축기 토출온도를 이용하여, 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나의 구동속도를 제어하게 된다. 다만, 이 때에도 전술한 바와 같이, 온도센서나 무게센서를 이용하여 상기 주변온도이나 대상물의 양을 판별하는 경우에는, 상기 온도센서나 무게센서에 감지되는 값에 의하여, 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나의 구동속도가 제어될 수 있다.
상기 구동속도를 제어하는 예로서, 상기 인버터의 구동주파수는, 상기 주변온도, 상기 양 또는 상기 초기수분함습량 중 적어도 하나가 상기 특정 범위의 상한치보다 높은 경우 또는 하한치보다 낮은 경우에 특정시점에서 낮아지도록 제어될 수 있다.
전술한 바와 같이, 설정된 기준값보다 주변온도가 높거나, 대상물의 양이 많거나 또는 대상물의 초기수분함습량이 높은 경우에, 도 6에 도시된 바와 같이, 고압측 히트펌프 사이클인 제1히트펌프 사이클(140)이 빠른 속도로 한계점(압축기 작동 신뢰 영역)에 도달하게 된다.
이 경우에는, 저압측 또는 고압측 히트펌프 사이클을 꺼서 재기동하는 방법으로 히트펌프 사이클을 작동 영역 내에 유지해야 하는 상황이 발생할 수 있다. 히트펌프 사이클이 오프(off) 되는 시간 동안 냉력의 손실이 불가피하며 이는 건조시간 증가와 그로 인한 에너지 비용 증가(순환팬과 드럼 구동 모터의 소비전력 측면)의 결과를 낳게 된다. 보다 구체적으로, 압축기를 오프한 이후 안전한 기동을 위해 평압 시까지 대략 3분 정도의 대기 시간을 두게 되는데, 상기 대기 시간은 건조시간 측면에서 손해를 일으키는 요인이 될 수 있다. 본 예시에서는, 고압측과 저압측 히트펌프 사이클 중 적어도 하나의 압축기가 인버터를 구비하므로, 상기 적어도 하나의 압축기에서 구동 주파수를 가변하여 압축기의 신뢰성 영역 내로 고압측과 저압측 히트펌프 사이클을 이동시킬 수 있다. 이를 통하여, 상대적으로 오랜 시간 운전할 수 있고, 사이클의 오프를 배제한 상태로 지속적으로 운전을 할 수 있어, 압축기를 보호하면서 성능을 유지할 수 있게 되며, 나아가 건조시간 지연을 최소화 할 수 있다.
이와 같이, 상기 주변온도, 상기 양 또는 상기 초기수분함습량 중 적어도 하나가 상기 특정 범위의 상한치보다 높은 제1조건에서는, 상기 제1모드에서 상기 제1 및 제2압축기의 구동속도는 동일하며, 상기 제2모드에서 상기 제1 및 제2압축기 중 인버터를 구비하는 압축기의 구동속도는 낮아질 수 있다.
도 7a를 참조하면, 제1압축기 및 제2압축기가 각각 인버터를 구비하는 경우에, 각각 제1모드에서 정속으로 구동하다가 상기 주변온도, 대상물의 양 또는 대상물의 초기수분함습량 중 적어도 하나가 특정 범위를 벗어나는 경우라고 판단되면, 제1압축기와 제2압축기의 구동속도를 낮추어 제2모드를 실행한다. 이 경우에, 도면에서 제1압축기는 쇄선으로 표시되고, 제2압축기는 실선으로 표시된다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것을 아니다. 예를 들어, 제1모드에서 상기 주변온도, 대상물의 양 또는 대상물의 초기수분함습량 중 적어도 하나가 특정 범위를 벗어나는 경우라고 판단되면, 제1압축기의 구동속도만을 낮추거나, 제2압축기의 구동속도만을 낮추는 것도 가능하다.
또 다른 예로서, 저압측의 제2압축기의 구동주파수를 작동 가능한 크기까지 낮추고 난 후, 고압측의 제1압축기의 구동속도가 조절될 수 있다. 그 반대로, 고압측의 제1압축기의 구동주파수를 작동 가능한 크기까지 낮추고 난 후, 저압측의 제2압축기의 구동속도가 조절될 수도 있다.
도 7b를 참조하면, 제1압축기가 인버터를 구비하고, 제2압축기가 정속구동되는 압축기인 경우에, 고압측인 제1압축기의 구동속도를 낮추면서 신뢰성 영역 내에서 압축기의 운전이 제어될 수 있다. 다른 예로서, 도 7c를 참조하면, 제2압축기가 인버터를 구비하고, 제1압축기가 정속구동되는 압축기인 경우에, 저압측인 제2압축기의 구동속도를 낮추면서 신뢰성 영역 내에서 압축기의 운전이 제어될 수 있다.
상기에서 설명된 바와 같이, 본 발명에서는 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나는 상기 구동속도가 정속인 제1모드와, 상기 구동속도가 상기 정속에서 다른 속도로 변화되는 제2모드에서 구동할 수 있다. 이 경우에, 상기 주변온도, 대상물의 양 또는 대상물의 초기수분함습량 중 적어도 하나가 특정 범위를 벗어나는 경우에, 상기 제어부는 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나를 상기 제2모드에서 구동한다.
또한, 이러한 구동방법은 전술한 바와 같이, 설정된 기준값보다 주변온도가 낮거나, 대상물의 양이 적거나 또는 대상물의 초기수분함습량이 낮은 제2조건에도 적용될 수 있다.
제2조건의 경우에, 전술한 바와 같이, 고압측과 저압측의 히트펌프 사이클이 모두 동일하게 성장이 지체되어 일반적으로 항률건조 구간에 접어드는데에 시간이 많이 걸리게 된다. 이는 어떤 경우에나 일정한 열량을 공급할 수 있는 전기식 히터의 건조기와는 달리 히트펌프 사이클을 구비하는 건조기의 특성으로 주변이나 건조로드의 상황이 낮은 엔탈피를 가지는 경우에 발생한다.
이 경우에, 도 8a 내지 도 8c와 같이, 상기 제어부는 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나를 상기 제2모드에서 구동한다.
예를 들어, 도 8a와 같이, 제1압축기 및 제2압축기가 각각 인버터를 구비하는 경우에, 각각 제1모드에서 제1압축기 및 제2압축기를 고속운전하여, 사이클의 성장을 촉진하고, 사이클의 효율이 커지는 고온 고습 상황(phychrometric chart 상 우상 영역으로 이동)으로 유도한다. 이를 통하여 전체적인 효율과 더불어 건조시간이 늘어나는 폐해를 최소화할 수 있으며, 이 후에, 제어부는 제1압축기와 제2압축기의 구동속도를 낮추어 제2모드를 실행한다. 또한, 제2조건에서 사이클의 성장을 위하여, 히터(heater)와 같은 보조 열원이 별도로 구비될 수 있다.
다른 예로서, 도 8b를 참조하면, 제1압축기가 인버터를 구비하고, 제2압축기가 정속구동되는 압축기인 경우에, 고압측인 제1압축기의 구동속도를 초기에 고속으로 하다가, 이후에 낮추면서 사이클의 성장을 촉진할 수 있다. 또 다른 예로서, 도 8c를 참조하면, 제2압축기가 인버터를 구비하고, 제1압축기가 정속구동되는 압축기인 경우에, 저압측인 제2압축기의 구동속도를 초기에 고속으로 하다가, 이후에 낮추면서 사이클의 성장을 촉진할 수 있다.
도 9를 참조하면, 이와 같이 외부 부하가 낮을 때, 정속 압축기에 비해서, 고속으로 운전하는 인버터를 구비하는 압축기가 드럼입구 측 공기의 온도(열량과 비례적 개념)를 올리는 것을 알 수 있다. 실선으로 표시된 정속 압축기를 구비하는 사이클의 압력 추이에 대해 점선으로 표시된 고속 운전 압축기의 압력 추이는 높은 토출압과 압력비를 만들어 내며 빠르게 사이클을 항률구간으로 이르게 하는 양태를 나타낸다.
다시 도 5를 참조하면, 마지막으로, 구동속도가 변화된 후에 상기 제1압축기 및 제2압축기는 건조행정을 완료할 때까지 정속으로 구동된다(S140).
즉, 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나는 상기 제1모드 및 제2모드로 구동된 후에, 상기 구동속도가 상기 다른 속도로 유지되는 제3모드에서 구동될 수 있다.
이와 같은 제어방법에 의하면, 저온 건조에 의해 고온에 따른 악영향을 전반적으로 줄일 수 있을 뿐 있다. 또한, 온도에 더욱 민감한 속옷코스 등에 있어 건조 말기 옷감 잔여 수분이 거의 없는 상태에서 고압측 또는 저압측 사이클 중 하나는 보다 저속운전하여 더욱 낮은 온도를 유도하여 피건조물의 상태를 향상시킬 수도 있다. 또한, 인버터를 구비한 압축기의 구동속도를 더욱 조정하여 저온 작동 영역을 보다 넓혀 운전할 수도 있다.
또한, 본 발명의 의류처리장치는 제1히트펌프 사이클 및 제2히트펌프 사이클을 선택적으로 구비할 수 있다. 예를 들어, 의류처리장치는 단일 히트펌프 사이클로 구성된 의류처리장치에서, 상기 단일 히트펌프 사이클을 설계자나 사용자의 선택에 의하여 멀티 히트펌프 사이클로 용이하게 변경할 수 있는 메커니즘을 구비한다. 이하, 이러한 메커니즘에 대하여, 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 10은 도 1의 의류처리장치에 구비되는 베이스 프레임의 평면도이고, 도 11은 도 10의 라인 A-A를 따라 취한 단면도이며, 도 12 내지 도 14는 도 10의 베이스 프레임에 증발기, 응축기 및 압축기가 장착되는 경우들을 나타내는 개념도들이다.
본 도면들을 참조하면 의류처리장치는 베이스 프레임(160)을 구비하고, 적어도 하나의 증발기(141, 151)와, 적어도 하나의 응축기(142, 152)와, 적어도 하나의 압축기(143, 153)가 상기 베이스 프레임(160)에 장착된다. 보다 구체적으로, 상기 베이스 프레임(160)에는 단일 히트펌프 사이클의 부품이 장착되거나, 멀티 히트펌프 사이클의 부품이 장착될 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 적어도 하나의 응축기(142, 152)는 상기 드럼으로 유입되는 공기를 가열하며, 상기 적어도 하나의 압축기는 상기 적어도 하나의 응축기(142, 152) 및 증발기(141, 151)와 조합되어, 히트펌프 사이클을 형성한다.
예를 들어, 상기 베이스 프레임(160)에는 제1히트펌프 사이클(140)의 구성요소 중 적어도 일부와, 제2히트펌프 사이클(150, 이상 도 1 참조)의 구성요소 중 적어도 일부가 함께 장착될 수 있다. 이 경우에는, 멀티 히트펌프 사이클의 부품들이 상기 베이스 프레임(160)에 장착된다. 다른 예로서, 상기 베이스 프레임(160)에서는 제2히트펌프 사이클(150)의 구성요소들이 배제될 수 있으며, 단일 히트펌프 사이클의 부품들만이 장착될 수 있다.
이와 같이, 상기 베이스 프레임(160)은 단일 히트펌프 사이클이나 멀티 히트펌프 사이클의 구조에 모두 이용될 수 있다. 즉, 비용적, 생산적 효율성을 위하여 공용이 되는 베이스 프레임(160)의 구조를 이용하여, 각 시나리오별로 열교환기 모듈과 압축기 조립 모듈을 끼어넣는 방식을 구현한다.
또한, 상기 베이스 프레임(160)은 공용으로 이용되기 위하여 모듈이 끼워지며, 유로를 가지는 형태로 이루어질 수 있다. 이러한 예로서, 상기 베이스 프레임(160)은 제1수용부(161), 제2수용부(162) 및 경계벽(163)을 구비한다.
상기 제1수용부(161)는 적어도 하나의 증발기(141, 151)와, 상기 적어도 하나의 응축기(142, 152)를 함께 수용하도록 이루어진다. 상기 제1수용부(161)는 드럼으로 유입되는 공기의 진행방향을 따라 연장되도록 일방향으로 길게 형성될 수 있다. 상기 제1수용부(161)는 일면에서 리세스되어 양단 및 양변에 각각 측벽이 형성되는 구조가 될 수 있다. 여기서 상기 양단은 공기가 유입되는 부분과 유출되는 부분이 될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1수용부(161)의 양단에는 상기 제1수용부(161)로 공기가 유입되는 유입구(161a)와, 상기 제1수용부(161)를 통과하는 공기를 노즐부(164)로 유출하는 유출구(161b)가 형성될 수 있다. 상기 유입구(161a) 및 유출구(161b)는 각각 제1수용부의 양측에는 형성되는 상기 유로의 입구 및 출구가 될 수 있다.
상기 제2수용부(162)는 상기 적어도 하나의 압축기(143, 153)를 수용하며, 상기 제1수용부(161)와 평행하게 배치된다. 상기 제2수용부(162)는 상기 일방향과 평행한 방향을 따라 연장되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2수용부(162)에는 복수의 압축기 장착부(162a, 162b)가 상기 제1수용부(161)에 형성되는 유로를 따라 배치될 수 있다.
상기 경계벽(163)은 상기 제1수용부(161)에서 유로가 형성되도록 상기 제1 및 제2수용부(161, 162)의 사이를 가로막도록 형성될 수 있다. 따라서, 상기 경계벽(163)은 상기 제1수용부(161)의 측벽 및 상기 제2수용부(162)의 측벽을 각각 형성하게 된다.
보다 구체적인 예로서, 상기 제1수용부(161)를 다시 살펴보면, 상기 제1수용부(161)에는 제1증발기(141) 및 제1응축기(142)가 각각 장착되는 제1 및 제2장착부(161c, 161d)가 형성될 수 있다. 상기 제1증발기(141) 및 제1응축기(142)는 상기 제1히트펌프 사이클(140)에 포함되므로, 상기 제1 및 제2장착부(161c, 161d)는 제1히트펌프 사이클(140)의 부품들이 장착되는 부분이 될 수 있다. 따라서, 상기 적어도 하나의 증발기 및 상기 적어도 하나의 응축기는 상기 제1수용부(161)의 양측에 각각 배치되며, 도 13과 같이 의류처리장치는 단일 히트펌프 사이클를 구비하게 된다.
이 경우에는, 상기 드럼으로 유입되는 공기는 단일 히트펌프 사이클에 의하여 가열되도록, 상기 복수의 압축기 장착부(162a, 162b) 중 어느 하나에는 압축기가 배치되고 다른 하나에는 미배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 복수의 압축기 장착부(162a, 162b) 중 어느 하나에 제1압축기(143)가 장착되며, 다른 하나는 빈 공간으로 존재하게 된다.
다른 예로서, 상기 제1 및 제2장착부(161a, 161b)의 사이에는 제2히프펌프 사이클(150)의 부품들이 배치될 수 있다. 이 경우에는 도 12와 같이, 상기 드럼으로 유입되는 공기는 제1 및 제2히트펌프 사이클(140, 150)에 의하여 가열될 수 있다.
도 10, 도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 제1 및 제2장착부(161a, 161b)의 사이에는 상기 제2히트펌프 사이클(150)에 구비되는 제2증발기(151) 및 제2응축기(152)가 배치될 수 있다. 이를 위하여, 상기 제1증발기(141) 및 제1응축기(142)의 사이에서 공간이 형성되도록, 상기 제1 및 제2장착부(161a, 161b)는 상기 경계벽(163)을 따라 서로 이격되며, 상기 공간에 제2증발기(151) 및 제2응축기(152)가 배치된다. 이와 같은 구조에 의하여, 상기 제1 및 제2히트펌프 사이클(140, 150)은 상기 제1수용부(161)로 유입되는 공기가 제1증발기(141), 제2증발기(151), 제2응축기(152) 및 제1응축기(142)를 차례로 통과하도록 배열될 수 있다.
또한, 도시에 의하면, 상기 복수의 압축기 장착부(162a, 162b) 중 어느 하나에는 상기 제1히트펌프 사이클(140)의 제1압축기(143)가 배치되고, 다른 하나에는 상기 제2히트펌프 사이클(150)의 제2압축기(153)가 배치될 수 있다. 이 때에, 상기 제1압축기 및 제2압축기(162a, 162b) 중 적어도 하나는 주파수 변환을 통하여 압축기의 구동속도를 가변하는 인버터를 구비한다. 이를 통하여 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한 제어방법이 구현될 수 있다.
한편, 본 도면들을 참조하면, 상기 베이스 프레임에는 상기 유로를 통과하는 공기를 흡입하는 팬의 모터(131)가 장착될 수 있다. 상기 팬이 순환팬(130, 도 1 참조)이 될 수 있으며, 상기 순환팬의 모터(131)는 상기 베이스 프레임(160)에 장착되어 지지될 수 있다. 이 경우에, 상기 모터는 상기 제1수용부(161)와 평행한 방향을 따라 상기 제2수용부(162)와 인접하게 배치될 수 있다. 이러한 구조에 의하면, 상기 순환팬(130)이 상기 제1히트펌프 사이클 및 제2히트펌프 사이클(140, 150)의 부품들과 상기 베이스 프레임(160)을 통하여 일체화될 수 있다.
또 다른 예로서, 도 11 및 도 13을 참조하면, 단일 히트펌프 사이클에서 용량이 서로 다른 압축기(143, 173)가 상기 베이스 프레임(160)에 선택적으로 장착될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1압축기(143)보다 용량이 큰 제3압축기(173)가 단독으로 상기 복수의 압축기 장착부(162a, 162b) 중 어느 하나에 장착되고, 제1증발기(141) 및 제1응축기(142)보다 용량이 더 큰 제3증발기(171) 및 제3응축기(172)가 각각 제1수용부(161)에 장착될 수 있다. 이 경우에, 제3증발기(171) 및 제3응축기(172)에서 제1증발기(141) 및 제1응축기(142)에 비하여 부피가 증가된 부분은 제1수용부(161)의 제1 및 제2장착부(161a, 161b)의 사이 공간에 배치될 수 있다.
이와 같은 구조에 의하면, 단일 히트펌프 사이클이라도 서로 다른 용량의 히트펌프 사이클이 선택적으로 상기 베이스 프레임에 장착될 수 있게 된다.
상기에서 설명된 본 발명의 베이스 프레임을 구비한 의류처리장치는 전술된 다양한 조합의 사이클에 대응할 수 있게 된다. 또한, 이러한 조합은 압축기의 용량, 인버터 여부, 열교환기의 개수, 용량 등의 변수에 따라 다양하게 구성될 수 있다.
이상에서 설명된 히트펌프 사이클을 구비한 의류처리장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
110: 드럼
120: 순환 덕트
130: 순환팬
140, 150: 제1히트펌프 사이클, 제2히트펌프 사이클
141, 151, 171: 제1증발기, 제2증발기, 제3증발기
142, 152, 172: 제1응축기, 제2응축기, 제3응축기
143, 153, 173: 제1압축기, 제2압축기, 제3압축기
144, 154: 제1팽창밸브, 제2팽창밸브
145, 155: 제1순환배관, 제2순환배관
160: 베이스 프레임
161, 162: 제1수용부, 제2수용부
163: 경계벽
162a, 162b: 압축기 장착부
161a, 161b: 유입구, 유출구
161c, 161d: 제1 및 제2장착부

Claims (22)

  1. 대상물이 수용되는 수용실;
    제1증발기, 제1압축기, 제1응축기 및 제1팽창밸브를 구비하는 제1히트펌프 사이클;
    제2증발기, 제2압축기, 제2응축기 및 제2팽창밸브를 구비하며, 상기 제2증발기 및 제2응축기가 상기 수용실로 유입되는 공기가 상기 제1증발기, 제2증발기, 제2응축기 및 제1응축기를 차례로 통과하도록 배열되는 제2히트펌프 사이클; 및
    상기 제1히트펌프 사이클 및 제2히트펌프 사이클의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나는 주파수 변환을 통하여 압축기의 구동속도를 가변하는 인버터를 구비하며,
    상기 제어부는 상기 인버터를 이용하여 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나의 구동속도를 제어하여 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나를 기설정된 압축비의 범위에서 동작시키며,
    상기 제2압축기는 상기 제1압축기보다 상기 압축비가 크도록 형성되며, 상기 제2압축기는 상기 인버터를 구비하며, 상기 제1압축기는 정속 구동되는 압축기이며,
    상기 제1압축기는 정속 구동되며, 상기 제2압축기는 정속 구동되는 제1모드와, 상기 구동속도가 낮아지도록 가변되는 제2모드와, 상기 제2모드로 구동된 후에 낮아진 구동속도가 유지되는 제3모드가 순차적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 의류처리장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    주변온도, 상기 대상물의 양 또는 상기 대상물의 초기수분함습량 중 적어도 하나가 기설정된 범위를 벗어나는 경우에, 상기 제어부는 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나를 상기 제2모드에서 구동하는 것을 특징으로 하는 의류처리장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 인버터의 구동주파수는, 상기 주변온도, 상기 양 또는 상기 초기수분함습량 중 적어도 하나가 상기 기설정된 범위의 상한치보다 높은 경우 또는 하한치보다 낮은 경우에 특정시점에서 낮아지도록 제어되는 것을 특징으로 하는 의류처리장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 주변온도, 상기 양 또는 상기 초기수분함습량 중 적어도 하나가 상기 기설정된 범위의 상한치보다 높은 경우에, 상기 제1모드에서 상기 제1 및 제2압축기의 구동속도는 동일하며, 상기 제2모드에서 상기 제1 및 제2압축기 중 인버터를 구비하는 압축기의 구동속도는 낮아지는 것을 특징으로 하는 의류처리장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1히트펌프 사이클 및 제2히트펌프 사이클 중 적어도 하나에서 감지되는 응축온도나 압축기 토출온도를 이용하여, 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나의 구동속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 의류처리장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 응축온도나 압축기 토출온도가 기설정된 범위를 벗어나면, 주변온도, 상기 대상물의 양 또는 상기 대상물의 초기수분함습량 중 적어도 하나가 기설정된 범위를 벗어나는 경우로 판별하는 것을 특징으로 하는 의류처리장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 대상물이 수용되는 드럼;
    적어도 하나의 증발기;
    상기 드럼으로 유입되는 공기를 가열하는 적어도 하나의 응축기;
    상기 적어도 하나의 응축기 및 증발기와 조합되어, 히트펌프 사이클을 형성하는 적어도 하나의 압축기; 및
    적어도 하나의 증발기와, 상기 적어도 하나의 응축기를 함께 수용하는 제1수용부와, 상기 적어도 하나의 압축기를 수용하며, 상기 제1수용부와 평행하게 배치되는 제2수용부와, 상기 제1수용부에서 유로가 형성되도록 상기 제1 및 제2수용부의 사이를 가로막도록 형성되는 경계벽을 포함하는 베이스 프레임을 포함하며,
    상기 경계벽은 상기 제1수용부의 측벽 및 상기 제2수용부의 측벽을 각각 형성하는 것을 특징으로 하는 의류처리장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1수용부에는 제1증발기 및 제1응축기가 각각 장착되는 제1 및 제2장착부가 형성되는 것을 특징으로 하는 의류처리장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1증발기 및 제1응축기의 사이에서 공간이 형성되도록, 상기 제1 및 제2장착부는 상기 경계벽을 따라 서로 이격되는 것을 특징으로 하는 의류처리장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 드럼으로 유입되는 공기는 제1 및 제2히트펌프 사이클에 의하여 가열되며,
    상기 제1증발기 및 제1응축기는 상기 제1히트펌프 사이클에 구비되고,
    상기 제1 및 제2장착부의 사이에는 상기 제2히트펌프 사이클에 구비되는 제2증발기 및 제2응축기가 배치되는 것을 특징으로 하는 의류처리장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제1수용부의 양측에는 상기 유로의 입구 및 출구가 형성되며,
    상기 적어도 하나의 증발기 및 상기 적어도 하나의 응축기는 상기 제1수용부의 양측에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 의류처리장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제2수용부에는 복수의 압축기 장착부가 상기 제1수용부에 형성되는 유로를 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 의류처리장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 드럼으로 유입되는 공기는 제1 및 제2히트펌프 사이클에 의하여 가열되며,
    상기 복수의 압축기 장착부 중 어느 하나에는 상기 제1히트펌프 사이클의 제1압축기가 배치되고, 다른 하나에는 상기 제2히트펌프 사이클의 제2압축기가 배치되는 것을 특징으로 하는 의류처리장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 하나는 주파수 변환을 통하여 압축기의 구동속도를 가변하는 인버터를 구비하는 것을 특징으로 하는 의류처리장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1히트펌프 사이클은 제1증발기 및 제1응축기를 구비하고, 상기 제2히트펌프 사이클은 제2증발기 및 제2응축기를 구비하며,
    상기 제1 및 제2히트펌프 사이클은 상기 제1수용부로 유입되는 공기가 제1증발기, 제2증발기, 제2응축기 및 제1응축기를 차례로 통과하도록 배열되는 특징으로 하는 의류처리장치.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 드럼으로 유입되는 공기는 단일 히트펌프 사이클에 의하여 가열되도록, 상기 복수의 압축기 장착부 중 어느 하나에는 압축기가 배치되고 다른 하나에는 미배치되는 것을 특징으로 하는 의류처리장치.
  21. 제11항에 있어서,
    상기 베이스 프레임에는 상기 유로를 통과하는 공기를 흡입하는 팬의 모터가 장착되는 것을 특징으로 하는 의류처리장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 모터는 상기 제1수용부와 평행한 방향을 따라 상기 제2수용부와 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 의류처리장치.
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