KR20230058348A - 세탁기 및 세탁기의 제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 세탁기는 물을 담기 위한 터브와, 상기 터브 내에서 회전되는 금속재질의 드럼과, 상기 드럼과 이격된 상태로 상기 터브에 고정되어, 상기 드럼을 가열하는 인덕션 히터와, 상기 인덕션 히터에 의해 가열되는 금속재질의 튜브와 상기 튜브 내에 배치되는 서미스터를 구비하고, 상기 튜브의 적어도 일부가 상기 터브와 상기 드럼 사이로 노출된 제 1 온도센서와, 상기 인덕션 히터로부터 원주방향을 따라 상기 제 1 온도센서 보다 더 멀리 떨어진 위치에 배치되어 상기 터브와 상기 드럼 사이의 공기의 온도를 감지하는 제 2 온도센서와, 상기 제 1 온도센서의 제 1 감지값과 상기 제 2 온도센서의 제 2 감지값을 바탕으로 상기 인덕션 히터를 제어하는 제어부를 포함한다.
Description
본 발명은 인덕션 히터를 구비한 세탁기와 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 세탁기는 물이 담기는 공간을 제공하는 터브 내에, 세탁물을 수용한 드럼이 회전 가능하게 구비된다. 상기 드럼에는 통공들이 형성되어, 상기 드럼 내로 상기 터브 내의 물이 유입된다. 이러한 상태에서 상기 드럼이 회전되면, 상기 드럼 내의 세탁물이 유동되면서 세탁물의 오염이 제거된다.
이러한 세탁기에는 상기 터브 내의 물을 가열하기 위한 히터가 구비되기도 한다. 상기 히터는 상기 터브 내에서 물에 잠긴 상태에서 작동 되어, 물을 직접 가열하는 방식이 일반적이다. 그런데, 이러한 방식의 히터는 안전상의 이유로 항시 물에 잠긴 상태에서 작동되어야 하므로, 상기 터브 내의 물을 가열하는 용도로는 사용될 수 있으나, 상기 터브 내에 물이 없는 상태에서 상기 드럼 내 공기를 가열하거나, 탈수전에 젖은 세탁물을 가열하는 용도로는 적합하지 않다.
세탁물과 접촉되는 드럼을 직접 가열하는 방식의 세탁기로써, JP2004135998A은 마이크로파, 전자유도, 적외선 등을 이용한 비접촉식 가열 장치를 구비한 세탁 건조기(또는, 건조 기능을 구비한 세탁기)를 개시하고 있다. 상기 세탁 건조기는 드럼의 온도를 감지하는 온도센서를 구비하고 있는데, 상기 온도센서는 회전체인 드럼의 온도를 감지하여야 하기 때문에, 상기 드럼과 접촉되지 않고 온도를 추정할 수 있는 비접촉식으로 구성되기는 하나, 상기 온도 센서의 구체적인 구성이 JP2004135998A에 개시되어 있지는 않다.
EP2400052A1는 인덕션 히팅 시스템(induction heating system)에 의해 드럼이 가열되는 세탁기를 개시하고 있다. 이 세탁기는 상기 드럼과 탱크(또는, 터브) 사이에 히트 센서(heat sensor)가 배치되어, 상기 탱크 내의 수온이나 공기의 온도를 감지하도록 구성되어 있다. 이와 같은 방식은 상기 드럼의 온도가 수온 또는 공기의 온도를 바탕으로 추정될 수 밖에 없으나, 상기 드럼의 온도는 상기 인덕션 히팅 시스템의 출력에 따라 민감하게 변동되나 상기 수온이나 공기의 온도는 그 변동이 더디기 때문에, 상기 히트 센서에 의해 감지된 값이 상기 드럼의 온도 변동을 정확하게 반영하지 못하는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 첫째, 드럼을 가열하기 위한 인덕션 히터를 구비한 세탁기에서, 상기 드럼과 접촉하지 않고도 상기 드럼의 온도를 정확하게 추정하는 것이다.
둘째, 이러한 드럼의 온도 감지가 적외선 센서와 같은 고가의 장비를 사용하지 않고, 서미스터를 이용하여 이루어지는 세탁기와 그 제어방법을 제공하는 것이다.
셋째, 상기 드럼과 상기 터브 사이의 공기의 온도를 감지하는 두 개의 온도 센서의 감지값들을 바탕으로 상기 드럼의 온도를 추정하되, 상기 두 개의 온도센서 중 어느 하나는 상기 인덕션 히터에 의해 발열되도록 구성되어, 이러한 발열 작용에 의해 전체 시스템에 전달되는 열량을 고려하여 상기 드럼의 온도를 보다 정확하게 추정할 수 있는 세탁기와 그 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 세탁기는 터브 내에 배치되는 금속재질의 드럼과, 상기 드럼과 이격되어 있는 상태에서 상기 드럼을 가열하는 인덕션 히터를 포함한다. 상기 드럼의 온도를 감지하기 위한 제 1 온도센서와 제 2 온도센서가 구비된다.
상기 제 1 온도센서와 상기 제 2 온도센서는 상기 드럼과 상기 터브 사이의 공기의 온도를 감지하는 것이다. 상기 제 1 온도센서는 상기 인덕션 히터에 의해 가열되어 발열되는 것이고, 상기 제 2 온도센서는 상기 인덕션 히터로부터 원주방향을 따라 상기 제 1 온도센서 보다 더 멀리 떨어진 위치에서 온도를 감지하는 것이다.
상기 드럼의 온도는 상기 제 1 온도센서의 제 1 감지값과 상기 제 2 온도센서의 제 2 감지값을 바탕으로 추정되며, 이렇게 추정된 드럼의 온도를 바탕으로 제어부는 상기 인덕션 히터를 제어한다.
상기 제 1 온도센서는, 상기 인덕션 히터에 의해 가열되는 금속재질의 튜브 내에 서미스터가 배치된 것으로, 상기 서미스터에 의해 감지된 온도에는 상기 인덕션 히터에 의한 상기 튜브의 온도 상승이 반영되어 있다.
상기 튜브는 상기 드럼과 상기 터브 사이의 공기를 가열하는 발열체로 작용하여, 상기 제 2 온도센서의 감지값에 영향을 미친다. 여기서, 상기 제 2 온도센서는, 바람직하게는 상기 인덕션 히터의 유효가열범위의 외측에 배치된다.
상기 제 1 온도센서의 감지값, 상기 제 2 온도센서의 감지값을 구하고, 상기 인덕션 히터의 발열량과, 상기 제 1 온도센서의 발열량 및 상기 드럼의 발열량 간의 상관관계로부터 상기 드럼의 온도를 구하는 온도 방정식을 수립할 수 있다. 상기 온도 방정식은, 상기 제 1 온도센서의 감지값을 변수로 하고 있고, 상기 제 1 온도센서의 감지값은 상기 인덕션 히터의 출력 변화에 종속적인 것이므로, 상기 드럼의 온도는 상기 인덕션 히터의 출력에 따라 민감하게 반응하는 값이다.
본 발명의 세탁기와 그 제어방법은, 첫째, 드럼을 가열하기 위한 인덕션 히터를 구비한 세탁기에서, 종래 하나의 온도센서를 이용하여 상기 드럼의 온도를 추정하였던 방식에 비해, 더 정확하게 상기 드럼의 온도를 정확하게 추정할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 이러한 드럼의 온도 감지가 적외선 센서와 같은 고가의 장비를 사용하지 않고, 서미스터를 이용하여 이루어지기 때문에 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 상기 드럼의 온도를 구하는 과정에서, 상기 인덕션 히터의 출력(또는, 입력)이 고려되기 때문에, 상기 인덕션 히터의 출력 변화에 따른 상기 드럼의 온도 변화를 민감하게 감지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기의 측단면도이다.
도 2는 터브와 인덕션 히터의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 히터 베이스의 평면도이다.
도 4는 제 1 온도센서와 제 2 온도센서가 설치되는 위치를 모식적으로 도시한 것이다.
도 5는 제 1 온도센서가 터브에 설치된 상태를 도시한 것(a)과, 서미스터의 단면을 도시한 것(b)이다.
도 6은 일정한 패턴으로 인덕션 히터를 제어할 시, 드럼의 실제 온도(Td_p), 제 1 온도센서의 감지값(T1), 제 2 온도센서의 감지값(T2), 드럼 온도의 추정값(Td)의 시간에 따른 변화를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기의 주요 구성들간의 제어관계를 도시한 블록도이다.
도 8은 드럼 온도의 추정값을 구하는 과정에서 참조되는 것으로써, 인덕션 히터, 드럼, 제 1 온도센서 간에 전달되는 열량들을 표시하고 있다.
도 2는 터브와 인덕션 히터의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 히터 베이스의 평면도이다.
도 4는 제 1 온도센서와 제 2 온도센서가 설치되는 위치를 모식적으로 도시한 것이다.
도 5는 제 1 온도센서가 터브에 설치된 상태를 도시한 것(a)과, 서미스터의 단면을 도시한 것(b)이다.
도 6은 일정한 패턴으로 인덕션 히터를 제어할 시, 드럼의 실제 온도(Td_p), 제 1 온도센서의 감지값(T1), 제 2 온도센서의 감지값(T2), 드럼 온도의 추정값(Td)의 시간에 따른 변화를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기의 주요 구성들간의 제어관계를 도시한 블록도이다.
도 8은 드럼 온도의 추정값을 구하는 과정에서 참조되는 것으로써, 인덕션 히터, 드럼, 제 1 온도센서 간에 전달되는 열량들을 표시하고 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기의 측단면도이다. 도 2는 터브와 인덕션 히터의 분해 사시도이다. 도 3은 도 2에 도시된 히터 베이스의 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 케이싱(11, 12, 13, 14)은 세탁기의 외관을 형성하며, 전면에 세탁물이 투입되는 투입구가 형성된다. 케이싱(11, 12, 13, 14)은 전면이 개방되고, 좌측면, 우측면, 후면을 갖는 캐비닛(11)과, 캐비닛(11)의 개구된 전면에 결합되고, 상기 투입구가 형성된 전면 패널(12)을 포함한다. 또한, 케이싱(11, 12, 13, 14)은 캐비닛(11)의 개방된 상면을 덮는 탑플레이트(13)와, 전면 패널(12)의 상측에 배치되는 컨트롤 패널(14)을 더 포함한다.
케이싱(11, 12, 13, 14) 내에는 물을 담기 위한 터브(40)가 배치된다. 터브(40)는 세탁물이 투입될 수 있도록 전면에 입구가 형성되고, 상기 입구가 개스킷(37)에 의해 전면 패널(12)에 형성된 투입구와 연통되어 있다.
전면 패널(12)에는 상기 투입구를 여닫기 위한 도어(15)가 회전 가능하게 구비된다. 컨트롤 패널(14)에는 세탁기(1)의 각종 상태 정보를 표시하는 표시부(미도시)와, 사용자로부터 세탁 코스, 각 행정별 작동 시간 및 예약 등의 각종 제어명령을 입력받는 입력부(미도시)가 구비된다.
세탁 세제, 섬유 유연제 또는 표백제 등의 첨가제를 터브(40)로 공급하는 디스펜서(34)가 구비된다. 디스펜서(34)는 상기 첨가제가 담기는 세제박스와, 상기 세제박스가 인출 가능하게 수납되는 디스펜서 하우징을 포함한다. 수도꼭지 등의 외부 수원과 연결되어 원수가 유입되는 급수호스(27)와, 급수호스(27)를 단속하는 급수밸브(25)가 구비된다. 급수밸브(25)가 개방되어 급수호스(27)를 통해 물이 공급되면, 상기 세제박스 내의 세제가 물과 혼합되어 터브(40) 내로 유입된다.
터브(40)는 스프링(24)에 의해 탑 플레이트(13)에 매달리며, 하측에 배치된 댐퍼(26)에 의해 지지된다. 따라서, 스프링(24)과 댐퍼(26)에 의해 터브(40)의 진동이 완충된다.
터브(40) 내에는 드럼(22)이 회전 가능하게 배치된다. 드럼(22)은, 후술하는 인덕션 히터(70)에 비접촉 방식으로 가열되는 재질(또는, 자기장(또는, 자력)에 의해 전류가 유도되는 재질)로 이루어지며, 바람직하게는, 금속재질로 이루어진다. 터브(40)와 드럼(22) 간에 물이 교류될 수 있도록, 드럼(22)에는 다수개의 통공(22h)이 형성된다.
본 실시예에 따른 세탁기는 드럼(22)이 수평한 축(axis, O)을 기준으로 회전되는 프론트 로딩 타입이다. 그러나, 이에 한하지 않고, 탑 로딩 타입의 경우, 수직한 축(axis)을 기준으로 회전되는 드럼이 구비된다.
드럼(22)은 구동부(35)에 의해 회전되고, 내측에는 회전시 세탁물을 퍼 올리기 위한 리프터(29)가 구비된다. 구동부(35)는 회전 방향과 속도 제어가 가능한 모터를 포함할 수 있다. 상기 모터는 바람직하게는, BLDC(Brushless Direct Current electric motor)이나, 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니다.
터브(40) 내의 물을 외부로 배출하는 배수 밸로우즈(51)와, 배수 밸로우즈(51)를 통해 배출된 물을 배수호스(53)으로 압송하는 펌프(59)가 구비된다. 펌프(59)에 의해 압송된 물이 배수호스(53)를 통해 세탁기 외부로 배출된다.
드럼(22)을 가열하기 위한 인덕션 히터(induction heater, 70)가 구비된다. 인덕션 히터(70)는 자기장에 의해 발생하는 유도전류를 열원으로 이용한 가열기로써, 자기장 내에 금속을 놓아두면 전자기유도 현상에 의해 상기 금속에 소용돌이 전류가 발생하고 줄열에 의해 상기 금속이 가열되는 원리를 이용한 것이다.
인덕션 히터(70)는 드럼(22)과 이격된 상태로 터브(40)에 고정된다. 인덕션 히터(70)가 작동될 시 금속 재질인 드럼(22)이 가열된다. 터브(40)는 자기장이 통과할 수 있는 재질(바람직하게는, 합성수지)로 이루어지며, 인덕션 히터(70)는 터브(40)의 외측에 배치된다. 그러나, 이에 한하지 않고 인덕션 히터(70)가 터브(40)의 내측에 배치되는 것도 가능하다.
인덕션 히터(70)는 전류가 인가되는 코일(71)과, 코일(71)을 고정하는 히터 베이스(74)와, 코일(71)의 상측에서 히터 베이스(74)와 결합되어 코일(71)을 덮는 히터 커버(72)를 포함한다.
히터 베이스(74)는 터브(40)에 고정된다. 히터 베이스(74)는, 터브(40)의 외측, 바람직하게는 터브(40)의 상측에 배치된다. 히터 베이스(74)에는 체결공이 형성된 제 1 결합탭(743)이 형성된다. 4개의 제 1 결합탭(743)이 상칭적으로 배치될 수 있다. 터브(40)에는 제 1 결합탭(743)과 대응하는 위치에 체결보스(46)가 형성된다. 히터 베이스(74)는 대략 평평한 형상이나, 바람직하게는, 터브(40)의 외주면의 곡률과 실질적으로 대응하는 형태로 이루어진다. 히터 베이스(74)는 자기장이 통과될 수 있는 재질로 이루어지며, 바람직하게는 합성수지재이다.
코일(71)은 히터 베이스(74)의 상면에 고정된다. 실시예에서 코일(71)은 하나의 도선(71a)이 히터 베이스(74)의 상면 상에서 동심을 기준으로 여러 차례 권취된 형태이나, 실시예에 따라 동심을 갖는 폐곡선 형태의 다수개의 도선으로 이루어지는 것도 가능하다.
히터 베이스(74)의 상면(741)으로부터 코일(71)을 고정시키는 고정리브(742)가 돌출된다. 고정리브(742)는 코일(71)을 구성하는 도선(71a)의 직경과 대응하는 간격(74r)을 유지하며 권취된 형태이다. 간격(74r)을 따라 도선(71a)를 감아감으로써 코일(71)을 구성할 수 있다.
히터 커버(72)에는 강자성체가 구비될 수 있다. 상기 강자성체는 페라이트(ferrite)를 포함할 수 있다. 상기 강자성체는 히터 커버(72)의 저면에 고정될 수 있다. 코일(71)의 자기장이 상기 강자성체에는 전류를 유도하지 못하므로, 코일(71)의 하측에 위치하는 드럼(22)에 집중적으로 전류가 유도되며, 따라서, 드럼(22)이 효과적으로 가열될 수 있다.
히터 커버(72)에는 코일(71)을 냉각하기 위한 쿨링팬(55)이 구비된다. 히터 커버(72)에는 코일(71)이 수용된 공간을 외기와 통기시키는 통기로를 구성하는 팬 마운트(72d)가 형성되고, 상기 통기로 내에 쿨링팬(55)이 배치될 수 있다.
히터 커버(72)에는 체결공이 형성된 제 2 결합탭(72b)이 제 1 결합탭(743)과 대응하는 위치에 각각 형성된다. 나사가 제 2 결합탭(72b)와 제 1 결합탭(743)을 차례로 통과한 후, 체결보스(46)에 체결될 수 있다.
한편, 드럼(22) 내의 세탁물을 원하는 온도에서 처리하기 위해서는, 드럼(22)의 온도를 정확하게 제어할 수 있어야 한다. 그런데, 드럼(22)의 온도는 인덕션 히터(70)의 출력에 큰 영향을 받는 것이기는 하나, 드럼(22) 내에 투입된 세탁물의 양, 터브(40)에 담긴 물의 양, 드럼(22)의 회전 속도, 세탁물에 함유된 수분의 양 등이 여러 요인들의 영향을 받는 것이다. 따라서, 인덕션 히터(70)의 출력(또는, 입력) 만으로 드럼(22)의 온도를 추정하는 것은 정확한 값을 얻기가 어렵다.
더 나아가, 세탁, 헹굼, 탈수, 건조 등의 행정들은 통상 드럼(22)을 회전시키는 것을 전제로 하는데, 회전되고 있는 드럼(22)의 온도를 측정하기 위해 접촉식 온도센서를 사용하기에는 어려움이 있다.
이러한 이유들로 인해, 본 발명은 드럼(22)과 터브(40) 사이의 두 지점에서 공기의 온도를 감지하도록 구성된 두 개의 온도센서(80a, 80b)를 구비하고, 이들 온도센서(80a, 80b)에 의해 감지된 값들을 바탕으로 드럼(22)의 온도를 추정한다.
이러한 방식은 공기의 온도를 측정하고, 이를 바탕으로 드럼(22)의 온도를 추정하는 것이기에, 드럼(22)의 온도를 직접 측정하는 것은 아니나, 두 개의 온도센서(80a, 80b)에 의해 감지된 값을 이용함으로써, 종래에 하나의 온도센서를 통해 감지하는 경우에 비해 드럼(22)의 온도를 더 정확하게 추정할 수 있을 뿐만 아니라, 드럼(22)의 온도 변화를 보다 민감하게 파악할 수 있도록 한다.
도 4는 제 1 온도센서와 제 2 온도센서가 설치되는 위치를 모식적으로 도시한 것이다. 도 5는 제 1 온도센서가 터브에 설치된 상태를 도시한 것(a)과, 서미스터의 단면을 도시한 것(b)이다. 도 6은 일정한 패턴으로 인덕션 히터를 제어할 시, 드럼의 실제 온도(Td_p), 제 1 온도센서의 감지값(T1), 제 2 온도센서의 감지값(T2), 드럼 온도의 추정값(Td)의 시간에 따른 변화를 도시한 그래프이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기의 주요 구성들간의 제어관계를 도시한 블록도이다. 도 8은 드럼 온도의 추정값을 구하는 과정에서 참조되는 것으로써, 인덕션 히터, 드럼, 제 1 온도센서 간에 전달되는 열량들을 표시하고 있다.
도 4 내지 도 8을 참조하면, 두 개의 온도센서(80a, 80b)는 제 1 온도센서(80a)와 제 2 온도센서(80b)를 포함한다. 제 1 온도센서(80a)는 그 자신이 인덕션 히터(70)에 의해 가열되는 것으로, 세탁기의 통상적인 작동 조건에서 제 1 온도센서(80a)에 의해 감지된 온도는 터브(40) 내의 공기의 온도(Ta) 보다 높다. 즉, 인덕션 히터(70)에 의해 가열된 상태에서 제 1 온도센서(80a)는 터브(40) 내의 공기에 열을 전달하는 발열체이며, 이때 공기로 전달되는 열량이 도 8에 Q1로 표시되어 있다.
도 5를 참조하면, 제 1 온도센서(80a)는 인덕션 히터(70)에 의해 가열되는 재질로 이루어진(바람직하게는, 금속재질) 튜브(812)와, 튜브(812) 내에 배치되는 서미스터(thermistor, 813)를 포함한다. 여기서, 튜브(812)의 적어도 일부는 터브(40)와 드럼(22) 사이로 노출되어 공기의 온도를 감지한다. 인덕션 히터(70)에 의해 유도 전류가 금속에 흐르면서 튜브(812)가 가열되며, 따라서, 튜브(812) 내에 배치된 서미스터(813)를 통해 구해지는 온도에는 튜브(812)의 온도가 반영되어 있다.
튜브(812) 내로 서미스터(813)가 삽입될 수 있도록, 튜브(812)의 상단은 개구되어 있다. 서미스터(813)에는 전류의 입/출력을 위한 두 개의 리드선(814, 815)이 연결되고, 서미스터(813)와 리드선(814, 815)을 고정하기 위한 충진제가 튜브(812) 내에 채워진다. 상기 충진제는 열은 전달하나, 전기가 통하지는 않는 재질로 이루어진다.
튜브(812)의 개구된 상단부는 캡(816)에 의해 닫혀 있다. 캡(816)에는 두 개의 리드선(814, 815)이 각각 연결된 한 쌍의 단자가 형성되어 제어부(91)와 전기적으로 연결된 소정의 회로에 접속된다.
터브(40)에는 센서 설치구(40h)가 형성되고, 튜브(812)가 센서 설치구(40h)를 통과한다. 제 1 온도센서(80a)는 튜브(812)와 센서 설치구(40h) 사이를 기밀하는 연질의 실러(82)를 포함한다. 실러(82)는 튜브(812)의 길이방향으로 연장되는 관상의 형태로써 내측에는 튜브(812)가 배치된다.
실러(82)의 하면에는 튜브(812)의 하단부가 통과하는 튜브 통과공이 형성되고, 실러(82)의 상면은 개구되어 있다. 실러(82)가 센서 설치구(40h) 내에서 고정되도록, 실러(82)에는 센서 설치구(40h) 둘레가 삽입되는 고정홈(82r)이 형성된다.
제 1 온도센서(80a)는 실러(82)를 덮는 단열 커버(83)를 포함한다. 특히, 단열 커버(83)는 제 1 온도센서(80a)가 터브(40)의 외측으로 돌출된 부분을 덮는다. 단열 커버(83)는 단열성이 좋은 재질(예를 들어, 고무)로 이루어진다. 단열 커버(83)에 의해 실러(82) 내부가 외부와 일정 수준 단열되기 때문에, 터브(40) 외부의 기온이 제 1 온도센서(80a)의 감지값에 영향이 줄어든다.
제 2 온도센서(80b)는, 제 1 온도센서(80a)와 마찬가지로, 터브(40)와 드럼(22) 사이의 공기의 온도를 감지하는 것이나, 인덕션 히터(70)로부터 원주방향을 따라 제 1 온도센서(80a) 보다 더 멀리 떨어진 위치에 배치된다.
여기서, 제 2 온도센서(80b)는, 바람직하게는, 인덕션 히터(70)의 영향을 받지 않도록 구성된다. 일례로, 제 2 온도센서(80b)는 인덕션 히터(70)에 의해 발생된 자기장의 영향을 받지 않는 방식의 센서로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 온도센서(80b)는 인덕션 히터(70)에 의해 가열되는 금속부품(예를 들어, 튜브(812))을 제외하고 구성될 수 있다. 다만, 이와 같은 경우, 제 2 온도센서(80b)를 제 1 온도센서(80a)와 다르게 구성하여야 하므로 부품의 공용성이 떨어지기 때문에, 실시예에서는 제 2 온도센서(80b)를 제 1 온도센서(80a)와 동일한 구조의 것으로 하되, 제 2 온도센서(80b)를 인덕션 히터(70)의 영향이 실질적으로 미치지 않는 위치에 배치하였다.
도 4를 참조하면, 제 2 온도센서(80b)는, 드럼(22)의 중심(O)에 대해 제 1 온도센서(80a)로부터 55도 내지 65도 위치에 배치될 수 있다. 이러한 구간은 드럼(22)의 중심을 상하로 지나는 Y축에 대해 양쪽에 마련될 수 있으며, 이들 구간이 도 4에 S2(θ1=55°, θ1=65°)와 S3로 표시되어 있다.
도 4에서 S1은 제 1 온도센서(80a)가 배치되는 유효가열범위를 표시한 것이다. 유효가열범위(S1)는 인덕션 히터(70)로부터 연직 하방에 해당하는 영역을 포함할 수 있다.
제 1 온도센서(80a)의 튜브(81)는 인덕션 히터(70)의 하측에 위치하며, 바람직하게는, 위에서 연직으로 내려다 볼 시, 인덕션 히터(70)와 겹치는 영역 내에 위치한다. 제 1 온도센서(80a)는, 바람직하게는, 도 4에 도시된 바를 기준으로 12시(12h)에 위치되었으나 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니다.
한편, 터브(40)의 측면에는, 터브(40) 내 공기 중의 수분을 응축시키기 위한 냉각수가 공급되는 냉각수포트(미도시)가 구비될 수 있다. 온도를 감지함에 있어서, 응축수에 의한 영향이 배제되도록, 제 1 온도센서(80a)와 제 2 온도센서(80b)는 상기 냉각수포트보다 더 상측에 배치된다.
제어부(91)는 제 1 온도센서(80a)의 제 1 감지값(T1)과 제 2 온도센서(80b)의 제 2 감지값(T2)을 바탕으로 인덕션 히터(70)를 제어한다. 구체적으로, 제어부(91)는 제 1 감지값(T1)과 제 2 감지값(T2)을 바탕으로 드럼(22)의 온도(Td)를 구할 수 있고, 이렇게 구해진 드럼(22)의 온도(Td, 정확하게는, 드럼(22)의 실제 온도의 추정치(도 6 참조.))를 바탕으로 인덕션 히터(70)의 출력이나 쿨링팬(55)의 작동을 제어할 수 있다. 이하, 드럼(22)의 온도(Td)를 구하는 방법을 보다 구체적으로 설명한다.
드럼(22)의 온도(Td)는 제 1 감지값(T1)과 제 1 감지값(T2)을 선형결합한 다음과 같은 온도 방정식(식 1)에 따라 구해질 수 있으며, 제어부(91)는 이렇게 구해진 온도(Td)를 바탕으로 인덕션 히터(70)를 제어할 수 있다.
Td=Z(T1-T2)+T2 ...............................................(식 1)
여기서, Td=드럼의 온도, Z=보정 계수, T1=제 1 감지값, T2=제 2 감지값.
위의 방정식이 구해지는 과정을 보다 상세하게 설명한다.
인덕션 히터(70)에 의해 가열된 드럼(22)과 제 1 온도센서(80a)가 발열됨으로써, 터브(40) 내의 공기의 온도(Ta)가 상승하게 되며, 이를 식들로 나타내면 다음과 같다.
Qin = Qd+Q1 .................................................... (식 2)
Q1 = A1h1(T1-Ta) ...............................................(식 3)
Qd=Adhd(Td-Ta) ...............................................(식 4)
여기서, Qin은 인덕션 히터(70)로부터 출력된 열량, Qd는 인덕션 히터(70)에 의해 가열된 드럼(22)의 발열량, Q1은 인덕션 히터(70)에 의해 가열된 제 1 온도센서(80a)의 발열량이고, Ta는 터브(40)와 드럼(22) 사이의 공기의 온도, A1은 제 2 온도센서(80b)의 발열면적, Ad는 드럼(22)의 발열면적, h1은 제 1 온도센서(80a)의 열전달계수, hd는 드럼(22)의 열전달계수이다.
그리고, 드럼(22)은 균일한 온도(Td)를 갖고, 터브(40) 내의 공기의 온도(Ta)도 균일한 것으로 가정하였고, 제 2 온도센서(80b)는 인덕션 히터(70)의 영향을 받지 않는 것으로 가정하였다.
Qin = (Td-Ta) +A1h1(T1-Ta) ..................................... (식 5)
여기서, 형상 계수(p)와 발열량 계수(q)를 다음과 같이 정의하고,
식 5를 식 6을 이용하여 정리하면 다음과 같다.
Td=QinAdhd+(1+p)Ta-pT1 .........................................(식 8)
여기서 식 2와 식 4를 이용하여 정리하여 다음의 식을 얻을 수 있다.
식 9에 식 7을 대입하여 다음의 식을 얻을 수 있다.
Td = (1+q)(Td-Ta)+(1+p)Ta-pT1 ..................................(식 10)
식 9를 형상 계수(p)와 발열량 계수(q)를 이용하여 정리하고 보정식 계수 (Z)를 정의하면 다음과 같이 나타 낼 수 있다.
*
....................................................(식 11)
Td=Z(T1-Ta)+Ta .................................................(식 12)
여기서, Ta는 제 2 온도센서(80b)에 의해 구해지는 값이므로, Ta=T2이고, 식 12는 식 1의 온도 방정식과 같아진다. 이러한 과정은 제 2 온도센서(80b)에 의해구해진 제 1 감지값(T2)을, 제 1 온도센서(80a)에 의해 구해진 제 1 감지값(T1)과 상기 제 1 감지값(T2)의 차를 바탕으로 보상하여 드럼(22)의 온도(Td)를 구하는 것이라고 할 수 있다.
한편, 식 (11)에서 보정식 계수(Z)는 형상 계수(p)와 발열량 계수(q)를 인자로 하고 있는데, 형상 계수(p)는 제 1 온도센서(80a)와 드럼(22)의 형상에 따라 그 값이 정해지는 계수이고, 발열량 계수(q)는 인덕션 히터(70)의 출력(제어의 관점에서는 입력)과 상태량에 정해지는 변수이다. 따라서, Z는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Z=ZconstZpower ...............................................(식 13)
여기서, Zconst는 상수이고, Zpower는 인덕션 히터(70)의 입력에 따른 변수이다.
온도 방정식(식 1)에서 볼 수 있듯이, 제 1 온도센서(80a)의 감지값(T1)과 제 2 온도센서(80b)의 감지값(T2)을 알고 있다면, Zpower값을 적절히 정함으로써 드럼(22) 온도의 추정치(Td)가 드럼(22)의 현재 온도(Td_p)와 근사해 질 수 있다. 특히, 온도 방정식(식1)에서, 우변의 첫번째 항은 제 2 온도센서(80b)의 제 2 감지값(T2)이 드럼(22)의 실제 온도를 추종하도록 보상하는데 사용되는 값이며, Z값의 영향을 받는다. 여기서, Z는 변수 Zpower에 의해 달라지는 값인 바, Zpower를 적절하게 설정한다면 드럼(22)의 실제 온도(Td_p)에 근사한 추정치(Td)를 구할 수 있을 것이다. 인덕션 히터(70)의 입력을 가변하면서 구한 드럼(22)의 추정치(Td)가 드럼(22)의 실제 온도(Td_p)를 추종하도록 하는 실험을 통해, 인덕션 히터(70)의 입력에 따른 Zpower값을 미리 설정할 수 있다.
한편, 도 6에서는, 드럼(22)의 실제 온도(Td_p)가 대략 섭씨 160정도를 넘지 않도록 인덕션 히터(70)의 입력이 단계적으로 감소되고 있다. 여기서, 인덕션 히터(70)의 입력이 단계적으로 감소되는 구간(즉, 제 1 온도센서(80a)의 감지값이 단계적으로 감소하는 구간)을 살펴보면, 인덕션 히터(70)의 출력(입력)이 감소함에도 불구하고 드럼(22)의 실제 온도(Td_p)는 일정 범위 내에서 유지되는 반면, 제 1 온도센서(80a)의 제 1 감지값(T1)은 점점 줄어들고, 제 2 온도센서(80b)의 제 2 감지값(T2)은 변동이 크지 않아, 제 1 감지값(T1)과 제 2 감지값(T2) 간의 차가 점점 줄어들고 있음을 알 수 있다.
이는 온도 방정식(식 1)에서 좌변의 첫번째 항(즉, T2를 보상하여 드럼(22) 온도의 추정치(Td)가 드럼(22)의 실제 온도(Td_p)에 근접하도록 하는 항)에서 (T1-T2)의 값이 줄어들고 있음을 의미하며, 따라서, 상기 온도 방정식에서의 드럼(22) 온도의 추정치(Td)가 실제 드럼의 온도(Td_p)와 근사해지기 위해서는 Z이 커져야 한다. 즉, Zpower를 (T1-T2)와 반비례적으로 설정하여(또는, 인덕션 히터(70)의 입력에 반비례적으로 설정하여) T2를 보상하도록 함으로써, 최종적으로 드럼(22)의 실제 온도(Td_p)와 근사한 값의 추정치(Td)를 구할 수 있는 것이다.
한편, 온도 방정식(식 1)에서 보이는 바와 같이, 드럼의 온도(Td)는 T1을 변수로 하고 있다. 그런데, T1은 인덕션 히터(70)의 출력에 민감하게 변화하는 값이기 때문에, 결국 상기 온도 방정식에 의해 구해지는 드럼(22)의 온도(Td)는 인덕션 히터(70)의 출력 변화를 반영하는 것이라 할 수 있으며, 이는 인덕션 히터(70)의 출력 변화에 따른 드럼(22) 온도의 변동을 신속하게 감지할 수 있다는 것을 의미하는 것이기도 하다.
특히, 인덕션 히터(70)의 출력이 변화할 시, 터브(40) 내의 공기의 온도 변화는 드럼(22)의 온도변화보다 더디게 이루어지기 때문에, 종래에 하나의 온도센서만을 이용하여 공기의 온도를 감지하는 방식으로는, 인덕션 히터(70)의 출력변화에 따른 드럼(22)의 온도 변화를 민감하게 감지하지 못하였으나, 본원발명에서는, 드럼(22)의 온도(Td)를 구하는 과정에서, 인덕션 히터(70)의 출력을 민감하게 반영하는 제 1 온도센서(80a)의 발열량(Q1)을 고려하기 때문에, 종래에 비해 더 민감하고 신속하게 드럼(22) 온도의 변화를 감지할 수 있다.
한편, 제 2 온도센서(80b)도 제 1 온도센서(80a)와 마찬가지로 인덕션 히터(70)에 의해 가열되는 경우(예를 들어, 제 2 온도센서(80b)가 제 1 온도센서(80a)와 같은 구조로 이루어진 경우), 제 1 온도센서(80a)는 인덕션 히터(70)로부터 입사된 자속에 의해 제 1 온도센서(80a)의 튜브(812)의 온도가 상승되는 유효가열범위(도 4의 S1 참조.) 내에 배치하고, 제 2 온도센서(80b)는 상기 유효가열범위의 외측(도 4의 S2, S3 참조.)에 배치된다.
여기서, 상기 유효가열범위는, 인덕션 히터(70)의 출력을 변화시킬 시, 상기 유효가열범위 내에 위치한 제 1 온도센서(80a)의 온도 변화가, 상기 유효가열범위의 외측에 위치한 제 2 온도센서(80b)에 앞서는 위상(즉, 큰 위상)을 갖도록 정해진다. 예를 들어, 인덕션 히터(70)의 출력을 상승시킬 경우, 상기 유효가열범위 내에 위치한 제 1 온도센서(80a)가 인덕션 히터(70)에 의한 영향으로 먼저 상승하여 정점에 이르게되고, 상기 유효가열범위의 외측에 위치한 제 2 온도센서(80b)는 발열체인 드럼(22)과 제 1 온도센서(80a)에 의해 공기로 열량이 전달된 다음에야 정점에 이르게 때문에, 제 2 온도센서(80b)에 의해 감지된 온도(T2)가 제 1 온도센서(80a)에 의해 감지된 온도(T1)보다 위상값이 작다.(즉, T2의 변동이 T1의 변동을 뒤따른다.)
한편, 제 2 온도센서(80b)가 상기 유효 가열범위 내에서도 인덕션 히터(70)에 의해 영향을 받지 않는 센서로 구성된 경우에도, 제 2 온도센서(80b)는 인덕션 히터(70)로부터 원주방향을 따라 제 1 온도센서(80a) 보다 더 멀리 떨어진 위치에 배치된다.
본원발명은 두 개의 온도센서(80a, 80b)를 바탕으로 구한 보정치(Z(T1-T2))를 이용하여, 측정된 공기의 온도(T2)를 보상하여 실제 드럼(22) 온도와 근사한 추정치(Td)를 구하는 것을 요지로 한다. 따라서, 제 1 온도센서(80a)에 의해 감지된 제 1 감지값(T1)과 제 2 온도센서(80b)에 의해 감지된 제 2 온도값(T2) 간에는 일정 수준 이상의 편차가 있어야 한다. 이런 이유로, 제 2 온도센서(80b)는, 인덕션 히터(70)의 영향을 받지 않는 것이라고 하더라도, 제 1 온도센서(80a) 주변의 온도를 감지하는 것보다는, 제 1 온도센서(80a)로부터 원주방향을 따라 일정 거리 이격된 영역의 온도를 감지하도록 구성되는 것이 좋다.
바람직하게는, 제 2 온도센서(80b)는 드럼(22)의 회전방향으로 원주방향을 따라, 인덕션 히터(70)로부터 제 1 온도센서(80a) 보다 더 멀리 이격된다. 드럼(22)은 인덕션 히터(70)에 의해 가열된 부분이 회전되는 과정에서 식기 때문에, 상기 가열된 부분이 제 2 온도센서(80b)와 대응하는 위치에 이르면 식게되어, 제 2 온도센서(80b)의 감지값이 제 1 온도센서(80a)에 의한 감지값과 대별될 수 있기 때문이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
Claims (16)
- 물을 담기 위한 터브;
상기 터브 내에서 회전되는 금속재질의 드럼;
상기 드럼과 이격된 상태로 상기 터브에 고정되어, 상기 드럼을 가열하는 인덕션 히터;
금속재질의 튜브를 포함하고, 상기 인덕션 히터에 의해 가열되는 상기 튜브의 온도를 반영하는 온도를 획득하는 제 1 온도센서;
상기 터브와 상기 드럼 사이의 공기의 온도를 감지하는 제 2 온도센서; 및
상기 제 1 온도센서의 제 1 감지값과 상기 제 2 온도센서의 제 2 감지값을 바탕으로 상기 인덕션 히터를 제어하는 제어부를 포함하는. 세탁기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제 1 감지값과 상기 제 2 감지값의 선형결합을 바탕으로 상기 드럼의 온도를 구하고, 상기 드럼의 온도가 기 설정된 범위 내에서 제어되도록 상기 인덕션 히터를 제어하.는 세탁기.
- 제 2 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제 2 감지값을, 상기 제 1 감지값과 상기 제 2 감지값의 차를 바탕으로 보상하여 상기 드럼의 온도를 구하는. 세탁기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 온도센서는,
상기 제 1 온도센서보다 상기 터브의 원주방향으로 상기 인덕션 히터로부터 더 멀리 떨어져 있는, 세탁기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 온도센서는 상기 튜브 내에 구비되는 써미스터를 더 포함하고,
상기 써미스터는 상기 튜브의 온도를 반영하는 온도를 획득하고,
상기 튜브의 적어도 일부분은 상기 드럼과 상기 터브 사이에 노출되는, 세탁기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 터브의 측면에는 냉각수가 공급되는 냉각수포트가 구비되고,
상기 제 1 온도센서와 상기 제 2 온도센서는 상기 냉각수포트보다 더 상측에 배치되는, 세탁기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 온도 센서는, 상기 제 1 온도 센서의 튜브의 온도가 상기 인덕션 히터로부터 방사되는 자속에 의하여 상승되는 유효가열범위 내에 배치되고,
상기 제 2 온도 센서는 상기 유효가열범위 외측에 배치되는, 세탁기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 튜브는, 상기 인덕션 히터를 위에서 연직으로 내려다 볼 시, 상기 인덕션 히터와 겹치는 영역 내에 위치하는, 세탁기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 터브에는 센서 설치구가 형성되어, 상기 튜브는 상기 센서 설치구를 통과하며,
상기 제 1 온도센서는,
상기 튜브와 상기 센서 설치구 사이를 기밀하는 연질의 실러를 더 포함하는, 세탁기.
- 제 9항에 있어서,
상기 실러는 상기 튜브의 길이방향으로 연장되는 관상의 형태이고,
상기 튜브는 상기 실러의 내측에 형성된 중공 내에 배치되는, 세탁기.
- 제 9항에 있어서,
상기 실러에는,
상기 실러가 상기 센서 설치구 내에서 고정되도록, 상기 센서 설치구 둘레가 삽입되는 고정홈이 형성되는, 세탁기.
- 제1항에 있어서,
상기 제 1 온도센서는,
상기 실러의 상단을 통과하여 상기 터브의 외측으로 돌출된 상기 튜브의 부분을 덮는 단열 커버를 더 포함하는, 세탁기.
- 터브, 터브 내에 회전 가능하게 배치된 금속재질의 드럼, 상기 드럼과 이격된 상태로 상기 터브에 고정되어, 상기 드럼을 가열하는 인덕션 히터, 금속재질의 튜브를 포함하고, 상기 인덕션 히터에 의해 가열되는 상기 튜브의 온도를 반영하는 온도를 획득하는 제 1 온도센서, 상기 터브와 상기 드럼 사이의 공기의 온도를 감지하는 제 2 온도센서를 구비한 세탁기의 제어방법에 있어서,
(a) 상기 인덕션 히터를 운전하는 단계;
(b) 상기 제 1 온도센서를 사용하여 상기 튜브의 발열 온도인 제1 감지값을 획득하는 단계;
(c) 상기 제 2 온도센서를 사용하여 상기 터브와 상기 드럼 사이의 공기의 온도인 제 2 감지값을 획득하는 단계; 및
(d) 상기 제1 감지값 및 상기 제2 감지값을 바탕으로 상기 인덕션 히터를 제어하는 단계를 포함하는, 세탁기의 제어방법.
- 제 13 항에 있어서,
상기 (d) 단계는,
상기 제 1 감지값과 상기 제 2 감지값의 선형결합을 바탕으로 상기 드럼의 온도를 구하는 단계; 및
상기 드럼의 온도가 기 설정된 범위 내에서 제어되도록 상기 인덕션 히터를 제어하는 단계를 포함하는, 세탁기의 제어방법.
- 제 13 항에 있어서,
상기 드럼의 온도를 구하는 단계는,
상기 제 2 감지값을, 상기 제 1 감지값과 상기 제 2 감지값의 차를 바탕으로 보상하여 상기 드럼의 온도를 구하는 단계를 포함하는, 세탁기의 제어방법.
- 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 온도 센서는, 상기 인덕션 히터로부터 방사되는 자속에 의하여 상기 튜브의 온도가 상승되는 유효가열범위 내에 배치되고,
상기 제 2 온도 센서는 상기 유효가열범위 외측에 배치되는, 세탁기의 제어방법.
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