KR20200087032A - 인덕션 히터를 갖는 세탁장치 및 이의 제어방법 - Google Patents
인덕션 히터를 갖는 세탁장치 및 이의 제어방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 세탁장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 인덕션 히터에 의해서 드럼을 가열하는 세탁장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 터브; 상기 터브 내에 회전 가능하게 구비되고, 대상물을 수용하는 드럼; 상기 터브에 구비되어 대향되는 상기 드럼의 외주면을 가열하도록 구비되는 인덕션 히터; 상기 드럼이 회전하도록 구동되는 모터; 상기 터브와 상기 드럼 사이의 공간 주변의 온도를, 상기 터브 내의 상부에서 감지하도록 구비되는 상부 온도센서; 상기 가열된 드럼과 상기 대상물의 열교환을 통해 증발된 습증기가 상기 터브 내부에서 응축되어 상기 터브의 하부로 유입되는 응축수 주변의 온도를, 상기 터브 내의 하부에서 감지하도록 구비되는 하부 온도센서; 그리고 상기 드럼의 회전 구동과 상기 인덕션 히터의 구동을 제어하여, 상기 드럼의 가열을 통해 상기 대상물을 가열하여 건조를 수행하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상부 온도센서에서 감지된 온도와 상기 하부 온도센서에서 감지된 온도의 차이(델타 T)를 기반으로 하여 상기 건조의 종료 시점을 결정함을 특징으로 하는 세탁장치 및 이의 제어방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 터브; 상기 터브 내에 회전 가능하게 구비되고, 대상물을 수용하는 드럼; 상기 터브에 구비되어 대향되는 상기 드럼의 외주면을 가열하도록 구비되는 인덕션 히터; 상기 드럼이 회전하도록 구동되는 모터; 상기 터브와 상기 드럼 사이의 공간 주변의 온도를, 상기 터브 내의 상부에서 감지하도록 구비되는 상부 온도센서; 상기 가열된 드럼과 상기 대상물의 열교환을 통해 증발된 습증기가 상기 터브 내부에서 응축되어 상기 터브의 하부로 유입되는 응축수 주변의 온도를, 상기 터브 내의 하부에서 감지하도록 구비되는 하부 온도센서; 그리고 상기 드럼의 회전 구동과 상기 인덕션 히터의 구동을 제어하여, 상기 드럼의 가열을 통해 상기 대상물을 가열하여 건조를 수행하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상부 온도센서에서 감지된 온도와 상기 하부 온도센서에서 감지된 온도의 차이(델타 T)를 기반으로 하여 상기 건조의 종료 시점을 결정함을 특징으로 하는 세탁장치 및 이의 제어방법을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 세탁장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 인덕션 히터에 의해서 드럼을 가열하는 세탁장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
세탁장치는 세탁수를 저수하는 터브(외조)와 터브 내에서 회전 가능하게 구비되는 드럼(내조)를 포함하여 이루어진다. 상기 드럼 내부에 세탁물(포)가 구비되며, 드럼이 회전함에 따라 세제와 세탁수에 의해서 포가 세탁된다.
세제의 활성화와 오염물의 분해를 촉진시켜 세탁 효과를 증진시키기 위하여, 고온의 세탁수가 터브 내부로 공급되거나 터브 내부에서 가열된다. 이를 위하여, 터브 내부의 하부에는 하방으로 함몰되어 히터 장착부가 형성되며, 상기 히터 장착부에 히터가 구비됨이 일반적이다. 이러한 히터는 시스(sheath) 히터가 일반적이다.
세탁장치는 세탁과 건조를 수행할 수 있는 건조 겸용 세탁기와 건조만을 수행할 수 있는 건조기를 포함할 수 있다.
일반적으로 건조는 고온의 열풍을 드럼 내부로 공급하여 대상물을 가열하여 수분을 증발시킴으로써 수행될 수 있다. 습공기를 세탁장치 외부로 배출하는 배기식 건조기와 습공기에서 수분을 응축하여 다시 드럼으로 공급하는 순환식 건조기가 구비될 수 있다.
건조는 대상물을 가열하여 수분을 제거하는 과정이므로, 건조의 종료 시점을 정확히 판단하는 것이 매우 중요하다. 즉, 대상물의 함수율이 기설정된 함수율에 도달했을 때 대상물의 가열을 정지하고 건조를 종료시키는 것이 매우 중요하다. 이를 통해서 부족 건조나 과건조를 방지할 수 있다.
많은 경우, 건조도 내지는 습도를 감지하기 위해서 습도 센서가 사용되고 있다. 즉, 드럼 내부에 노출되어 있는 전극봉과 같은 센서를 통해서 대상물의 함수율 내지는 습도를 감지하게 된다. 따라서, 습도 센서를 통해 적정 습도가 도달되면 건조가 종료하게 된다.
그러나 이러한 습도 센서는 열풍 공급을 통해서 건조를 수행하는 건조기에 적합하다. 왜냐하면, 세탁이 수행될 수 있는 건조 겸 세탁기에서는 습도 센서가 세제나 세탁수 또는 린트 등에 의해서 오염될 여지가 많기 때문이다. 이러한 오염으로 인해서 정확한 습도의 센싱이 어렵게 된다. 따라서, 건조만을 수행하는 건조기에서 이러한 습도 센서가 적용되는 것이 일반적이다.
또한, 열풍이 순환되는 순환 덕트의 일부로서 응축 덕트와 건조 덕트를 갖는 건조 겸 세탁기에서는 응축 덕트의 입구단(터브에서 응축 덕트로 공기가 유입되는 유입구) 부근과 응축 덕트의 출구단(응축 덕트에서 건조 덕트로 공기가 배출되는 배출구) 부근에 각각 온도 센서를 장착하여 건조 종료 시점을 판단하는 선행 기술이 개시되어 있다. 일례로, 대한민국 특허공개공보 KR10-2015-0122469에서는 응축수의 온도와 응축 후의 공기 온도의 차이를 통해 건조도를 판단하는 것이 개시되어 있다. 건조 말기에는 수분 응축이 매우 작게 발생되므로, 응축수의 온도가 냉각수(상온의 물)의 온도에 근접하여 낮아지는 것을 이용하여 간접적으로 건조도를 판단하는 것이라 할 수 있다.
그러나 이러한 방식의 건조도 감지는 공기의 순환을 전제로 하고 별도의 순환 덕트(응축이 수행되는 응축 덕트와 공기의 가열이 수행되는 건조 덕트 포함)를 요구하게 된다. 아울러, 응축 덕트의 전단과 후단에 두 개의 온도 센서를 장착하여야 하므로 제조가 용이하지 않게 된다. 특히, 세탁수의 온도를 감지하는 온도 센서도 별도로 필요하게 되므로, 세탁수의 온도와 건조도의 감지를 위해서 3 개 이상의 온도 센서를 필요로 하는 문제가 있다.
본 출원인은 대한민국 특허출원번호 10-2017-0101333 출원(이하 "선행출원"이라 한다)을 통해서 인덕션 히터가 적용된 세탁장치에 대해 개시한 바가 있다.
상기 선행출원에서는 인덕션 히트를 통해서 드럼을 직접 가열하여 대상물을 가열하여 건조시킬 수 있는 세탁장치가 개시되어 있다. 그리고, 터브 내주면에 냉각수를 공급하여 터브 내부의 습공기에서 수분을 응축하는 세탁장치가 개시되어 있다.
상기 선행출원에 개시된 세탁장치는 순환덕트가 구비되지 않을 수 있으며, 세탁 및 건조를 수행하도록 구비될 수 있다. 따라서, 이러한 형태의 세탁장치에서 효과적으로 건조도 내지는 습도를 감지하여 건조의 종료 시점을 파악할 수 있는 방안이 모색될 필요가 있다.
본 발명은, 순환덕트가 구비되지 않는 세탁장치에서, 건조 종료 시점을 효과적으로 파악할 수 있는 세탁장치 및 이의 제어방법을 제공하고자 함을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예를 통해, 건조도를 감지하기 위한 센서가 세제, 세탁수, 응축수, 냉각수나 린트에 의해 오작동 내지는 오감지하는 것을 현저히 줄일 수 있는 세탁장치 및 이의 제어방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예를 통해, 종래 세탁장치에 구비되는 세탁수 온도센서를 이용하여 건조도를 감지할 수 있는 세탁장치 및 이의 제어방법을 제공하고자 한다. 즉, 하나의 온도 센서를 세탁장치가 수행하는 행정에 따라 다른 목적으로 사용할 수 있는 세탁장치 및 이의 제어방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예를 통해, 건조 시 냉각수와 응축수가 세탁수 온도센서와 접촉하지 않도록 하여, 냉각수에 의한 온도 편차를 최소화하여 정확한 건조도를 판단할 수 있는 세탁장치 및 이의 제어방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예를 통해, 인덕션 히터의 과열을 방지하기 위해 구비되는 건조 온도센서를 이용하여 건조도를 감지할 수 있는 세탁장치 및 이의 제어방법을 제공하고자 한다. 즉, 하나의 온도 센서를 동시에 복수 개의 목적으로 사용할 수 있는 세탁장치 및 이의 제어방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예를 통해, 건조 대상물과 센서가 직접 접촉시키지 않고도 건조 종료 시점을 효과적으로 판단할 수 있는 세탁장치 및 이의 제어방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예를 통해, 건조 부하량과 건조 종료 시점을 하나 또는 두 개의 온도 센서를 통해서 효과적으로 판단할 수 있는 세탁장치 및 이의 제어방법을 제공하고자 한다. 특히, 건조 시, 자연 대류를 통해 수분이 응축된 응축수 주변의 온도 변화를 통해서 건조 부하량과 건조 종료 시점을 효과적으로 판단할 수 있는 세탁장치 및 이의 제어방법을 제공하고자 한다.
전술한 목적을 구현하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 터브; 상기 터브 내에 회전 가능하게 구비되고, 대상물을 수용하는 드럼; 상기 터브에 구비되어 대향되는 상기 드럼의 외주면을 가열하도록 구비되는 인덕션 히터; 상기 드럼이 회전하도록 구동되는 모터; 상기 터브와 상기 드럼 사이의 공간 주변의 온도를, 상기 터브 내의 상부에서 감지하도록 구비되는 상부 온도센서(건조 온도센서); 상기 가열된 드럼과 상기 대상물의 열교환을 통해 증발된 습증기가 상기 터브 내부에서 응축되어 상기 터브의 하부로 유입되는 응축수 주변의 온도를, 상기 터브 내의 하부에서 감지하도록 구비되는 하부 온도센서(세탁수/응축수 온도센서); 그리고 상기 드럼의 회전 구동과 상기 인덕션 히터의 구동을 제어하여, 상기 드럼의 가열을 통해 상기 대상물을 가열하여 건조를 수행하는 프로세서를 포함하는 세탁장치 및 이의 제어방법을 제공할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 상부 온도센서와 하부 온도센서에서 감지되는 온도를 통해서 건조 종료 시점을 판단할 수 있다. 특히, 상기 프로세서는, 상부 온도센서에서 감지된 온도와 상기 하부 온도센서에서 감지된 온도의 차이(델타 T)를 기반으로 하여 상기 건조의 종료 시점을 결정할 수 있다.
이러한, 온도의 차이는 터브 내부에서, 자연대류에 의해 습증기와 냉각수와의 사이에서 열교환이 수행되고, 응축수가 하부로 흘러 고이는 특성을 이용한 것이라 할 수 있다.
상기 인덕션 히터는 상기 터브의 상부 외주면 외측에 구비되며, 상기 상부 온도센서는 상기 인덕션 히터의 인근에 위치함이 바람직하다.
상기 상부 온도센서는 상기 인덕션 히터가 상기 드럼을 향하는 투영면에서 벗어나도록 위치함이 바람직하다. 최대한 가열원 인근에서 온도를 센싱하되, 인덕션 히터에 의한 자기장의 영향을 회피할 수 있는 위치에 상부 온도센서를 장착하는 것이 바람직하다.
상기 터브를 전방에서 바라볼 때, 상기 상부 온도센서는 상기 터브의 우측 상부에 위치할 수 있다. 상기 터브를 전방에서 바라볼 때, 상기 터브의 좌측 상부에는 상기 터브 내부와 외부와 공기의 연통이 수행되는 연통구가 구비될 수 있다. 따라서 연통구에 의한 영향을 최소화할 수 있다.
상기 터브의 후방에서 터브의 내측벽을 향해 냉각수를 공급하는 냉각수 포트를 포함할 수 있다.
상기 터브를 전방에서 바라볼 때, 상기 냉각수 포트는, 상기 터브의 우측에서 상기 터브의 우측 내주면을 타고 냉각수가 흐르도록 냉각수를 공급하는 하거나 및/또는 상기 터브의 좌측에서 상기 터브의 좌측 내주면을 타고 냉각수가 흐르도록 냉각수를 공급하도록 구비될 수 있다. 따라서, 냉각수가 터브 내주면에 얇게 골고루 퍼지면서 흐르도록 하여 습공기와의 열교환 면적을 최대화할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 상부 온도센서에서 기설정된 온도를 감지하는 경우, 상기 인덕션 히터의 구동을 정지시키거나 출력을 낮추도록 제어할 수 있다. 즉, 상기 상부 온도센서는 기본적으로 인덕션 히터가 가열 목표 온도까지 히팅을 수행하고 상기 가열 목표 온도를 유지하도록 히팅을 반복하도록 구비될 수 있다.
상기 상부 온도센서는 상기 하부 온도센서에 비하여 상기 터브의 전방에 위치함이 바람직하다. 즉, 가열원과 더욱 가깝도록 상부 온도센서가 위치될 수 있다. 따라서, 상기 상부 온도센서는 상기 하부 온도센서에 비하여 상기 터브의 전방에 위치할 수 있다.
상기 터브의 하부 내부에는 하방으로 함몰되어 응축수가 고이는 응축수 수용부가 형성될 수 있다.
상기 하부 온도센서는, 상기 응축수 수용부에서 상기 응축수 수용부의 바닥면으로부터 상부로 이격되어 구비됨이 바람직하다. 응축수의 온도를 직접 센싱하지 않고, 응축수 주변의 공기 온도를 센싱하도록 할 수 있다. 즉, 건조 시에는 물의 온도가 아닌 공기 온도를 센싱하고, 세탁 시에는 물의 온도를 센싱하도록 구비될 수 있다.
상기 하부 온도센서는, 상기 터브의 후벽을 관통하여 장착되는 것이 바람직하다.
이러한 이유로, 응축수 수용부는 특히 터브의 후방에 형성될 수 있으며, 상기 터브는 전방에서 후방으로 기울어진 형태 즉 틸팅 타입 터브로 구비될 수 있다.
상기 하부 온도센서는, 상기 응축수 수용부의 바닥면으로부터 10mm 내지 15mm 이격되어 구비되며, 바람직하게는 12mm 이격되어 구비될 수 있다. 이는 건조 시 응축수와 접촉되지 않으면서도 응축수와 근접하여 하부 온도센서가 장착되기 위함이다.
상기 프로세서는, 상기 세탁장치가 상기 인덕션 히터의 구동을 통해 세탁수를 가열하여 세탁 행정을 수행하는 도중, 상기 하부 온도센서에서 세탁수의 온도가 기설정된 온도로 감지하는 경우, 상기 인덕션 히터의 구동을 정지시키거나 출력을 낮추도록 제어할 수 있다.
즉, 하부 온도센서는 기본적으로 세탁 시 세탁수의 목표 가열 온도를 제어하기 위하여 사용될 수 있다. 세탁수가 가열되어 목표 가열 온도에 도달될 때까지 인덕션 히터가 구동되고, 이후 목표 가열 온도를 유지하기 위하여 인덕션 히터의 온/오프 제어가 반복될 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는, 상부 온도센서와 하부 온도센서가 각각의 주기능 외에 건조 종료 시점을 판단하도록 사용되는 부가 기능을 갖는다고 할 수 있다.
건조 부하량이 클수록 상기 건조 종료 시점을 결정하는 온도의 차이는 더욱 크게 된다. 따라서, 건조 부하량이 결정되면, 이에 따라 건조 종료 시점을 결정하는 온도 또는 델타 T가 기설정된다. 건조 도중 건조 부하량이 판단되고, 판단된 건조 부하량에 따라 건조 종료 인자가 결정된다. 건조 진행 중 건조 종료 인자가 만족되면 건조가 종료하게 된다.
상기 프로세서는, 건조 초기, 상부 온도센서에서 감지된 온도와 상기 하부 온도센서에서 감지된 온도의 차이(델타 T)가 가장 작게 감지되는 시점을 통해서, 상기 건조 부하량을 판단할 수 있다. 이는 건조 부하량이 클 수가 델타 T가 가장 작게 감지되는 시점이 느려지는 것을 이용한 것이라 할 수 있다.
상기 프로세서는, 건조 초기, 상부 온도센서에서 감지된 온도와 상기 하부 온도센서에서 감지된 온도의 차이(델타 T)가 가장 작을 때의 값을 통해서, 상기 건조 부하량을 판단할 수 있다. 이는 건조 부하량이 클수록 델타 T가 가장 작을 때의 값은 상대적으로 커지는 것을 이용한 것이라 할 수 있다.
건조 초기는 건조 시작 후 델타 T가 가장 크게 나타나는 시점까지 또는 최초로 상부 온도센서가 가열 목표 온도를 센싱한 시점으로 정의될 수 있다.
따라서, 상기 건조 부하량 판단 시점은 상기 상부 온도센서에서 상기 드럼의 가열 목표 온도를 감지한 시점 이후인 것이 바람직하다.
상기 상부 온도센서와 하부 온도센서는, 상기 프로세서의 능동적 제어를 수행하도록 구비되는 서미스터(thermistor)인 것이 바람직하다.
전술한 목적을 구현하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 터브; 상기 터브 내에 회전 가능하게 구비되고, 대상물을 수용하는 드럼; 상기 터브에 구비되어 대향되는 상기 드럼의 외주면을 가열하도록 구비되는 인덕션 히터; 상기 드럼이 회전하도록 구동되는 모터; 상기 터브와 상기 드럼 사이의 공간 주변의 온도를, 상기 터브 내의 상부에서 감지하도록 구비되는 상부 온도센서(건조 온도센서); 상기 가열된 드럼과 상기 대상물의 열교환을 통해 증발된 습증기가 상기 터브 내부에서 응축되어 상기 터브의 하부로 유입되는 응축수 주변의 온도를, 상기 터브 내의 하부에서 감지하도록 구비되는 하부 온도센서(세탁수/응축수 온도센서); 그리고 상기 드럼의 회전 구동과 상기 인덕션 히터의 구동을 제어하여, 상기 드럼의 가열을 통해 상기 대상물을 가열하여 건조를 수행하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 상부 온도센서에서 상기 드럼의 가열 목표 온도를 감지한 후, 상기 하부 온도센서에서 감지된 최대 온도와 이후 상기 하부 온도센서에서 감지되는 온도의 차이(델타 T)를 기반으로 하여 상기 건조의 종료 시점을 결정함을 특징으로 하는 세탁장치 및 이의 제어방법이 제공될 수 있다.
전술한 목적을 구현하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 터브, 상기 터브 내에 회전 가능하게 구비되고 대상물을 수용하는 드럼, 그리고 상기 터브에 구비되어 대향되는 상기 드럼의 외주면을 가열하도록 구비되는 인덕션 히터를 갖고 건조를 수행하는 세탁장치의 제어방법에 있어서, 상기 터브와 상기 드럼 사이의 공간 주변의 온도를, 상기 터브 내의 상부에서 상부 온도센서를 통해 감지하여, 상기 인덕션 히터의 구동을 제어하는 히팅 단계; 상기 터브 내의 하부에서, 자연 대류를 통해 수분이 상기 터브 내에서 응축되어 상기 터브의 하부로 유입되는 응축수의 온도를, 상기 터브 내의 하부에서 하부 온도센서를 통해 감지하는 응축 단계; 그리고 상기 상부 온도센서에서 감지된 온도와 상기 하부 온도센서에서 감지된 온도의 차이 또는 상기 하부 온도센서에서 감지된 최대 온도와 이후 상기 하부 온도센서에서 감지된 온도의 차이를 통해, 상기 건조를 종료하는 시점을 결정하여 건조를 종료하는 종료 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁장치의 제어방법이 제공될 수 있다.
상기 건조 도중, 상기 히팅 단계와 상기 응축 단계는 병렬적으로 수행될 수 있다.
전술한 실시예들 각각의 특징은 서로 모순되거나 배타적이지 않는 한 다른 실시예에서 복합적으로 적용될 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 건조도를 감지하기 위한 센서가 세제, 세탁수, 응축수, 냉각수나 린트에 의해 오작동 내지는 오감지하는 것을 현저히 줄일 수 있는 세탁장치 및 이의 제어방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 종래 세탁장치에 구비되는 세탁수 온도센서를 이용하여 건조도를 감지할 수 있는 세탁장치 및 이의 제어방법을 제공하고자 한다. 즉, 하나의 온도 센서를 세탁장치가 수행하는 행정에 따라 다른 목적으로 사용할 수 있는 세탁장치 및 이의 제어방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 건조 시 냉각수와 응축수가 세탁수 온도센서와 접촉하지 않도록 하여, 냉각수에 의한 온도 편차를 최소화하여 정확한 건조도를 판단할 수 있는 세탁장치 및 이의 제어방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 인덕션 히터의 과열을 방지하기 위해 구비되는 건조 온도센서를 이용하여 건조도를 감지할 수 있는 세탁장치 및 이의 제어방법을 제공할 수 있다. 즉, 하나의 온도 센서를 동시에 복수 개의 목적으로 사용할 수 있는 세탁장치 및 이의 제어방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 건조 대상물과 센서가 직접 접촉시키지 않고도 건조 종료 시점을 효과적으로 판단할 수 있는 세탁장치 및 이의 제어방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 건조 부하량과 건조 종료 시점을 하나 또는 두 개의 온도 센서를 통해서 효과적으로 판단할 수 있는 세탁장치 및 이의 제어방법을 제공할 수 있다. 특히, 건조 시, 자연 대류를 통해 수분이 응축된 응축수 주변의 온도 변화를 통해서 건조 부하량과 건조 종료 시점을 효과적으로 판단할 수 있는 세탁장치 및 이의 제어방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 세탁장치의 단면을 도시하고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 세탁장치의 제어 구성을 블럭으로 도시하고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 세탁장치에서 인덕션 히터의 출력 가변 원리를 설명하기 위한 그래프이며,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 세탁장치에서, 인덕션 히터와 상부 온도센서가 터브에 장착된 일례를 도시하고,
도 5는 상부 온도센서와 하부 온도센서가 터브 내부로 돌출되어 장착된 모습을 도시하고,
도 6은 터브 내부에서 하부 온도센서가 장착된 모습 및 냉각수 포트의 위치를 도시하고,
도 7과 도 8은 서로 다른 건조 부하량에서 건조 진행 과정에서 온도 변화를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 세탁장치의 제어 구성을 블럭으로 도시하고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 세탁장치에서 인덕션 히터의 출력 가변 원리를 설명하기 위한 그래프이며,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 세탁장치에서, 인덕션 히터와 상부 온도센서가 터브에 장착된 일례를 도시하고,
도 5는 상부 온도센서와 하부 온도센서가 터브 내부로 돌출되어 장착된 모습을 도시하고,
도 6은 터브 내부에서 하부 온도센서가 장착된 모습 및 냉각수 포트의 위치를 도시하고,
도 7과 도 8은 서로 다른 건조 부하량에서 건조 진행 과정에서 온도 변화를 도시하고 있다.
이하에서는 도 1을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 세탁장치에 대하여 설명한다.
아래의 실시예에서 특정 구성요소는 설명의 편의를 위하여 과장 또는 축소되게 도시되거나 설명될 수 있다. 이 또한 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이다.
따라서, 본 발명은 아래의 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 이러한 수정 및 변형은 본 발명의 범주이다.
본 발명의 일실시예에 따른 세탁장치는, 외관을 형성하는 캐비닛(1), 상기 캐비닛 내부에 구비되는 터브(2), 상기 터브(2) 내부에 회전 가능하게 구비되며 대상물(일례로, 세탁대상물, 건조대상물 또는 리프레쉬대상물)이 수용되는 드럼(3)을 포함할 수 있다. 일례로, 의류를 세탁수에 의해 세탁하는 경우 이를 세탁대상물이라 할 수 있고, 젖은 의류를 열기를 이용하여 건조하는 경우 이를 건조대상물이라 할 수 있고, 마른 의류를 열풍, 냉풍 또는 스팀 등을 이용하여 리프레쉬하는 경우 이를 리프레쉬대상물이라 할 수 있다. 따라서, 세탁장치의 드럼(3)을 통해서 의류의 세탁, 건조 또는 리프레시를 수행할 수 있다.
상기 캐비닛(1)은 상기 캐비닛(1)의 전방에 구비되어 대상물이 출입되는 캐비닛 개구부를 포함할 수 있으며, 상기 캐비닛(1)에는 상기 투입구를 개폐하도록 상기 캐비닛에 회동 가능하게 장착된 도어(12)가 구비될 수 있다.
상기 도어(12)는 환형의 도어프레임(121)과 상기 도어 프레임의 중앙부에 구비된 투시창(122)으로 이루어질 수 있다.
여기서, 이하 설명될 세탁장치의 세부구조에 대한 이해를 돕기 위해 방향을 정의하자면, 상기 캐비닛(1)의 중앙을 기준으로 상기 도어(12)를 향하는 방향이 전방(Front)으로 정의될 수 있다.
또한, 상기 도어(12)를 향하는 방향의 정반대 방향이 후방(Rear)으로 정의될 수 있으며, 우측(Right) 및 좌측(Left) 방향은 위에서 정의된 전후방 방향에 종속하여 자연스럽게 정의될 수 있다.
상기 터브(2)는 길이방향 축이 상기 캐비닛 하면과 나란하거나 0~30°를 유지하는 원통형으로 구비되어 물이 저장될 수 있는 공간을 형성하며, 상기 투입구에 연통하도록 전방에 터브 개구부(21)를 구비한다.
상기 터브(2)는 지지바(13a)와 상기 지지바(13a)에 연결된 댐퍼(13b)를 포함하는 하부지지부(13)에 의해 상기 캐비닛(1)의 하면(바닥면)에 고정될 수 있으며, 이에 따라 상기 드럼(3)의 회전에 의해 상기 터브(2)에 발생되는 진동이 감쇠될 수 있다.
또한, 상기 터브(2)의 상면에는 상기 캐비닛(1)의 상면에 고정된 탄성지지부(14)가 연결될 수 있으며, 이 역시 상기 터브(2)에서 발생되어 상기 캐비닛(1)으로 전달되는 진동을 감쇠시키는 역할을 할 수 있다.
상기 드럼(3)은 길이방향 축이 상기 캐비닛 하면(바닥면)과 나란하거나 0~30°를 유지하는 원통형으로 구비되어 대상물을 수용하며, 전방에는 상기 터브 개구부(21)에 연통하는 드럼 개구부(31)가 구비될 수 있다. 상기 바닥면에 대한 상기 터브(2)와 드럼(3)의 중심축이 이루는 각도는 서로 동일할 수 있다.
또한, 드럼(3)은 외주면을 관통하도록 구비된 다수의 관통홀(33)을 포함할 수 있다. 상기 관통홀(33)을 통해서 드럼(3) 내부와 터브(4) 내부 사이의 공기와 세탁수의 출입이 수행될 수 있다.
상기 드럼(3)의 내주면에는 드럼의 회전 시 대상물을 교반시키기 위한 리프터(35)가 더 구비될 수 있으며, 상기 드럼(3)은 터브(2)의 후방에 구비된 구동부(6)에 의해 회전할 수 있다.
상기 구동부(6)는 터브(2)의 배면에 고정된 스테이터(61), 스테이터와 전자기적 작용에 의해 회전하는 로터(63), 터브(2)의 배면을 관통하여 드럼(3)과 로터(63)를 연결하는 회전축(65)으로 구비될 수 있다.
상기 스테이터(61)는 상기 터브(2) 배면에 구비된 베어링 하우징(66)의 후방면에 고정될 수 있으며, 상기 로터(63)는 상기 스테이터의 반경 방향 외측에 구비되는 로터자석(632) 및 상기 로터자석(632)과 회전축(65)을 연결하는 로터하우징(631)으로 이루어질 수 있다.
상기 베어링 하우징(66)에는 내부에는 회전축(65)을 지지하는 다수 개의 베어링(68)이 구비될 수 있다.
또한, 상기 드럼(3)의 배면에는 로터(63)의 회전력을 드럼(3)에 용이하게 전달시키는 스파이더(67)가 구비될 수 있으며, 상기 스파이더(67)에는 상기 로터(63)의 회전동력을 전달하는 상기 회전축(65)이 고정될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁장치는 외부로부터 물을 공급받는 급수호스(51)를 더 포함할 수 있으며, 상기 급수호스(51)는 상기 터브(2)로 물을 공급하는 유로를 형성한다.
또한, 상기 캐비닛(1)의 투입구와 터브 개구부(21) 사이에는 가스켓(4)이 구비될 수 있는데, 상기 가스켓(4)은 터브(2) 내부의 물이 캐비닛(1)으로 누출되는 문제와 터브(2)의 진동이 캐비닛(1)으로 전달되는 문제를 방지하는 역할을 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁장치는 상기 터브(2) 내부의 물을 상기 캐비닛(1)의 외부로 배출시키는 배수부(52)를 더 포함할 수 있다.
상기 배수부(52)는 상기 터브(2) 내부의 물이 이동하는 배수유로를 형성하는 배수관(522) 및 상기 배수관(522)을 통해 배수되도록 상기 배수관(522) 내부에 압력차를 발생시키는 배수펌프(521)로 이루어질 수 있다.
보다 상세하게, 상기 배수관(522)은 상기 터브(2)의 하면과 상기 배수펌프(521)를 연결하는 제1배수관(522a) 및 일단이 상기 배수펌프(521)에 연결되어 상기 캐비닛(1) 외부로 물이 이동하는 유로를 형성하는 제2배수관(522a)을 포함할 수 있다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁장치는 상기 드럼(3)을 유도 가열하는 가열부(8)를 더 포함할 수 있다.
상기 가열부(8)는 터브(2)의 원주면에 장착되며, 와이어가 권선된 코일에 전류가 인가되어 발생되는 자기장을 통해서 상기 드럼(3)의 원주면을 유도 가열한다. 따라서, 상기 가열부를 인덕션 히터라 할 수 있다. 상기 인덕션 히터가 구동되면 상기 인덕션 히터(9)와 대향되는 드럼의 외주면은 매우 빠른 시간 내에 매우 높은 온도로 가열될 수 있다.
상기 가열부(8)는 상기 캐비닛(1)에 고정된 제어부(9)에 의해 제어될 수 있으며, 상기 제어부(9)는 상기 가열부(8)의 구동을 제어함으로써, 터브 내부의 온도를 제어하게 된다. 상기 제어부(9)는 세탁장치의 구동을 제어하는 프로세서를 포함할 수 있으며, 상기 가열부를 제어하는 인버터 프로세서를 포함할 수 있다. 즉, 하나의 프로세서를 통해서 세탁장치의 구동과 가열부(8)의 구동을 제어할 수 있다.
그러나, 제어의 효율성 및 프로세서의 과부하를 방지하기 위하여, 일반적인 세탁장치의 구동을 제어하는 프로세서와 가열부를 제어하는 프로세서는 개별적으로 구비되며, 서로 통신 연결될 수 있다.
상기 터브(2) 내부에는 온도센서(95)가 구비될 수 있으며, 상기 온도센서(95)는 상기 제어부(9)에 연결되어 상기 터브(2) 내부 온도 정보를 상기 제어부(9)에 전달할 수 있다. 특히 세탁수 또는 습공기의 온도를 센싱하도록 구비될 수 있다. 따라서, 이를 세탁수 온도센서라 할 수 있다.
상기 온도센서(95)는 터브 내부의 바닥 인근에 구비될 수 있다. 따라서, 상기 온도센서(95)는 드럼의 최하단보다 더 낮은 곳에 위치될 수 있다. 도 1에는 온도센서(95)가 터브의 바닥면에 접하도록 구비된 것이 도시되어 있다. 그러나 바닥면에서 소정 거리 이격되어 구비됨이 바람직하다. 이는 세탁수나 공기가 온도센서를 둘러싸도록 하여, 정확하게 세탁수나 공기의 온도를 측정할 수 있도록 하기 위함이다. 그리고 온도센서(95)는 터브의 하부에서 상부로 관통되어 장착될 수도 있지만, 터브의 전방에서 후방으로 관통되어 장착될 수도 있다. 즉, 터브의 원주면이 아닌 전방면(터브 개구부를 형성하는 면)을 관통하여 장착될 수 있다.
따라서, 세탁장치가 상기 인덕션 히터(8)를 통해서 세탁수를 가열하는 경우, 목표 온도까지 세탁수가 가열되었는지 여부를 온도센서를 통해 감지할 수 있다. 이러한 온도센서의 감지 결과를 기반으로 하여 인덕션 히터의 구동이 제어될 수 있다.
또한, 세탁수가 모두 배수된 경우 상기 온도센서(95)는 공기의 온도를 감지할 수 있다. 터브의 바닥에 전여 세탁수 또는 냉각수가 구비되므로, 상기 온도센서(95)는 습공기의 온도를 센싱하게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁장치는 건조 온도센서(96)를 포함할 수 있다. 상기 건조 온도센서(96)는 전술한 온도센서(95)와 설치 위치 및 온도 측정 대상이 상이할 수 있다. 상기 건조 온도센서(96)은 인덕션 히터(8)를 통해서 가열된 공기의 온도 즉 건조 온도를 감지할 수 있다. 따라서, 목표 온도까지 공기가 가열되었는지 여부를 온도센서를 통해 감지할 수 있다. 이러한 건조 온도센서의 감지 결과를 기반으로 하여 인덕션 히터의 구동이 제어될 수 있다.
상기 건조 온도센서(96)는 터브(2)의 상부에 위치되고 상기 인덕션 히터(8)의 인근에 구비될 수 있다. 즉, 인덕션 히터(8)의 투영면을 벗어나서 터브(2)의 내측면에 구비되어 대향되는 드럼(3)의 외주면 온도를 감지하도록 구비될 수 있다. 전술한 온도센서(95)는 주위의 물 또는 공기의 온도를 감지하도록 구비되며, 상기 건조 온도센서(96)는 드럼의 온도 또는 드럼 주변의 건조 공기 온도를 감지하도록 구비될 수 있다.
상기 드럼(3)은 회전하는 구성이므로, 상기 드럼(30)의 외주면 인근의 공기의 온도를 감지하여 드럼의 외주면 온도를 간접적으로 감지할 수 있다.
상기 온도센서(95)는 목표 온도까지 인덕션 히터의 구동을 지속할지 여부 또는 인덕션 히터의 출력을 가변할지 여부를 결정하기 위해 구비될 수 있다. 상기 건조 온도센서(96)는 드럼이 과열 여부를 판단하기 위해 구비될 수 있다. 드럼이 과열된 것으로 판단하면 강제적으로 인덕션 히터의 구동을 정지시킬 수 있다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁장치는 건조기능을 가질 수 있다. 이 경우, 본 발명의 일실시예에 따른 세탁장치를 건조 겸 세탁기라 할 수 있다. 이를 위해 상기 터브(2) 내부로 송풍하는 팬(72)과 및 상기 팬(72)이 설치된 덕트(71)를 더 구비할 수 있다. 물론, 이러한 구성이 추가적으로 구비되지 않더라도 건조 기능을 수행하도록 할 수 있다. 즉, 터브 내주면에서 공기의 냉각이 수행되고 수분이 응축되어 배출되도록 할 수 있다. 다시 말하면 공기의 순환이 없더라도 자체적으로 수분 응축을 하여 건조가 수행될 수 있다. 수분 응축을 더욱 효과적으로 수행하여 건조 효율을 증진시키기 위해서 냉각수가 터브 내부로 공급될 수 있다. 냉각수와 터브와 만나는 표면적 즉 냉각수와 공기와 접촉하는 표면적이 넓을수록 바람직하다. 이를 위해서, 냉각수는 터브의 배면이나 일측 또는 양측면에서 넓게 퍼지면서 공급되도록 할 수 있다. 이러한 냉각수 공급을 통해서, 냉각수는 터브 내부 표면을 따라서 흐르게 되어 드럼 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 건조를 위해서 덕트나 팬 구성을 생략할 수 있어서 매우 용이하게 제작할 수 있다.
이때, 건조를 위해 별도의 히터를 구비할 필요가 없다. 즉, 인덕션 히터(8)를 이용하여 건조를 수행할 수 있다. 즉, 하나의 인덕션 히터를 통해서, 세탁 시의 세탁수 가열, 탈수 시의 대상물 가열 그리고 건조 시의 대상물 가열 등이 모두 수행될 수 있다.
드럼(3)이 구동하고 인덕션 히터(8)가 구동하면 실질적으로 드럼의 외주면 전체가 가열될 수 있다. 가열된 드럼은 젖은 세탁물과 열교환하여 세탁물이 가열된다. 물론, 드럼 내부의 공기도 가열될 수 있다. 따라서, 드럼(3)의 내부로 공기를 공급하면 열교환되어 수분을 증발시킨 공기는 드럼(3)의 외부로 배출될 수 있다. 즉, 덕트(71)와 드럼(3) 사이에서 공기가 순환될 수 있다. 물론, 공기의 순환을 위해서 팬(72)이 구동될 것이다.
가열된 공기가 건조대상물에 골고루 공급되고 습공기가 원활히 배출될 수 있도록 공기의 공급 위치와 공기의 배출 위치가 결정될 수 있다. 이를 위해서, 드럼(3)의 전방 상부에서 공기가 공급되고 드럼(3)의 후방 하부, 즉 터브의 후방 하부를 통해서 공기가 배출될 수 있다.
터브의 후방 하부를 통해서 배출된 공기는 덕트(71)를 따라 유동하게 된다. 상기 덕트(71) 내에서 응축수 유로(51)를 통해 덕트(71) 내부로 공급되는 냉각수에 의해서 습공기에서 수분이 응축될 수 있다. 습공기에서 수분이 응축되면 저온의 건조 공기로 전환되고, 이러한 저온의 건조 공기는 덕트(71)를 따라 유동하여 다시 드럼(3) 내부로 공급될 수 있다.
따라서, 공기 자체를 직접적으로 가열하지 않기 때문에 가열 공기의 온도는 일반적인 히터 가열 건조기에서의 가열 공기의 온도보다는 낮을 수 있다. 따라서, 고온에 의한 의류의 손상이나 변형을 방지할 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 물론, 고온으로 가열된 드럼과 의류 사이에서 의류가 과열될 수 있다.
그러나 전술한 바와 같이, 드럼이 구동과 함께 인덕션 히터가 구동되고 의류는 드럼의 구동됨에 따라 상승 및 낙하를 반복하며, 드럼의 가열 위치가 드럼의 하부가 아닌 상부이므로, 의류의 과열을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 세탁장치의 전면 또는 상면에는 컨트롤패널(92)이 구비될 수 있다. 상기 컨트롤패널은 사용자 인터페이스를 위해 구비될 수 있다. 사용자의 각종 입력이 수행되고, 각종 정보가 표시될 수 있다. 즉, 사용자가 조작하기 위한 조작부와 사용자에게 정보를 표시하기 위한 표시부가 상기 컨트롤패널(92)에 구비될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 세탁장치의 시스템 블록도를 도시한 것이다.
상기 제어부(9)는 온도센서(95), 건조 온도센서(95)를 통해서 가열부 즉 인덕션 히터(8)의 구동을 제어할 수 있다. 상기 제어부(9)는 모터를 통해서 드럼을 구동하는 구동부(6)의 구동 및 각종 센서 및 하드웨어의 구동을 제어할 수 있다. 상기 제어부(9)는 급수, 배수 그리고 냉각수 급수 등을 위한 각종 밸브나 펌프의 제어 그리고 팬 제어 등을 수행할 수 있다.
특히, 본 실시예에 따르면 고온 다습 공기/환경을 저온 건조 공기/환경으로 전환시키기 위한 냉각수 밸브(97)를 포함할 수 있다. 상기 냉각수 밸브(97)는 차가운 물은 터브 내부 또는 덕트 내부에 공급하여 공기를 냉각시켜 공기 내부의 수분을 응축시키게 된다.
탈수 중 및/또는 냉각수 공급 중에는 배수 펌프(421)가 주기적 또는 간헐적으로 구동될 수 있다.
본 실시예에 따르면 도어잠금장치(98)를 포함할 수 있다. 세탁장치가 동작 중 도어가 개방되는 것을 방지하기 위한 도어잠금장치라 할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 세탁장치의 동작 중뿐만 아니라 세탁장치의 동작 완료 후에도 내부 온도가 설정 온도 이상인 경우 도어 개방을 제한할 수 있다.
또한, 상기 제어부(9)는 컨트롤패널(92)에 구비되는 각종 표시부(922)를 제어할 수 있다. 또한, 상기 컨트롤패널(92)에 구비되는 각종 조작부(921)로부터 신호를 입력받아 이를 기반으로 하여 세탁장치 전체의 구동을 제어할 수 있다.
한편, 상기 제어부(9)는 일반적인 세탁장치의 구동을 제어하는 메인 프로세서와 상기 인덕션 히터의 구동을 제어하는 보조 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 메인 프로세서와 보조 프로세서는 개별적으로 구비되어 서로 통신 연결될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 인덕션 히터의 출력을 가변시킬 수 있다. 허용 조건 내지는 범위 내에서 최대한 인덕션 히터의 출력을 높혀 가열 시간 감소를 통해 최대 효과를 얻을 수 있다. 이를 위해서, 본 실시예에서는 순시전력 출력부(99)를 포함할 수 있다.
이하에서는, 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 적용할 수 있는 인덕션 히터의 출력 가변 원리에 대해서 상세히 설명한다. 인덕션 히터의 출력 가변을 위해서 순시전력 출력부(99)가 사용될 수 있다. 세탁장치는 최대 허용 전력이 기설정될 수 있다. 즉, 순간 최대 전력이 기설정 전력치 미만으로 구동되도록 세탁장치가 제작될 수 있다. 이를 도 3에서 시스템 허용 전력으로 표시하였다.
본 실시예에 따른 세탁장치에서 가장 큰 전력을 사용하는 하드웨어는 인덕션 히터(8)와 드럼을 구동하는 모터, 즉 구동부(6)라 할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 구동부에서 사용하는 전력 즉 순시 전력은 RPM이 증가할수록 커지는 경향을 갖는다. 또한, 구동부에서 사용하는 순시 전력은 세탁물 편심이 증가할수록 커지는 경향을 갖는다. 그리고 구동부에서 사용하는 전력이 커지면 전체 시스템의 순시 전력도 동일하게 커지는 경향을 갖는 것을 볼 수 있다. 즉, 전체 시스템의 순시 전력의 대부분은 구동부에서 사용하는 전력임을 알 수 있다.
가열 탈수 시 또는 건조 시에는, 인덕션 히터(8), 구동부(6)뿐만 아니라 컨트롤패널(92), 각종 밸브(97), 배수펌프(521) 및 각종 센서(95, 96)에서 전력을 소모하게 된다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 세탁장치 시스템에서 허용 전력치가 결정되면 마진을 고려해서 세탁장치에서 최대 사용할 수 있는 총전력 상한치가 기설정될 수 있다.
종래의 세탁장치에서 가열 탈수 시의 시스 히터의 출력은 기설정되었다. 즉, 총전력 상한치에서 가열 탈수 시 시스 히터를 제외한 최대 전력치를 뺀 값보다 시스 히터의 출력이 작게 기설정되었다.
쉽게 설명하면 다음과 같다. 세탁장치 시스템의 허용 전력치가 100이라 하고 마진이 10이라 하면, 총전력 상한치는 90이라 할 수 있다. 가열 탈수 시 시스 히터를 제외한 최대 전력치가 70이면, 시스 히터의 출력은 20 미만이 되도록 할 수밖에 없었다. 여기서, 시스 히터를 제외한 최대 전력치는 최대 RPM 및 최대 세탁물 편심 환경(극심한 환경)에서 시스 히터를 제외한 하드웨어의 전력치를 모두 더한 값일 수 있다.
시스 히터 자체는 출력 가변이 매우 제한적일뿐만 아니라, 이러한 시스 히터를 사용하는 경우, 극심한 환경이 아닌 일반적인 환경에서 히터를 최대한 사용하지 못하는 문제가 발생할 수밖에 없다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 실시예에서는 순시전력 출력부(99)를 포함할 수 있다. 즉, 순시전력(instantaneous power)를 산출하거나, 순시전력을 산출하고 출력하는 출력부를 포함할 수 있다. 이러한 순시전력 출력부(99)는 제어부(9)와 별개로 구비되거나 일부가 제어부와 별개로 구비되거나 또는 제어부에 포함될 수 있다.
전술한 바와 같이, 가열 탈수 시와 건조 시에서, 인덕션 히터(8)를 제외하고 가장 큰 전력을 사용하는 하드웨어는 모터 즉 구동부(6)라 할 수 있다. 그리고, 인덕션 히터와 구동부를 제외하고 가열 탈수 시와 건조 시에 기타 하드웨어들의 최대 전력치는 기설정될 수 있다. 다른 하드웨어들의 최대 출력은 상대적으로 매우 작을 것이다.
따라서, 상기 순시전력 출력부(99)는 드럼을 구동하는 모터의 순시 전력을 추정하거나 산출하도록 구비될 수 있다.
일례로, 상기 모터의 순시 전력은 모터에 입력되는 입력 전류와 DC 링크 전압을 감지하고 이를 이용하여 산출될 수 있다.
일례로, 상기 모터의 순시 전력은 모터에 입력되는 입력 전류와 입력 전압을 이용하여 산출될 수 있다.
일례로, 상기 모터의 순시 전력은 모터에 입력되는 입력 전류와 세탁장치에 인가되는 AC 입력 전압을 이용하여 산출될 수 있다.
그러므로, 상기 순시전력 출력부(99)는 전류 및 전압을 감지하기 위한 장치, 소자 또는 회로를 포함하고, 산출된 모터의 순시 전력을 출력하는 유닛일 수 있다.
모터의 순시 전력이 산출되면 인덕션 히터(8)에서 가능한 출력이 산출될 수 있다. 즉, 총전력 상한치에서 모터의 순시 전력 산출치와 기타 하드웨어 산출치를 뺀 값을 인덕션 히터의 가능 출력이라 할 수 있다.
여기서, 모터의 순시 전력은 상대적으로 큰 폭으로 변경될 수 있다. 왜냐하면 RPM 가변폭과 세탁물 편심폭을 클 수 있기 때문이다. 따라서, 모터의 전력은 순시 전력 즉 현재의 전력을 산출하는 것이 바람직하다. 반면, 기타 하드웨어의 최대 출력은 그 값이 상대적으로 작고 가변 폭이 작기 때문에, 최대치로 기설정하고 고정된 값으로 사용할 수 있다. 물론, 기타 하드웨어의 최대 출력값도 마찬가지로 순시 전력으로 산출할 수도 있다. 그러나 기타 하드웨어의 출력값은 상대적으로 작기 때문에 이를 고정된 값으로 사용하여 별도의 전력 측정 및 산출을 위한 장치나 회로가 추가되는 것을 배제하는 것이 바람직할 것이다.
한편, 상기 순시전력 출력부(99)는 세탁장치의 전체 순시 전력을 추정 또는 산출하도록 구비될 수 있다. 일례로, 세탁장치의 전체 순시 전력은 세탁장치에 인가되는 AC 입력 전류와 AC 입력 전압을 이용하여 산출될 수 있다. 가열 탈수 시의 전체 순시 전력은 인덕션 히터, 모터 그리고 기타 하드웨어의 출력의 총합이라 할 수 있다. 따라서, 전체 순시 전력과 총전력 상한치 사이의 차이는 인덕션 히터의 출력을 높일 수 있는 추가적이 전력을 의미하게 된다. 일례로, 현재 전체 순시 전력이 50이고 총전력 상한치가 90인 경우 40만큼 인덕션 히터의 증가가 가능함을 의미하게 된다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 현재 시스템의 가능한 전력 상태에서 최대한으로 인덕션 히터의 출력을 확보할 수 있음을 의미하게 된다. 즉, 모터에서 많은 전력을 사용하는 경우 히터의 출력을 줄일 수 있으며, 모터에서 적은 전류를 사용하는 경우 히터의 출력을 더욱 높일 수 있다.
이러한 순시전력 출력부(99)를 이용한 인덕션 히터의 출력 제어를 사용함으로써, 가열 시간을 줄일 수 있으면 안전한 인덕션 히터의 제어를 수행할 수 있다. 건조와 가열 탈수 시 필요한 총 열량이 동일하다는 전제에서, 가열 시간의 단축은 외부로부터 열이 손실되는 양을 줄일 수 있음을 의미한다. 따라서, 에너지 소모를 줄일 수 있게 된다. 그리고, 건조와 가열 탈수 시간을 줄일 수 있다. 그러므로, 사용자 편의를 증진시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 세탁장치는, 전술한 바와 같이, 세탁을 위한 가열과 건조를 위한 가열을 모두 인덕션 히터(9)를 통해 수행할 수 있다. 즉, 세탁뿐만 아니라 건조까지 수행할 수 있는 세탁장치를 제공할 수 있다.
젖은 대상물을 수용하는 드럼을 가열하면서 드럼을 회전시키면 드럼과 대상물의 접촉에 의해서 열 전달이 수행된다. 이를 통해서 대상물이 가열되어 수분이 증발하게 된다.
본 실시예에서, 건조를 위해서 별도로 공기의 강제 유동을 발생시키는 순환덕트가 필요하지 않을 수 있다. 다시 말하면, 터브 내부 공간에서 수분 증발이 발생되고 수분 응축이 발생될 수 있다.
인덕션 히터에 의해서 드럼이 직접 가열되므로 드럼의 온도가 상대적으로 가장 높게 된다. 그리고, 드럼에서 열이 대상물로 전달되므로 드럼 내부의 온도가 드럼 외부의 온도 즉 드럼과 터브 사이의 공간 온도보다 높게 된다. 따라서, 터브 내부의 전체 공간과 열전달 경로를 살펴보면 터브 내벽면 내지는 내면의 온도가 가장 낮게 된다.
이러한 실질적으로 폐쇄된 터브 내부 공간의 특성 상 터브 내부 공간에서 자연 대류가 발생하게 된다. 수분을 증발시킨 습공기는 상승 또는 좌우로 이동하여 터브 내면과 접촉하여 수분 응축이 발생하게 된다. 수분 응축에 의해서 발생된 응축수는 터브 내면을 타고 터브 하부로 이동하게 된다. 그리고 수분이 제거된 공기는 하강하고 다시 드럼 내부로 유입되어 증발된 수증기와 만나게 되어 다시 가열될 수 있다. 이러한 자연 대류를 통해서 대상물로부터 수분이 효과적으로 제거되어 건조가 수행될 수 있다.
한편, 대상물의 건조는 부족 건조와 과 건조의 문제를 항상 갖게 된다. 따라서, 원하는 수분 함수율을 갖도록 건조가 수행되어야 하는 것은 매우 중요하다. 이러한 이유로 대상물의 가열을 정지하여 건조를 종료시키는 건조 종료 시점을 판단하는 것은 매우 중요하다.
전술한 종래의 건조기 내지는 건조 겸 세탁기의 경우, 공기의 순환 구조를 가지게 된다. 따라서, 종래와 동일한 형태의 건조 종료 시점 판단 로직이나 센서 등을 이용하는 것이 용이하지 않다.
이러한 이유로, 본 실시예에서는 종래의 건조기 또는 건조 겸 세탁기와 다른 건조 종료 시점 판단 로직 및 센서 구성을 제공하고자 한다.
도 2를 통해 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 세탁장치는 두 개의 온도 센서(95, 96)을 포함할 수 있다. 하나의 온도센서(95)는 세탁수의 온도를 센싱하기 위한 온도센서로서 터브 내부에서 터브 하부에 장착될 수 있다.
제어부 내지는 프로세서(9)는, 세탁 시, 온도 센서(95)에서 감지된 온도를 기반으로 하여 세탁수의 가열 및 인덕션 히터의 구동을 제어하게 된다. 일례로, 세탁수의 가열 목표 온도가 섭씨 60도인 경우, 프로세서(9)는 온도센서(95)에서 세탁수의 온도가 섭씨 60도를 감지할 때까지 인덕션 히터의 구동을 통해서 세탁수를 가열할 수 있다.
세탁수는 물이므로 일반적인 상태에나 환경에서 섭씨 100도 이상으로 가열될 여지가 매우 작다. 그러나 드럼은 금속으로 형성되고 인덕션 히터에 의해서 직접 가열되므로 매우 짧은 시간에도 섭씨 160도까지 쉽게 가열될 수 있다.
따라서, 세탁수 온도센서(95)와는 개별적으로 드럼의 과열을 방지하거나 및/또는 터브 내부 공기의 온도를 제어하기 위한 온도센서(96)가 추가적으로 구비될 수 있다.
상기 온도센서(96)는 세탁수와 비접촉되도록 구비되므로 이를 건조 온도센서(96)라 할 수 있다. 이러한 건조 온도센서(96)의 장착 위치는 매우 중요하다. 왜냐하면, 터브 내부의 공기 온도를 최적으로 센싱하여야 하며 아울러 회전하는 드럼 온도를 효과적으로 추정할 수 있어야 하기 때문이다.
이하에서는 도 4 내지 도 5를 참조하여, 건조 온도센서(96)의 장착 위치에 대해서 상세히 설명한다.
도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 인덕션 히터(8)는 터브의 상부에 장착될 수 있다. 즉, 터브의 상부 외주면에 인덕션 히터(8)가 장착될 수 있다. 이러한 인덕션 히터(8)의 장착 위치로 인해서 드럼의 상부 외주면이 인덕션 히터(8)에 의해서 가열될 수 있다.
이러한 인덕션 히터(8)의 위치는 드럼이 정지된 상태에서 드럼 내부의 대상물이 드럼 상부와 비접촉하므로 대상물의 과열을 효과적으로 방지하기 위함이다. 따라서, 드럼이 회전함에 따라 인덕션 히터(8)가 구동되도록 제어될 수 있고, 이는 대상물을 골고루 가열할 수 있음을 의미하게 된다.
여기서, 건조 온도 센서(96)의 장착 위치가 매우 중요할 수 있다. 왜냐하면, 가열에 의한 드럼의 온도를 최적으로 측정할 수 있도록 함과 동시에 터브 내부의 공기 온도를 최적으로 측정할 수 있어야 하기 때문이다.
바람직하게는 인덕션 히터(8)의 직하부에 건조 온도센서(96)를 장착하여 가장 온도가 높은 드럼의 외주면 부분의 공기 온도를 센싱할 수 있다. 그러나, 인덕션 히터(8)의 직하부에는 드럼을 유도 가열하기 위하여 매우 큰 자기장의 변화가 발생된다. 이러한 자기장의 변화는 전류의 세기가 작은 건조 온도센서(96)에 영향을 미칠 수 있다.
그러므로, 건조 온도센서(96)의 장착 위치는 인덕션 히터(8)의 일측이며 인덕션 히터(8)의 투영면을 벗어나는 위치임이 바람직하다.
터브를 전방에서 바라보았을 때, 건조 온도센서(96)은 인덕션 히터(8)의 좌측 또는 우측에 장착될 수 있다.
여기서, 터브 내부 공간은 완전 밀폐 공간이 아닐 수 있다. 즉, 터브 내부 공간을 외부와 연통시키는 숨구멍 내지는 연통구(28)가 터브에 형성될 수 있다. 터브 내부의 공간이 완전 밀폐되는 경우 터브 내부에 동물이나 어린이가 들어가서 도어가 닫히는 경우 발생될 수 있는 안전 사고를 방지하기 위함이다.
이러한 연통구(28)가 터브를 전방에서 바라보았을 때 터브의 좌측에 장착되는 경우, 건조 온도센서(96)은 터브의 우측에 장착되는 것이 바람직하다. 연통구(28)가 터브의 우측에 장착되는 경우 건조 온도센서(96)은 터브의 좌측에 장착되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 연통구(28) 인근에는 상대적으로 온도가 낮은 터브 외부 공기의 영향을 받을 수 있기 때문이다.
건조 온도센서(96)은 터브의 외부에서 터브의 내부로 관통되도록 장착될 수 있다. 따라서, 건조 온도센서(96)의 신호선 내지는 전선은 터브 외부에 구비되며, 센싱하기 위한 센싱부는 터브 내주면에서 반경 방향 내측으로 일부 돌출되도록 장착될 수 있다.
따라서, 상기 건조 온도센서(96)는 드럼 외주면과 터브 내주면 사이의 공간에서 공기의 온도를 직접 센싱하게 된다. 이러한 센싱 온도를 통해서 간접적 그리고 실험적으로 드럼 외주면의 온도를 센싱 또는 추정할 수 있다.
상기 건조 온도센서(96)에서 감지된 온도를 기반으로 하여 인덕션 히터(8)의 구동을 제어할 수 있다. 즉, 드럼의 과열 방지 및 터브 내부 온도의 과열을 방지하기 위하여 건조 온도센서(96)가 이용될 수 있다.
인덕션 히터(8)는 가열 목표 온도까지 구동될 수 있다. 일례로, 가열 목표 온도가 대략 섭씨 95도 내지 99도로 설정될 수 있다. 즉, 건조 온도센서(96)에서 가열 목표 온도를 감지할 때까지 인덕션 히터가 구동되고, 가열 목표 온도를 감지하는 경우 구동을 정지할 수 있다. 그리고, 온도의 하강이 발생되면 다시 인덕션 히터의 구동을 시작하여 가열 목표 온도 부근에서 인덕션 히터의 온/오프 제어가 수행될 수 있다.
여기서, 가열 목표 온도는 섭씨 100도 이상으로 설정되지 않는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 섭씨 100도 이상으로 공기의 온도가 감지되는 경우, 이는 습증기가 아닌 과열증기 상태를 의미하기 때문이다. 즉, 수분을 증발시키는 열량 이상으로 습증기를 과열증기로 전환시키는 열량이 소모되는 것이므로, 이는 에너지 낭비를 의미하게 된다. 또한, 과열 증기 발생은 드럼의 온도가 대략 섭씨 160도 이상으로 가열되는 것을 의미하므로, 드럼 과열을 의미할 수 있다. 또한 플라스틱 재질의 터브의 열변형 내지는 열 손상을 유발할 수 있다. 세탁장치에서 세탁수를 섭씨 100도 보다는 낮은 온도까지만 최대로 가열하는 이유 또한 여기에 있다고 할 수 있다.
건조 시 드럼의 가열은 안전한 범위에서 최대 열량을 최소 시간으로 공급해야 한다. 따라서, 건조가 수행됨에 따라 건조 온도센서(96)에서 감지되는 온도는 가열 목표 온도에 수렴하게 된다. 즉, 상온에서 점차 증가하여 가열 목표 온도에 수렴하게 된다. 물론, 최초로 가열 목표 온도 도달 후 인덕션 히터의 오프/온 반복에 의해서 가열 목표 온도와 인덕션 히터 재구동 온도 사이에서 온도는 변동될 수 있다. 인덕션 히터 재구동 온도는 가열 목표 온도에 비해서 대략 섭씨 2 내지 3도 가량 낮게 설정될 수 있다. 물론, 이에 한정되지는 않는다.
결국, 건조 온도센서에서 감지하는 온도는 가열 목표 온도를 초과하지 않게 된다. 왜냐하면, 이러한 상황이 발생되기 전에 가열이 정지되기 때문이다.
이러한, 건조 온도센서의 기본 기능 및 특성을 이용하여 후술하는 바와 같이, 건조도 내지는 습도 감지를 수행할 수 있게 된다. 더 나아가 건조 종료 시점을 판단할 수 있게 된다.
이하에서는 도 5 내지 도 6을 참조하여 세탁수 온도센서(95)의 장착 위치에 대해서 상세히 설명한다.
세탁수 온도센서(95)는 세탁수의 온도를 감지하도록 구비되므로 터브의 하부에 장착될 수 있다. 따라서, 세탁수 온도센서(95)의 장착 위치는 일반적인 세탁장치에서와 동일할 수 있다. 즉, 세탁수에 잠겨 세탁수의 온도를 감지할 수 있도록 터브 내부의 터브 하부에 구비될 수 있다. 그리고, 상기 세탁수 온도센서(95)는 터브 내부 바닥면으로부터 상부로 이격되어 구비될 수 있다. 물론, 드럼의 바닥면보다는 하부에 위치함이 바람직하다.
여기서, 상기 건조 온도센서(96)는 터브의 내부 상부에 위치하고 상기 세탁수 온도센서(95)는 터브의 내부 하부에 위치함을 알 수 있다. 따라서, 건조 온도센서(96)는 상부 온도센서라 할 수 있으며, 세탁수 온도센서(95)는 하부 온도센서라 할 수 있다.
또한, 상기 건조 온도센서(96)와 세탁수 온도센서(95)는 각각 공기와 세탁수의 온도를 감지하고, 이를 기반으로 하여 프로세서가 인덕션 히터의 구동을 제어할 수 있다. 따라서, 상기 건조 온도센서와 세탁수 온도센서는 선형적 또는 단계적으로 온도를 감지할 수 있는 써미스터(thermistor)인 것이 바람직하다.
종래의 시스히터는 터브의 후방 또는 전방 벽을 관통하여 터브의 하부에 장착된다. 이러한 장착 구조 및 실링 구조를 이용하여 세탁수 온도센서(95)를 장착할 수 있다. 물론, 바람직하지는 않지만 본 실시예에서는 건조를 위해 인덕션 히터가 구동되고 세탁수 가열을 위해서 시스 히터가 구동되도록 할 수도 있다. 그러나, 전술한 바와 같이 시스 히터는 생략하되, 이의 장착구조와 실링구조를 이용하여 세탁수 온도센서를 장착할 수 있다. 이를 통해서 종래 터브의 형상 변형이나 주변 장치들의 변형을 최소화할 수 있다. 이는 초기 설비 투자나 금형 투자의 증가를 최소화할 수 있음을 의미한다. 왜냐하면, 종래의 설비나 금형에서 작은 변형만이 필요하기 때문이다.
도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 터브 내부의 하부에는 하방으로 함몰된 응축수 수용부(29)가 형성됨이 바람직하다. 고온의 습증기가 터브 내면을 만나 냉각됨에 따라서 응축수가 발생된다. 이러한 응축수는 터브의 내면을 따라 흘러 터브 내부의 최하부를 형성하는 응축수 수용부(29)에 고이게 된다.
이러한 응축수 수용부(29)는 응축수의 배출을 용이하게 하기 위하여 터브의 후방에 형성될 수 있다. 물론, 이러한 응축수 수용부(29)에는 세탁 시 세탁수가 저장될 수 있으며, 응축수 수용부(29) 하부와 배수 펌프가 연동되어 배수 시 터브 내의 세탁수를 실질적으로 모두 배수시킬 수 있게 된다.
여기서, 상기 세탁수 온도센서(95)는 응축수 수용부(29)의 상부에 위치됨이 바람직하다. 구체적으로는 터브의 후벽에서 전방으로 관통되어 응축수 수용부의 바닥면으로부터 상부로 이격되어 위치될 수 있다.
세탁수와는 달리 터브 내부에 수용되는 응축수의 양은 많지 않다. 그리고, 응축수는 건조 시 지속적으로 터브 내부에 저장되지 않고 간헐적 또는 주기적으로 배수된다. 따라서, 건조 시 응축수의 최대 수위는 상대적으로 낮다. 이는, 건조 시 세탁수 온도센서(95)가 응축수의 온도를 직접 센싱하는 것이 아닌 응축수 주변의 공기 온도를 센싱하는 것을 의미하게 된다.
다시 말하면, 건조 시에는, 상대적으로 가장 높은 위치이며 가장 온도가 높은 습공기 내지는 건조 공기의 온도를 건조 온도센서가 센싱을 하고, 상대적으로 가장 낮은 위치이며 가장 온도가 낮은 습공기 내지는 건조 공기의 온도를 세탁수 온도센서가 센싱함을 의미하게 된다.
건조가 진행되는 도중 응축수의 온도는 가변적일 수 있다. 즉, 터브의 어느 위치로부터 유입된 응축수에 따라서 센싱되는 온도가 달라질 수 있다. 이는 건조 시 응축수 자체의 온도의 신뢰도를 저하시키는 원인이 된다. 그러나, 응축수 부근에서의 공기의 온도는 신뢰성을 가질 수 있다. 왜냐하면, 자연 대류가 발생되므로 터브의 최하부 부분의 공기 온도의 변화율은 매우 작을 수밖에 없기 때문이다.
따라서, 본 실시예에서의 세탁수 온도센서(95)는 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 터브 내부의 최하부면 인근에서 상부로 이격된 상태로 장착됨이 바람직하다. 응축수의 양을 고려하여 상기 세탁수 온도센서(95)는 응축수 장착부의 바닥면으로부터 상부로 대략 10 mm 내지 15 mm 정도 이격되도록 위치됨이 바람직할 것이다.
본 출원인은 대한민국 특허출원번호 10-2017-0101333 출원(이하 "선행출원"이라 한다)을 통해서 인덕션 히터가 적용된 세탁장치에 대해 개시한 바가 있다. 따라서, 상기 선행출원에 개시된 사항은 본 명세서에서 모순되거나 배타적이지 않는 한 본 발명의 일실시예에 동일하게 적용할 수 있다. 특히, 인덕션 히터 구조나 장착 구조 그리고 냉각수 공급 구조는 본 발명의 일실시예에 동일하게 적용할 수 있다.
일례로, 도 4에 도시된 인덕션 히터(8)의 하우징(8A), 하우징에 형성된 팬 케이싱(8C) 그리고 팬 케이싱(8C)에 형성된 팬 장착부(8B) 내지는 팬은 선행출원과 동일할 수 있다. 물론, 인덕션 히터 하우징(8A)의 내부에는 코일이 구비되어 있게 된다.
특히, 도 6에 도시된 바와 같이, 터브(2)의 후벽면에는 냉각수 포트(28)가 구비될 수 있다. 상기 냉각수 포트(28)를 통해 상온의 물이 터브의 내측 원주면을 따라 전방 그리고 하방으로 흐르도록 할 수 있다.
냉각수 포트(28)의 출구 부분에는 전방으로 길게 연장되는 리브(28a)가 형성될 수 있다. 냉각수 포트(28)를 통해 토출되는 물이 리브(28a)를 따라 흐르면서 하강하게 된다. 따라서, 냉각수는 마치 커튼처럼 하방으로 흐르게 된다. 이를 통해서 냉각수와 터브 내주면이 접하는 면적을 증가시킬 수 있다.
상기 냉각수 포트(28)를 통한 냉각수의 토출은 가열 탈수 후 또는 건조 후 터브 내부의 공기 온도를 하강시키기 위해 수행될 수 있다. 사용자가 도어를 개방할 때 터브 내부의 공기가 지나치게 높은 경우 안전 사고가 발생되거나 사용자의 불쾌감을 유발할 수 있기 때문이다.
한편, 상기 냉각수의 토출은 건조 도중에도 수행될 수 있다. 터브 내주면을 따라 냉각수가 흐르게 되면 습증기에서의 수분 응축이 더욱 촉진될 수 있기 때문이다. 이러한 냉각수는 습공기에서 수분을 응축시켜 발생되는 응축수와 함께 터브 하부로 흐르게 된다.
전술한 바와 같이, 상기 냉각수는 터브의 내주면에서 얇게 펴진 상태로 흐르기 때문에 열전달 면적을 매우 높일 수 있다. 즉, 적은 양의 냉각수를 통해서도 효과적인 수분 응축이 발생될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에서는 드럼의 온도 또는 드럼 주변의 공기 온도를 센싱하기 위한 상부 온도센서(96)과 세탁수의 온도를 센싱하기 위한 하부 온도센서(95)를 포함한다. 이러한 온도센서들의 감지값을 이용하여 인덕션 히터의 구동이 제어될 수 있다. 그리고 상기 하부 온도센서(95)는 건조 시 응축수 부근의 온도를 센싱할 수 있음을 설명한 바 있다.
본 실시예에서는 이러한 온도센서(95, 96)을 이용하여 건조도 내지는 습도를 판단할 수 있고, 이를 이용하여 건조 종료 시점을 파악할 수 있다. 다시 말하면, 온도센서(95, 96)는 각각의 주기능 이외에 건조 종료 시점을 파악할 수 있는 보조 기능을 갖는다고 할 수 있다.
이하에서는, 도 7 및 도 8을 참조하여, 상부 온도센서(96)와 하부 온도센서(95)를 이용하여 건조 종료 시점을 판단할 수 있는 특징에 대해서 상세히 설명한다.
도 7 및 도 8은 건조 과정에서의 시간 경과에 따른 상부 온도센서와 하부 온도센서에서 감지하는 온도의 변화 및 이들 온도의 차이(델타 T)의 변화를 도시한 것이다. 일례로 도 7에는 건조 부하량이 7kg인 경우 그리고 도 8에는 건조 부하량이 3Kg인 경우를 나타내고 있다.
젖은 대상물에 대해서 드럼을 가열하여 건조가 수행되는 건조 행정에서, 온도 변화 및 온도 차이는 건조 진행 구간에 따라서 다른 양상을 갖게 된다.
건조 초기에는 드럼 가열에 의해서 대상물이 가열되어 현열 열교환이 발생되게 된다. 즉, 제공되는 열량은 대부분 현열 열교환을 위해 사용된다. 즉, 이때에는 수분 증발량이 매우 작게 된다.
따라서 건조 시작 후 건조 초기 종료 시점 부근까지는 터브 내부의 상부 공기 온도는 점차 증가하여 가열 목표 온도에 도달하게 된다. 이때, 터브 내부의 하부 공기 온도도 점차 증가하나 증가율은 상대적으로 작게 된다. 그리고 델타 T는 급격히 증가하게 된다. 왜냐하면, 상부 온도센서는 가열원 인근에서 온도를 센싱하고 하부 온도센서는 최대로 가열원에서 먼 곳에서 온도를 센싱하기 때문이다. 그리고, 가열이 진행됨에 따라 델타 T의 변화는 작아지게 된다.
건조가 더욱 진행됨에 따라, 수분 증발이 발생되며 습증기의 가열 열량은 냉각수에 의한 냉각 열량과 동일 또는 유사하게 된다. 따라서, 터브 하부의 응축수 저장부 부근에서 감지되는 온도의 변화는 매우 작아지거나 동일하게 유지될 수 있다. 이 때, 상기 델타 T는 감소하게 된다. 왜냐하면, 상부 온도센서에서 감지하는 온도는 가열 목표 온도에 수렴하며, 하부 온도센서에서 감지하는 온도는 응축수의 최대 온도에 수렴하기 때문이다.
건조가 계속해서 진행됨에 따라 수분 증발이 포화가 발생된다. 즉 수분 증발이 최대로 발생되게 된다. 이 시점까지 델타 T는 유지될 수 있다. 즉, 상부 온도센서에서 감지되는 온도와 하부 온도센서에서 감지하는 온도의 변화는 매우 작다고 할 수 있다.
수분 증발의 포화가 진행된 후에는 수분 증발이 점차 감소하게 된다. 따라서, 이때에는 건조 공기의 가열 열량보다 냉각수에 의한 냉각 열량이 더욱 크게 된다. 냉각수 자체는 외부에서 공급되는 상온의 물이므로 하부 온도센서에서 감지하는 온도는 점차 낮아진다. 다시 말하면, 냉각수를 통해 응축되는 응축수의 양이 작아지며 이는 응축수의 온도 하강을 의미하기 때문이다.
결국, 하부 온도센서에서 감지하는 온도가 일정 온도에 도달하게 되면, 수분 증발이 거의 발생되지 않는다는 것을 알 수 있다. 특히, 상부 온도센서에서 감지하는 온도는 가열 목표 온도로 일정하다는 것을 전제로 하면, 델타 T가 감소하여 일정값에 이르게 되면 수분 증발이 거의 발생되지 않는다는 것을 알 수 있다.
따라서, 하부 온도센서에서 감지하는 온도의 변화 내지는 온도값 및/또는 델타 T의 변화 및 텔타 T 값을 통해서, 간접적으로 건조도 내지는 습도를 매우 정확하게 추정할 수 있다. 이는, 가열의 종료 시점을 이러한 원리로 파악할 수 있음을 의미하게 된다.
건조 부하량은 건조를 하기 위한 부하의 무게로 정의될 수 있다. 부하의 무게에 증발시켜야 하는 수분의 양이 비례한다는 가정을 적용할 수 있다. 건조 부하량이 많은 경우, 현열 열교환 즉 예열을 위한 열량이 많아지고 시간 또한 커지게 된다. 시간당 동일한 열량을 공급함을 전제로 하면, 가열에 의한 온도 증가율은 건조 부하량이 커짐에 따라 작아지게 된다.
도 7에 도시된 건조 부하량이 7 Kg인 경우의 온도 변화율은, 도 8에 도시된 건조 부하량이 3 Kg인 경우의 온도 변화율보다 작은 것처럼 보일 수 있다. 그러나 Y 축(온도) 스케일은 양자가 동일하나 X 축(시간) 스케일은 양자가 다른 것임을 알 수 있다. 따라서, 실질적으로 건조 부하량이 작은 경우 온도 변화율이 더욱 크다는 것을 알 수 있다.
이러한 건조 부하량에 따른 온도 변화와 건조도를 실험적으로 구할 수 있다. 실험 결과에 따르면 동일한 건조도 조건에서 건조 부하량이 많은 경우 델타 T가 더욱 크다는 것을 알 수 있다. 일례로, 건조 부하량이 7Kg인 경우에서의 델타 T가 섭씨 18도이며 건조 부하량이 3Kg인 경우에서의 델타 T가 섭씨 15도에서 건조 종료 시점을 결정할 수 있다. 즉, 델타 T가 서로 다르더라도 건조 부하량의 차이로 인해 결과적으로는 동일한 건조도에서 건조를 종료시킬 수 있음을 알 수 있다.
한편, 포질에 따라 포가 흡수할 수 있는 물의 양은 다르다. 일례로, 면소재는 화학섬유에 비해서 흡수할 수 있는 물의 양이 많다. 따라서, 대상물의 총무게가 제거해야 할 물의 양과 반드시 비례하지는 않는다. 또한, 동일 의류를 건조시키는 경우 흠뻑 젖은 상태로 건조시키는 것과 일부 젖은 상태로 건조시키는 것은 서로 다르다. 즉, 제거해야 할 물의 양이 다르다.
따라서, 건조 부하량은 초기에 투입된 대상물의 양이 아닌 건조 진행 도중 파악하는 것이 바람직하다. 즉, 제거해야 할 수분의 양이 많고 적음에 대해서 건조 도중에 판단하고, 이를 반영하여 건조 종료 시점을 판단할 수 있다.
구체적으로, 도 7과 도 8에 도시된 바와 같이, 건조 부하량 차이에 따른 온도 변화의 차이를 이용하여 건조 부하량을 판단할 수 있음을 알 수 있다.
즉, 건조 부하량이 작을수록 델타 T가 최대값에 도달하는 시간이 짧아짐을 알 수 있다. 또한, 건조 부하량이 작을수록 델타 T의 최대값이 작아짐을 알 수 있다. 또한, 건조 부하량이 작을수록 델타 T의 최소값이 작아짐을 알 수 있다.
아울러, 델타 T는 건조 부하량과 무관하게 최대값까지 증가한 후 최소값까지 감소하며 이후 점차 증가하는 것을 알 수 있다. 이는, 드럼이 가열 목표 온도까지 가열되어 건조가 수행됨을 전제로 함을 알 수 있다.
여기서, 상부 온도센서에서 최초로 가열 목표 온도를 센싱하는 시점 전에 델타 T의 최대값이 감지됨을 알 수 있다. 또한, 상부 온도센서에서 최초로 가열 목표 온도를 센싱하는 시점 후에 델타 T의 최대값이 감지됨을 알 수 있다. 따라서, 건조는 기본적으로 상부 온도센서에서 최초로 가열 목표 온도를 센싱할 때까지 진행된 후, 건조 부하량을 결정할 수 있다. 즉, 상부 온도센서에서 최초로 가열 목표 온도를 센싱하는 시점 전에 센싱되는 델타 T의 최대값이나 이후 센싱되는 델타 T의 최소값, 또는 델타 T의 최대값에 이르기까지의 소요 시간이나 델타 T의 최소값에 이르기까지의 소요 시간을 통해서, 건조 부하량을 결정할 수 있다.
건조 부하량이 결정되면, 결정된 부하량에 따라서 건조가 정지되는 온도 조건을 결정할 수 있다. 즉, 하부 온도 센서에서 감지하는 온도 또는 델타 T 값을 결정할 수 있다. 일례로, 7 Kg의 건조 부하량으로 결정되면, 델타 T가 섭씨 18도로 결정될 수 있다. 일례로, 가열 목표 온도가 섭씨 98도이고 델타 T가 섭씨 18도인 경우, 하부 온도 센서에서 감지하는 온도는 섭씨 80도임을 알 수 있다. 최초 가열 목표 온도 이후에는 상부 온도센서에서 감지하는 온도가 가열 목표 온도에 수렴하기 때문에, 이를 고정값으로 할 수 있다. 따라서, 양자의 차이에 의한 델타 T를 구하지 않고 하부 온도센서에서 감지하는 온도값만으로도 건조 종료시점을 판단할 수 있을 것이다.
한편, 도 7과 도 8에 따르면, 건조 초기는 건조 시작 후 상부 온도 센서에서 가열 목표 온도를 감지하는 시점 전에 델타 T가 가장 큰 시점까지로 정의할 수 있다. 그리고, 건조 중기는 건조 초기 이후 델타 T가 가장 작은 시점까지로 정의할 수 있다. 마지막으로, 건조 말기는 건조 중기 이후 델타 T 또는 하부 온도센서에서 감지하는 온도에 따라 가열을 종료하는 시점까지로 정의할 수 있다.
건조 말기 후 곧바로 건조가 종료될 수 있으며, 필요에 따라서는 가열 없이 냉각수 공급과 드럼 구동을 통한 냉각이 수행되어 건조가 종료될 수 있다.
정확한 건조 부하량을 판단하기 위해서는, 최초로 가열 목표 온도 도달 후 이전 시점의 데이터 또는 이후 시점의 데이터를 이용하여 건조 부하량을 판단할 수 있다. 따라서, 건조 부하량의 판단 시점은 최초로 가열 목표 온도 도달 후인 것이 바람직하다.
한편, 전술한 건조 과정을 제어 방법 측면으로 설명하면 다음과 같다.
건조를 위해서 히팅 단계가 수행된다. 히팅 단계는 드럼 구동과 함께 인덕션 히터를 구동하는 것을 말한다. 인덕션 히터의 구동은 상부 온도센서에서 감지하는 온도에 기반하여 수행될 수 있다. 가열 목표 온도에 도달될 때까지 실질적으로 인덕션 히터의 구동을 지속하고, 이후에는 온/오프를 반복하면서 가열 목표 온도를 유지하도록 히팅 단계가 수행될 수 있다. 히팅 단계는 건조 행정 시작부터 종료까지 지속적으로 수행될 수 있다. 즉, 상부 온도센서에서 감지하는 온도를 모니터링하면서 히팅 단계가 수행된다.
증발된 수분을 제거하기 위하여 응축 단계가 수행된다. 터브 내부에서 자연 대류를 통해 수분이 터브 내에서 응축되는 응축수의 온도를 센싱하게 된다. 즉, 하부 온도센서를 통해서 온도를 감지하면서 응축 단계가 수행된다. 응축 단계는 건조 행정 시작부터 종료까지 지속적으로 수행될 수 있다. 물론, 냉각수의 투입은 간헐적 또는 주기적으로 수행될 수 있다.
여기서, 건조 행정 진행 도중 히팅 단계와 응축 단계는 병렬적으로 수행될 수 있다.
건조 행정 진행 즉, 히팅 단계와 응축 단계가 수행되는 도중 델타 T가 기설정된 특정 값을 만족하거나 또는 하부 온도센서에서 기설정된 특정 값을 센싱하는 경우, 히팅 단계와 응축 단계는 종료될 수 있다. 즉, 가열 및 응축이 종료될 수 있다. 여기서 기설정된 특정 값은 건조 부하량에 따라 기설정될 수 있다. 건조 부하량이 많을수록 기설정된 특정 값은 달라질 수 있다. 이에 대해서는 앞에서 상술한 바 있다.
또한, 건조 부하량을 판단하는 단계가 수행될 수 있다. 건조 부하량은 대상물의 총 무게만을 통해서 판단되는 경우, 포질과 초기 대상물의 함수율에 따라 부정확하게 판단될 여지가 많다. 따라서, 본 실시예에서는 최초로 가열 목표 온도에 도달된 이후, 온도 데이터들을 통해서 효과적으로 건조 부하량을 판단할 수 있다. 즉, 포질과 초기 대상물의 함수율과 무관하게, 실질적으로 건조에 의해 제거해야 할 수분에 의한 부하량을 정확하게 판단할 수 있다.
특히, 본 실시예에서는 인덕션 히터의 구동 제어를 위한 상부 온도센서 그리고 세탁수의 온도를 맞추기 위한 하부 온도센서를 모두 이용하거나, 하부 온도센서만을 이용하여 건조 종료 시점을 판단할 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 정확한 부하량을 판단하기 위해서는, 하부 온도센서에 의한 데이터뿐만 아니라 상부 온도센서에 의한 데이터도 필요하게 된다. 이러한 데이터들에서 델타 T 데이터가 파생된다고 할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 기본적으로 메인 기능을 갖고 있는 두 개의 온도 센서에 건조 종료 시점 판단 기능을 부가적으로 부여할 수 있다. 그러므로, 현저한 제작비 절감, 제조 용이 및 제어 용이의 효과를 기대할 수 있다.
본 명세서에 기재되어 있지 않은 효과라도, 본 발명은 상술한 각각의 구성들이 다른 효과를 추가적으로 가지고 있을 수 있으며, 상술한 각각의 구성들간 유기적인 결합관계에 따라 종래기술에서 볼 수 없는 새로운 효과를 도출할 수 있다.
아울러, 도면에 도시된 실시예들이 다른 형태로 변형되어 실시될 수 있으며, 본 발명의 특허청구범위에 청구된 구성을 포함하여 실시되거나 균등범위 내에서 실시되는 경우 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
1 : 캐비닛
2 : 터브
3 : 드럼 8 : 가열부(인덕션 히터)
9 : 제어부 95 : 세탁수 온도센서
96 : 건조 온도센서 99 : 순시전력 출력부
3 : 드럼 8 : 가열부(인덕션 히터)
9 : 제어부 95 : 세탁수 온도센서
96 : 건조 온도센서 99 : 순시전력 출력부
Claims (23)
- 터브;
상기 터브 내에 회전 가능하게 구비되고, 대상물을 수용하는 드럼;
상기 터브에 구비되어 대향되는 상기 드럼의 외주면을 가열하도록 구비되는 인덕션 히터;
상기 드럼이 회전하도록 구동되는 모터;
상기 터브와 상기 드럼 사이의 공간 주변의 온도를, 상기 터브 내의 상부에서 감지하도록 구비되는 상부 온도센서;
상기 가열된 드럼과 상기 대상물의 열교환을 통해 증발된 습증기가 상기 터브 내부에서 응축되어 상기 터브의 하부로 유입되는 응축수 주변의 온도를, 상기 터브 내의 하부에서 감지하도록 구비되는 하부 온도센서; 그리고
상기 드럼의 회전 구동과 상기 인덕션 히터의 구동을 제어하여, 상기 드럼의 가열을 통해 상기 대상물을 가열하여 건조를 수행하는 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는, 상부 온도센서에서 감지된 온도와 상기 하부 온도센서에서 감지된 온도의 차이(델타 T)를 기반으로 하여 상기 건조의 종료 시점을 결정함을 특징으로 하는 세탁장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 인덕션 히터는 상기 터브의 상부 외주면 외측에 구비되며, 상기 상부 온도센서는 상기 인덕션 히터의 인근에 위치함을 특징으로 하는 세탁장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 상부 온도센서는 상기 인덕션 히터가 상기 드럼을 향하는 투영면에서 벗어나도록 위치함을 특징으로 하는 세탁장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 터브를 전방에서 바라볼 때, 상기 상부 온도센서는 상기 터브의 우측 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 세탁장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 터브를 전방에서 바라볼 때, 상기 터브의 좌측 상부에는 상기 터브 내부와 외부와 공기의 연통이 수행되는 연통구가 구비됨을 특징으로 하는 세탁장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 터브의 후방에서 터브의 내측벽을 향해 냉각수를 공급하는 냉각수 포트를 포함함을 특징으로 하는 세탁장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 터브를 전방에서 바라볼 때, 상기 냉각수 포트는,
상기 터브의 우측에서 상기 터브의 우측 내주면을 타고 냉각수가 흐르도록 냉각수를 공급하는 하거나 및/또는 상기 터브의 좌측에서 상기 터브의 좌측 내주면을 타고 냉각수가 흐르도록 냉각수를 공급하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 세탁장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 프로세서는, 상기 상부 온도센서에서 기설정된 온도를 감지하는 경우, 상기 인덕션 히터의 구동을 정지시키거나 출력을 낮추도록 제어하는 것을 특징으로 하는 세탁장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 상부 온도센서는 상기 하부 온도센서에 비하여 상기 터브의 전방에 위치함을 특징으로 하는 세탁장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 상부 온도센서는 상기 하부 온도센서에 비하여 상기 터브의 전방에 위치함을 특징으로 하는 세탁장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 터브의 하부 내부에는 하방으로 함몰되어 응축수가 고이는 응축수 수용부가 형성됨을 특징으로 하는 세탁장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 하부 온도센서는, 상기 응축수 수용부에서 상기 응축수 수용부의 바닥면으로부터 상부로 이격되어 구비됨을 특징으로 하는 세탁장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 하부 온도센서는, 상기 터브의 후벽을 관통하여 장착되는 것을 특징으로 하는 세탁장치. - 제 13 항에 있어서,
상기 하부 온도센서는, 상기 응축수 수용부의 바닥면으로부터 10mm 내지 15mm 이격되어 구비되는 것을 특징으로 하는 세탁장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 프로세서는, 상기 세탁장치가 상기 인덕션 히터의 구동을 통해 세탁수를 가열하여 세탁 행정을 수행하는 도중, 상기 하부 온도센서에서 세탁수의 온도가 기설정된 온도로 감지하는 경우, 상기 인덕션 히터의 구동을 정지시키거나 출력을 낮추도록 제어하는 것을 특징으로 하는 세탁장치. - 제 1 항에 있어서,
건조 부하량이 클수록 상기 건조 종료 시점을 결정하는 온도의 차이는 더욱 큰 것을 특징으로 하는 세탁장치. - 제 16 항에 있어서,
상기 프로세서는, 건조 초기, 상부 온도센서에서 감지된 온도와 상기 하부 온도센서에서 감지된 온도의 차이(델타 T)가 가장 작게 감지되는 시점을 통해서, 상기 건조 부하량을 판단하는 것을 특징으로 하는 세탁장치. - 제 16 항에 있어서,
상기 프로세서는, 건조 초기, 상부 온도센서에서 감지된 온도와 상기 하부 온도센서에서 감지된 온도의 차이(델타 T)가 가장 작을 때의 값을 통해서, 상기 건조 부하량을 판단하는 것을 특징으로 하는 세탁장치. - 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
상기 건조 부하량 판단 시점은 상기 상부 온도센서에서 상기 드럼의 가열 목표 온도를 감지한 시점 이후인 것을 특징으로 하는 세탁장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 상부 온도센서와 하부 온도센서는, 상기 프로세서의 능동적 제어를 수행하도록 구비되는 서미스터(thermistor)인 것을 특징으로 하는 세탁장치. - 터브;
상기 터브 내에 회전 가능하게 구비되고, 대상물을 수용하는 드럼;
상기 터브에 구비되어 대향되는 상기 드럼의 외주면을 가열하도록 구비되는 인덕션 히터;
상기 드럼이 회전하도록 구동되는 모터;
상기 터브와 상기 드럼 사이의 공간 주변의 온도를, 상기 터브 내의 상부에서 감지하도록 구비되는 상부 온도센서;
상기 가열된 드럼과 상기 대상물의 열교환을 통해 증발된 습증기가 상기 터브 내부에서 응축되어 상기 터브의 하부로 유입되는 응축수 주변의 온도를, 상기 터브 내의 하부에서 감지하도록 구비되는 하부 온도센서; 그리고
상기 드럼의 회전 구동과 상기 인덕션 히터의 구동을 제어하여, 상기 드럼의 가열을 통해 상기 대상물을 가열하여 건조를 수행하는 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는, 상기 상부 온도센서에서 상기 드럼의 가열 목표 온도를 감지한 후, 상기 하부 온도센서에서 감지된 최대 온도와 이후 상기 하부 온도센서에서 감지되는 온도의 차이(델타 T)를 기반으로 하여 상기 건조의 종료 시점을 결정함을 특징으로 하는 세탁장치. - 터브, 상기 터브 내에 회전 가능하게 구비되고 대상물을 수용하는 드럼, 그리고 상기 터브에 구비되어 대향되는 상기 드럼의 외주면을 가열하도록 구비되는 인덕션 히터를 갖고 건조를 수행하는 세탁장치의 제어방법에 있어서,
상기 터브와 상기 드럼 사이의 공간 주변의 온도를, 상기 터브 내의 상부에서 상부 온도센서를 통해 감지하여, 상기 인덕션 히터의 구동을 제어하는 히팅 단계;
상기 터브 내의 하부에서, 자연 대류를 통해 수분이 상기 터브 내에서 응축되어 상기 터브의 하부로 유입되는 응축수의 온도를, 상기 터브 내의 하부에서 하부 온도센서를 통해 감지하는 응축 단계; 그리고
상기 상부 온도센서에서 감지된 온도와 상기 하부 온도센서에서 감지된 온도의 차이 또는 상기 하부 온도센서에서 감지된 최대 온도와 이후 상기 하부 온도센서에서 감지된 온도의 차이를 통해, 상기 건조를 종료하는 시점을 결정하여 건조를 종료하는 종료 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁장치의 제어방법. - 제 22 항에 있어서,
상기 건조 도중, 상기 히팅 단계와 상기 응축 단계는 병렬적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 세탁장치의 제어방법.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020190003547A KR102695819B1 (ko) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | 인덕션 히터를 갖는 세탁장치 및 이의 제어방법 |
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