드럼세탁기 내 직물거동과 세척성 :Fabric movement and detergency in a front-loading washer

윤창상

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자료유형: 학위논문

저자정보: 윤창상 (서울대학교, 서울대학교 대학원)

발행연도: 2013

저작권: 서울대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수10

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2013

드럼세탁기 내 직물거동과 세척성

윤창상 의류 2013.01 학위논문

2011

드럼식 세탁시 직물거동이 세탁성능에 미치는 영향

윤창상 , 박소현 , 우지현 외 2명 한국의류학회 학술발표논문집 2011.01 학술대회자료

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본 연구는 드럼세탁기 내 직물거동을 이해하고자, 다양한 세탁 조건에서 직물거동을 관찰할 수 있는 방법을 찾고 세탁기 내 직물거동을 분류 및 분석하고자 하였다. 또한 분류된 직물거동이 세척성에 미치는 영향을 살펴봄으로써, 직물의 거동을 최적화할 수 있는 조건을 찾아 세척성 개선 알고리즘을 제안하였다.
직물의 거동은 리프터 건넘, 늘어짐, 구름, 낙하, 회전 다섯 가지로 구분할 수 있었는데, 이는 세탁기로부터 전달받은 원심력과 직물의 마찰력, 그리고 중력과의 균형 관계에 의해 결정된 것으로 생각된다. 13초 동안 직물의 움직임을 추적하였을 때 나타난 직물거동의 종류와 빈도를 기준으로 구분한 직물거동 패턴에서, 패턴 A는 리프터 건넘과 늘어짐만의 거동을 나타내고, 패턴 D는 낙하와 회전의 거동만을 나타내었다. 패턴 B와 패턴 C에서는 다섯 가지 거동이 모두 나타났으며 상대적으로 패턴 B는 패턴 A에, 패턴 C는 패턴 D에 가까운 거동이다.
직물거동과 세척성과의 상관관계를 살펴보기 위해 직물거동을 수치화할 필요가 있었으며, 이를 위해 직물의 무게중심과 윤곽선의 움직임을 토대로 도출한 14가지 직물거동 지수에는 드럼 중심으로부터의 거리, 무게중심의 변화각도, 드럼과 직물 간의 속도 차, 총 이동거리, 윤곽선 길이, 직물 면적, shape factor, 펼쳐짐 횟수, 리프터 건넘 횟수, 낙하 횟수, 회전 횟수, position factor, group index가 있다.
직물의 크기가 커지고, 직물의 매수가 많아지고, 세탁회전수가 커짐에 따라 직물이 세탁기로부터 전달받은 힘의 크기가 커져, 리프터 건넘이나, 늘어짐, 구름의 거동은 줄고 낙하와 회전의 거동이 늘어나 직물거동 패턴은 A→B→C→D의 순으로 바뀌었다. 이렇게 세탁조건에 의해 달라진 직물거동은 세척성에 영향을 미쳤는데, 패턴 A나 패턴 D처럼 단일거동이 반복되는 경우보다 패턴 B와 패턴 C처럼 다양한 거동이 나타나는 경우 세척성이 우수하게 나타났다. 단일 거동의 경우 직물에 가해지는 거동의 종류와 기계력이 가해지는 직물의 위치가 거의 변하지 않아 세척성이 낮게 나타난 반면, 복합거동의 경우 직물에 가해지는 힘의 형태가 다양하고, 또한 힘이 가해지는 직물의 위치가 수시로 변하기 때문에 세척성이 높게 나타났다.
회귀 분석을 통하여 무게 중심의 변화각도, 드럼과 직물 간의 속도 차, shape factor를 대표 직물거동 지수로 선정하였으며, 이들 중 세척성에 관한 회귀식에서 무게 중심의 변화각도와 shape factor가 주요한 변수로 나타났다. 두 가지 변수는 직물의 다양한 움직임을 대표하는 직물거동 지수로, 회귀식을 통하여 직물의 거동이 세척성에 직접적인 영향을 준다는 것을 확인할 수 있었다.
세탁회전수를 혼합사용하여 세탁기 내에서 직물이 다양한 거동을 나타내도록 한 복합거동 알고리즘 중 세탁회전수를 38rpm-46rpm?54rpm으로 조합한 경우 세척성이 가장 높게 나타났다. 최적 알고리즘은 기존 알고리즘 대비 4.7%의 세척성 개선 효과를 나타내었으며, 이를 실험을 통하여 시간과 에너지로 환산하였을 때, 27%의 세탁시간과 25%의 에너지사용량을 절감하는 것으로 나타났다.

The objectives of this study were to investigate the correlation between fabric movement and detergency in a front-loading washer and to make an algorithm for improving detergency by optimizing fabric movements.
Five fabric movements, sliding, stretching, turnover, falling, rotating were observed at various conditions with respect to the type of fabric, the number of sheets, the fabric size and the wash spin speed. Those fabric movements are expected to be influenced by the various contribution of the centrifugal force, the frictional force and the gravitational force.
Fabric movements were also categorized into four patterns by the appearing type and frequency of fabric movement. Pattern A showed the movement of fabric sliding over the lifter, confining only to the fourth quadrant. Although the fabric movements of pattern B appeared mostly in the fourth quadrant, their movement range was wider than that of pattern A and showed turnover, falling, and rotating, too. The fabric movement of pattern C was similar to pattern B. However, compared to pattern B, there was more falling and rotating and the fabric slid over the lifter fewer times. Pattern D showed the fabric movement of falling or rotating along the lifter.
In analyzing the correlation between fabric movement and detergency, it was necessary to establish an index system for the various fabric movements. Fourteen movement indexes were introduced using outlines, center of gravity, origin, coordinated system, and actual distance; distance from the center of drum, angle change of fabric gravity center, speed difference between drum and fabric, total distance moved, outline length, fabric area, shape factor, number of unfolding, number of sliding, number of turnovers, number of falling, number of rotating, position factor, group index.
As the fabric size, the number of sheet and the wash spin speed increased, the fabric movement pattern was mostly changed in order of A→B→C→D. This is because that the mechanical force delivered to the fabric was increased and the main movement was changed from sliding and turnover to falling and rotating. Such changes in the fabric movements had influenced the detergency. While pattern A and pattern D had single movement and showed lower detergency, pattern B and pattern C had complex movement and showed higher detergency. In case of the single movement, since the movement types and the locations where the mechanical force was delivered were hardly changed, the force delivered to the fabric by the washer was limited. However, in the case of complex movement, various movements were made in combination. Since there were diverse mechanical actions and the locations where the force was delivered changed so frequently, it resulted in higher detergency.
Based on the regression analysis, the angle change of fabric gravity center, the speed difference between drum and fabric, and the shape factor were selected as the representative movement indexes. And the angle change of fabric gravity center and the shape factor were determined to be important factors for detergency. Since it implicated that turbulent or complex movement improves the detergency, various kinds of wash spin speed were employed for making a complex movement algorithm. The optimal algorithm saved energy (25%) and time(27%) as well as achieved higher detergency(4.7%).

#드럼세탁기 #기계적 작용 #직물거동 #세척성 #복합거동

Ⅰ. 연구의 필요성 및 목표 01
Ⅱ. 이론적 배경 05
1. 세탁 메커니즘 05
1.1. 이화학적 작용 05
1.2. 기계적 작용 07
2. 실제 세탁에서의 기계적 작용 08
2.1. 기계적 작용의 분류 08
2.2. 기계적 작용에 관여하는 힘 10
2.3. 기계적 작용에 따른 세척성 14
3. 선행연구 18
3.1. 드럼세탁기 내 직물거동의 분석 18
3.2. 직물특성이 직물거동에 미치는 영향 19
3.3. 직물거동이 세탁성능에 미치는 영향 20
Ⅲ. 실험 24
1. 시료 24
2. 세탁기 26
3. 직물거동 분석 27
3.1. 세탁조건 28
3.2. 직물거동 촬영 29
3.3. 동영상 분석 30
3.4. 직물거동 패턴 분류 31
3.5. 직물거동 지수 32
4. 세척성 평가 33
4.1. 세탁조건 33
4.2. 반사율 측정 36
4.3. 소비전력량 측정 38
5. 통계 분석 38
Ⅳ. 결과 및 고찰 41
1. 세탁조건이 직물거동에 미치는 영향 41
1.1. 드럼세탁기 내 직물거동의 분류 41
1.2. 직물거동 패턴의 분류 47
1.3. 직물크기가 직물거동에 미치는 영향 49
1.4. 직물매수가 직물거동에 미치는 영향 51
1.5. 세탁회전수가 직물거동에 미치는 영향 54
1.6. 직물거동 패턴 예측모델 검증 57
2. 직물거동이 세척성에 미치는 영향 59
2.1. 직물크기에 의해 달라진 직물거동이 세척성에 미치는
영향 59
2.2. 직물매수에 의해 달라진 직물거동이 세척성에 미치는
영향 63
2.3. 세탁회전수에 의해 달라진 직물거동이 세척성에
미치는 영향 66
2.4. 직물거동 패턴 별 세척성 70
2.5. 세척성 예측모델 검증 72
3. 직물거동과 세척성과의 상관관계 75
4. 세척성 개선 알고리즘 78
4.1. 복합거동 알고리즘 78
4.2. 복합거동 알고리즘에 의한 세척성 개선 효과 80
Ⅴ. 요약 및 결론 88
Ⅵ. 참고문헌 92
※ 부록 Ⅰ - 직물거동 지수 104
※ 부록 Ⅱ - 세부 자료 127
Abstract 142

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