과학

디바이스 개발을 위한 참고자료 -외전 3- 겨울철 주요 난방기구인 온풍기, 전기 히터는 어떻게 만들까?

매 주마다 한편씩 쓰려고 하는데.. 힘든 일도 생기고.. 마감도 다가오고.. 그래서...

 

죄송하빈다...

 

질도 양도 충분한 글을 쓸수 있도록 꾸준히 노력할게요!

 

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이번에는 겨울철 필수품인 난방기구,

 

그중에 전기 히터, 온풍기를 알아보려고 해.

 

내 실수로 인해 몇번 낙상을 겪더니 그대로 먼길 떠난(...) 온풍기를 뜯어봤어.

 

전기히터 열풍기 온풍기 PTC히터 (1).jpg

 

가장 먼저 볼 부분은.. 풍향조절부야.

 

회색의 동그란 뭉치는 BLDC 모터야.

 

BLDC모터로 풍향을 조절해주는 브릿지를 움직여주는데 사용하고, 정회전, 역회전을 하며 위아래로 움직여주는 역할을 하고 있어.

 

비교를 하자면.. 서보모터를 생각하면 좋을거야.

 

다만 소음을 비교해보자면.. 사실상 무음이라고 생각해도 좋을 정도로 굉장히 정숙한 편이야.

 

이유라면 서보모터는 큰 토크를 내기 위해 좁은 공간에 들어있는 작은 모터와 다양한 기어 감속비를 통해 회전을 하기 때문이야.

 

기어와 기어가 맞물려 돌면서 마찰이 발생하고, 마찰로 인해 피할 수 없는 기계소음이 생기게 되지.

 

그리고 위 BLDC모터와 핵심적으로 다른 부분은 제어를 위해 사용하는 방식이 다르다는 점이지

(이 부분에 대한 설명은 차후에 서보모터에 대해 본격적으로 다루며 추가적으로 해볼겡..)

 

제어 방식 차이와, 내부 구성의 차이가 정숙성을 준다는 점이 핵심인 부분이야.

 

이런 형태의 구성은 날개로 풍향이 조절되는 대부분의 장치에서 공통적으로 사용되는 방식이기도 하고.

 

 

다음은 발열부!

 

전기히터 열풍기 온풍기 PTC히터 (2).jpg

 

PTC 히터가 본격적으로 사용되기 전의 난방기구는 열선을 돌돌 감아 구성해놓은 코일형태의 열선을 주로 이용했어.

 

PTC 히터와 일반 코일 히터간의 가장 큰 차이는 발열 면적 차이인데.. 

 

PTC 히터 발열부.PNG

<출처 - 알리익스프레스>

 

일반적으로 많이 이용되는 형태의 PTC 히터야.

 

보시다시피 라디에이터 처럼 촘촘한 격자 판이 구성돼있어.

 

차량용 라디에이터.PNG

<출처 - 알리익스프레스>

 

위의 사진이 차량용 라디에이터야.

 

뭔가 비슷한 부분이 보이신다면, 제대로 보셨습니다!

 

가장 먼저 격자형태의 방열판과, 내부에 냉각수가 들어갈 수 있게 나온 호스야.

 

냉각수가 들어가는 호스 부분이 PTC 히터에서는 발열체가 들어가 있는 부분으로 보면 되.

 

기존 코일형태의 히터는 열을 발산하는 부분이 열선 표면적 밖에 되지 않았다면, 

 

PTC 히터는 방열판 전체에서 열이 발산이 되며, 촘촘히 짜여진 격자사이로 바람이 지나가기 때문에 공기가 훨씬 수월하게 덥혀져서 이동할 수 있어.

 

격자무늬 형태의 방열판 자체가 발열을 주 목적으로 표면적을 최대한 넓혀놓은 구조인 게 확실한 역할을 하는 셈이지.

 

다만 문제라면 전기를 이용하여 열을 내는 많은 물건들이 그러하듯... 이녀석 역시 전력을 어마어마하게 소비해.

 

위에 보이는 PTC 히터 이미지만 보더라도, 저 조그마한 물건이 최소 200W 이상의 전력을 소비하니까.

 

이번에 해체하게된 온풍기 역시 1000W PTC 히터가 2장 들어가 있어.

 

히터에서만 소비하는 전력이 무려 2000W... 게이밍 컴퓨터가 모니터를 포함하여 소비하는 전력이 평균적으로 500- 600W 인점을 고려해보면

 

1 온풍기 = 3.3 컴퓨터

 

가 되겠네ㅎㅎ..

 

 

PTC 히터는 보통 내부에 장착된 바이메탈(온도센서)이 있어 기계식으로 ON / OFF 제어하는게 일반적인 형태야.

 

물론 센서를 이용하고, 인버터등의 장치를 이용하는 등 다른 방식도 있긴 하지만, 일반적인 PTC 히터의 경우는 바이메탈을 이용해 제어를 하는 편이고.

 

바이메탈은 정말 저렴하니까(...)

 

 

 

다음은 바람을 만들어 주는 부분이야.

 

 

 

도대체 저기서 모터는 보이는데 바람은 어디서...? 라는 생각이 들 수 있어.

 

가운데 슬릿이 잔뜩 나 있는 원통이 보이지?

 

그 원통이 바로 날개야!

 

이런 원통형태의 날개는 익숙치 않을거야. 

전기히터 열풍기 온풍기 PTC히터 (3).jpg

 

좁은 공간에서 넉넉한 풍량을 만들어 낼때 사용하는 원툥형 날개인데, 의외로 많은 부분에서 사용되고 있어.

 

에어컨이라던지, 송풍기라던지, 기타 등등...

 

터보팬.PNG

<출처 - 알리익스프레스>

 

이런 형태의 팬도 한번 쯤 봤을거야.

 

터보팬, 링블로워 등의 이름으로 불리는 녀석인데, 사실 링블로워는 조금 다르긴 하지만 비슷한 범주로 취급하는거 같더라구.

 

날개가 수평에 가깝게 누워있지 않고, 오히려 수직으로 약간 틀어져 서있는 형태야.

 

가운데 원형 부분으로 흡기를 하고, 왼쪽의 네모난 슬릿으로 바람을 밀어주지.

 

물레방아를 연상하시면 좋을 것 같아.

 

전기히터 열풍기 온풍기 PTC히터 (4).jpg

 

아래의 AC 모터를 이용하여 원통의 팬이 고속으로 회전하고, 바람막이로 만들어진 바람길을 따라 바람을 쭈-욱 밀어내.

 

보통 AC모터는 인버터로 속도제어를 하며 풍량을 조절하는데...

 

이녀석은 풍량 조절은 안하고 온도 조절만 가능한거로 봐서 인버터가 따로 들어있지 않은거 같아.

 

 

 

다음은 제어회로!

 

전기히터 열풍기 온풍기 PTC히터 (5).jpg

 

커다란 트랜스가 들어있어!

 

220V 전원이 들어오면 왼쪽에 쪼로록 나열된 다이오드를 통해 브릿지 다이오드 구조로 정류를 하는 일반적인 변압기, 정류기야.

 

제어를 위한 MCU, 마이컴에서는 AC가 아닌 DC 전원을 필요하니까.

 

요기는 MCU가 들어있더라구. 저가형 모델의 경우는 아날로그 회로로 구성하는 경우도 있어.

 

뿐만 아니라 보드에 내장된 릴레이를 제어하기 위해서도 AC 보다는 DC 전원을 이용하고 있고.

 

이부분은 제어회로라기 보단, 전원부라고 생각하시는 편이 더 좋을거 같네.

 

실제로 저 회로의 주 역할은 AC전원을 DC로 정류하는게 핵심인 회로거든.

 

 

그리고 다음이 실질적인 제어보드야.

전기히터 열풍기 온풍기 PTC히터 (6).jpg

 

아쉽게도 껍데기는 차마 벗겨내지 못했어..라기 보단 사진 찍어놓은게 없더라구.

 

안에는 마이컴이 들어있었는데, 고온, 저온, 송풍...등등등의 LED 를 제어하고, Tact 스위치로 눌리는 버튼을 가지고 있어 버튼을 누르면 내부에 프로그래밍 된대로 작동을 하는 구조야.

 

사실상 저 부분이 온풍기를 작동하게 하는 핵심 부품이라고 생각하면 좋아.

 

사람으로 따지면 뇌에 해당하는 부분이니까.

 

내부에 들어있는 프로그램은... 아두이노로도 충분히! 구성해줄수 있는 수준의 간단한 프로그램이 들어있을 것으로 예상하고 있어.

 

물론 이것저것 안전을 위해 구성된 코드들이 있을거긴 한데.. 그건 얼마든지 구현이 가능한 부분이니까.

 

스위치 입력, LED 출력, 릴레이 제어, 버저 비프음 출력이 사실상 들어있는 프로그램의 끝이라고 볼 수 있어.

 

의외로 간단하게 되어있지?

 

 

 

 

전기히터 열풍기 온풍기 PTC히터 (7).jpg

 

추가로 이 부분은 리미트 스위치야.

 

외부 덮개 안쪽에는 먼지 유입을 막기위한 필터가 달려있는데, 이 필터 밑에는 고속으로 회전하는 팬이 있어 단순하지만 확실한 안전장치로 보면 좋아.

 

 

 

자, 어떻게 구성되어 있는지는 확인했고... 이제 어떻게 만드는가에 대해 이야기 해볼까?

 

구성.PNG

간략하게 만들어본 구성도야.

 

제어와 동작을 위해 필요한 전원을 공급받는 전원부,

 

히터와 모터를 제어하기 위한 제어회로,

 

풍향을 조정하기 위해 필요한 풍향부,

 

바람을 만들어주기 위한 모터와 팬,

 

열을 만들어 주기 위한 히터(PTC 히터, 코일 등)

 

이렇게 구성되어 있다면 얼마든지 어렵지 않게 겨울철 난방기구인 전기 히터, 온풍기를 만들 수 있어!

 

 

 

 

 

 

실상은 문제 없이 작동하게 하기 위해서 복잡한 내부 구조와 수명 테스트, 부하 테스트 등 다양한 검증과정을 통해 누구나 손쉽고 어렵지 않게 이용 할 수 있는 가전 제품으로 시장에 나오게 되고, 우리 곁에 오게 되지. 

 

그만큼 가전기구를 사용하는 우리가 안전하게 사용할 수 있도록 엔지니어들이 어마어마한 노력을 하고 있다는 점 잊지 말아주길 바래 ㅎㅎ!

 

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요새는 퇴근이 있는 삶을 지향하게 되서...

 

부득이 하게 방송시간을 옮기게 됬어.

 

되도록이면 일하는 시간에는 켜두려고 하고있고, 아침 9시~오후 5시 사이에는 방송이 돌고 있을거야.

 

다만.. 다음주 부터 작업실 이사를 해야해서 한동안은 아마 힘들지 않을까 싶어.

 

전기, 전자, 기계, 설계나 3D프린터, 조형, 피규어 등등.. 관련해서 궁금한게 있으면 얼마든지 부담없이 와서 물어봐줬으면 해!

 

## 프로젝트나 시제품 개발 관련해서 궁금한게 있다면 얼마든지 연락줘! 곧 다른 일들이 마무리 되서 한가해지거든ㅎㅎ

 

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11개의 댓글

2019.02.20

저런 PCB기판에 프로그래밍{어셈블리어(?)} 하는게 전자공학임? 배워보고 싶은데 어디서부터 시작해야될지 모르겠다.

 

0
2019.02.20
@aasj9woi

취미로 웹개발 해서 php랑 python 조금 함. 아두이노말고 라즈베리 파이로 IOT뭐 할거 없나 두리번거리고 있는데 항상 재밌게보고있음

0
2019.02.20
@aasj9woi

넵 맞습니다. 전자공학에서도 전직은 여러분야로 가능한데 하드웨어(회로)에 펌웨어를 얹는형태의 시스템을 보통 임베디드 프로그래밍이라고 합니당.

보통은 c나 c++정도를 사용하는 편이구영

아두이노도 한번 만져보면 좋은게, 보통 저런 mcu랑 컴터계열(라즈베리파이 등)이랑은 시리얼통신으로 제어를 하거든영

1
2019.02.21

당근이의 avr가서 연재해봐 거기서 오는 반응이 더 도움 될 것 같은데 여기 개붕이들은 비전공자들도 많고 하니깐

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2019.02.21
@폴아웃76

거기는.. 실무자가.. 넘모..

0
2019.02.21

항상 좋은글 고마워 내가 하는일이나 전공이랑은 거리가 멀어도 관심있는 분야라 재밌게 보고 있음

0
2019.02.23

좋은글추

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2019.02.23

근데 질문 있어. 본 글이랑은 상관 없는데 아두이노를 두꺼비집에 붙여서 조명에 깜빡이거나 하는 패턴을 줄 수도 있나?

0
2019.02.24
@아무말대연회

조명이 led면 가능합니다. 릴레이만 달면 얼마든지 가능하죠

0
2019.02.24
@짜요

아 백열등은 안돼나요

0
2019.02.25
@아무말대연회

백열등도 되는데 자체가 껐다키는데 딜레이가 있어서 짧은 간격의 패턴화는 쉽지않을것 같아요

0
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