CN100453922C - 干燥装置 - Google Patents

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Abstract

在干燥过程中，过热产生变化，从而很难在稳定且高效率的状态下运转干燥装置。本发明提供一种干燥装置，具有检测从蒸发器的出口到压缩机的入口之间的冷媒温度的第一温度传感器、和根据第一温度传感器的检测值改变膨胀阀的流路阻值来控制过热值的控制装置，在干燥过程中将过热控制在目标值。

Description

干燥装置
技术领域
本发明涉及用于衣物干燥和浴室干燥、或者室内除湿等干燥装置。
背景技术
作为现有的干燥装置，存在以热泵作为热源、使干燥用空气进行循环的衣物干燥机(例如参照专利文献1)。图11是表示专利文献1所述的现有的干燥装置的构成图。
图11所示的衣物干燥机将旋转滚筒2作为干燥室使用。该旋转滚筒2被可自由旋转地设置在衣物干燥机本体1内，由马达3通过滚筒皮带4驱动。并且，鼓风机22由马达3通过风扇皮带8驱动。鼓风机22将干燥用空气从旋转滚筒2穿过过滤器11和旋转滚筒侧进气口10向循环通道18输送。
并且，热泵装置由蒸发器23、冷凝器24、压缩机25、毛细管等膨胀装置26以及冷媒通过的管道27构成；蒸发器23使冷媒蒸发、对干燥用空气进行除湿；冷凝器24使冷媒冷凝、对干燥用空气进行加热；压缩机25使冷媒产生压力差；毛细管等膨胀装置26用于保持冷媒的压力差。另外，排出口28将在冷凝器24加热的干燥用空气的一部分向本体1外排出。箭头B表示干燥用空气的流动。
以下就图11所示的衣物干燥机的动作进行说明。首先，将要干燥的衣物放入旋转滚筒2内。然后，一旦旋转马达3，旋转滚筒2以及鼓风机22进行旋转、产生干燥用空气的流动B。干燥用空气从旋转滚筒2内的衣物21上获得水分而湿润后，在鼓风机22的作用下穿过循环通道18内、输送到热泵装置的蒸发器23。被蒸发器23去热后的干燥用空气被除湿，进一步被向冷凝器24输送并加热后，再次导入旋转滚筒2内。排水口19设置在循环通道18的中途，排出由蒸发器23除湿产生的排水。其结果使衣物21干燥。
专利文献1：日本特开平7-178289号公报
但是，图11所示的衣物干燥机不能够控制在干燥过程中变化的过热。
在此，就随着干燥的进行、过热变化的主要原因进行说明。在一般利用热风来干燥固体的情况下，随着干燥的进行，由于干燥对象表面的含水率降低、干燥速度降低。即，如果干燥进行，通过干燥对象后的干燥用空气中含有的水分量降低，蒸发器的吸入空气的绝对湿度降低。这样，蒸发器中的水的冷凝形成的吸热量降低，过热减少。如果过热为零，则压缩机吸入冷媒成为气液两相状态。因此，由于压缩机进行液压缩，会产生压缩机损坏的危险。
并且，过热(SH)和热泵性能(COP＝加热能力/压缩机输入)之间具有图9所示的关系，存在最佳过热值。该原理如图10所示。在过热过大(SH大)的情况下，与最佳过热值(最合适SH)的情况相比较，压缩机的工作量(冷媒从压缩机吸入状态起到被绝热压缩时的吸入与排出状态的焓差)增加，热泵性能降低。另一方面，在过热过小(SH小)的情况下，压缩机排出温度降低，加热能力降低，因此热泵性能降低。即，在干燥过程中如果将过热控制在最佳值，则能够降低干燥所需的耗电量。
因此，本发明的目的是通过将过热值控制为规定值，提供可以避免作为现有课题的液体向压缩机倒流的干燥装置。
而且，作为一般的干燥特性，在接近干燥结束时，蒸发面与干燥对象表面之间的干燥层形成传热阻力，从干燥用空气向存在于蒸发面的水分的传热量降低。因此，即使接近干燥结束时，若进行保持图9所示的最佳过热值的运转，则干燥时间加长。
因此，本发明的目的是提供通过改变过热值来缩短干燥时间的干燥装置。
发明内容
发明1是一种干燥装置，具有热泵装置和风道；该热泵装置将压缩冷媒的压缩机、使从压缩机排出的冷媒散热的散热器、使在散热器散热的冷媒膨胀的膨胀阀以及使在膨胀阀膨胀的冷媒蒸发的蒸发器依次串联而构成；该风道将在散热器加热的干燥用空气向干燥对象引导，在蒸发器对从干燥对象获得水分的干燥用空气进行除湿，然后，再次在散热器进行加热，作为干燥用空气进行再利用，其中，该干燥装置具有第一温度传感器和控制装置；所述第一温度传感器检测从蒸发器的出口到压缩机的入口之间的冷媒温度；所述控制装置根据第一温度传感器的检测值改变膨胀阀的流路阻值、控制过热值。
根据发明1，通过根据第一温度传感器的检测值改变膨胀阀的流路阻值，可以保持最佳的过热值。
发明2是如发明1所述的干燥装置，具有：存储装置、计时器以及处理装置；所述存储装置事先存储与热泵装置的运转时间和蒸发器中的蒸发温度相关的数据以及目标过热值；所述计时器检测热泵装置的运转时间；所述处理装置从计时器检测出的运转时间和存储在存储装置中的相关数据推算出蒸发温度，同时，从推算出的蒸发温度和第一温度传感器检测出的检测值中推算过热值；控制装置控制膨胀阀的流路阻值，以改变由处理装置推算出的过热值、使之成为存储在存储装置中的目标过热值。
根据上述发明2，在干燥过程中可以使推算出的过热值成为目标过热值地进行控制，可以降低干燥所需的耗电量或时间。
发明3的干燥装置是如发明1所述的干燥装置，具有：存储装置、第二温度传感器以及处理装置；所述存储装置事先存储目标过热值；所述第二温度传感器检测从膨胀阀的出口到蒸发器的入口之间的冷媒温度；所述处理装置从第二温度传感器检测出的检测值和第一温度传感器检测出的检测值中算出过热值；控制装置控制膨胀阀的流路阻值，以使处理装置算出的过热值成为存储在存储装置中的目标过热值。
根据上述发明3，可以更加正确地测定干燥过程中的过热值。
发明4的干燥装置是如发明2所述的干燥装置，控制装置控制膨胀阀的流路阻值，以使由所述处理装置推算出的过热值在热泵装置的运转时间经过了规定时间后比经过规定时间前增大。
根据上述发明4，通过使过热值在热泵装置的运转时间经过了规定时间后增大，可以缩短干燥时间。
发明5的干燥装置是如发明3所述的干燥装置，设置检测热泵装置的运转时间的计时器，控制装置控制膨胀阀的流路阻值，以使过热值在热泵装置的运转时间经过了规定时间后比经过规定时间前增大。
根据上述发明5，通过使过热值在热泵装置的运转时间经过了规定时间后增大，可以缩短干燥时间。
发明6的干燥装置是如发明4或5所述的干燥装置，具有选择比经过规定时间前增大的由所述处理装置推算出的过热值是否适用于经过规定时间后的选择装置。
根据上述发明6，可根据消费者的意愿选择降低耗电量和缩短干燥时间。
发明7的干燥装置是如发明1所述的干燥装置，具有检测从压缩机的排出侧管道到膨胀阀之间的冷媒温度的第三管道温度检测装置。
根据上述发明7，可测定过热值，同时可测定从压缩机排出的冷媒温度。
发明8的干燥装置是如发明6所述的干燥装置，在来自第三管道温度检测装置的检测值大于等于规定温度的情况下，控制装置减小膨胀阀的流路阻值。
根据上述发明8，可以防止在干燥过程中由于冷媒温度异常上升而使压缩机构成部件(例如密封部件)或冷冻机油劣化，可以提高压缩机的可靠性。
发明9的干燥装置是如发明1所述的干燥装置，具有检测压缩机的排出压力的排出压力检测装置。
根据上述发明9，可测定过热值，同时可测定从压缩机排出的冷媒压力。
发明10的干燥装置是如发明8所述的干燥装置，在来自排出压力检测装置的检测值大于等于规定压力的情况下，控制装置减小膨胀阀的流路阻值。
根据上述发明10，在干燥过程中，冷媒压力不会超过压缩机的耐压上限值，可以提高干燥装置的安全性。
根据本发明的干燥装置，在干燥过程中，可以将过热值控制为目标值，可避免作为现有课题的液体向压缩机的倒流，进而可以实现干燥时间的缩短。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的干燥装置的构成图。
图2是表示第一实施方式的干燥装置的控制流程图。
图3是表示本发明的第二实施方式的干燥装置的构成图。
图4是表示第二实施方式的干燥装置的控制流程图。
图5是表示本发明的第三实施方式的干燥装置的构成图。
图6是表示第三实施方式的干燥装置的控制流程图。
图7是表示本发明的第四实施方式的干燥装置的构成图。
图8是表示第四实施方式的干燥装置的控制流程图。
图9是表示过热和热泵性能(COP)的关系图。
图10是表示使过热发生变化时的制冷循环动作的莫里尔热力学计算图。
图11是现有的干燥装置的构成图。
具体实施方式
第一实施方式
以下参照附图、就本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本发明的第一实施方式的干燥装置构成图，图2是表示本实施方式的干燥装置的控制流程图。
在图1中，本实施方式的干燥装置具有热泵装置、和将该热泵装置作为干燥热源进行利用的同时使干燥用空气循环而进行再利用的风道41。热泵装置通过管道35依次串联压缩冷媒的压缩机31、利用散热作用冷凝冷媒以加热干燥用空气的散热器32、对冷媒减压的膨胀阀33、以及利用吸热作用使冷媒蒸发以对干燥用空气进行除湿的蒸发器34。用于该热泵装置的冷媒是在散热侧(压缩机31的排出部～散热器32～膨胀阀33的入口部之间)封入例如CO2冷媒的能够成为超临界的冷媒。
并且，在干燥装置的风道41内设置有散热器32和蒸发器34。散热器32和蒸发器34对从干燥对象36(例如衣物、浴室空间等)获得水分的干燥用空气进行除湿和加热。该干燥用空气通过鼓风扇37在风道41内循环。
而且，本实施方式具有检测从蒸发器34的出口到压缩机31的入口之间的冷媒温度(压缩机吸入冷媒温度)T1的第一温度传感器38。另外，在通过第一温度传感器38进行的冷媒温度的检测中，有直接测定冷媒温度的方法和检测管道温度来间接测定冷媒温度的方法。
并且，在本实施方式中，具有存储装置11、计时器12、处理装置13以及控制装置14。在存储装置11中事先存储与从热泵装置的运转开始的时间和蒸发器34中的蒸发温度相关的数据以及目标过热值。计时器12除了利用计时器的计数完了进行检测外，通过风道41内的湿度或温度的检测来测定热泵装置的运转时间。处理装置13，从计时器12检测出的运转时间和存储在存储装置11中的相关数据中推算出蒸发温度，从推算出的蒸发温度和第一温度传感器38检测出的检测值中推算过热值。控制装置14控制膨胀阀33的流路阻值，使处理装置13推算出的过热值成为存储在存储装置11中的目标过热值。如果事先把握相应于干燥装置的运转时间的蒸发器34的压力或蒸发温度的变化，则可利用计时器12和第一温度传感器38的检测值来推算该时间点的蒸发温度。然后，作为推算出的蒸发温度与来自第一温度传感器38的检测值的差可以求出过热值。另外，图1中的实线箭头表示冷媒的流动，而空心箭头表示干燥用空气的流动。
以下，对上述干燥装置的动作进行说明。
冷媒在压缩机31中被压缩而成为高温高压状态，在散热器32中与从蒸发器34中出来的干燥用空气换热以加热干燥用空气。在散热器32中被冷却的冷媒在膨胀阀33中被减压而成为低温低压状态。然后，在膨胀阀33中被减压的冷媒，在蒸发器34中与经过干燥对象36的干燥用空气换热以冷却干燥用空气。然后，冷媒一方面将干燥用空气中含有的水分冷凝而进行除湿，另一方面被干燥用空气加热并再次被压缩机31吸入。以上是热泵的动作原理。
并且，干燥用空气在蒸发器34中被除湿后、在散热器32中被加热而成为高温低湿，由鼓风风扇37的作用而强制性地与干燥对象36接触，此时，从干燥对象获得水分而成为湿润状态，进而在蒸发器34中再次除湿。以上是从干燥对象36中获得水分的干燥动作原理。
另外，如果增大膨胀阀33的流路阻力，则压缩机31的吸入冷媒温度上升。这是由于如果增大膨胀阀33的流路阻力，则吸热侧(从膨胀阀33的出口部～蒸发器34～压缩机31的吸入部之间)的压力降低，蒸发器34内的冷媒量减少、冷媒气化，容易成为过热。因此，如果减小膨胀阀33的流路阻力，则压缩机31的吸入冷媒温度降低。
以下，对干燥装置的控制动作进行说明。
如图2所示，由计时器12检测热泵装置的运转时间t，并从事先作成的运转时间t与蒸发器压力Pe(＝蒸发温度Te)的表中推算蒸发器压力Pe(＝蒸发温度Te)(步骤41)。然后，通过第一温度传感器38检测压缩机31的吸入温度Ts，从检测值Ts和在步骤41中推算的蒸发温度Te中推算过热值TSH(TSH＝Ts-Te)(步骤42)。然后，比较在步骤42中推算的过热值TSH和目标过热值Tc(步骤43)。在步骤43中，在过热值TSH大于目标值Tc的情况下，通过控制装置14进行减小膨胀阀33的流路阻值的控制(步骤44B)，而后返回步骤41。在步骤43中，在过热值TSH小于目标值Tc的情况下，通过控制装置14进行增大膨胀阀33的流路阻值的控制(步骤44A)，而后返回步骤41。
本控制通过利用计时器12和第一温度传感器38的值，可将过热值控制在接近COP为最大的最佳值。
本实施方式的干燥装置可将过热值集中在目标值附近，可避免热泵性能(COP)的降低。即，与现有的干燥装置相比较可以降低耗电量。换句话说，由于可以避免干燥装置的运转效率降低，因此可使用对地球温暖化影响小的CO2冷媒。
但本实施方式的干燥装置由于采用了使用CO2冷媒的超临界(
Figure C20058000178500101
臨界)制冷循环，因此，与现有的使用HFC冷媒的亚临界制冷循环相比较，可以提高散热器32中的CO2冷媒和干燥用空气的换热效率，可使干燥用空气升至高温。因此，从干燥对象36中获得水分的能力增大，可在短时间内进行干燥。
另外，本实施方式虽然在散热侧使用超临界的CO2冷媒，但也可以使用现有的HFC冷媒。并且，使用丙烷或异丁烷等HC冷媒也有同样的效果。
第二实施方式
图3是表示本发明的第二实施方式的干燥装置的构成图，图4是表示本实施方式的干燥装置的控制流程图。另外，在以下的实施方式中，与第一实施方式相同的构成使用相同的符号，省略其说明，对与第一实施方式不同的构成进行说明。
本实施方式的干燥装置在第一实施方式的构成之上具有检测从膨胀阀33的出口到蒸发器34的入口之间的冷媒温度的第二温度传感器39，处理装置13通过第一温度传感器38和第二温度传感器39的检测值的差算出过热值。并且，在存储装置11中存储作为目标过热值的多个数值，同时，存储用于适用各个目标过热值的规定时间。另外，对于第二传感器，只要是有液体冷媒存在的部分，则也可设置在蒸发器本体上。
以下对该干燥装置的动作进行说明。
如图4所示，比较计时器12检测出的热泵装置的运转时间t与存储在存储装置11中的规定时间t1(步骤51)。在步骤51中，在运转时间t大于规定值t1的情况下，比较从第一温度传感器38和第二温度传感器39的差求出的过热值TSH1以及目标值Tc1(步骤52)。在步骤52中，在过热值TSH1大于目标值Tc1的情况下，进行减小膨胀阀33的流路阻值的控制(步骤53A)，而后返回步骤52。在步骤52中，在过热值TSH1小于目标值Tc1的情况下，进行增大膨胀阀33的流路阻值的控制(步骤53B)，而后返回步骤52。
并且，在步骤51中，在运转时间t小于规定时间t1的情况下，比较从第一温度传感器38和第二温度传感器39的差求出的过热值TSH2以及目标过热值Tc2(步骤54)。在步骤54中，在过热值TSH2大于目标值Tc2的情况下，进行减小膨胀阀33的流路阻值的控制(步骤55A)，而后返回步骤51。在步骤54中，在过热值TSH2小于目标值Tc2的情况下，进行增大膨胀阀33的流路阻值的控制(步骤55B)，而后返回步骤51。另外，进行以下的设定，目标过热值Tc2是COP为最佳时的过热值，目标过热值Tc1是比目标过热值Tc2大的过热值。
通过本控制，从干燥开始起经过规定时间后，选择大的过热值，可使干燥用空气温度上升。这样，通过附加选择是否适用目标过热值Tc2的选择装置(无图示)，可按照消费者的意愿选择降低耗电量和缩短干燥时间。另外，在本实施方式中，对通过规定时间t1将目标过热值从Tc2变更到目标过热值Tc1的情况进行了说明，也可使目标过热值上升三档或三档以上或连续上升。而且，在第一实施方式中，也可如本实施方式那样设定多个目标过热值，在设定多个目标过热值的情况下，最好附加选择装置(无图示)。
第三实施方式
图5是表示本发明的第三实施方式的干燥装置构成图，图6是表示本实施方式的干燥装置的控制流程图。另外，在以下的实施方式中，与第二实施方式相同的构成使用相同的符号，省略其说明，对与第二实施方式不同的构成进行说明。
本实施方式的干燥装置在第二实施方式的构成之上具有检测从压缩机31的排出侧管道到膨胀阀33之间的冷媒温度的第三管道温度检测装置40。并且，控制装置14利用来自第一温度传感器38和第二温度传感器39的检测值的差(过热值)以及来自第三管道温度检测装置40的检测值来控制膨胀阀33的流路阻力。另外，第三实施方式的干燥装置不具有第二实施方式的构成中用于检测干燥装置的运转时间的计时器12。
以下，对该干燥装置的动作进行说明。
如图6所示，比较第三管道温度检测装置40检测出的排出温度Td和设定温度Tm(例如100℃)(步骤61)。在步骤61中，在排出温度Td大于设定温度Tm的情况下，进行减小膨胀阀33的流路阻力的控制(步骤64)，而后返回步骤61。在步骤61中，在排出温度Td小于设定温度Tm的情况下，比较第一温度传感器38和第二温度传感器39检测出的过热值TSH与目标过热值Ta(例如10deg)(步骤62)。在步骤62中，在过热值TSH大于目标过热值Ta的情况下，进行减小膨胀阀33的流路阻力的控制(步骤64)，而后返回步骤61。在步骤62中，在过热值TSH小于目标过热值Ta的情况下，进行增大膨胀阀33的流路阻力的控制(步骤63)，而后返回步骤61。
一般来说在增加过热值的情况下，压缩机吸入温度增加，压缩机排出温度增加，但在第三实施方式的干燥装置中，通过检测压缩机31的排出温度和过热值并根据检测值控制膨胀阀33的流路阻力，使得排出温度不超过压缩机31的允许范围，可以将过热值集中在COP为最大的目标值附近。这样，可以防止压缩机31的使用材料(例如密封部件)或冷冻机油的劣化，既可以进一步切实地确保压缩机31的可靠性，又可最大限度地发挥热泵的性能。即，可以进行稳定且高效率的热泵循环运转。另外，在本实施方式中，也可以如第二实施方式那样，从干燥开始起经过规定时间后，采用大的过热值，使干燥用空气温度上升。并且，通过附加判断是否适用目标过热值Tc2的判断装置，可根据消费者的意愿选择降低耗电量和缩短干燥时间。并且，在本实施方式中也可使目标过热值上升三档成三档以上。
第四实施方式
图7是表示本发明的第四实施方式的干燥装置构成图，图8是表示本实施方式的干燥装置的控制流程图。
本实施方式的干燥装置在第二实施方式的构成之上具有检测压缩机31的排出压力的排出压力检测装置42。并且，控制装置14利用来自排出压力检测装置42的检测值以及来自第一温度传感器38和第二温度传感器39的检测值的差(过热值)来控制膨胀阀33的流路阻力。另外，第四实施方式的干燥装置不具有第二实施方式的构成中用于检测干燥装置的运转时间的计时器12。
以下对该干燥装置的动作进行说明。
如图8所示，比较排出压力检测装置42检测出的排出压力Pd和设定压力Pm(例如12MPa)(步骤71)。在步骤71中，在排出压力Pd大于设定压力Pm的情况下，进行减小膨胀阀33的流路阻力的控制(步骤74)，而后返回步骤71。在步骤71中，在排出压力Pd小于设定压力Pm的情况下，比较第一温度传感器38和第二温度传感器39检测出的过热值TSH与目标过热值Tb(例如10deg)(步骤72)。在步骤72中，在过热值TSH大于目标过热值Tb的情况下，进行减小膨胀阀33的流路阻力的控制(步骤74)，而后返回步骤71。在步骤72中，在过热值TSH小于目标过热值Tb的情况下，进行增大膨胀阀33的流路阻力的控制(步骤73)，而后返回步骤71。
一般来说为了增加过热值，若增加膨胀阀的流路阻值，则压缩机排出压力增加，但在第四实施方式的干燥装置中，通过检测压缩机31的排出压力和过热值并根据检测值控制膨胀阀33的流路阻力，使得排出压力不超过压缩机31的允许范围，可以将过热值集中在COP为最大的目标值附近。这样，可用小于等于压缩机31壳体的耐压进行热泵循环运转，既可以进一步切实地确保可靠性，又可最大限度地发挥热泵的性能。即，可以进行稳定且高效率的热泵循环运转。另外，在本实施方式中，也可以如第二实施方式那样，从干燥开始起经过规定时间后，采用大的过热值，使干燥用空气温度上升。并且，通过附加判断是否适用目标过热值Tc2的判断装置，可根据消费者的意愿选择降低耗电量和缩短干燥时间。并且，在本实施方式中也可使目标过热值上升三档或三档以上。
本发明的干燥装置用于衣物干燥、浴室干燥等用途。并且也可应用于餐具干燥或生活垃圾处理干燥等用途。

Claims (3)

1.一种干燥装置，具有热泵装置和风道；该热泵装置将压缩冷媒的压缩机、使从所述压缩机排出的所述冷媒散热的散热器、使在所述散热器散热的所述冷媒膨胀的膨胀阀以及使在所述膨胀阀膨胀的所述冷媒蒸发的蒸发器依次串联而构成；该风道将在所述散热器加热的干燥用空气向干燥对象引导，在所述蒸发器对从所述干燥对象获得水分的所述干燥用空气进行除湿，然后，再次在所述散热器进行加热，作为所述干燥用空气进行再利用，其特征在于，具有第一温度传感器和控制装置；所述第一温度传感器检测从所述蒸发器的出口到所述压缩机的入口之间的冷媒温度；所述控制装置根据所述第一温度传感器的检测值改变所述膨胀阀的流路阻值、控制过热值；
所述干燥装置还具有：存储装置、计时器以及处理装置；所述存储装置事先存储与所述热泵装置的运转时间和所述蒸发器中的蒸发温度相关的数据以及目标过热值；所述计时器检测所述热泵装置的运转时间；所述处理装置从所述计时器检测出的所述运转时间和存储在所述存储装置中的所述相关数据推算出所述蒸发温度，同时，从推算出的所述蒸发温度和所述第一温度传感器检测出的所述检测值中推算过热值；所述控制装置控制所述膨胀阀的所述流路阻值，以改变由所述处理装置推算出的所述过热值、使之成为存储在所述存储装置中的所述目标过热值。
2.如权利要求1所述的干燥装置，其特征在于，所述控制装置控制所述膨胀阀的所述流路阻值，以使由所述处理装置推算出的过热值在所述热泵装置的运转时间经过了规定时间后比经过所述规定时间前增大。
3.如权利要求2所述的干燥装置，其特征在于，具有选择比经过所述规定时间前增大的由所述处理装置推算出的过热值是否适用于经过所述规定时间后的选择装置。
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