CN102051796A - 热泵干衣机及热泵干衣机的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种热泵干衣机及热泵干衣机的控制方法。热泵干衣机的控制方法包括以下步骤。提供一干燥腔体。控制由干燥腔体离开的一气体排出热泵干衣机之外。判断干燥腔体的运作是否符合一预定条件。若干燥腔体的运作符合预定条件，则控制由干燥腔体离开的气体回流至干燥腔体。本发明利用开放式风道与封闭式风道的切换，大幅增进热泵干衣机的能源使用效率。

Description

热泵干衣机及热泵干衣机的控制方法

技术领域

本发明涉及一种干衣机及干衣机的控制方法，且特别是涉及一种热泵干衣机及热泵干衣机的控制方法。

背景技术

人们在洗涤衣物后，可以透过阳光及风力来晾干衣物。然而，在下雨天时，往往无法顺利晾干衣物，造成人们生活上的困扰。

干衣机的问世，使得人们在下雨天也能烘干衣物，带给人们相当大得便利性。然而传统排热式干衣机直接将高温高湿空气直接排放至大气中，不但能源使用效率偏低，而且造成环境湿度的增加。热泵干衣机不但以优异的性能表现系数(Coefficient of performance)达到节能的目的，而且有效捕捉空气中的水分，使环境的湿度不致受到严重的影响。以日本公开号第2006-212265号专利为例，热泵干衣机的运作原理是通过气体通道及冷媒通道的热交换，来烘干衣物。

一般而言，热泵干衣机根据架构区分，可分为开放式与封闭式。从PRASERTSAN等人所发表的文献结果显示，当干燥效率(Dryer efficiency)较高时，开放式热泵干衣机的能源效率比封闭式热干衣机好；当干燥效率较低时，封闭式热泵干衣机的能源效率比开放式热干衣机好。然而，对批次式装载衣物的干衣机而言，干衣机的干燥效率并不会保持一定，而是随着干燥程序的进行而逐渐下降。换言之，不管采用哪一个形式的热泵干衣机架构，都会有干衣机效能较差的情形出现。因此，如何在干衣后期增加热泵干衣机的能源使用效率，实为目前重要发展方向之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热泵干衣机及热泵干衣机的控制方法，其利用开放式风道与封闭式风道的切换，大幅增进热泵干衣机的能源使用效率。

为达上述目的，本发明提出一种热泵干衣机的控制方法。热泵干衣机的控制方法包括以下步骤。提供一干燥腔体。干燥腔体具有一入口及一出口。入口具有一入口绝对湿度(inlet humidity ratio)。出口具有一出口绝对湿度(outlet humidity ratio)及一出口饱和绝对湿度(outlet saturation humidity ratio)。控制由干燥腔体离开的一气体排出热泵干衣机之外。依据入口绝对湿度、出口绝对湿度及出口饱和绝对湿度，判断干燥腔体的运作是否符合一预定条件。若干燥腔体的运作符合预定条件，则控制由干燥腔体离开的气体回流至干燥腔体。

本发明还提出一种热泵干衣机。热泵干衣机包括一干燥腔体、一切换单元及一控制单元。干燥腔体具有一入口及一出口。入口具有一入口绝对湿度(inlet humidity ratio)。出口具有一出口绝对湿度(outlet humidity ratio)及一出口饱和绝对湿度(outlet saturation humidity ratio)。第一切换单元用以切换由干燥腔体离开的一气体排出热泵干衣机之外或回流至干燥腔体。控制单元依据入口绝对湿度、出口绝对湿度及出口饱和绝对湿度判断干燥腔体的运作是否符合一预定条件。其中，若干燥腔体的运作未符合预定条件，则控制单元控制第一切换单元，使得由干燥腔体离开的气体排出热泵干衣机之外。若干燥腔体的运作符合预定条件，则控制单元控制第一切换单元，使得由干燥腔体离开的气体回流至干燥腔体。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：

附图说明

图1绘示第一实施例的热泵干衣机的示意图；

图2绘示干燥效率与干燥速率的关系图；

图3绘示第一实施例的气体通道的控制方法的流程图；以及

图4绘示第二实施例的热泵干衣机的示意图。

主要元件符号说明

1000、2000：热泵干衣机

110：供气单元

120：干燥腔体

120a：入口

120b：出口

130：循环风扇

140、360：切换单元

150：排气单元

210：控制单元

310：压缩单元

320：冷凝单元

330：膨胀单元

340：蒸发单元

350：散热单元

410：第一测量单元

420：第二测量单元

430：第三测量单元

D1、D2：气体通道的流向

D3、D4：冷媒通道的流向

P1：气体通道

P2：冷媒通道

S301～S315：流程步骤

具体实施方式

以下是提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并不会限缩本发明欲保护的范围。此外，实施例中的附图省略不必要的元件，以清楚显示本发明的技术特点。

第一实施例

请参照图1，其绘示第一实施例的热泵干衣机1000的示意图。本实施例的热泵干衣机1000包括一供气单元110、一排气单元150、一干燥腔体120、一循环风扇130、一切换单元140、一控制单元210、一压缩单元310、一冷凝单元320、一膨胀单元330、一蒸发单元340、一第一测量单元410、一第二测量单元420及一第三测量单元430。一气体通道P1连接供气单元110、第一测量单元410、干燥腔体120、第二测量单元420、循环风扇130、切换单元140及排气单元150。一冷媒通道P2连接压缩单元310、冷凝单元320、第三测量单元430、膨胀单元330及蒸发单元340。

供气单元110用以提供一气体进入热泵干衣机1000。排气单元150用以将气体排出于热泵干衣机1000之外。干燥腔体120用以容置衣物，以进行干燥。干燥腔体120例如是水平滚筒式腔体、斜取滚筒式腔体或直立式腔体。切换单元140为一三通风门，用以切换气体在气体通道P1内的流向。循环风扇130用以增进气体在气体通道P1内的流通性。控制单元210用以进行各种运算程序及判断程序，并用以控制热泵干衣机1000的各项元件的运作。

压缩单元310用以压缩一冷媒。冷凝单元320用以冷凝已压缩的冷媒。膨胀单元330用以减压已冷凝的冷媒。蒸发单元340用以蒸发已减压的冷媒。

第一测量单元410设置于干燥腔体120的一入口120a处，第二测量单元420设置于干燥腔体120的一出口120b处。第三测量单元430则设置于冷凝单元320及膨胀单元330之间。第一～第三测量单元410～430用以针对气体或冷媒进行各种数值的测量。

就热泵干衣机1000的干燥方式而言，外界的干燥气体进入气体通道P1后，在冷凝单元320进行热交换，而形成高温干燥气体。此高温干燥气体由入口120a进入干燥腔体120后，可带走衣物的水气，并由出口120b输出高温潮湿气体。

为了避免高温潮湿气体造成外界的热污染，由干燥腔体120排出的高温潮湿气体可以在蒸发单元340进行热交换，而吸收部分热量及冷凝部分水气。

当切换单元140将气体通道P1切换成流向D1时，气体通道P1形成一开放式风道。当切换单元140将气体通道P1切换成流向D2时，气体通道P1形成一封闭式风道。

在热泵干衣机1000刚开始运作时，干燥腔体120内外潮湿程度差异大，水气浓度梯度较大，此时可以采用开放式风道，以利用外界较干燥的气体来带走干燥腔体120内的水气。

在热泵干衣机1000运作一段时间后，干燥腔体120内外潮湿程度差异不大，此时可以采用封闭式风道，以使内部已增温的气体回流至干燥腔体120，不直接排放至外界环境之中，以减少能源的浪费。

控制单元210所进行的控制程序及判断程序与“绝对湿度(humidity ratio)”、“饱和绝对湿度(saturation humidity ratio)”或“相对湿度(relative humidity)”有关。绝对湿度为含水气体的水质量与气体质量的比值。饱和绝对湿度为含水气体在饱和状态的绝对湿度。相对湿度则为绝对湿度与饱和绝对湿度的比值。绝对湿度及相对湿度随着含水程度不同而改变。饱和湿度在某一温度及某一压力下，则为固定值。

控制单元210依据绝对湿度、饱和湿度或相对湿度等资讯可以判断出何时最适合由开放式风道切换为封闭式风道。请参照图2，其绘示干燥效率η_dryer与干燥速率MER的关系图。干燥效率η_dryer等于出口绝对湿度ω_out减去入口绝对湿度ω_in的差值除以出口饱和绝对湿度ω_sat，out减去入口绝对湿度ω_in的差值，即以下第(1)式

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{dryer}}=\frac{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{out}}-{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{in}}}{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{sat},\mathrm{out}}-{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{in}}}$ ............................(1)

简单来说，相同条件下，出口绝对湿度ω_out与入口绝对湿度ω_in差距越大时，干燥效率η_dryer越大。反之，相同条件下，出口绝对湿度ω_out与入口绝对湿度ω_in差距越小时，干燥效率η_dryer越小。热泵干衣机1000刚开始运转时，出口绝对湿度ω_out与入口绝对湿度ω_in差距通常较大。随着干燥腔体120内的衣物越来越干燥时，出口绝对湿度ω_out与入口绝对湿度ω_in差距也会越来越小。所以，随着热泵干衣机1000的运转，干燥效率η_dryer将会逐渐降低。

干燥速率MER为干燥腔体120为每小时所提出的水质量。承上所述，随着热泵干衣机1000的运转，干燥效率η_dryer将会逐渐降低。如图2所示，干燥效率η_dryer逐渐降低时，干燥速率MER也随之降低。

从图2可以得知，预定效率值η^*是个分界线。当干燥效率η_dryer高于预定效率值η^*时，热泵干衣机1000的干燥速率MER以较为平缓的方式递减；当干燥效率η_dryer低于预定效率值η^*时，热泵干衣机1000的干燥速率MER以较为急遽的方式递减。

换言之，当干燥效率η_dryer高于预定效率值η^*时，采用开放式风道，让内部气体排出于热泵干衣机1000外，可充分利用开放式风道高干燥能力的好处。当干燥效率η_dryer低于预定效率值η^*时，采用封闭式风道，让内部的高温气体回流，可保有较佳的能源利用率。

此外，预定效率值η^*会随着不同季节与不同环境等因素的影响而变化。热泵干衣机1000可以在出厂前依据使用需求来调整预定效率值η^*，使得热泵干衣机1000不仅能够获得高干燥能力，也能保有较佳的能源利用率。

以下更以数张流程图详细说明本实施例的热泵干衣机1000的运作方式，然而本发明所述技术领域中具有通常知识者均可了解，本实施例的热泵干衣机1000的运作方式并不局限于以下流程图的说明。

请参照图3，其绘示第一实施例的气体通道P1的控制方法的流程图。首先，在步骤S301中，提供干燥腔体120。

接着，在步骤S303中，控制单元210控制切换单元140将气体通道P1调整为流向D1，使得由干燥腔体120离开的气体排出热泵干衣机1000之外，而形成开放式风道。

然后，在步骤S305中，以第一测量单元410测量入口120a处的一入口温度及一入口相对湿度(inlet relative humidity)。目前常用的湿度计所测量的数值为相对湿度，而通过温度及相对湿度的换算，即可以获得绝对湿度。

接着，在步骤S307中，以第二测量单元420测量出口120b处的一出口温度及一出口相对湿度(outlet relative humidity)。

然后，在步骤S309中，控制单元210依据入口温度及入口相对湿度计算入口绝对湿度ω_in，并依据出口温度及出口相对湿度计算出口绝对湿度ω_out，并依据出口温度计算出口饱和绝对湿度ω_sat，out。

接着，在步骤S311中，控制单元210依据入口绝对湿度ω_in、出口绝对湿度ω_out及出口饱和绝对湿度ω_sat，out计算干燥效率η_dryer。

然后，在步骤S313中，控制单元210判断干燥腔体120的运作是否符合一预定条件。在此步骤中，控制单元210依据入口绝对湿度ω_in、出口绝对湿度ω_out及出口饱和绝对湿度ω_sat，out所计算出的干燥效率η_dryer来进行判断。在本实施例中，若干燥效率η_dryer低于预定效率值η^*，则干燥腔体120的运作符合此预定条件。若干燥效率η_dryer不低于预定效率值η^*，则干燥腔体120的运作不符合此预定条件。

若干燥腔体120的运作符合于预定条件，则进入步骤S315；若干燥腔体120的运作不符合预定条件，则回至步骤S305。

接着，在步骤S315中，控制单元210控制切换单元140将气体通道P1调整为流向D2，使得由干燥腔体120离开的气体回流至干燥腔体120，而形成封闭式风道。

其中，步骤S305～S313是间隔一预定时间(例如是30秒钟)执行一次。

在热泵干衣机1000采用封闭式风道时，冷媒可能过热，导致系统不稳定。本实施例更通过第三测量单元430测量已冷凝的冷媒的一冷媒温度。控制单元210更用以判断冷媒温度是否大于一预定温度值。若冷媒温度不大于预定温度值，则控制单元210维持压缩单元310的运作。若冷媒温度大于预定温度值，则控制单元210停止压缩单元310的运作。如此一来，可以避免热泵干衣机1000采用封闭式风道时，冷媒温度可能过高导致系统跳机的现象。

第二实施例

请参照图4，其绘示第二实施例的热泵干衣机2000的示意图。本实施例的热泵干衣机2000与第一实施例的热泵干衣机1000不同之处在于本实施例的热泵干衣机2000是以散热单元350及切换单元360来改善冷媒过热的情况。

散热单元350用以散热已冷凝的冷媒。本实施例的散热单元350可以采用自然对流为散热机制的被动式散热器，例如是加大散热鳍片的散热器。或者，本实施例的散热单元350也可采用加装对流风扇，以强制对流为散热机制的主动式散热器。

切换单元360用以切换已冷凝的冷媒先流经散热单元350再流向膨胀单元330，或直接流向膨胀单元330。切换单元360例如是一三通阀。

若冷媒温度不大于预定温度值，则控制单元210控制切换单元360将冷媒通道P2切换成流向D3，使得已冷凝的冷媒直接流向膨胀单元330。

若冷媒温度大于预定温度值，则控制单元210控制切换单元360将冷媒通道P2切换成流向D4，使得已冷凝的冷媒先流经散热单元350再流向膨胀单元330。如此一来，可以避免热泵干衣机2000采用封闭式风道时，冷媒温度可能过高的现象。

综上所述，虽然已结合以上诸项实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (12)

1.一种热泵干衣机的控制方法，包括：

提供一干燥腔体，该干燥腔体具有一入口及一出口，该入口具有一入口绝对湿度，该出口具有一出口绝对湿度及一出口饱和绝对湿度；

控制由该干燥腔体离开的一气体排出该热泵干衣机之外；

依据该入口绝对湿度、该出口绝对湿度及该出口饱和绝对湿度，判断该干燥腔体的运作是否符合一预定条件；以及

若该干燥腔体的运作符合该预定条件，则控制由该干燥腔体离开的该气体回流至该干燥腔体。

2.如权利要求1所述的热泵干衣机的控制方法，还包括：

测量该入口处的一入口温度及一入口相对湿度；

测量该出口处的一出口温度及一出口相对湿度；以及

依据该入口温度及该入口相对湿度计算该入口绝对湿度，并依据该出口温度及该出口相对湿度计算该出口绝对湿度，并依据该出口温度计算该出口饱和绝对湿度。

3.如权利要求1所述的热泵干衣机，其中一干燥效率等于该出口绝对湿度减去该入口绝对湿度的差值除以该出口饱和绝对湿度减去该入口绝对湿度的差值，该判断的步骤是依据该干燥效率判断该干燥腔体的运作是否符合该预定条件。

4.如权利要求3所述的热泵干衣机的控制方法，其中在该判断的步骤中，若该干燥效率低于一预定效率值，则该干燥腔体的运作符合该预定条件。

5.如权利要求3所述的热泵干衣机的控制方法，其中该判断的步骤是间隔一预定时间执行一次。

6.一种热泵干衣机，包括：

干燥腔体，具有一入口及一出口，该入口具有一入口绝对湿度，该出口具有一出口绝对湿度及一出口饱和绝对湿度；

第一切换单元，用以切换由该干燥腔体离开的一气体排出该热泵干衣机之外或回流至该干燥腔体；以及

控制单元，依据该入口绝对湿度、该出口绝对湿度及该出口饱和绝对湿度判断该干燥腔体的运作是否符合一预定条件；

其中，若该干燥腔体的运作未符合该预定条件，则该控制单元控制该第一切换单元，使得由该干燥腔体离开的该气体排出该热泵干衣机之外；

若该干燥腔体的运作符合该预定条件，则该控制单元控制该第一切换单元，使得由该干燥腔体离开的该气体回流至该干燥腔体。

7.如权利要求6所述的热泵干衣机，还包括：

第一测量单元，用以测量该入口处的该入口温度及一入口相对湿度；以及

第二测量单元，用以测量该出口处的该出口温度及一出口相对湿度；

其中该控制单元是依据该入口温度及该入口相对湿度计算该入口绝对湿度，并依据该出口温度及该出口相对湿度计算该出口绝对湿度，并依据该出口温度计算出该出口饱和绝对湿度。

8.如权利要求6所述的热泵干衣机，其中该控制单元是依据该入口绝对湿度、该出口绝对湿度及该出口饱和绝对湿度计算一干燥效率，该干燥效率等于该出口绝对湿度减去该入口绝对湿度的差值除以该出口饱和绝对湿度减去该入口绝对湿度的差值，该控制单元是依据该干燥效率判断该干燥腔体的运作是否符合该预定条件。

9.如权利要求8所述的热泵干衣机，其中该控制单元是判断该干燥效率是否低于一预定效率值，若该干燥效率低于该预定效率值，则该干燥腔体的运作符合该预定条件。

10.如权利要求6所述的热泵干衣机，其中该控制单元是间隔一预定时间执行一次。

11.如权利要求6所述的热泵干衣机，还包括：

压缩单元，用以压缩一冷媒；

冷凝单元，用以冷凝已压缩的该冷媒；

膨胀单元，用以减压已冷凝的该冷媒；

蒸发单元，用以蒸发已减压的该冷媒；以及

第三测量单元，用以测量已冷凝的该冷媒的一冷媒温度；

其中，该控制单元更用以判断该冷媒温度是否大于一预定温度值；

若该冷媒温度不大于该预定温度值，则该控制单元维持该压缩单元的运作；

若该冷媒温度大于该预定温度值，则该控制单元停止该压缩单元的运作。

12.如权利要求6所述的热泵干衣机，还包括：

压缩单元，用以压缩一冷媒；

冷凝单元，用以冷凝已压缩的该冷媒；

膨胀单元，用以减压已冷凝的该冷媒；

蒸发单元，用以蒸发已减压的该冷媒；

散热单元，用以散热已冷凝的该冷媒；

第三测量单元，用以测量已冷凝的该冷媒的一冷媒温度；以及

第二切换单元，用以切换已冷凝的该冷媒先流经该散热单元再流向该膨胀单元，或直接流向该膨胀单元；以及

其中，该控制单元更用以判断该冷媒温度是否大于一预定温度值；

若该冷媒温度不大于该预定温度值，则该控制单元控制该第二切换单元，使得已冷凝的该冷媒直接流向该膨胀单元；

若该冷媒温度大于该预定温度值，则该控制单元控制该第二切换单元，使得已冷凝的该冷媒先流经该散热单元再流向该膨胀单元。

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