JP2001263950A - Open type air cycle drying system - Google Patents
Open type air cycle drying systemInfo
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- Detail Structures Of Washing Machines And Dryers (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、乾燥空間より排出
される高温高湿度の空気から一部の熱を回収し、エネル
ギー効率を高めた乾燥システムに関するものであり、特
に衣類乾燥システムとして優れた効果を奏するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a drying system which recovers a part of heat from high-temperature and high-humidity air discharged from a drying space to improve energy efficiency, and is particularly excellent as a clothes drying system. It is effective.
【0002】[0002]
【従来の技術】乾燥ドラムの排出空気から潜熱を中心に
熱回収し、エネルギー効率を向上させた衣類乾燥サイク
ルとして、特開平3−218800号公報に開示された
衣類乾燥機が知られている。2. Description of the Related Art A clothes drying cycle disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-218800 is known as a clothes drying cycle in which latent heat is recovered mainly from air discharged from a drying drum to improve energy efficiency.
【0003】この衣類乾燥機について図6を用いて説明
すると、図において、1は乾燥ドラム、10は熱回収用
熱交換器、11は冷却用熱交換器、12は加熱器、13
は乾燥用送風機、14は冷却用送風機、8は室内から取
り込まれた乾燥用空気、9は乾燥ドラムからの排出空
気、15は冷却空気である。[0003] This clothes dryer will be described with reference to Fig. 6. In the figure, 1 is a drying drum, 10 is a heat recovery heat exchanger, 11 is a cooling heat exchanger, 12 is a heater, 13
Is a blower for drying, 14 is a blower for cooling, 8 is drying air taken in from the room, 9 is exhaust air from the drying drum, and 15 is cooling air.
【0004】室内から取り込まれた乾燥用空気8は、熱
回収用熱交換器10において乾燥ドラム1からの排出空
気9と熱交換し、乾燥用送風機13を通じ、加熱器12
において相対湿度の低い高温空気となり、乾燥ドラム1
へ導入される。ドラム内部において、被乾燥物である衣
類から水分の蒸発を促した乾燥用空気8は、蒸発潜熱に
よる温度低下と飽和付近まで湿度上昇した高温高湿度の
排出空気9となって乾燥ドラム1より排出される。The drying air 8 taken in from the room exchanges heat with the air 9 discharged from the drying drum 1 in a heat recovery heat exchanger 10 and passes through a drying blower 13 to a heater 12.
Becomes high temperature air with low relative humidity,
Is introduced to Inside the drum, the drying air 8 that promotes the evaporation of moisture from the clothes to be dried is discharged from the drying drum 1 as high-temperature, high-humidity exhaust air 9 whose temperature has dropped due to the latent heat of evaporation and the humidity has increased to near saturation. Is done.
【0005】排出空気9は、前述の熱交換器10におい
て、室内から取り入れられた乾燥用空気8により冷却さ
れ、乾燥ドラム1で蒸発した水蒸気の一部を凝縮する。
さらに、排出空気9は、熱交換器10において室内より
導入した冷却器11により室温近傍まで冷却され、残り
の水分を凝縮した後、室内へ排出される。The discharged air 9 is cooled by the drying air 8 taken in from the room in the heat exchanger 10 and condenses a part of the water vapor evaporated by the drying drum 1.
Further, the discharged air 9 is cooled to near room temperature by the cooler 11 introduced from the room in the heat exchanger 10, and after condensing remaining moisture, is discharged to the room.
【0006】以上のサイクルにおいて、熱回収用熱交換
器10では、排出空気9が乾燥ドラム1で蒸発した水蒸
気の一部を凝縮するため、乾燥用空気8には顕熱と凝縮
潜熱が回収され乾燥のエネルギー効率を高めることが可
能となる。In the above cycle, in the heat recovery heat exchanger 10, the discharged air 9 condenses a part of the water vapor evaporated in the drying drum 1, so that the drying air 8 recovers the sensible heat and the latent heat of condensation. It becomes possible to increase the energy efficiency of drying.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上記特開平3−218
800号公報に開示された方法による衣類乾燥機の仕様
は、例えば以下のようである。 外気の温湿度条件 :25℃、50%RH(相対湿度) 乾燥ドラム入口温度 :120℃ 定率乾燥状態での乾燥速度:70g/min (水分の蒸発速度) 以上のような条件の下で、室外への排出空気温湿度を3
0℃、100%RHと定めたとき、衣類乾燥機の運転状
態を解析すると、図6に示したとおり、次のようにな
る。SUMMARY OF THE INVENTION The above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-218 is disclosed.
The specification of the clothes dryer according to the method disclosed in Japanese Patent Publication No. 800 is as follows, for example. Temperature and humidity conditions of outside air: 25 ° C., 50% RH (relative humidity) Drying drum inlet temperature: 120 ° C. Drying rate in a constant-rate drying state: 70 g / min (evaporation rate of water) Under the above conditions, outdoor Air temperature and humidity to the
When the operating state of the clothes dryer is analyzed when 0 ° C. and 100% RH are determined, the following results are obtained as shown in FIG.
【0008】25℃で取込まれた乾燥用空気8は、熱回
収用熱交換器10で排出空気9との熱交換で35℃まで
昇温され、送風機13を通過した後で加熱器12により
仕様で示した120℃、0.8%RHまで温度を高め、
乾燥ドラム1に送り込まれる。乾燥ドラム1内部におい
て被乾燥物からの水分の蒸発を促した空気は、その蒸発
潜熱により温度低下し39℃、100%RHの排出空気
9となつて、乾燥ドラムより排出される。The drying air 8 taken in at 25 ° C. is heated to 35 ° C. by heat exchange with the discharged air 9 in a heat recovery heat exchanger 10, passed through a blower 13 and then heated by a heater 12. Raise the temperature to 120 ° C, 0.8% RH as shown in the specifications,
It is sent to the drying drum 1. The air that has promoted the evaporation of water from the material to be dried inside the drying drum 1 is discharged from the drying drum as discharged air 39 of 39 ° C. and 100% RH due to its latent heat of vaporization.
【0009】その後、前述の熱回収用熱交換器10によ
り潜熱の放出を行い、38℃、100%RHまで冷却さ
れた後、冷却用熱交換器11において冷却空気15との
熱交換により30℃まで温度低下させ、外気に放出され
る。ここで、冷却用空気の入口温度は25℃、出口温度
は34℃である。Thereafter, the latent heat is released by the heat recovery heat exchanger 10 described above, and after cooling to 38 ° C. and 100% RH, the heat is exchanged with the cooling air 15 in the cooling heat exchanger 11 to 30 ° C. The temperature is lowered until it is released to the outside air. Here, the inlet temperature of the cooling air is 25 ° C., and the outlet temperature is 34 ° C.
【0010】上述の運転状態で衣類乾燥を行うとき、乾
燥速度70g/minの仕様を満たす上で必要となる乾
燥用空気8の風量は1.54m3 /minであり、この
とき25℃の外気を120℃まで熱するのに要する総熱
量は3195Wである。このうち熱回収用熱交換器10
において334Wが排出空気より熱回収され、残りの熱
量は加熱器12から補わなければならない。このことか
ら、排出空気から回収された熱量は、乾燥用空気を加熱
するのに必要な熱量の10%程度に過ぎないことが分か
る。When the clothes are dried in the above operating condition, the air volume of the drying air 8 required to satisfy the specification of the drying speed of 70 g / min is 1.54 m 3 / min. The total amount of heat required to heat to 120 ° C. is 3195 W. Among them, heat recovery heat exchanger 10
In this case, 334 W is recovered from the exhaust air, and the remaining heat must be supplied from the heater 12. This indicates that the amount of heat recovered from the exhaust air is only about 10% of the amount of heat required to heat the drying air.
【0011】そこで、本発明においては、排出空気から
の熱回収量を増大せしめ、エネルギー効率の高い乾燥シ
ステムを提供することを目的とする。Accordingly, it is an object of the present invention to provide a drying system having high energy efficiency by increasing the amount of heat recovered from exhaust air.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明者が種々検討した結果、上記乾燥システムに
おける熱回収量が低い原因として、熱回収熱交換器10
での熱回収方法が、39℃の排出空気9が潜熱として放
出する熱を、室内から導入された25℃の乾燥用空気8
が顕熱として受け取るというものであり、しかも、熱交
換する二流体の温度差が14℃と小さく、熱回収量その
ものを多く受け取れない点にあることを見出して本発明
を完成させるに至ったものである。As a result of various studies conducted by the present inventor to achieve the above object, the cause of the low heat recovery amount in the drying system is that the heat recovery heat exchanger 10
The method of recovering heat at room temperature uses heat discharged from the exhaust air 9 at 39 ° C. as latent heat and drying air 8 at 25 ° C. introduced from the room.
To receive the heat as sensible heat, and found that the temperature difference between the two fluids that exchange heat was as small as 14 ° C., and that the heat recovery amount itself could not be received so much that the present invention was completed. It is.
【0013】すなわち、本発明に係る開放型エアサイク
ル乾燥システムは、空気を作動媒体とし、乾燥のエネル
ギー効率を向上させるために室温より低温の熱源を得て
排出空気から熱回収し、その回収熱を乾燥に必要な高温
空気に熱輸送するような構成を採用し、具体的には、乾
燥室と、乾燥用空気として外気を取入れて乾燥室に導入
する空気導入路と、空気導入路に設置されて乾燥用空気
を加熱する熱源と、乾燥室から空気を排出する空気排出
路と、乾燥室から排出される排出空気と乾燥用空気との
間で熱交換する熱交換器とを備え、空気導入路における
熱交換器の上流側に、乾燥用空気を膨脹させて温度低下
させるための膨脹機を設けたことを特徴とする。That is, the open-type air cycle drying system according to the present invention uses air as a working medium, obtains a heat source at a temperature lower than room temperature to improve the energy efficiency of drying, recovers heat from exhaust air, and recovers the recovered heat. Is installed in a drying chamber, an air introduction path that takes in outside air as drying air and introduces it into the drying chamber, and an air introduction path. A heat source for heating the dried air, an air discharge path for discharging air from the drying chamber, and a heat exchanger for exchanging heat between the discharged air discharged from the drying chamber and the drying air. On the upstream side of the heat exchanger in the introduction path, there is provided an expander for expanding the drying air to lower the temperature.
【0014】上記構成によれば、空気導入路を流れる加
熱用空気を膨脹機で断熱膨脹させて温度低下させた後、
熱交換器において排出空気と熱交換させるため、室温か
ら温度低下した分だけ顕熱として加熱用空気が受け取る
ことのできる熱量を増大させることが可能となる。した
がって、排出空気が潜熱として放出する大量の熱を効率
よく回収することができる。According to the above configuration, after the heating air flowing through the air introduction path is adiabatically expanded by the expander to lower the temperature,
Since heat is exchanged with the exhaust air in the heat exchanger, the amount of heat that can be received by the heating air as sensible heat can be increased by an amount corresponding to a temperature decrease from room temperature. Therefore, a large amount of heat released from the discharged air as latent heat can be efficiently recovered.
【0015】また、乾燥システムとしての熱効率を高め
るには、上述のように、排出空気からの熱回収量を増大
させるほかに、空気導入路において、膨脹機と熱交換器
との間に気液分離器を設ける構成を採用することもでき
る。In order to enhance the thermal efficiency of the drying system, as described above, in addition to increasing the amount of heat recovered from the exhaust air, a gas-liquid connection between the expander and the heat exchanger in the air introduction passage is made. A configuration in which a separator is provided may be employed.
【0016】すなわち、膨張機から吐出される空気は、
温度低下により露点または凝固点以下に達するため空気
中の水蒸気が結露し、凝固点に達する場合には一部が凍
結したシャーベット状の水を含む飽和湿り空気となる。That is, the air discharged from the expander is
Since the temperature drops below the dew point or freezing point due to the temperature drop, water vapor in the air is condensed. When the freezing point is reached, saturated moist air containing partially frozen sherbet-like water is formed.
【0017】そこで、膨脹機と熱交換器との間に気液分
離器を設置すれば、気液分離器により乾燥用空気中で結
露した水分又は凝固した氷を除去することが可能とな
り、乾燥室に導入される空気の絶対湿度を低減し、乾燥
速度を早める効果を有すると同時に、熱回収熱交換器中
の空気導入路における伝熱面の湿り損失が減少するため
に乾燥システム全体の熱効率を高めることが可能とな
る。Therefore, if a gas-liquid separator is installed between the expander and the heat exchanger, it is possible to remove moisture condensed in the drying air or solidified ice by the gas-liquid separator, and It has the effect of reducing the absolute humidity of the air introduced into the room and increasing the drying speed, and at the same time, reducing the heat loss of the heat transfer surface in the air introduction path in the heat recovery heat exchanger, so that the overall thermal efficiency of the drying system Can be increased.
【0018】膨脹機は、加熱用空気を断熱膨脹させて温
度低下させるものであれば、その構造について特に限定
されるものではなく、膨脹弁、エジェクタ、膨脹タービ
ン等が例示できる。また、膨脹機による空気の膨脹過程
において、膨脹エネルギーが発生するため、この膨脹エ
ネルギーを動力として回収する構成を採用すれば、運転
効率に優れた乾燥システムを提供することが可能とな
る。The structure of the expander is not particularly limited as long as it reduces the temperature by adiabatically expanding the heating air, and examples thereof include an expansion valve, an ejector, and an expansion turbine. Further, in the process of expanding the air by the expander, expansion energy is generated. Therefore, if a configuration for recovering the expansion energy as power is employed, it is possible to provide a drying system having excellent operation efficiency.
【0019】動力を回収するための具体的な構成とし
て、例えば、膨脹機として、モータによって回転駆動す
る膨脹タービンを使用した場合、膨脹タービンは、モー
タの駆動によりタービン羽根車が回転し、乾燥用空気が
ノズルを介して断熱噴流となってタービン羽根車に流入
するように構成されており、膨脹する乾燥用空気の膨脹
エネルギーによって、タービン羽根車を回転させようと
する力が発生するため、モータの消費電力を低減するこ
とができる。As a specific configuration for recovering power, for example, when an expansion turbine that is rotationally driven by a motor is used as an expander, the expansion turbine is driven by a motor so that a turbine impeller rotates, and The motor is configured so that the air becomes an adiabatic jet through the nozzle and flows into the turbine impeller. Power consumption can be reduced.
【0020】また、動力を別の形で回収することも可能
である。例えば、膨脹タービンを駆動させるモータの回
転軸上に、動力回収用のロータを設け、この動力回収用
ロータを発電機用ロータとして、また、圧縮機用ロータ
として使用することが可能となる。It is also possible to recover the power in another way. For example, a power recovery rotor is provided on a rotating shaft of a motor that drives an expansion turbine, and the power recovery rotor can be used as a generator rotor and a compressor rotor.
【0021】熱源としては、乾燥用空気を加熱するもの
であればよく、具体的にはヒーター等を使用することが
できるが、圧縮機を使用すれば、膨脹機によって低温低
圧となった空気を大気圧まで圧力をもどすことが可能で
あるとともに、断熱圧縮により温度上昇させて乾燥室へ
導入することが可能となる。Any heat source may be used as long as it heats the drying air. Specifically, a heater or the like can be used. However, if a compressor is used, the air which has been reduced in temperature and pressure by the expander can be used. The pressure can be returned to the atmospheric pressure, and the temperature can be raised by adiabatic compression to be introduced into the drying chamber.
【0022】さらに、圧縮機を使用する場合、前述のよ
うに、膨脹機と同一のモータで駆動させることができ、
モータの回転数を圧縮機及び膨脹機がともに高効率とな
るように調整することで、モータの消費電力を低減する
ことができる。Further, when the compressor is used, it can be driven by the same motor as the expander, as described above.
By adjusting the rotation speed of the motor so that both the compressor and the expander have high efficiency, the power consumption of the motor can be reduced.
【0023】また、空気導入路において、膨脹機の上流
側に、第二の熱交換器を設けた構成を採用すれば、膨脹
機に導入される空気の温度を高めることで相対湿度を低
下させることができ、空気中の水分の凝縮を防止するこ
とが可能となり、水分が膨脹機内部で凝縮して動力回収
の効率低下を招いたり、さらに凝縮水による静翼、回転
翼のエロージョン損傷を起こすおそれがない。Further, if a configuration is employed in which the second heat exchanger is provided on the air introduction path on the upstream side of the expander, the relative humidity is reduced by increasing the temperature of the air introduced into the expander. Water can be prevented from condensing in the air, and the water condenses inside the expander, causing a reduction in the efficiency of power recovery, and further causing erosion damage to the stationary blades and the rotor blades due to the condensed water. There is no fear.
【0024】また、空気導入路において熱交換器の上流
側に配される膨脹機を二段以上に構成し、各段の間に前
記熱交換器とは別の熱交換器をそれぞれ配した構成を採
用すれば、膨脹機が一段の構成に比べて熱回収効率が高
く、さらに、各段の膨脹機において導入される空気が断
熱膨脹により空気中の水分を凝縮することがないように
膨脹比を設計することで、膨脹機内部における水蒸気の
凝縮による動力回収の効率低下や、凝縮水による静翼、
回転翼のエロージョン損傷を防止することができる。[0024] Further, an expander arranged upstream of the heat exchanger in the air introduction path is constituted in two or more stages, and a heat exchanger different from the heat exchanger is arranged between each stage. If the expander is adopted, the heat recovery efficiency is higher than that of a single-stage expander, and the expansion ratio is adjusted so that the air introduced in each expander does not condense the moisture in the air by adiabatic expansion. By reducing the efficiency of power recovery due to condensation of water vapor inside the expander,
Erosion damage of the rotor can be prevented.
【0025】上述したところの開放型エアサイクル乾燥
システムは、乾燥室より排出される空気からの熱回収の
割合が乾燥に必要となる熱量に対し49%まで高めるこ
とが可能となり、特に衣類乾燥機の乾燥ドラムのような
衣類乾燥用のシステムとして適しているが、その他に
も、例えば、居間、浴室、洗面所、台所あるいは居間な
どの乾燥システムとして適用可能である。また、膨脹機
を使用しているために、従来の衣類乾燥機のような送風
機が不要となり、システムの構造をより簡単なものとす
ることが可能となる。In the open-type air cycle drying system described above, the rate of heat recovery from the air discharged from the drying chamber can be increased to 49% of the amount of heat required for drying. It is suitable as a drying system for clothes such as a drying drum, but it is also applicable as a drying system for a living room, bathroom, washroom, kitchen or living room. In addition, since an expander is used, a blower such as a conventional clothes dryer is not required, and the structure of the system can be simplified.
【0026】[0026]
【発明の実施の形態】[第1の実施の形態]以下、本発
明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、開
放型エアサイクル乾燥システムの第1の実施形態を示す
系統図である。本実施形態における乾燥システムは、衣
類乾燥用としてのシステムであり、乾燥室として衣類を
収納する乾燥ドラム1と、乾燥用空気8として外気を取
入れて乾燥ドラム1に導入する空気導入路16と、乾燥
ドラム1からの排出空気9をシステム外部に排出する空
気排出路17とを備え、空気導入路16と空気排出路1
7とにまたがって熱回収用熱交換器5が配されており、
乾燥ドラム1より排出される高温の排出空気9と低温の
乾燥用空気8との間で熱交換するようになっている。そ
して、空気導入路16には、上流側からエアフィルター
6、膨脹機3、熱交換器5、圧縮機2がそれぞれこの順
に設置されており、膨脹機3と圧縮機2とは同一のモー
タ4によって駆動されるように配されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [First Embodiment] An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a system diagram showing a first embodiment of the open air cycle drying system. The drying system in the present embodiment is a system for drying clothes, a drying drum 1 that stores clothes as a drying chamber, an air introduction path 16 that takes in outside air as drying air 8 and introduces the drying air into the drying drum 1. An air discharge passage 17 for discharging the air 9 discharged from the drying drum 1 to the outside of the system; an air introduction passage 16 and an air discharge passage 1;
7 and a heat exchanger 5 for heat recovery is arranged.
Heat is exchanged between the high-temperature exhaust air 9 discharged from the drying drum 1 and the low-temperature drying air 8. The air filter 16, the expander 3, the heat exchanger 5, and the compressor 2 are installed in this order from the upstream side in the air introduction path 16. The expander 3 and the compressor 2 are the same motor 4. It is arranged to be driven by.
【0027】上記構成において、室内から取入れられた
乾燥用空気8は、膨張機3によって断熱膨脹されて大気
圧以下の低圧低温の空気となって熱交換器5に導入さ
れ、乾燥ドラム1からの排出空気9と熱交換した後、圧
縮機2において大気圧まで圧力をもどし高温常圧となっ
て乾燥ドラム1へ導入される。In the above configuration, the drying air 8 taken in from the room is adiabatically expanded by the expander 3 to become low-pressure low-temperature air at a pressure lower than the atmospheric pressure, introduced into the heat exchanger 5, and supplied from the drying drum 1. After exchanging heat with the discharged air 9, the pressure is returned to the atmospheric pressure in the compressor 2, and the compressed air is introduced into the drying drum 1 at high temperature and normal pressure.
【0028】ここで、大気圧への圧縮仕事に必要となる
動力は、一部は前述の膨張機3における膨張過程におい
て回収された動力を利用し、残りの動力はモータ4から
供給される。Here, part of the power required for the compression work to the atmospheric pressure utilizes the power recovered in the expansion process in the expander 3 described above, and the remaining power is supplied from the motor 4.
【0029】また、ドラム1内部に導入された乾燥用空
気8は、被乾燥物である衣類から水分の蒸発を促した
後、蒸発潜熱による温度低下と飽和付近まで湿度上昇し
たやや低温の排出空気9となって乾燥ドラム1より排出
され、前述の熱交換器5において、低温低圧化された乾
燥用空気8により冷却されることにより、乾燥ドラム1
で蒸発した水蒸気の一部を凝縮し、室内へ排出される。The drying air 8 introduced into the drum 1 promotes the evaporation of water from clothes to be dried, and then the temperature of the air is reduced due to latent heat of evaporation and the humidity is increased to near saturation. 9 and is discharged from the drying drum 1 and cooled by the low-temperature and low-pressure drying air 8 in the above-described heat exchanger 5, whereby the drying drum 1
A part of the water vapor evaporated in is condensed and discharged into the room.
【0030】上記乾燥システムにおいて、熱回収用熱交
換器5は、排出空気9が乾燥ドラム1で蒸発した水蒸気
の一部を凝縮するため、乾燥用空気8には顕熱と凝縮潜
熱が回収され乾燥のエネルギー効率を高める。In the above-mentioned drying system, the heat recovery heat exchanger 5 condenses a part of the water vapor evaporated by the drying drum 1 in the exhaust air 9, so that the sensible heat and the latent heat of condensation are recovered in the drying air 8. Increase energy efficiency of drying.
【0031】乾燥ドラム1は、例えば直径500〜60
0mm程度の円筒形状の静止ドラムと、その内部にあり
側面に空気循環のための小孔を多数もつ回転ドラム、及
び回転ドラムを駆動するドラム用モータにより構成され
る。回転ドラムの内部には、乾燥中の衣類をほぐす機能
を担うバッフルが3〜6本設けられ、ドラム用モータは
制御信号に基づき、例えば一分毎に回転ドラムの正転、
逆転が繰り返されるよう運転される。The drying drum 1 has a diameter of, for example, 500 to 60.
It is composed of a stationary drum having a cylindrical shape of about 0 mm, a rotating drum inside the stationary drum having a number of small holes for air circulation, and a drum motor for driving the rotating drum. Inside the rotary drum, three to six baffles having a function of loosening clothes during drying are provided, and a motor for the drum is driven based on a control signal, for example, every one minute, the normal rotation of the rotary drum,
The operation is performed so that the reverse rotation is repeated.
【0032】圧縮機2、膨張機3は、前述のように一つ
のモータ4により駆動され、圧縮に要する動力の一部を
膨張機3において動力回収する。圧縮機2、膨張機3は
ともに、動力回収が容易な遠心式が用いられている。The compressor 2 and the expander 3 are driven by one motor 4 as described above, and a part of the power required for compression is recovered in the expander 3. Both the compressor 2 and the expander 3 are of a centrifugal type that facilitates power recovery.
【0033】具体的には、膨脹機3として膨脹タービン
が使用されており、図5に示すように、ケーシング18
内にノズル19とタービン羽根車20を収納して構成さ
れている。タービン羽根車20はモータ4の回転軸4a
の一端側に連結され、駆動されるようになっている。More specifically, an expansion turbine is used as the expander 3, and as shown in FIG.
The nozzle 19 and the turbine impeller 20 are housed therein. The turbine impeller 20 is a rotating shaft 4 a of the motor 4.
Is connected to one end side of the camera and is driven.
【0034】このような構成の膨脹機3に乾燥用空気8
が導入されると、先ずノズル19により静圧が動圧に変
換されて膨脹させられる。そして、ノズル19よりター
ビン羽根車20部分に流入した空気は、タービン羽根車
20に回転エネルギーを与えて膨脹機3から流出する。
モータ4の回転軸4aの他端側には圧縮機2が連結され
ており、タービン羽根車20に与えられた回転エネルギ
ーは、そのまま圧縮仕事に利用される。The air for drying 8 is supplied to the expander 3 having such a configuration.
Is introduced, the static pressure is first converted to dynamic pressure by the nozzle 19 and expanded. The air that has flowed into the turbine impeller 20 from the nozzle 19 gives rotational energy to the turbine impeller 20 and flows out of the expander 3.
The compressor 2 is connected to the other end of the rotating shaft 4 a of the motor 4, and the rotational energy given to the turbine impeller 20 is directly used for compression work.
【0035】圧縮機2と膨脹機3とは、両者がともに効
率よく稼働するようにモータ4の回転数が調整されてお
り、したがって、圧縮機2における必要動力に対する膨
張機3における回収動力の割合が高くなるため、モータ
4に要する消費電力を低減することが可能となる。な
お、回転軸4aを支える軸受けは気流中への油分の混入
を防ぐ目的と、高速回転に対応するため気体軸受けが用
いられる。The rotation speed of the motor 4 is adjusted so that both the compressor 2 and the expander 3 operate efficiently. Therefore, the ratio of the recovered power in the expander 3 to the required power in the compressor 2 Therefore, the power consumption required for the motor 4 can be reduced. In addition, a gas bearing is used as a bearing for supporting the rotary shaft 4a for the purpose of preventing oil from being mixed into the airflow and for coping with high-speed rotation.
【0036】熱回収用熱交換器5には、例えば、空気対
空気の対向流型熱交換器が用いられる。アルミ製のプレ
ートにより仕切られた隙間には、常圧の高温空気と低圧
の低温空気が交互に流されることにより、この2流体の
間で熱交換が行われ、2流体が対向する流れであるため
熱交換効率を高めることができる。さらにそれぞれの隙
間にはフィンが挿入され、伝熱面積を広くとることで熱
交換の効率を高め、熱交換器そのものの大きさを小型化
することができる。As the heat recovery heat exchanger 5, for example, an air-to-air counter-flow heat exchanger is used. Heat is exchanged between the two fluids by alternately flowing high-pressure air at normal pressure and low-temperature air at low pressure in a gap partitioned by an aluminum plate, so that the two fluids are opposed to each other. Therefore, the heat exchange efficiency can be improved. Further, fins are inserted into the respective gaps to increase the heat transfer area, thereby increasing the efficiency of heat exchange and reducing the size of the heat exchanger itself.
【0037】エアフィルタ6には空気中に含まれる塵か
ら圧縮機2、膨張機3を保護し、熱交換器の汚れ損失を
防ぐ目的で、粒子径10μm以上の塵を100%除去可
能であることが求められるため、サイクロン集塵器が用
いられる。つまり、取り込まれた空気は壁面に沿って旋
回する流れを形成するため、空気よりも重量の重い塵は
遠心力により上部へ流出する空気から分離し集塵器下部
ヘ沈降する。沈降した塵は捕集部に蓄えられ、この捕集
部を集塵器本体から脱着可能な構造とすることで、メン
テナンス性を向上させることができる。The air filter 6 can protect the compressor 2 and the expander 3 from dust contained in the air and can remove 100% of dust having a particle diameter of 10 μm or more for the purpose of preventing contamination loss of the heat exchanger. Therefore, a cyclone dust collector is used. That is, since the taken-in air forms a swirling flow along the wall surface, dust heavier than the air is separated from the air flowing upward by centrifugal force and settles to the lower part of the dust collector. The settled dust is stored in the collecting section, and the collecting section is configured to be detachable from the dust collector main body, thereby improving maintainability.
【0038】また、サイクロン集塵器は、同程度の集塵
能力を持つろ過フィルタによる集塵方法に比べ、低圧力
損失であるため、乾燥サイクルを駆動するモータ4に対
する負荷を低減し低消費電力とすることが可能となる。Further, since the cyclone dust collector has a lower pressure loss than a dust collecting method using a filter having the same level of dust collecting capability, the load on the motor 4 for driving the drying cycle is reduced, and the power consumption is reduced. It becomes possible.
【0039】気液分離器7は、前述のサイクロン集塵器
と同様の原理による遠心式気液分離器が用いられる。つ
まり、取り込まれた空気は壁面に沿つて旋回する流れを
形成するため、空気よりも重量の重い水は遠心力により
壁面に衝突し失速するため空気流から分離され、空気排
出部の近くに設けられた液排出溝から、一時レシーバタ
ンクに送り込まれたのち、ドレン排出流路より排出され
る。As the gas-liquid separator 7, a centrifugal gas-liquid separator based on the same principle as the above-mentioned cyclone dust collector is used. In other words, the entrapped air forms a flow that swirls along the wall surface, so water heavier than the air collides with the wall surface due to centrifugal force and stalls, so it is separated from the air flow and provided near the air discharge section. The liquid is temporarily fed into the receiver tank from the liquid discharge groove and then discharged from the drain discharge flow path.
【0040】ここまでに示した方法によって衣類乾燥機
を構成するとき、例えばその仕様を従来のもと同じくす
ると、以下のようである。 外気の温湿度条件 :25℃、50%RH 乾燥ドラム入口温度 :120℃ 定率乾燥状態での乾燥速度:70g/min (水分の蒸発速度) 以上の条件の下で、圧縮機の断熱効率が77%、膨張機
の断熱効率が75%であるとき、衣類乾燥機の運転状態
を解析すると図1に示したとおり、次のようになる。When the clothes dryer is constructed by the above-described method, for example, if the specifications are the same as before, it is as follows. Temperature and humidity conditions of outside air: 25 ° C., 50% RH Drying drum inlet temperature: 120 ° C. Drying rate in a constant rate drying state: 70 g / min (moisture evaporation rate) Under the above conditions, the heat insulating efficiency of the compressor is 77. %, And when the heat insulating efficiency of the expander is 75%, the operating state of the clothes dryer is analyzed as shown in FIG.
【0041】外気より25℃で取り込まれた乾燥用空気
8は、膨張機3において48kPa(abs)まで減圧
されると、断熱膨張により出口で−4℃の空気となる。
この空気は、凝固点以下に達するため空気中の水蒸気が
結露し、一部が凍結したシャーベット状の水を含む飽和
湿り空気となる。When the drying air 8 taken in from outside air at 25 ° C. is reduced to 48 kPa (abs) in the expander 3, it becomes air at −4 ° C. at the outlet due to adiabatic expansion.
Since this air reaches a temperature below the freezing point, water vapor in the air is condensed and becomes saturated humid air containing partially frozen sherbet-like water.
【0042】この空気は続く熱回収用熱交換器5におい
て39℃の排出空気9と熱交換し、排出空気8が潜熱と
して放出する熱を、熱交換器の上流部分で融解熱、蒸発
熱といった潜熱、他の部分では顕熱として受け取って、
33℃まで昇温された後、圧縮機2において大気圧まで
圧力回復し、そこでの圧縮仕事によって仕様の120
℃、0.8%RHまで昇温し、乾燥ドラム1に流入す
る。This air exchanges heat with the exhaust air 9 at 39 ° C. in the subsequent heat recovery heat exchanger 5, and the heat released by the exhaust air 8 as latent heat is transferred to the upstream part of the heat exchanger such as heat of fusion and heat of evaporation. Latent heat, other parts receive as sensible heat,
After the temperature was raised to 33 ° C., the pressure was restored to the atmospheric pressure in the compressor 2, and the compression work there caused the work to reach the specified 120 ° C.
The temperature is raised to 0.8 ° C. and 0.8% RH, and flows into the drying drum 1.
【0043】乾燥ドラム1の内部において、被乾燥物か
らの水分の蒸発を促した空気は、その蒸発潜熱により温
度低下し39℃、100%RHの排出空気9となって乾
燥ドラム1より排出される。その後、前述の熱回収用熱
交換器5において−4℃の低圧空気との熱交換により3
0℃まで温度低下した排出空気9は、その温度低下で凝
縮した水分が気液分離器7において除去された後、外気
に放出される。Inside the drying drum 1, the air which has promoted the evaporation of water from the material to be dried is lowered in temperature by the latent heat of evaporation, and is discharged from the drying drum 1 as discharged air 9 at 39 ° C. and 100% RH. You. Thereafter, the heat is exchanged with low-pressure air at -4 ° C. in the heat recovery heat exchanger 5 described above.
The discharged air 9 whose temperature has dropped to 0 ° C. is discharged to the outside air after the water condensed by the temperature drop is removed in the gas-liquid separator 7.
【0044】ここまでに示した運転状態で衣類乾燥を行
うとき、乾燥速度70g/minの仕様を満たすために
必要となる乾燥用空気8の風量は、1.54m3 /mi
nであり、このとき25℃の外気を120℃まで昇温す
るのに要するエネルギーは3195Wであり、このうち
熱交換器5において1574Wが回収される。このこと
から、排出ガスから回収された熱量は、要求される熱量
の49%にまで達することになる。When the clothes are dried in the above-described operation state, the amount of the drying air 8 required to satisfy the specification of the drying speed of 70 g / min is 1.54 m 3 / mi.
n, and the energy required to raise the temperature of the outside air at 25 ° C. to 120 ° C. at this time is 3195 W, of which 1574 W is recovered in the heat exchanger 5. Thus, the amount of heat recovered from the exhaust gas reaches up to 49% of the required amount of heat.
【0045】これは、前述の仕様を同じくする従来の熱
回収方法に比べ、約5倍の熱回収能力が得られることを
示している。This indicates that a heat recovery capacity approximately five times that of the conventional heat recovery method having the same specifications can be obtained.
【0046】また、48kPa(abs)まで減圧を行
ってから常圧まで復帰させるために膨脹機3及び圧縮機
2で要する動力は2825Wであり、これに対しその直
前の流路において膨張機3で1642Wの動力が膨張仕
事として回収されるため、圧縮機2と膨張機3を結ぶモ
ータに要求される動力は、前者より後者を差し引いて1
183Wであり、例えばモータの効率が70%であるな
ら、衣類乾燥機の運転に要求される消費電力は1690
Wであり、前述した従来の衣類乾燥機の運転に要する2
861Wの消費電力に対し、41%のエネルギー削減が
可能となる。The power required by the expander 3 and the compressor 2 for reducing the pressure to 48 kPa (abs) and then returning to normal pressure is 2825 W, whereas the power required by the expander 3 in the flow path immediately before the pressure is 2825 W. Since the power of 1642 W is recovered as expansion work, the power required for the motor connecting the compressor 2 and the expander 3 is 1 by subtracting the latter from the former.
183 W, for example, if the efficiency of the motor is 70%, the power consumption required to operate the clothes dryer is 1690
W, which is required for the operation of the above-mentioned conventional clothes dryer 2
With respect to the power consumption of 861 W, the energy can be reduced by 41%.
【0047】以上の数値解析で用いた圧縮機2、膨張機
3は高効率であることが要求されるため、例えば圧縮機
で60〜64mm、膨張機で39〜43mmのインペラ
径となる羽根を、100000〜120000rpmの
速度で回転するモータにより駆動することが望ましい。Since the compressor 2 and the expander 3 used in the above numerical analysis are required to have high efficiency, for example, a blade having an impeller diameter of 60 to 64 mm for the compressor and 39 to 43 mm for the expander is used. , It is desirable to drive with a motor rotating at a speed of 100,000 to 120,000 rpm.
【0048】[第2の実施の形態]図2は、第2の実施
形態である開放型エアサイクル乾燥システムを示す系統
図である。本実施形態においては、第1の実施形態の構
成に加えて、さらに、膨張機3出口から熱回収熱交換器
5に通ずる空気導入路16に気液分離器7を設けた点に
特徴があり、これにより、乾燥用空気8から結露した水
分又は凝固した氷が除去される構造となっている。[Second Embodiment] FIG. 2 is a system diagram showing an open-type air cycle drying system according to a second embodiment. The present embodiment is characterized in that, in addition to the configuration of the first embodiment, a gas-liquid separator 7 is further provided in an air introduction passage 16 that leads from the outlet of the expander 3 to the heat recovery heat exchanger 5. Thus, a structure is provided in which moisture condensed from the drying air 8 or solidified ice is removed.
【0049】すなわち、空気導入路16の上流側から、
膨脹機3、気液分離器7、熱交換器5がそれぞれこの順
に配置されており、膨脹機3で温度低下された乾燥用空
気8は、気液分離器7で結露した水分又は凝固した氷が
除去され、空気の絶対湿度が低下して乾燥速度を早める
と同時に、熱交換器5中の空気導入路における伝熱面の
湿り損失が減少するため、乾燥システム全体の熱効率を
高めることが可能となる。That is, from the upstream side of the air introduction passage 16,
The expander 3, the gas-liquid separator 7, and the heat exchanger 5 are arranged in this order, and the drying air 8 whose temperature has been reduced by the expander 3 removes moisture condensed in the gas-liquid separator 7 or solidified ice. Is removed, the absolute humidity of the air is reduced and the drying speed is increased, and at the same time, the wet loss of the heat transfer surface in the air introduction path in the heat exchanger 5 is reduced, so that the thermal efficiency of the entire drying system can be increased Becomes
【0050】[第3の実施形態]図3は、第3の実施形
態である開放型エアサイクル乾燥システムを示す系統図
である。本実施形態においては、第1の実施形態の構成
に加えて、さらに、空気導入路16において膨脹機3の
上流側に排出空気9から熱回収するための第二の熱交換
器5aを設けた点に特徴があり、これにより、膨脹機3
に導入される乾燥用空気8の温度を予め高めることで相
対湿度を低下させ、膨脹機3内部における水蒸気の凝縮
を防止する構造となっている。[Third Embodiment] FIG. 3 is a system diagram showing an open type air cycle drying system according to a third embodiment. In the present embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, a second heat exchanger 5a for recovering heat from the exhaust air 9 is further provided upstream of the expander 3 in the air introduction path 16. Is characterized by the fact that the expander 3
The structure is such that the relative humidity is reduced by increasing the temperature of the drying air 8 introduced into the expansion device 3 in advance, and condensation of water vapor inside the expander 3 is prevented.
【0051】したがって、水蒸気の凝縮による動力回収
の効率低下を防止するとともに、凝縮水による静翼、回
転翼のエロージョン損傷を防止することが可能となる。Therefore, it is possible to prevent the efficiency of power recovery from being reduced due to the condensation of water vapor, and to prevent erosion damage of the stationary blade and the rotary blade due to the condensed water.
【0052】[第4の実施形態]図4は、第4の実施形
態である開放型エアサイクル乾燥システムを示す系統図
である。本実施形態では、乾燥用空気8を徐々に膨脹さ
せるために第1の実施形態における膨脹機3を多段に構
成し、各段の間に熱交換器5とは別に排出空気9から熱
回収するための熱交換器5bをそれぞれ配したことを特
徴としている。[Fourth Embodiment] FIG. 4 is a system diagram showing an open-type air cycle drying system according to a fourth embodiment. In this embodiment, the expander 3 in the first embodiment is configured in multiple stages to gradually expand the drying air 8, and heat is recovered from the exhaust air 9 separately from the heat exchanger 5 between each stage. And a heat exchanger 5b for each.
【0053】各段の膨張機3は、導入される空気が断熱
膨張により空気中の水分を凝縮することがないよう膨張
比が設計される。The expansion ratio of each stage of the expander 3 is designed so that the introduced air does not condense water in the air due to adiabatic expansion.
【0054】また、各段の膨脹機3で膨張した空気は相
対湿度が飽和に近づくため、熱回収用熱交換器5bにお
いて温度を高めることで相対湿度の低い空気に再生され
る。これを繰り返すことにより、排出空気9から効率よ
く熱を回収しつつ、膨張機3内部における水蒸気の凝縮
による動力回収の効率低下を防ぎ、さらに凝縮水による
静翼、回転翼のエロージョン損傷を防止することが可能
となる。Since the relative humidity of the air expanded by the expanders 3 of each stage approaches saturation, the air is regenerated into low relative humidity air by increasing the temperature in the heat recovery heat exchanger 5b. By repeating this process, while efficiently recovering heat from the exhaust air 9, the efficiency of power recovery due to the condensation of water vapor inside the expander 3 is prevented, and the erosion damage of the stationary blades and the rotor blades due to the condensed water is prevented. It becomes possible.
【0055】[0055]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、乾燥室より排出される高温の排出空気と膨脹
機によって低温低圧化された乾燥用空気との間で熱交換
することにより、室温から温度低下した分だけ顕熱とし
て加熱用空気が受け取ることのできる熱量を増大させる
ことが可能となり、乾燥システム全体のエネルギー効率
を高めることができる。As is apparent from the above description, according to the present invention, heat is exchanged between high-temperature exhaust air discharged from the drying chamber and drying air reduced in temperature and pressure by the expander. The amount of heat that can be received by the heating air as sensible heat can be increased by an amount corresponding to a temperature decrease from room temperature, and the energy efficiency of the entire drying system can be increased.
【0056】また、空気導入路において膨脹機と熱交換
器との間に気液分離器を設けることで、乾燥室に導入さ
れる空気の絶対湿度を低減し、乾燥速度を早め、乾燥シ
ステム全体の熱効率を高めることが可能となる。Further, by providing a gas-liquid separator between the expander and the heat exchanger in the air introduction passage, the absolute humidity of the air introduced into the drying chamber is reduced, the drying speed is increased, and the entire drying system is increased. It is possible to increase the thermal efficiency.
【0057】さらに、膨脹機として膨脹タービンを、熱
源として圧縮機をそれぞれ使用し、同一のモータに連結
して駆動させることにより、両者を効率よく稼働させる
ことが可能となり、さらに、膨脹機で発生する空気の膨
脹エネルギーをそのまま圧縮仕事に利用することができ
るため、モータの消費電力を低減することが可能とな
る。Further, by using an expansion turbine as an expander and a compressor as a heat source and connecting them to the same motor and driving them, it is possible to operate both of them efficiently, and further, the generation of the expander Since the expansion energy of the generated air can be used as it is for the compression work, the power consumption of the motor can be reduced.
【0058】また、膨脹機に導入する乾燥用空気の温度
又は膨脹比を調整することにより、膨張機内部における
水蒸気の凝縮による動力回収の効率低下を防ぎ、さらに
凝縮水による静翼、回転翼のエロージョン損傷を防止す
ることが可能となる。Further, by adjusting the temperature or expansion ratio of the drying air introduced into the expander, the efficiency of power recovery due to the condensation of water vapor inside the expander is prevented, and the stationary blades and the rotary blades are further prevented from being condensed. Erosion damage can be prevented.
【図1】第1の実施の形態である開放型エアサイクル乾
燥システムを示す系統図FIG. 1 is a system diagram showing an open type air cycle drying system according to a first embodiment;
【図2】第2の実施の形態である開放型エアサイクル乾
燥システムを示す系統図FIG. 2 is a system diagram showing an open air cycle drying system according to a second embodiment.
【図3】第3の実施の形態である開放型エアサイクル乾
燥システムを示す系統図FIG. 3 is a system diagram showing an open type air cycle drying system according to a third embodiment;
【図4】第4の実施の形態である開放型エアサイクル乾
燥システムを示す系統図FIG. 4 is a system diagram showing an open-type air cycle drying system according to a fourth embodiment;
【図5】膨脹タービンの断面図FIG. 5 is a sectional view of an expansion turbine.
【図6】従来の衣類乾燥機を示す系統図FIG. 6 is a system diagram showing a conventional clothes dryer.
1 乾燥ドラム 2 圧縮機 3 膨脹機 4 モータ 5 熱交換器 7 気液分離器 8 乾燥用空気 9 排出空気 16 空気導入路 17 空気排出路 REFERENCE SIGNS LIST 1 drying drum 2 compressor 3 expander 4 motor 5 heat exchanger 7 gas-liquid separator 8 drying air 9 discharge air 16 air introduction path 17 air discharge path
Claims (8)
れて前記乾燥室に導入する空気導入路と、該空気導入路
に設置されて前記乾燥用空気を加熱する熱源と、前記乾
燥室から空気を排出する空気排出路と、前記乾燥室から
排出される排出空気と前記乾燥用空気との間で熱交換す
る熱交換器とを備えた乾燥システムにおいて、前記空気
導入路における前記熱交換器の上流側に、前記乾燥用空
気を膨脹させて温度低下させるための膨脹機を設けたこ
とを特徴とする開放型エアサイクル乾燥システム。1. A drying chamber, an air introduction path for taking in outside air as drying air and introducing the drying air into the drying chamber, a heat source installed in the air introduction path to heat the drying air, and In a drying system comprising: an air discharge path for discharging air; and a heat exchanger for exchanging heat between the discharge air discharged from the drying chamber and the drying air, the heat exchanger in the air introduction path. An open type air cycle drying system, characterized in that an expander for expanding the drying air to lower the temperature is provided upstream of the air drying system.
熱交換器との間に気液分離装置を設けたことを特徴とす
る請求項1記載の開放型エアサイクル乾燥システム。2. The open air cycle drying system according to claim 1, wherein a gas-liquid separator is provided between the expander and the heat exchanger in the air introduction path.
2記載の開放型エアサイクル乾燥システム。3. The open air cycle drying system according to claim 1, wherein the heat source is a compressor.
の膨脹エネルギーを利用してその一部を動力として回収
することを特徴とする請求項1、2又は3記載の開放型
エアサイクル乾燥システム。4. The open-type air cycle drying system according to claim 1, wherein a part of the air is recovered as power by using expansion energy of drying air expanded in the expander.
膨脹タービンを駆動させるモータの回転軸に動力回収用
ロータが形成され、前記モータの駆動により前記膨脹タ
ービンにおいて発生する乾燥用空気の膨脹エネルギー
を、前記膨脹タービンの回転エネルギーに変換して前記
ロータの回転動力として利用することを特徴とする請求
項1、2又は3記載の開放型エアサイクル乾燥システ
ム。5. The expansion machine is an expansion turbine, a power recovery rotor is formed on a rotating shaft of a motor for driving the expansion turbine, and expansion of drying air generated in the expansion turbine by driving the motor. 4. The open-type air cycle drying system according to claim 1, wherein energy is converted into rotational energy of the expansion turbine and used as rotational power of the rotor.
流側に、前記排出空気から熱回収するための第二の熱交
換器を設けたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか
に記載の開放型エアサイクル乾燥システム。6. A heat exchanger according to claim 1, wherein a second heat exchanger for recovering heat from the exhaust air is provided upstream of the expander in the air introduction path. An open air cycle drying system as described.
間に前記熱交換器とは別に前記排出空気から熱回収する
ための熱交換器を夫々配してなる請求項1〜6のいずれ
かに記載の開放型エアサイクル乾燥システム。7. The expander has two or more stages, and a heat exchanger for recovering heat from the discharged air is provided between each stage separately from the heat exchanger. 7. The open-type air cycle drying system according to any one of 6.
である請求項1〜7のいずれかに記載の開放型エアサイ
クル乾燥システム。8. The open-type air cycle drying system according to claim 1, wherein the drying chamber is for drying clothes.
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JP2000074218A JP2001263950A (en) | 2000-03-16 | 2000-03-16 | Open type air cycle drying system |
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