JP2007143631A

JP2007143631A - 衣類乾燥機およびその運転方法

Info

Publication number: JP2007143631A
Application number: JP2005339067A
Authority: JP
Inventors: Masaji Kukino; 政次久木野; Hiroya Hara; 浩也原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2007-06-14

Abstract

【課題】ヒートポンプ方式の衣類乾燥機において、衣類の量が少ない場合でも消費電力量の増加を抑え、乾燥の効率化を図ること。
【解決手段】圧縮機７、凝縮器８、蒸発器９、および絞り装置１０を有するヒートポンプ装置６と、衣類２０を収納する回転自在に支持された回転ドラム３と、凝縮器と回転ドラムを連通する給気ダクト１３と、給気ダクト内に設けられた凝縮器送風ファン１４と、回転ドラムと蒸発器を連通する排気ダクト１６と、排気ダクト内に設けられた蒸発器送風ファン１７とを備えた衣類乾燥機であって、衣類の量に応じて凝縮器送風ファン１４および蒸発器送風ファン１７の回転数を制御するとともに、ヒートポンプ装置６の加熱力を変化させて運転する制御手段３０を備えた構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、専用の衣類乾燥機および洗濯兼用の衣類乾燥機に適用されるヒートポンプ方式の衣類乾燥機に関し、さらにはその衣類乾燥機の運転方法に関する。

回転ドラムあるいは乾燥室内に収納された衣類を乾燥させるために、キャビネット内に圧縮機、凝縮器、蒸発器、膨張弁からなるヒートポンプ装置を内蔵したヒートポンプ方式の洗濯乾燥機または乾燥装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
これらの従来技術は、循環する空気を凝縮器と熱交換して加熱し、その温風を回転ドラムあるいは乾燥室内に送風して脱水終了後の衣類を乾燥し、これにより水分を含んだ空気を凝縮器と熱交換して冷却除湿するものである。このため、ヒーター乾燥に比べて効率のよい、省エネルギーの乾燥を実現することができる。

特開昭６４−３２８９３号公報（第３頁、第１図）特開平１−２３０３９７号公報（第２頁、第１図）

しかし、乾燥される衣類の量が少ない場合、温風は衣類と効率よく接触せず回転ドラム内を通り抜けてしまいエネルギーが無駄になっている。また、上記特許文献１、２でも衣類の量と乾燥制御との関係については一切言及されていない。そのため、特に衣類の量が少ない場合は、ヒートポンプ方式のもつ効率のよい、省エネルギーの乾燥という特長を十分に活かし切っていないのが現状である。

本発明は、ヒートポンプ方式の衣類乾燥機において、回転ドラム内の衣類の量に応じて乾燥のための送風量等を制御するようにしたもので、衣類の量が少ない場合でも消費電力量の増加を抑え、乾燥の効率化を図ることを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明に係る衣類乾燥機は、圧縮機、凝縮器、蒸発器、および絞り装置を有するヒートポンプ装置と、衣類を収納する回転自在に支持された回転ドラムと、前記凝縮器と前記回転ドラムを連通する給気ダクトと、前記給気ダクト内に設けられた凝縮器送風ファンと、前記回転ドラムと前記蒸発器を連通する排気ダクトと、前記排気ダクト内に設けられた蒸発器送風ファンとを備えた衣類乾燥機であって、
衣類の量に応じて前記凝縮器送風ファンおよび前記蒸発器送風ファンの回転数を制御するとともに、前記ヒートポンプ装置の加熱力を変化させて運転する制御手段を備えた構成としたものである。

本発明の衣類乾燥機では、上記の構成により、回転ドラム内の衣類の量が少ない場合には多い場合に比べて、制御手段が凝縮器送風ファンおよび蒸発器送風ファンの回転数を低下させ、ヒートポンプ装置の加熱力も低下させて運転するため、衣類の量が少ない場合でも消費電力量の増加を抑え、乾燥の効率を向上させることができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。ここでは、乾燥専用の衣類乾燥機について説明するが、洗濯兼用の洗濯乾燥機の場合でも同様に本発明を適用することができるものである。また、主に家庭用であるが業務用でも構わない。

図１は本発明の実施の形態における衣類乾燥機の概略構成を示す概念図であり、図２はその衣類乾燥機の概略側面断面図である。
この衣類乾燥機は、キャビネット１の水槽２内に回転ドラム３が軸受部４により水平に支持されており、背面側に設置されたドラムモータ５により回転自在となっている。このキャビネット１内の下部にはヒートポンプ装置６が設置されている。ヒートポンプ装置６は、圧縮機７、凝縮器８、蒸発器９、および膨張弁等の絞り装置１０を接続した冷凍回路１１により構成されている。
そして、凝縮器８と回転ドラム３の背面に設けられた送風口１２とは給気ダクト１３により連通しており、給気ダクト１３内には凝縮器送風ファン１４が設けられている。また、回転ドラム３の前面の開口部１５と蒸発器９とは排気ダクト１６により連通しており、排気ダクト１６内には蒸発器送風ファン１７が設けられている。なお図中、１８はキャビネット１の前面に開閉自在に設けられた扉、２０は被乾燥物としての衣類である。また、太線の矢印Ａは乾燥用空気（温風）の流れ、細線の矢印Ｂは冷媒の流れを示す。

ここで、この衣類乾燥機の動作を説明する。ヒートポンプ装置６が作動すると、冷凍回路１１中の冷媒は圧縮機７により圧縮され約６０℃程度に加熱されて凝縮器８に流入する。一方、外部の空気は凝縮器送風ファン１４の回転により給気ダクト１３内に吸い込まれ、凝縮器８に接触することにより熱交換が行われ、温風となって回転ドラム３の背面の送風口１２より回転ドラム３内部に流入する。この温風が回転ドラム３内に収納された衣類２０に接触することで水分を蒸発させ、衣類２０の乾燥が行われる。衣類２０から蒸発した水蒸気を含む温風は蒸発器送風ファン１７の回転により回転ドラム３の前面の開口部１５から排気ダクト１６内に吸い込まれ、蒸発器９と接触して熱交換が行われる。このとき、凝縮器８を流出した冷媒は、絞り装置１０によって減圧され気化して蒸発器９に流入する。この気化熱によって温風中の水蒸気が除湿され冷風となって機外に排出される。また、蒸発器９を流出した冷媒は再び圧縮機７により圧縮され凝縮器８へ流入し、上記の動作が繰り返し行われる。

上記のヒートポンプ装置６による衣類の乾燥において、回転ドラム３内の衣類の量が少ない場合で乾燥制御をしない場合は、一部の温風は衣類と接触することなく回転ドラム３を通り抜けてしまい乾燥効率が低下する。このことを実験により検証したところ、図１２（ａ）に示すような結果が得られた。
衣類１ｋｇ当たりの単位消費電力量は、図１２（ａ）に示すように衣類の量（負荷量ともいう）が少なくなるに従い大きくなり、１ｋｇのときは４ｋｇに比べて３５％も増加する。
負荷量が少ないとき、ドラム容積に比べて衣類の体積および表面積が小さいため、温風は衣類に接触する割合が低下し、一部の温風は衣類を乾燥させることなく回転ドラム内を通過してしまう。このため負荷量が少ないときは乾燥効率が低下してしまう。

温風と衣類の接触する割合が低下する原因は、温風の風速が高すぎるためである。温風の風速が高すぎると、温風は、衣類表面の水分と熱効果する十分な時間がなく、熱を伝達せず通過してしまう。したがって、風速を下げることにより衣類に熱を効率よく伝達できるようになる。風速を下げることは風量を下げることであり、ヒートポンプ装置では加熱能力も下げることになる。風量・加熱能力を下げることで衣類を乾燥させる効率が向上する。
そこで、次に述べるように、負荷量に応じて上記のような乾燥制御を行うようにした。その結果、図１２（ｂ）に示すように負荷量に対してほぼ均一な単位消費電力量となった。

図３は本実施の形態による制御装置のブロック図であり、図４は衣類乾燥機の運転方法におけるメインルーチンを示すフローチャート、図５は負荷量判定方法のサブルーチンを示すフローチャート、図６は乾燥運転初期設定のサブルーチンを示すフローチャートである。

本実施形態の制御装置３０は、図３に示すように、マイクロコンピュータにより構成されている。読み出し専用のメモリのＲＯＭ３１には少なくとも乾燥運転に係るプログラムが記憶されている。洗濯乾燥機の場合は洗濯運転に係るプログラムと乾燥運転に係るプログラムの両方が記憶されている。ＣＰＵ３２は、乾燥運転の場合、そのプログラムをＲＯＭ３１から読み込み、書き込み・読み出し可能なメモリのＲＡＭ３３に一時的に記憶させて、演算、制御等を行う。入力装置３４には、回転ドラム３の回転数を検出するドラム回転センサやスタートスイッチ等の信号が入力される。その他には温度センサや、各種電磁弁のＯＮ・ＯＦＦ信号等が入力される。ドラム回転センサやスタートスイッチ等の信号はＣＰＵ３２に入力され、ＲＡＭ３３に記憶させた乾燥運転に係るプログラムに基づいて、ＣＰＵ３２が乾燥運転に必要な演算、制御等を行う。ＣＰＵ３２の出力信号は出力装置３５を介してドラムモータ５や圧縮機７、凝縮器送風ファン１４、蒸発器送風ファン１７等に出力して制御する。また、これらの制御状態はキャビネット１の上面に設けられた操作パネル（図示せず）の表示装置に表示される。

この制御装置３０は、回転ドラム３内の衣類２０の量が少ない場合には、ＣＰＵ３２が凝縮器送風ファン１４および蒸発器送風ファン１７の回転数を低下させるとともに、圧縮機７の出力を低下させるように制御する。これによって、回転ドラム３内に送風される温風が衣類２０と十分に接触し、消費電力量を増加させることなく効率よく衣類２０を乾燥させることができる。

次に、衣類乾燥機の運転方法を図４乃至図６のフローチャートを参照して説明する。
回転ドラム３内に衣類２０を投入し、乾燥運転がスタートすると、まず回転ドラム３の負荷量が判定される（ステップＳ１）。負荷量の判定ルーチンは図５に示す。これについては後で詳しく説明する。
次に、判定された負荷量によって風量Ｑが演算される（ステップＳ２）。風量Ｑの演算では、後述の図１１に示すように負荷量との関係が線形でないので、所定量の間隔例えば０．５ｋｇごとのテーブルを設定し、そのテーブルから読み込んで風量Ｑを決定する。
次に、上記の判定された負荷量から乾燥終了予測時間Ｔｅを演算し表示する（ステップＳ３）。負荷量と乾燥終了予測時間も線形ではないので、所定量の間隔例えば０．５ｋｇごとのテーブルを設定し、そのテーブルから読み込んで乾燥終了予測時間Ｔｅを決定し表示する。
そして、乾燥運転の初期設定が行われ（ステップＳ４）、負荷量に応じた乾燥運転が開始される。乾燥運転の初期設定のためのルーチンは図６に示しており、後で説明する。

負荷量に応じた乾燥運転では、圧縮機７、凝縮器送風ファン１４、蒸発器送風ファン１７、およびドラムモータ５のすべてがＯＮとなって駆動を開始し、ドラムモータ５はまず正転方向に回転する（ステップＳ５）。第１段階の乾燥（ドラムモータ正転での乾燥）が所定時間経過したかを判断し（ステップＳ６）、Ｙｅｓならばドラムモータ５が反転する（ステップＳ７）。ＮｏであればステップＳ６に戻る。そして、第２段階の乾燥（ドラムモータ反転での乾燥）を行い、第１段階と第２段階の合計の乾燥時間と上記乾燥終了予測時間Ｔｅとを比較して乾燥終了かを判断する（ステップＳ８）。乾燥終了予測時間Ｔｅに達したときには圧縮機７、凝縮器送風ファン１４、蒸発器送風ファン１７、およびドラムモータ５のすべてをＯＦＦにして乾燥運転を終了する（ステップＳ９）。乾燥終了予測時間Ｔｅに達していない場合はステップＳ６に戻って乾燥終了まで同様の処理を行う。

ここで、上記の負荷量判定方法について図５のフローチャートおよび図７乃至図１０を参照して説明する。
図７は回転ドラム内の衣類の量と慣性力の関係を示す説明図、図８は回転ドラムの慣性回転による回転数の低下を示す説明図、図９は負荷量ごとの回転数の減衰特性を示す図、図１０は回転数の低下による負荷量の判定時の関係を示す図である。

まず、図５の負荷量判定サブルーチンがスタートすると、衣類のほぐし運転を行う（ステップＳ１１）。このほぐし運転では、衣類２０に遠心力が例えば約０．９ｇ（ｇは重力加速度）程度かかるように回転ドラム３を回転する。これにより、衣類２０を回転ドラム３の内周面にほぼ均一に貼り付けることができ、効率のよい乾燥ができるようになる。

所定時間のほぐし運転後、ドラムモータ５の回転数を所定回転数まで上げ（ステップＳ１２）、所定の回転数Ｎ₀に到達したかをドラム回転センサにより検出する（ステップＳ１３）。そして、所定回転数Ｎ₀に到達したとき、ドラムモータ５をＯＦＦにする（ステップＳ１４）。ドラムモータ５のＯＦＦの時点から所定時間ｔの経過後（ステップＳ１５）、ドラムモータ回転数Ｎ₁を測定する（ステップＳ１６）。そして、回転数の低下（Ｎ₀−Ｎ₁）を演算し、（Ｎ₀−Ｎ₁）に対するテーブル値から負荷量Ｗを演算（決定）する（ステップＳ１７）。そしてこのサブルーチンを終了する。

さらに、図７乃至図１０を参照して説明すると、図７に示すように、衣類の量が少ないときは回転ドラム３の慣性量が小さく、衣類の量が多いときは回転ドラム３の慣性量は大きくなる。そこで、図８に示すように、回転ドラム３が所定の回転数に到達したときにドラムモータ５をＯＦＦし、そのＯＦＦの時から一定時間ｔ秒後の回転数の低下（最大負荷量のときからの回転数の低下）を負荷量ごとに測定する。
図１０は、図９の負荷量ごとの回転数の減衰特性に基づいて、回転数の低下と負荷量との関係をあらわしたものであり、ドラムモータＯＦＦの時からｔ秒後の回転数の低下、すなわち上記の（Ｎ₀−Ｎ₁）を求めることにより負荷量を決定することができる。例えば、図１０のグラフから、回転数の低下が１４ｒｐｍと求められたので、負荷量は１．５ｋｇと決定する。

このように、回転数の低下と負荷量との関係をテーブル化して、前述の乾燥運転に係るプログラムに組み込んで図３のＲＯＭ３１に記憶させておくことにより、ドラムモータＯＦＦからｔ秒後の回転数の低下を求めることで容易に負荷量を決定（設定）することができる。

負荷量がわかれば、その負荷量に対する風量Ｑを求める必要がある。このとき、負荷量と風量Ｑすなわち加熱能力との関係は、図１１に示すように線形にならないので、例えば０．５ｋｇごとに風量Ｑとの関係をテーブル化しておき、このテーブルから風量Ｑを決定する（図４のステップＳ２）。
また、その負荷量から乾燥終了予測時間Ｔｅを演算する必要があるが、この乾燥終了予測時間も線形ではないので、同様に負荷量ごとに乾燥終了予測時間Ｔｅとの関係をテーブル化しておき、このテーブルから乾燥終了予測時間Ｔｅを決定する（図４のステップＳ３）。なお、図１１は、最大負荷量６ｋｇに対する負荷量ごとの加熱能力比であらわしている。

以上のように、負荷量が判明し、その負荷量に対する風量Ｑおよび乾燥終了予測時間Ｔｅを求めた後、乾燥運転の初期設定を行う（図４のステップＳ４）。
乾燥運転初期設定では、図６に示すように、まず、風量Ｑに対応するテーブル値から凝縮器送風ファン１４の回転数Ｎｃを演算し、そのＮｃに対応するテーブル値から駆動電圧Ｖｃを設定する（ステップＳ４１）。
また、風量Ｑに対応するテーブル値から蒸発器送風ファン１７の回転数Ｎｅを演算し、そのＮｅに対応するテーブル値から駆動電圧Ｖｅを設定する（ステップＳ４２）。
以上に説明した各々のテーブルは前記ＲＯＭ３１に記憶されている乾燥運転に係るプログラムに組み込まれている。

以上説明したように、本実施形態の衣類乾燥機の運転方法では、回転ドラム３内の衣類２０の量に応じて、凝縮器送風ファン１４および蒸発器送風ファン１７の回転数を制御するとともに、ヒートポンプ装置６の加熱力を変化させて運転するものであるため、回転ドラム３内の衣類２０の量が少ないときには、多いときに比べて、凝縮器送風ファン１４および蒸発器送風ファン１７の回転数を低下し、さらにヒートポンプ装置６の加熱力を低下して運転するので、温風は衣類と良好に接触しその乾燥を早める。そのため、消費電力量が減少するとともに乾燥効率が向上する。
したがって、図１２（ｂ）に示すように、負荷量に対する単位消費電力量が全般にわたってほぼ均一になり、省エネルギー化に寄与するものとなる。

なお、本実施形態では、ヒートポンプ装置６の加熱力を低下させる方法として、凝縮器送風ファン１４および蒸発器送風ファン１７の回転数を下げるように制御することで、熱交換量を減らし加熱力を減らしているが、ファン風量を大きく減らすと凝縮温度が上昇し過ぎてしまい運転できなくなってしまう。そこで、圧縮機７の回転数を下げるように制御して冷媒循環量を減らし加熱力を下げるようにしても良い。
また、圧縮機７の回転数を制御して加熱力を下げる場合に、ファン風量一定の状態で圧縮機７の回転数を下げると、凝縮器８で熱交換された温風の温度が下がり過ぎてしまい、温風と衣類との接触効率が低下し、加熱効率が下がってしまう。そこで、凝縮器送風ファン１４、蒸発器送風ファン１７および圧縮機７それぞれの回転数を下げて、熱交換量と冷媒循環量を同時に下げるようにしても良い。このように制御することで、温風温度を変化させずにヒートポンプ装置の加熱力を下げることができ、安定した乾燥運転が行える。

本実施形態では、前述のように回転ドラム３は水平に支持されているが、正面側を側面から見て約１２゜位に上向きに傾斜して支持するようにしても良い。このように水平もしくは傾斜状態に回転ドラム３を支持することにより、衣類のほぐしが良好にでき、乾燥ムラを生じさせることなく衣類の乾燥を早めることができる。

本発明の実施の形態における衣類乾燥機の概略構成を示す概念図。図１の衣類乾燥機の概略側面断面図。制御装置のブロック図。衣類乾燥機の運転方法におけるメインルーチンを示すフローチャート。負荷量判定方法のサブルーチンを示すフローチャート。乾燥運転初期設定のサブルーチンを示すフローチャート。回転ドラムの負荷量と慣性力の関係を示す説明図。回転ドラムの慣性回転による回転数の低下を示す説明図。負荷量ごとの回転数の減衰特性を示す図。回転数の低下による負荷量の判定時の関係を示す図。負荷量に対する加熱能力の制御時の関係を示す図。乾燥制御の有無による負荷量と単位消費電力量の関係を示す図。

符号の説明

１キャビネット、２水槽、３回転ドラム、４軸受部、５ドラムモータ、６ヒートポンプ装置、７圧縮機、８凝縮器、９蒸発器、１０絞り装置、１１冷凍回路、１２送風口、１３給気ダクト、１４凝縮器送風ファン、１５開口部、１６排気ダクト、１７蒸発器送風ファン、２０衣類、３０制御装置、３１ＲＯＭ、３２ＣＰＵ、３３ＲＡＭ、３４入力装置、３５出力装置。

Claims

圧縮機、凝縮器、蒸発器、および絞り装置を有するヒートポンプ装置と、衣類を収納する回転自在に支持された回転ドラムと、前記凝縮器と前記回転ドラムを連通する給気ダクトと、前記給気ダクト内に設けられた凝縮器送風ファンと、前記回転ドラムと前記蒸発器を連通する排気ダクトと、前記排気ダクト内に設けられた蒸発器送風ファンとを備えた衣類乾燥機であって、
衣類の量に応じて前記凝縮器送風ファンおよび前記蒸発器送風ファンの回転数を制御するとともに、前記ヒートポンプ装置の加熱力を変化させて運転する制御手段を備えたことを特徴とする衣類乾燥機。
前記制御手段は、前記回転ドラム内の衣類の量を判定する負荷量判定手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の衣類乾燥機。
前記負荷量判定手段は、前記回転ドラムのドラムモータの回転数を検出する検出手段と、前記ドラムモータが所定の回転数に到達後、該ドラムモータをＯＦＦにし、そのＯＦＦの時から一定時間後の回転数の低下と負荷量との関係が組み込まれたプログラムの記憶手段とを備えたことを特徴とする請求項２記載の衣類乾燥機。
前記回転ドラムは、水平または正面側が側面から見て上向きに傾斜して支持されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の衣類乾燥機。
圧縮機、凝縮器、蒸発器、および絞り装置を有するヒートポンプ装置と、衣類を収納する回転自在に支持された回転ドラムと、前記凝縮器と前記回転ドラムを連通する給気ダクトと、前記給気ダクト内に設けられた凝縮器送風ファンと、前記回転ドラムと前記蒸発器を連通する排気ダクトと、前記排気ダクト内に設けられた蒸発器送風ファンとを備えた衣類乾燥機の運転方法において、
前記回転ドラム内の衣類の量が少ないときは、多いときに比べて前記凝縮器送風ファンおよび前記蒸発器送風ファンの回転数を低下するとともに、前記ヒートポンプ装置の加熱力を低下させて運転することを特徴とする衣類乾燥機の運転方法。
前記回転ドラム内の衣類の量を判定する負荷量判定工程と、負荷量から風量および乾燥終了予測時間を演算する工程と、前記風量から前記凝縮器送風ファンの回転数と駆動電圧を演算する工程と、前記風量から前記蒸発器送風ファンの回転数と駆動電圧を演算する工程と、負荷量に対応する前記ヒートポンプ装置の加熱力を演算する工程と、を有することを特徴とする請求項５記載の衣類乾燥機の運転方法。
前記負荷量判定工程は、前記回転ドラムのドラムモータが所定の回転数に到達後、該ドラムモータをＯＦＦにし、そのＯＦＦの時から一定時間後の回転数の低下を測定し、その回転数の低下に対応する負荷量を求める工程を有することを特徴とする請求項５または６記載の衣類乾燥機の運転方法。