JP2007531552A - ヒートポンプ衣類乾燥機 - Google Patents

Abstract

衣類のような物品を乾燥する乾燥装置が提供される。乾燥装置は、乾燥すべき物品を含む室、および加熱した乾燥空気を第１の温度で室に供給するためのシステムを含んでいる。空気供給システムは、室を出る空気から水分を除去し、空気の温度を露点温度より下まで低下させる蒸発器を有する空気流通路を有している。空気供給システムはさらに、蒸発器を出る空気の温度を第１の温度まで上昇させるコンデンサを有している。乾燥装置はさらに、圧縮機、コンデンサ、ＴＥＶ弁および蒸発器を含む冷却剤ループを有するヒートポンプシステムを有している。
【選択図】 図1

Description

本願は、２００３年９月２９日に出願され、「HEAT PUMP CLOTHES DRYER」と題された米国仮特許出願第６０／５０７，４６６号の優先権を主張し、この仮出願の開示は完全に記述として参照され本明細書に組み込まれる。

本発明は、衣類、並びに織物から作られた品物を乾燥するための乾燥機、およびこれらを洗濯するための洗濯機に関するものである。

通常の乾燥機は簡潔性において研究されたものである。図３０に示したように、室（チャンバ）内の空気を引き込み、加熱装置上を通過させ、乾燥すべき洗濯物を含む回転ドラムを通して送風する。空気はドラムを１回通過し、次に建物から外へと換気される。空気の一部が織物から水分を抽出し、その一部が洗濯物を迂回して、何の仕事も行わずに逸出する。これは、乾燥機を構築するために最も単純で、最も費用がかからず、最も不合理な方法である。

従って、本発明の目的は、性能および効率が改善された乾燥機を提供することにある。

以上の目的は本発明によって達成される。

本発明によれば、乾燥装置は、概略的には、乾燥すべき物品を含む室（チャンバ）と、第１の温度で加熱した乾燥空気を室に供給するための手段とを有し、この空気供給手段は、室から出る空気から水分を除去し、空気の温度を露点温度より下まで低下させるための手段、および水分除去手段を出る空気の温度を第１の温度まで上昇させるための手段を有する空気流路を有し、さらにヒートポンプ（熱ポンプ）システムを有する。ヒートポンプシステムは、液状の冷却剤を温度上昇手段に通過させるための手段と、冷却剤の質量流量を制御すると共に冷却剤を液状から液体／蒸気状態へと変換する（変化させる）ための手段と、液体／蒸気状態の冷却剤を水分除去手段に通過させて冷却剤を蒸気状態に変換するための手段とを有して構成される。

本発明の第２の観点によれば、洗濯装置が提供される。洗濯装置は、概略的には、洗濯室と、加熱された水（温水）を洗濯室に供給するための手段とを有し、加熱された水（温水）の供給手段は、熱交換器装置を有する第１の蓄熱装置、および水を受ける注入手段を有し、さらに加熱された水（温水）を洗濯室から排水すると共に加熱され水（温水）から熱を排水側の蓄熱装置へと渡すための手段と、排水側蓄熱装置から第１の蓄熱装置に熱を伝達するためのヒートポンプシステムとを有して構成される。

本発明のさらに別の観点によれば、乾燥システムにおいて使用される乾燥室が提供される。乾燥室は、固定ドラム（静止ドラム）と、乾燥すべき物品をひっくり返す複数の回転翼とを有して構成される。

本発明のヒートポンプ衣類乾燥機のその他の詳細、及びそれに伴う他の目的や利点は以下の詳細な説明および添付図面で説明されており、これらにおいて同様の参照番号は同様の要素を表している。

ヒートポンプ乾燥機
ドラム内では、基本的ヒートポンプ乾燥機は従来通りの乾燥機と同じ方法で機能する。加熱した乾燥空気がドラムに入り、衣類から水分を抽出して、次により低温で湿度がある状態でドラムを出る。基本的な違いは、ヒートポンプ乾燥機が加熱した乾燥空気を提供することである。

連続的に室内の空気を加熱し、次にそれを換気するのではなく、ヒートポンプ乾燥機はドラム排気からの空気を乾燥して、暖め、それをドラムに戻す。建物の外側に換気するのではなく、有用な熱を回収し、再使用する。

これは、ドラム排気を戻し、減湿器手段を通してドラム吸気部に接続することによって達成される。ヒートポンプ乾燥機は空気の閉ループを使用し、減湿器手段が流路にある。減湿器手段は、ドラムを出る湿った空気から同伴した水分を除去し、空気を再加熱して、ドラムに戻す。ドラムは、当技術分野で知られている任意の適切な手段によって回転可能な回転ドラムである。

図１を参照すると、加熱した乾燥空気はポイント１で回転ドラム１０に入り、ひっくり返る織物から水分を抽出する。空気は次に、ポイント２で抽出した水分を含んで状態でドラム１０を去り、主送風機１２に入り、これが乾燥空気ループを通して乾燥空気を循環させる。空気はポイント３で主送風機１２を去り、湿式空気ヒートシンク（ヒートシンク）１４を通過する。

ヒートシンク１４は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第４，６０３，４８９号において教示されているように、ヒートポンプ圧縮機１６の動力消費量（電力消費量）と実質的に等しい熱を除去する。好ましい実施形態では、ヒートシンク１４は、乾燥機を囲む周囲空気へと乾燥空気からの熱を伝導する単純な空気と空気との（空気対空気の）熱交換器である。乾燥空気は周囲空気と連絡せず、熱が渡されるだけである。ヒートシンク１４は、ファンまたは送風機で駆動された周囲の室内空気で冷却されることが好ましい。代替実施形態では、ヒートシンク１４は液冷タイプでよい。

乾燥機は閉ループの設計であるので、動作温度を制御するために、動力消費量と実質的に等しい熱を連続的に除去する必要がある。ヒートシンク１４は、ドラムで有用な作業を実行した後に、熱を除去し、これは望ましい特徴である。先行技術で教示されるような代替方法は、乾燥空気がドラムに入る前にそこから熱を除去し、ドラムに入る空気を冷却して、性能を大幅に損なう。

乾燥空気はポイント４でヒートシンク１４を出て、蒸発器１８に入り、これが空気をその露点より下まで冷却する。織物から以前に抽出された水分が、乾燥空気から凝結し、滴受け２０によって収集され、収集タンク２２へと排出される。好ましい実施形態では、自動ポンプ２４が収集タンク２２からの水を外部の排出接続部へと給送する。ポンプ２４は、収集タンク２２内のフロート・スイッチまたは電子的レベル・センサのような任意の適切な方法で制御してよい。代替実施形態では、収集タンク２２は手作業で空にするために着脱式でよい。

蒸発器１８は、空気の温度をその露点より下まで引き下げるのに十分な顕熱、さらに織物から除去された水の凝縮熱を抽出する。したがって、必要とされる蒸発器の冷却能力は、顕熱と凝縮熱の合計に等しい。

乾燥空気は、低温で効果的に飽和した状態（名目ＲＨ＝８５％〜９０％）でポイント６にて蒸発器１８を出て、コンデンサ２６に入る。コンデンサ２６は、ポイント１で空気を元の温度へと再加熱する。次に空気はコンデンサ２６を出て、ポイント１でドラム１０に再度入り、サイクルを完成させる。コンデンサ２６の加熱能力は、蒸発器１８の冷却能力にヒートポンプ圧縮機１６の動力消費量を加えた値と等しい。

コンデンサ２６によって乾燥空気に追加された圧縮機１６の動力消費量と等しい追加の熱は、ドラム１０内で有用な作業を実行し、水分抽出率を段階的に増加させる。次に、ヒートシンク１４によってこの熱を除去し、システムの熱平衡を維持する。

ヒートポンプ
再び図１を参照すると、システムのヒートポンプは減湿器として以下のように動作する。つまり、冷却剤が高圧蒸気として圧縮機１６を出て、ポイント１’でコンデンサ２６へと通過し、ここで（冷却剤の）凝縮熱が乾燥空気へと伝達される。冷却剤が凝縮し、ポイント２’で高圧液体としてコンデンサ２６を出て、受け器（レシーバ）２８を通過して熱膨張弁（ＴＥＶ）３０へ至り、これが冷却剤の圧力を低下させる。冷却剤はポイント５’で低圧低品質の液体／蒸気混合体（液体含有率が高い）としてＴＥＶ３０として出て、蒸発器に入る。

蒸発器１８は、乾燥空気から冷却剤の蒸発熱を抽出し、冷却剤を蒸気状態へと沸騰させる。わずかに過熱した蒸気がポイント７’で蒸発器１８を出て、圧縮機１６に再度入り、サイクルを完成させる。

ＴＥＶ３０は、システムの状態に応答して比例して開閉することによって、冷却剤の質量流量を制御する。１つの実施形態では、一定の低い過熱を維持し、液体が圧縮機に入るのを防止しながら蒸発器の容量を最大にする。複数のＴＥＶおよび制御部の実施形態については、本書のシステム制御部の項で検討する。

制御部３２は、サイクル時間および乾燥度制御などの幾つかの機能を果たし、これについても本書のシステム制御部の項で検討する。

制御部３２は、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータなどを使用して実現される制御およい監視システムでよい。制御部３２は、センサおよび使用者の入出力装置から入力を受信できる。制御部３２は、個々の動作を制御するために制御線（図示せず）を介して乾燥機の様々な構成要素と結合できる。制御部３２とともに使用可能なセンサは、空気供給流路および冷却剤流路に沿った様々な位置に位置決めされた温度センサ、および空気供給流路に沿った様々な位置に位置決めされた水分センサを含む。

ヒートポンプ乾燥機の性能および／または効率の改良
暖機の考察事項
生地の乾燥は、付属書Ａの理論的な考察事項で検討するように３段階で、つまり昇率または暖機、定常状態および減率で実行される。ヒートポンプ乾燥機を最初に始動（起動）する場合、それは定常状態乾燥率が達成される前に使用温度に到達しなければならない。実際には、ヒートポンプ乾燥機の昇率段階は、法外に長いことがあり、合計乾燥時間を望ましくないほど長くする。暖機時間は、乾燥機の加熱された部分および湿った洗濯物の質量と、使用可能な熱との関数である。この段階はできる限り短く、乾燥機と湿った織物をできる限り迅速に使用温度にすると有利である。

暖機の熱
基本的な考察事項では、図１に示すようにヒートポンプが唯一の熱源である。通常の使用温度では、ヒートポンプは定常状態の乾燥に必要な熱より多くの熱を供給し、余りはヒートシンク１４を通して放出される。しかし、低い始動温度では冷却剤の圧力が低く、その結果、冷却剤の質量流量が低くて、ポンプの動力消費量が非常に少なく、非常に少ない熱しか供給しない。これによって暖機が遅くなり、全体的な乾燥時間を長くする。

暖機時間は、図２で示すような暖機加熱装置３４を追加することによって短縮することができ、これは乾燥空気を直接加熱し、乾燥機および洗濯物を比較的短時間で使用温度にする。好ましい実施形態では、この加熱装置は、乾燥機が使用温度に到達するまでしか通電されない。加熱装置は、使用可能な動力の許す限り大きいことが好ましい。というのは、加熱装置が大きいほど、暖機期間が短くなるからである。これは、各サイクルの開始時の短時間しか使用されないので、全体的なエネルギ消費量を大幅に増加させずに使用できる。

別の実施形態では、冷却剤のパイプ類に電気的暖機加熱装置を組み込んで、空気ループ内で暖機加熱装置３４を補足するか、置換できる。暖機の熱には、空気ループおよび／または冷却剤回路内で暖機加熱装置に代わって、またはそれと組み合わせて、非対流加熱の項で検討する放射または伝導加熱手段を、暖機の熱のために使用することもできる。

代替暖機手段
外部蒸発器
代替暖機熱源は、図３および図４で示すような外部暖機蒸発器３６によって実現できる。両方の実施形態で、冷却剤は暖機中に、蒸発器１８から暖機蒸発器３６を通過してから、圧縮機１６に入る。暖機蒸発器２６は、周囲の室内空気から熱を抽出し、これがヒートポンプによってコンデンサ２６に送られる。この方法は、暖機加熱装置３４と等価の暖機熱を供給するが、ヒートポンプの成績係数（Ｃ．Ｏ．Ｐ．）を利用し、暖機加熱装置３４より消費エネルギが少ない一方、実質的に同じ量の暖機熱を提供する。

図３で示すように、暖機熱は切換弁３８によって制御することができ、これは冷却剤回路が必要ない場合に、そこから暖機蒸発器３６を切り換える。切換弁３８は、制御部３２によって起動される単純な３方電磁弁であることが好ましいが、任意の適切な弁タイプを使用してよい。

切換弁３８が暖機モードにある場合は、ポイント７’を切換弁３８に通してポイント６Ｂ’に接続し、ポイント６’を遮断する。これで冷却剤は蒸発器１８からポイント６Ａ’の暖機蒸発器３６に流れる。暖機蒸発器３８は、室内空気から冷却剤へと熱を伝達する。次に冷却剤はポイント６Ｂ’で暖機蒸発器３６を出て、切換弁２８を通過し、ポイント７’で圧縮機１６の吸引部へと至る。

切換弁３８が通常の定常状態モードにある場合は、ポイント７’がポイント６’に接続され、ポイント６Ｂ’が遮断される。冷却剤がポイント６で蒸発器１８を出て、切換弁３８を通過し、ポイント７’で圧縮機の吸引部に至る。冷却剤は、ポイント６Ａ’で暖機蒸発器３６に入らない。その放出部がポイント６Ｂ’で遮断されているからである。このモードでは、冷却剤が暖機蒸発器３６を完全に迂回する。

図４では、暖機蒸発器３６を制御する代替手段が図示されている。この実施形態では、冷却剤が連続的に暖機蒸発器３６を通過する。暖機蒸発器３６は、断熱されていることが好ましいハウジングに囲まれ、これは熱伝達および自然対流の空気流を実質的に制限する。暖機熱が必要な場合は、好ましくは制御部３２によって送風機４０に通電し、周囲の室内空気を暖機蒸発器３６上に押しやる。暖機熱が必要ない場合は、これも好ましくは制御部３２によって送風機４０が遮断され、暖機蒸発器３６が効果的に切り離される。

可変容量圧縮機
この方法は、暖機中に圧縮機の有効容積を増加させることによって低温における冷却剤の挙動を補償する。容積が十分に増加した状態で、圧縮機１６は暖機中の正常な動力、またはほぼ正常な動力を引き出し、正常またはほぼ正常な定常の率で熱をポンピングする。圧縮機１６は、暖機中に容量を増加して動作し、次に乾燥機が所望の使用温度に到達するにつれ、正常の容量へと段階的または傾斜状に低下することが好ましい。圧縮機の容量制御は、図１から図４の項目３２として示す制御部によって取り扱うことが好ましい。

この方法は、暖機中に洗濯物から抽出した水分の適切な凝縮を保証するために、他の電気方法と組み合わせても有用である。可変容量は圧縮機自体の特徴であり、アンローディングシリンダ、可変ストロークなどの手段を有する。あるいは、別個の低速および高速の巻線がある２速圧縮機モータを使用してもよい。好ましい方法は、可変周波数の駆動電子機器を介した圧縮機の速度制御である。

乾燥空気の可変流量
この方法は、暖機中の乾燥ループ空気質量流量を減少させることによって、圧縮機の動力消費量を減少させる。これによって蒸発器の飽和温度がわずかに低下し、コンデンサの飽和温度が上昇して、圧縮機にまたがるΔ_TおよびΔ_Pを効果的に増加させる。これは圧縮機のＣＯＰを低下させ、圧縮機の動力消費量を増加させる。

このモードにおける圧縮機の動力消費量の増加は、可変速度圧縮機を使用して達成される値と釣り合う。この方法は、単純な送風機の電子的速度制御で、または２速または多速度の送風機モータで実現することができ、可変速度の圧縮機ドライブより少ない費用で製造される。

可変容量圧縮機手段および可変空気流量手段は、組み合わせた効果を得るために一緒に使用してよい。暖機加熱装置３４は、代替暖機手段がある実施形態では必要なく、所望に応じて、代替暖機手段を補足し、暖機時間をさらに短縮するために使用してよい。

空気節減装置（空気節約装置：エアエコノマイザー）
制御部３２は、明快さを期して図５およびそれ以降の図では削除されている。

ヒートポンプ乾燥機の改良された実施形態は、図５で示すような空気節減装置４２を含む。この実施形態では、空気節減装置４２は、以下のように働く空気と空気との熱交換器である。つまり湿った空気がポイント４でヒートシンク１４を出て、蒸発器１８へと直接通過せずに、最初に空気節減装置４２に入る。湿った空気流からの熱は、空気節減装置４２を通して低温の飽和空気へと伝達され、これはポイント６で蒸発器１８を出る。２つの空気流は連絡せず、その間で熱だけが伝達される。

次に、冷却された湿った空気が空気節減装置４２を出て、ポイント５で蒸発器１８に入る。蒸発器１８は、以前に検討した実施形態のように空気を露点より下まで冷却する。しかし、節減装置４２は、湿った空気の顕熱の大部分を抽出しており、その結果、蒸発器１８の冷却容量の大きい部分が、水分の凝縮に使用可能である。この利点は、小型化して（冷却容量が減少した）より安価な蒸発器として、または水分凝縮率の増加として所望に応じて明らかにされる。

次に、冷却された飽和空気は蒸発器１８を去り、ポイント６で節減装置４２に入り、ここで上記で検討したようにポイント４で入る湿った空気から熱を受容する。暖められた空気は、次に節減装置４２を去り、ポイント７でコンデンサ２６に入る。コンデンサ２６は以前に検討した実施形態に従って空気を再加熱するが、入ってくる空気がはるかに高温なので、コンデンサの必要な加熱容量が減少する。この利点は、小型化して（加熱容量が減少した）より安価なコンデンサとして、または加熱率の増加として所望に応じて明らかにされる。

節減装置４２の熱交換容量は、蒸発器の追加の有効冷却容量、およびコンデンサの追加の加熱容量として明らかにされ、追加のエネルギ消費量はない。任意の蒸発器およびコンデンサで、空気節減装置４２を追加すると、乾燥率が上昇する。小型化すると、圧縮機１６も小型化し、より安価にすることができ、同じ乾燥率が実現され、エネルギ消費量が低下する。

冷却剤サブクーラー（冷却器）
湿式空気ヒートシンク１４は、熱が有用な作業を実行した後に乾燥機から熱を除去する手段として効果的である。圧縮機の動力消費量と実質的に等しい熱を除去するための代替手段で、湿式空気ヒートシンク１４に対する改良点が、図６に図示されている。

この実施形態では、冷却剤がコンデンサ２６を出て、ポイント２’で冷却剤サブクーラー４４に入る。サブクーラー４４は、圧縮機１６の動力消費量と実質的に等しい熱を除去し、サブクーラー４４を使用する場合には必要ないヒートシンク１４と同じ機能を効果的に実行する。ヒートシンク１４は、これが必要ないことを示すために点線として図示されている。

冷却剤はポイント３’でサブクーラー４４を出て、受け器２８を通過し、ＴＥＶ３０へと至る。ＴＥＶ３０は、以前に検討した実施形態のように冷却剤の圧力を低下させる。しかし、サブクーラー４４は、冷却剤から顕熱を除去しており、これは非常に低くなったエンタルピでＴＥＶ３０に入る。ＴＥＶ３０を出て、ポイント５’にて蒸発器１８に入る冷却剤は、サブクーラー４４を使用する場合は品質が非常に低下する（液体が多くなり、気体が少なくなる）。これは、蒸発器１８の冷却容量を大幅に改善する。

サブクーラー４４は、ヒートシンク１４に対して追加の利点を有する。サブクーラー４４は、空気と空気との熱交換器であるヒートシンク１４とは対照的に、冷却剤から空気へ、または冷却剤から液体への熱交換器であることが好ましい。その結果、サブクーラー４４は、より効果的であり、小型化し、製造費を削減できる。

ポイント２’でサブクーラー４４に入る冷却剤は、ポイント３でヒートシンク１４に入る湿った空気より非常に高温である。その結果、サブクーラー４４は、ヒートシンク１４より大きい方法であり（冷却剤と冷却流体、例えば室内空気との間ΔＴ）、その有効性をさらに改良し、サイズをさらに削減できるようにする。

サブクーラー４４は、システムの熱平衡も変化させる。通常、コンデンサ２６の容量は、蒸発器１８の容量に圧縮機１６の動力消費量を加えた値に等しい。しかし、圧縮機１６の動力がサブクーラー４４から除去されるので、エネルギ平衡は、コンデンサ２６の容量が蒸発器１８の容量と等しくなければならないことを要求する。サブクーラーが活動中の場合は、この平衡に到達するまで、飽和温度が低下し、蒸発器の容量が増加して、コンデンサの容量が低下する。

サブクーラー４４が活動中はシステムの飽和温度が低下するので、蒸発器１８の過熱または冷却剤の質量流量がそれにしたがって変化する。これは、ＴＥＶ３０の挙動に依存する。ＴＥＶ３０が一定の過熱を維持するように構成されている場合は、サブクーラー４４が活動中には必要に応じて冷却剤の質量流量を増加させる。これは、ループの空気流量が十分であれば、ヒートポンプの容量および乾燥率を比例して増加させる。

蒸発器１８の過熱状態が浮動できる場合、これはサブクーラー４４が活動中の場合に増加する。これは、本書の冷却剤節減装置の項で検討する幾つかの実施形態では有利である。サブクーラー４４を使用する場合は、圧縮機の吸引部のポイント７’で冷却剤の過熱が増加すると、ポイント１’で圧縮機１６を出る冷却剤の過熱が増加する。これはコンデンサ２６の有効性を低下させ、サブクーラー４４が活動中である場合に必要なコンデンサ２６の容量の低下と釣り合う。

サブクーラー４４は、空気節減装置４２と一緒に使用すると追加の利点を有する。ヒートシンク１４を使用すると、空気節減装置４２の性能が大幅に低下する。ポイント４で入る湿った空気が、ヒートシンク１４によって冷却されているからである。サブクーラー４４を使用し、ヒートシンク１４を好ましくは使用せず、節減装置４２に入る湿った空気が非常に高温になっている場合、節減装置４２の性能が大幅に向上する。

サブクーラー４４は、空冷式熱交換器として構成できる。空冷式の実施形態では、周囲の室内空気をサブクーラーの空気側に送出するために適切なファンまたは送風機手段を含むことが好ましい。ファンまたは送風機手段は、空気が通常は最も低温であるできる限り床に近い場所で乾燥機キャビネットの前部から室内空気を引き込み、操作者に向かって温かい空気を放出することを回避し、排気を引き込むことを防止するように、キャビネットの後部で空気を排出することが好ましい。

サブクーラー４４は、断熱されていることが好ましいハウジングで囲むことができ、これはファンまたは送風機手段が動作していない場合に、熱伝達および自然対流の空気流を実質的に制限し、したがって冷却空気流制御手段を介してサブクーラー４４の湯構成の正確な制御を容易にする。

あるいは、サブクーラー４４は液冷式でよい。この実施形態では、冷却媒体は低温の水道水でよい。洗濯室またはコインランドリの現場では、各乾燥機１００２のサブクーラーからの熱を使用して、洗濯機１０００で使用する洗濯水を再加熱できる。このようなシナリオが図３３および図３５で図示されている。図３５で示すように、複数の洗濯機１０００および乾燥機１００２を相互にマニホルドで集配してよい。所望に応じて、任意選択のアキュムレータ１００４を設けてよい。各乾燥機１００２に、所望に応じて２つの共通のサブクーラー放出水出力口を取り付けてよい。両方の口は同じであり、一方のみを使用する場合は、他方にキャップをしなければならない。これは、乾燥機を相互にデイジーチェーン方式で接続するために使用し、マニホルドを必要なくすることができる。

次に図３４を参照すると、水冷式乾燥機サブクーラー放出部を、空間を加熱するために外部ラジエータ（放熱器）１００６に供給する場合の空間加熱源として使用できる。所望に応じて、乾燥機を冷却するために外部ラジエータ１００６を使用できる。

所望に応じて、液冷式サブクーラー４４の実施形態を、別個の空冷式ラジエータとともに使用して、冷却液を冷却できる。ラジエータは、一体の乾燥機ハウジング内で使用して、構成要素の適合を容易にするか、例えば屋根上のように遠隔に配置するか、有用な空間を提供するか、熱を処理できる。ラジエータは、単一の乾燥機または複数の乾燥機を冷却するために使用できる。

ヒートパイプ（熱パイプ）の空気節減装置
空気節減装置４２の代替実施形態が図７に図示されている。この実施形態では、空気節減装置４２は、４６および４８で指示されたヒートパイプ手段によって接続された２つの熱交換器セクション（区間）内のヒートパイプアセンブリ（熱パイプ組立体）を有し、これは熱束を表す点線で接続して図示されている。

この方法は、図５で示した空気から空気への節減装置４２と同様の熱力学的性能を提供し、実際的な製造上の利点がある。その利点は、蒸発器１８と整列して節減装置４２を設置する能力を含み、交差する空気ダクト構造の必要性、および空気流路の複数の方向転換がなくなる。この実施形態は、空気ループの圧力低下が減少することを示し、キャビネットに必要な空間が減少する。

ヒートパイプの空気節減装置４２は以下のように働く。つまり、湿った空気が、ポイント４でヒートパイプの空気節減装置の高温セクション４６に入る。湿った空気流からの熱が、ヒートパイプ節減装置４６の高温セクションによって運び去られる。ヒートパイプは、この熱を低温セクション４８へと運ぶ。冷却された湿った空気は、次に空気節減装置の高温セクション４６を出て、ポイント５で蒸発器１８に入る。

蒸発器は、以前に検討した実施形態のように空気をその露点の下まで冷却する。しかし、節減装置４２は湿った空気の顕熱の大部分を抽出しているので、その結果、蒸発器１８の冷却容量の大きい部分が水分の凝結に使用可能である。この利点は、小型化した（容量が減少した）蒸発器として、または水分凝縮率の増加として所望に応じて明らかにされる。

次に、冷却された飽和空気は蒸発器１８を去り、ポイント６でヒートパイプ節減装置の低温セクション４８に入り、ここで上記で検討したようにヒートパイプを介してポイント４で入る湿った空気から熱を受容する。暖められた空気は、次にヒートパイプ節減装置の低温セクション４８を去り、ポイント７でコンデンサ２６に入る。コンデンサ２６は以前に検討した実施形態に従って空気を再加熱する。しかし、入ってくる空気がはるかに高温なので、コンデンサ２６の必要な加熱容量が減少する。これは、小型化した（容量が減少した）コンデンサ２６として、または加熱率の増加として所望に応じて明らかにされる。

空気から空気の節減装置と同様に、節減装置４２の熱交換容量は、蒸発器１８の追加の冷却容量、およびコンデンサ２６の追加の加熱容量として明らかにされ、追加のエネルギ消費量はない。蒸発器１８およびコンデンサ２６を変更せず、空気節減装置４２を追加すると、乾燥率が上昇する。蒸発器１８およびコンデンサ２６を小型化すると、圧縮機１６も小型化し、エネルギ消費量を削減した状態で同じ乾燥率が実現される。ベータ・レベルの住宅のラボ試験では、空気節減装置４２はエネルギ消費量を１０％から１５％削減する。

冷却剤の節減装置（エコノマイザー）
図８で示すような冷却剤節減装置５０で、追加の運転率を実現できる。冷却剤節減装置（ＲＥ）は２つのセクション５２および５４を有する。明快さを期して、図はＲＥ５０を、熱束を表す点線で接続した２つの別個のセクション（区間）として示し、通常、２つのセクションは単一のアセンブリを有する。好ましい実施形態は、平板タイプの熱交換器であるが、同軸チューブなどの任意の適切な冷却剤等級の熱交換器を使用してよい。

使用時には、図８を参照すると、冷却剤はポイント３’でサブクーラー４４を出て、ＲＥ５２の高温セクションに入る。ＲＥの高温セクション５２は、冷却剤からその低温セクション５４へと熱を伝達する。次に、冷却剤はポイント４でＲＥの高温セクション５２を出て、受け器２８を通過し、ＴＥＶ３０に至る。

ＴＥＶ３０は、以前に検討した実施形態のように冷却剤の圧力を低下させる。しかし、ＴＥＶ３０に入る冷却剤のエンタルピが低下し、ＲＥ５０を使用しない場合より低品質の混合体（液体が多く、気体が少ない）として、ポイント５’でＴＥＶ３０を出る。これは、蒸発器１８の有効容量を増加させる。この利点は、小型化した（容量が減少した）蒸発器として、または水分凝縮率の増加として所望に応じて明らかにされる。

好ましい実施形態では、ＲＥ５０をサブクーラー４４と組み合わせて使用する。この構成では、サブクーラー４４とＲＥ５０との両方で冷却剤から熱が順次除去され、ポイント４’でＴＥＶ３０に入る冷却剤のエンタルピを、いずれかの構成要素のみの場合よりさらに低下させる。

冷却剤は、エンタルピが低下した状態にてポイント５’で蒸発器１８に入り、ここで湿った空気から蒸発熱を抽出する。次に、冷却剤はわずかに過熱した蒸気として蒸発器１８を出て、ポイント６’でＲＥの低温セクションに入る。ＲＥの低温セクション５４で、冷却剤は、ＲＥの高温セクション５２で液体冷却剤から伝導した熱を吸収し、非常に過熱した蒸気としてＲＥの低温セクション５４を出る。ベータレベル（β級）のラボ試験では、典型的な過熱は１００°Ｆのオーダーであった。

高い過熱は、圧縮機１６の吸引部のポイント７’で冷却剤の密度を大幅に上昇させる。圧縮機１６が一定排気量のタイプである場合、ポイント７’で冷却剤の密度が上昇すると、冷却剤の質量流量が増加する。圧縮機吸引部のポイント７’の高温も、圧縮機の等エントロピ効率を改良する。

ベータレベルのラボ試験では、冷却剤の質量流量の増加は２０％のオーダであった。これは、ヒートポンプ容量の増加、および併発の乾燥率の増加として明らかにされるか、あるいはＲＥ５０とともに、より安価で排気量を小さくした圧縮機を使用することができ、性能の劣化はない。

ＲＥ５０によって与えられる高い過熱は、新規の制御方法を可能にする。蒸発器１８の放出部のポイント６’で過熱のマージンを維持する必要がない。というのは、ＲＥ５０を使用すると、ポイント７’で圧縮機に液体が入る危険がないからである。本書の制御部の項で検討するように、ポイント６で蒸発器１８を出る空気の一定の温度を維持する代替制御アルゴリズムを使用できる。

冷却剤節減装置５０が、図８では好ましいヒートパイプの空気節減装置とともに図示されている。これは、代替的に図５および図６で示すような空気から空気の節減装置とともに使用するか、空気側節減装置なしに、性能および効率を多少損失する状態で使用できる。ＲＥ５０は、サブクーラー４４とともに、またはその代わりにヒートシンク１４とともに使用してもよい。

代替構成
図９は、サブクーラー４４とＲＥ５０の相対的位置が相互に変更された代替構成を示す。これは通常は好ましい実施形態ではないが、液冷式サブクーラー４４が望ましい場合は有利なことがある。液冷式サブクーラー４４の利点は、特に周囲が高温の状態で、より多くの熱を抽出する能力である。しかし、液冷式サブクーラー４４を出る冷却剤は、図８の以前に検討した実施形態のＲＥ５０による有用な熱の抽出を制限または防止するように、十分に低温である。

図９の代替実施形態は、この制限を排除し、ＲＥ５０はポイント２’でコンデンサ２６から直接冷却剤を受容し、これは良好なＲＥ５０の性能を可能にするのに十分なほど高温で、水冷式サブクーラー４４は、ポイント３’でＲＥ５０を出る冷却剤で良好なサブクーラーの性能を可能にする十分な方法を有する。

圧縮機の過熱低減器（過熱もどし器：緩熱器）
図１４で示すような圧縮機の過熱低減器５６を使用して、任意の圧縮機の冷却剤質量流量をさらに増加させることができる。増加した質量流量は、乾燥率の上昇のために使用できる、または小型化したより安価な圧縮機を、性能の損失なく使用できる。

低温乾燥
定常状態中に、ドラム入口温度の上昇は、図２５の例で示すようにドラム排気の露点に大きい影響を及ぼさない。しかし、ドラム排気の乾球温度を実際に上昇させる。これは多大な顕熱を導入し、これは水分の凝縮が開始する前に湿式空気ヒートシンクおよび／または蒸発器によって除去しなければならない。

顕熱は、衣類の乾燥に使用されない寄生的作業を表す。ドラム入口の乾球温度が上昇するにつれ、顕熱も同時に上昇する。任意の蒸発器のサイズで、顕熱が蒸発器の冷却容量を超えて、水の凝縮に冷却容量が残らないことが可能である。この例が図２６に図示されている。実際的に最低レベルの顕熱で作業する方が、はるかに効率的である。

この方法には下限がある。ドラム排気温度が十分に低い場合は、凝縮物が蒸発器表面上で凍結することがある。これは、空気の質量流量および熱伝達に損なう影響を及ぼす。定常状態中に、好ましい構成はできる限り乾燥した温度、および凍結を防止するのに十分なだけちょうど高い使用温度を使用する。

低温乾燥は、暖機時間を短縮するか、無くし、使用エネルギが減少し、織物に対してより優しく、性能の低下がない。これについては、付属書Ａ：理論的な考察事項でさらに詳細に検討する。

改良された空気流
水平上向き流動層空気流
従来の住居用乾燥機は通常、下向き空気流、または顕著な下向き成分がある空気流を使用する。大部分の住居用乾燥機は、後部隔壁の高所でドラム入口を、前部隔壁上の床下でドラム排気部を使用する。少数の住居用乾燥機は、下向き有孔（孔あき）プレナムを有するドアを使用する後方から前方への水平空気流を使用する。この設計は、重大な下向き成分を空気流にも導入する。別の設計は、ドラムの入口と排気部の両方を後部隔壁の対向する側に配置し、入口が隔壁上で排気部より上に配置される。乾燥機は現在、上向き空気流（上昇空気流）、または重大な上向き成分がある空気流を使用する。

下向き空気流は、タンブル乾燥（回転式乾燥機による乾燥）には不利である。これは落下する織物を下方向に押しやり、限界落下ドエル時間を減少させ、落下する物品を相互により近く圧縮する。織物は、前方に、さらにドラム排気部に向かって下方向に押しやられ、排気部空気孔を閉塞する傾向を引き起こす。これらの要因は、性能および効率を損なう。

代替空気流路は、図１２で示すように有利に適用できる。典型的な従来の空気流が図１２Ａで図示されている。空気は頂部付近で、ポイント５８付近にてドラムに入り、前方および下方向に移動して、ドアの下でポイント６０にて出る。図１２Ｂは改良された空気流を示し、ここで空気はドアの下でポイント５８’にてドラムに入り、後部隔壁の頂部付近でポイント６０’にて出る。

この実施形態では、空気流の上向き成分は層を流動化させる傾向があり、落下する織物品は空気流と一緒ではなく、それに抗して落下し、より低速で落下して、限界ドエル時間を延長させる。落下する物品は、集合するのではなく、ふんわり膨らんで分離する傾向があり、乾燥空気への曝露が大幅に増大する。空気流の水平成分の効果が大幅に軽減される。織物品は、ドラムの前方または後方にて底部で一塊にならず、ドラム排気部を閉塞しない。この実施形態は、改良された水分抽出および乾燥の性能を提供する。

代替実施形態は、底部付近または底部にある後部隔壁上のドラム入口、および前方のドラム排気部を有する。ドアはプレナムとして構築することができ、前部ドラム排気部はドアの頂部に、またはその付近にあるか、ドラム排気部を前部隔壁内のドア上にあってよい。これらの実施形態は、同じ有利な上向き空気流を呈し、よりアクセスしやすい糸屑フィルタの位置という追加の利点がある。

ドラム排気部がドア内にある場合、糸屑フィルタもドア内で、好ましくは取り出すために手が届きやすい頂部付近に配置できる。フィルタアセンブリは、所望に応じてドアの内側から、ドアの頂部から、またはドアの外側からアクセスするように構成できる。ドラム排気部が隔壁内でドアの上にある場合、フィルタアセンブリは、所望に応じてドア上の乾燥機の前部から、または前部で乾燥機の頂部から簡単にアクセスするように構成できる。

垂直上向き流動層空気流
従来の商用および産業用乾燥機は通常、垂直下向き空気流を使用する。これは、乾燥空気を加熱する大型の電気またはガス燃焼加熱装置を使用することに釣り合った安全要件であると考えられている。大型の加熱装置またはバーナを織物の負荷の真下に配置することは、本質的に安全でない。その結果、加熱装置は通常、ドラムの上に配置され、垂直下向き空気が使用される。この方法は不利である。つまり、落下する衣類をドラムの底部に向かって下方向に押しやり、落下する物品を圧縮して、ドエル時間を大幅に短縮する。排気部の通風は織物をドラムの底部へと引っ張り、ドラム排気部を実質的に閉塞する。

ヒートポンプ乾燥機には、電気またはガス燃焼ユニットの本質的な火災の危険がなく、垂直上向き空気流に非常に適している。有利に適用可能な例示的実施形態が、図１３に図示されている。図１３Ａで示すように、従来の乾燥機では空気が頂部からポイント６２にてドラムに入り、垂直下方向に移動して、ドラムの底部を通してポイント６４で出る。図１３Ｂで示す改良された実施形態では、空気がドラムの底部からポイント６２’で入り、垂直に移動して、ドラムの頂部を通してポイント６４’にて出る。

この実施形態は、タンブル動作を大幅に改良し、落下ドエル時間を長くして、織物品の分離を改良し、それに釣り合って乾燥空気へと曝露を改良する。ドラム排気部の閉塞が解消され、乾燥空気流が非常に増強される。この実施形態では、水分抽出および乾燥性能を大幅に改良できる。

非対流加熱
従来の全てのタンブル式乾燥機、および本書で以前に検討したヒートポンプ乾燥機が使用する定常状態の対流乾燥中に、全体的な織物の心温度は、ドラム内の空気の湿球温度を超えない。この現象は、以上の低温乾燥の項で検討したようにドラムに入る空気の乾球温度から影響を受けない。

非対流熱源はこの制限を受けず、乾燥機の性能を向上させる現在の効果的で新規の方法である。これらの方法は、対流加熱より非常に高い織物温度およびドラム排気の露点を達成することができ、したがって暖機時間を削減し、乾燥率を上昇させ、効率を改善する。

電気的非対流加熱
１つの実施形態では、織物を直接加熱するように、例えばドア内にドラム内部に向かって後ろ向きに放射熱手段を配置できる。この方法は効果的であるが、追加のエネルギを消費する。代替方法は、ドラム壁の一部に取り付けた熱抵抗加熱装置を使用し、これも効果的であるが、追加のエネルギを消費する。この後者の方法は、本書の次の項で検討するように、回転式電気接続部、または固定ドラムの必要性も導入する。

ヒートポンプの非対流加熱
好ましい実施形態では、図１０で示すように、対流を介して織物を直接加熱する加熱されたドラム壁６６を有する対流加熱手段を実現する。ドラム壁６６は、その周囲の適切な部分に任意の適切な構造の冷却剤熱交換器を含む。

通常のタンブリング中の任意の時に、織物品の一部は落下し、一部はドラム翼によって持ち上げられ、一部はドラム底部の密集した重なりで休止している。好ましい実施形態では、加熱されるドラム周の部分は、タンブリング中に落下する織物が占有するドラム周の部分に対応する。これは通常、ドラム周の底部の１／３である。

１つの実施形態では、蛇行する管を溶接、はんだ付け、または他の適切な手段でドラム壁６６の加熱された部分に接合できる。あるいは、ドラム壁６６の加熱された部分は、小型冷却剤蒸発器で一般的に使用されるタイプの一体流路を含んでよい。ドラム壁の外部は、熱損を最小限に抑えるために断熱することが好ましい。

使用時には、高圧の過熱冷却剤が、ポイント１’で圧縮機１６を出て、ドラム壁６６に入り、ドラム壁６６を加熱して、ドラムの底部で休止している織物に熱を伝導する。したがって、織物の温度は周囲空気の湿球温度より上に上昇し、水分抽出率を大幅に上昇させる。

好ましい実施形態では、ドラム壁熱交換器６６が冷却剤を過熱低減するが、それを凝縮させない。これは、より単純かつ安価なドラム壁の設計を可能にし、乾燥率を実質的に上昇させる十分な熱を提供する。次に、ほぼ飽和した冷却剤がポイント１Ａ’でドラム壁６６を出て、コンデンサ（凝縮器）１６に入る。

冷却剤サイクルの残りの部分は、以前に検討した実施形態と事実上同様であるが、コンデンサ１６の加熱容量がドラム壁６６の加熱容量によって減少する。これは欠点ではない。ドラムに与えられる全熱量が、コンデンサ１６とドラム壁６６によって供給される熱の合計だからである。

この実施形態では、ポイント１でドラム１０に入る乾燥空気が、加熱したドラム壁６６を使用しない実施形態よりわずかに低温である。この空気は、主にドラムから抽出した水分を除去するキャリアとして機能し、ドラムを出る湿球温度より高い温度であるだけでよく、これは通常は織物の表面温度と等価である。加熱したドラム壁６６を使用した性能は、対流加熱の実施形態より非常に改良される。

加熱したドラム壁がある冷却剤節減装置５０を使用する場合は、その結果として圧縮機の放出過熱量が増加し、ドラム壁で使用可能な熱が増加して、ドラムの水分抽出率をさらに上昇させる。

回転ドラム
この実施形態の変形では、回転するドラム周の全体を加熱し、好ましくは外部を断熱する。冷却剤は、回転取付具を通してドラム壁の熱交換器に結合できる。あるいは、電気式ドラム壁の熱は、ドラム壁上の電気式加熱装置、および電気的接続用のスリップリングで同様に実現できる。

固定ドラム、回転翼ケージ
ドラムの回転の主要な目的は、乾燥中の織物をひっくり返すことである。ひっくり返しは、強制対流乾燥の基本的で不可欠な機能である。ひっくり返しは層を流動化させ、織物品を循環させる。織物は、主に落下中に乾燥空気に曝露する。

ドラム壁自体は、ひっくり返しに実質的に寄与せず、これはドラム壁に取り付けられた巻き上げ翼の機能である。ドラムおよび翼が回転するにつれ、翼がドラムの水平中心線より下になると、その入射角が上方向になり、織物品を捕捉し、それを巻き上げる。翼が、水平中心線より非常に上になり、入射角が下方向になると、織物品が滑り落ち、ドラムの底部に向かって落下する。

これは上死点付近で生じるが、上死点ではない。翼によって織物に与えられた回転速度により、織物はわずかに円弧状に落下し、したがって主にドラムの垂直中心線を通って落下する傾向がある。ドラムが翼を有しない場合、織物は重大な巻き上げがない状態でドラム壁に沿って滑動し、ひっくり返し効果は無視してよいほど低下する。

実際に製造可能な方法でドラム壁の加熱を促進するには、回転滑り継ぎ手などがない状態で熱交換器（ＨＸ）手段を冷却剤のパイプ回路に結合すると有利である。新規の好ましい実施形態では、ドラムは回転しない。これによって、単純かつ低費用の蛇行性管または他の適切なＨＸ手段をドラム壁に直接取り付けて、はんだ付け、蝋付けのようにＨＶＡＣ産業で知られている従来通りの手段で冷却剤パイプに結合できる。あるいは、ドラム壁の加熱した部分は、一般に小型冷蔵庫の蒸発器に使用する一体流路を含んでよい。

図１６から図１９に示す好ましい実施形態では、ひっくり返しは、固定ドラム７０の内側で翼６８のグループを独立して回転させることによって遂行される。これらの翼６８は、ドラム７０の前側では環状リング７２によって、後部では７４によって支持することが好ましい。リングおよび翼は一緒になってケージを形成し、これはドラムの内側にぴったり填り、電動モータのような適切な駆動手段によって回転する。

前部リング７２の内径は、洗濯物を装填し、取り出すために適切なドア手段とのアクセス・クリアランスを提供するのに十分なほど大きい。前部リング７２は、図１８のローラ７６によって支持することができ、これは固定ドラム７０の内面に載る。後部リング７４は、駆動軸での支持を容易にするために孔あき（有孔）ディスクとして形成される。後者の孔あきの実施形態では、孔によって乾燥空気がディスクを通過できる。

図示されていない駆動軸は、固定ドラムの後壁を通過し、図１９で示すような適切な駆動プーリまたはスプロケット７８に取り付けることができる。プーリまたはスプロケット７８は、ベルトまたは鎖８０を介して駆動モータ８２に結合できる。軸は、ドラム後壁の適切な支承手段によって支持することが好ましい。適切な軸シールを、支承位置に設けて、空気の漏れを防止することが好ましい。

この実施形態の変形では、一方または両方のリング７２および７４が、ドラムの内側にぴったり填り、多くの従来通りの住居用乾燥機の支持ドラム・ガイドで現在使用されているように、ＵＨＭＷポリエチレンまたはテフロンのような低摩擦材料から作るか、それで覆うことができる。あるいは、低摩擦材料を、リングの滑り路に沿ってドラムの内面に適用できる。

別の代替実施形態では、翼ケージは後部駆動軸に完全に片持ち式にし、前部にローラ７６または滑りの必要性を無くすことができる。

これらの実施形態は、ドラムの縁部シールを省略するという追加の利点を有する。ドラムの前部に可動シールを必要とせず、これはドアのガスケットによって効果的に密封され、後部は単純な従来通りの軸シールしか必要としない。

図２１および図２２に示す代替実施形態では、固定ドラム７０が２つの半殻（外板）７０Ａおよび７０Ｂで構成され、中心線の周囲にスロットがある。前半分の半殻は、洗濯物を出し入れするために端壁（図示せず）に開口を含み、適切なドア手段があることが好ましい。１つのリング８４がドラム半殻７０Ａと７０Ｂの間に嵌められており（取付けられており）、各翼６８をその中心で支持する。リング８４は、主に図２１で示すようにドラムの内側にあるか、主にドラムの外側にあるか、２層になって、ドラムの内面と外面の両方に載り、一体の縁溝があって、それに各ドラム半殻の開放端部が載ってもよい。

リング６８の少なくとも一部は、ドラムの半殻７０Ａと７０Ｂの間のスロットを通して露出することが好ましく、駆動ベルト８０をそれに巻き付けて、電動モータ８２のような適切な駆動手段で回転を提供できる。リング８４は、ドラム壁の内側および／または外側に載る支持ローラまたは軸受けの玉を含んでよい。あるいは、リング８４は、多くの従来の住居用乾燥機でドラムを支持するために使用するように、テフロンまたはＵＨＭＷポリエチレン、または他の適切な低摩擦支承材料の滑り細片または帯を含んでよい。

本書のドラム密封の項で検討するドラム密封方法のような適切な密封手段を、リング８４とドラム半殻７０Ａおよび７０Ｂの間の境界面に設けることが好ましい。

翼６８は、ルート部（根本部分）が厚く、先端部（遠位端）が薄いテーパ状となっており、前方に湾曲して（この湾曲部で）ドラム壁に接触することが好ましい。翼または前縁は、ＵＨＭＷポリエチレン、テフロン、または他の適切な材料のような可撓性の呈摩擦材料から作ることが好ましく、必要に応じて適切な内部構造手段を含んでよい。

翼６８は、十分な弾性を有し、その前縁で移動して、ドラム壁との接触を維持して、消費者級の乾燥機で一般に見られるようなドラムの形状公差と振れを吸収することが好ましい。翼ケージが回転するにつれ、翼６８はドラムの底部で織物品の下を移動し、これを頂部または頂部付近まで巻き上げ、そこでこれは落下することができ、したがって固定ドラム７０内のひっくり返り動作を容易にする。

起こりそうにないが、衣類がドラム壁と翼６８の間に捕捉され得ることが予見可能である。これに対応するために、翼ケージ・アセンブリはドラムよりわずかに小さい直径でよい。この実施形態では、翼ケージがドラムの軸方向中心のわずかに下に位置決めされ、したがって翼は底部でドラム壁にしっかり接触し、ドラムの頂部に近づくにつれてドラム壁から分離し始める。図２０は、回転翼の好ましい行程容積８６を示す。

翼６８がドラム７０の頂部に近づくにつれ、これはドラム壁から分離し、壁と翼６８の間に捕捉された衣類を自由にし、これが底部へと落下できるようにする。好ましい実施形態では、翼６８とドラム壁との最大公差は、ドラム７０の頂部で約１／４インチ（６．３５ｍｍ）から１インチ（２５．４ｍｍ）である。

代替実施形態は、住居用乾燥機では通常静止しているドラムの後部および／または前部隔壁上に電気加熱手段または冷却剤熱交換器手段を有する。これは、ドラム周の底部を加熱するほど効果的ではないが、製造費がこれより低い。

加熱した隔壁の実施形態のさらに効果的な変形では、後部隔壁を加熱し、ドラムを水平から例えば３０°〜４５°だけ後方に傾斜し、したがって洗濯物と加熱後部隔壁との間の全体的接触を改善できる。

固定ドラム、商用乾燥機
大型の従来通りの商用乾燥機は、通常は５０ポンド（２２．７ｋｇ）以上の容量で、垂直空気流を使用する。これらの乾燥機は、内部バスケットが回転する固定ドラムを有する。内部バスケットは円筒壁全体にわたって孔があいている。リフタ翼が内部バスケットに取り付けられる。外部ドラムは、頂部および底部に開口を含み、それぞれが概ね前部から後部へと延在する。これらの開口は、十分な空気流を可能にするほど十分に広く、通常はドラム周の１０％〜１５％である。加熱された空気は通常、頂部開口に入り、回転する孔あきの内側バスケットを通過して、湿った空気が底部開口を通って出る。

このタイプの乾燥機で加熱したドラム壁に役立てるために、内部の孔あきバスケットを省略し、以前の項で検討したものと同様の翼ケージを使用してよい。その概略的な例が図２９に図示され、これは好ましい上向き空気流も示す。好ましい上向きの実施形態では、加熱された空気８８が底部開口に入り、湿った空気９０が頂部開口を通って出る。

商用乾燥機で遭遇する重い負荷を支持するために、翼ケージは構造的強度および剛性が高いことが好ましい。後部リングは中実円盤として形成してよく、前部リングは、ドアを収容するために内径が大きいリングとして形成してよい。これは、良好な構造的完全性を提供し、中断がない垂直空気流を可能にする。

翼６８がドラム壁と弾力的に接触しているので、固定ドラムの頂部９２および／または底部９４の空気流開口内へと延長し、各開口の遠い方の縁部に寄りかかることがあるので望ましくない。それを防止し、洗濯物が空気流開口に入るのを防止するために、固定ドラム壁は板金のような実質的に連続的な材料で形成し、好ましくはドラム７０の頂部および底部にある各空気流開口９２および９４の区域に孔をあけることができる。洗濯物および翼は、有孔区域を楽々と通過できる。

加熱したドラムの冷却
ヒートポンプ乾燥機は一般的に、冷却期間を必要としない。というのは、乾燥機が好ましい低温範囲で作動している場合、織物は一般的に、乾燥サイクルの最後には扱えるほど十分に冷めているからである。しかし、加熱したドラム壁手段のような伝導加熱源は、１４０°Ｆ（６０℃）を超える温度で作動することが好ましく、長い冷却期間がない状態で乾燥機から安全かつ快適に出し入れするための冷却手段があることが好ましい。

単純な実施形態では、冷却サイクルは制御機能である。乾燥サイクルの最後に、制御手段がＴＥＶ３０を開放し、高圧の冷却剤が急速に膨張して、冷えることを可能にする。これは、ドラム壁のアクセス可能な表面を安全な温度まで効果的に冷却する。

商用作業のように時間が重要である状況では、代替実施形態でさらに迅速な冷却を達成すると有利である。この実施形態は、住居用の可逆ＨＶＡＣヒートポンプで使用するような弁手段を含み、これは電磁弁タイプであることが好ましい。

乾燥サイクルが終了すると、弁手段が好ましくは制御部３２によって起動し、冷却剤の流れを方向転換する。方向転換したモードでは、定圧冷却剤がＴＥＶ３０からドラム壁に入り、ドラム壁が実質的に蒸発器になる。このモードの間に、主要送風機が停止して、コンデンサを効果的に遮断し、これによってサブクーラーが冷却剤を凝縮させて、システムから熱を除去できる。

この実施形態は、ドラム壁を効果的に冷やし、非常に迅速な冷却を提供する。このモードは一般的に、各乾燥サイクルの終了時に非常に短時間だけ必要とされる。乾燥機が十分に冷めると、システムが停止し、切換弁が通常モードに復帰する。

別の代替実施形態は、コンデンサとドラム壁との両方を構成して、蒸発器として作用し、ドラム壁と空気流との両方を冷却して、サブクーラーを介して乾燥機および織物から熱を除去する弁手段を含む。この実施形態では、冷却モード中に、サブクーラーを介して放出される熱が、除去される熱に動力消費量を加えた値と等しい。これに対応するために、圧縮機は、速度制御などを介して低下した容量で作動できる。

あるいは、サブクーラーの容量は、通常の乾燥に必要な容量より大きく、本書のシステム制御部の項で検討する手段によって乾燥温度を制御するために、必要に応じて調整できる。冷却モードでは、サブクーラーは、動力消費量と等しい熱を除去し、さらにドラムおよび織物を冷却するのに十分な全容量で作動できる。

ドラムの密封
ドラムの密封は、ヒートポンプ乾燥機の設計の重要な態様である。ドラム周囲の少量の空気漏れは、従来の乾燥機では一般的に重要ではないが、ヒートポンプ乾燥機の性能を大幅に劣化させることがある。ドラム内に漏れる室内空気が乾燥空気の温度を低下させ、湿度を上昇させて、水分抽出を損なうことがある。ドラムから周囲の部屋に漏れる空気は、過度な熱損を引き起こし、部屋の湿度を望ましくないほど上昇させることがある。

回転ドラムおよび静止隔壁がある典型的な住居用ヒートポンプ乾燥機の好ましい実施形態が、図２３および図２４で図示されている。この実施形態は、前部および後部隔壁に組み込まれ、ドラム壁９８と平行な一体フランジ９６を有する。後部隔壁１００のみが図示されている。ドラム壁９８は前部および後部の密封区域１０２を含み、これはドラムと同じ直径であるか、図示のようにドラムよりわずかに小さい直径へと段階的にしてもよい。

エラストマ・シール部材１０４を、フランジ９６とドラム壁シール区域１０２の間に挿入することが好ましい。シール部材１０４は、「Ｄ字」の断面または他の適切な輪郭であり、十分な弾性があって、消費者等級の乾燥機で一般的に見られるドラムの形状公差と振れを吸収しながら、ドラム壁密封区域１０２との良好な密封接触を維持するように移動する。

シール部材１０４は、両面テープ、粘着性裏打ち、または他の適切な手段でフランジ９６に結合することが好ましく、ドラム壁の密封区域１０２は滑動密封表面である。好ましい実施形態では、シール・アセンブリは重量を支承せず、ドラムは別個の手段によって回転状態で支持される。テフロンまたはＵＨＭＷポリエチレンのテープのような低摩擦手段を、密封部材１０４の接触線に沿ってドラム壁の密封区域１０２に接着し、回転抗力を低下させることができる。

あるいは、シール部材１０４は、「Ｄ字」輪郭が外向きの状態で、図示とは反対の方向でドラム密封区域１０２に接着することができ、これでフランジ９６は滑動密封表面である。低摩擦手段をフランジ９６に接着し、抗力を低下させることができる。所望に応じて単一の密封部材１０４、または複数の密封部材を使用してよい。

図示されていない代替実施形態では、フランジ９６を省略し、ドラム壁の密封区域をドラム壁９８に向かって隔壁１００と平行で内側に９０°折り曲げ、ドラム壁９８上に内部フランジを形成できる。次に、密封部材１０４をドラム壁の密封区域に、または隔壁１００の対合部分に接着し、端面シールを形成できる。

送風機１２の位置は一般的に重要ではないが、ドラムへとわずかにマイナスの空気圧を導入し、水分または熱が部屋へと逃げるのを防止するために、ドラム排気部に配置することが好ましい。

システム制御部
図１から図４で示す制御部３２は幾つかの機能を果たす。最も基本的な実施形態では、制御部３２は単純なタイマーを有してよく、これは電子式であることが好ましく、システムを始動（起動）し、予め洗濯された運転時間が経過した後にこれを停止させる。これは、順を追って始動（起動）を実行し、電気サージ負荷を最小限に抑えて、圧縮機１６が始動（起動）する前にドラムの回転および空気流を確立することが好ましい。

好ましい順序では、制御部３２が最初に送風機１２を始動させ、次にドラム１０の回転を始動させ、次に圧縮機１６を始動させる。これらの事象の間の時間は、例えば１秒から２秒のように、圧縮機が始動する前に送風機が全速に到達するのに十分であることが好ましいが、任意の望ましい遅れを使用してよい。別の代替実施形態では、ドラム１０および送風機１２を同じモータで駆動できる。制御部３２の追加の機能は、温度および／または湿度制御、安全性限界、サイクルの選択などを含む。

好ましい実施形態では、織物の乾燥度が制御部３２によって監視され、所望の乾燥度が達成されると、システムが自動的に停止する。これについては、本書の乾燥度制御の項で検討する。このようなシステムが図３８で図示されている。そこで図示されているように、ドラム空気入口の湿度センサ１０４０およびドラム空気入口の温度センサ１０４２を、乾燥ドラム１０の入口に設ける。ドラム空気出口の温度センサ１０４４およびドラム空気出口の湿度センサ１０４６を、ドラム１０の出口にも設ける。センサ１０４０、１０４２、１０４４および１０４６はそれぞれ、制御部３２に信号を提供し、これが織物の水分を求め、信号を提供し、所望の湿度が達成されると乾燥機を停止する。このようなシステムで使用可能なサンプル・アルゴリズムの論理流れ図が、図４０から図４２で図示されている。図４０は、示差温度アルゴリズムを示す。図４１は示差湿度アルゴリズムを示す。図４２は示差湿度と温度を組み合わせたアルゴリズムを示す。これら全てのアルゴリズムの意図は、集合体としての織物負荷がいつ乾燥したかを認識し、次に個々の湿った物品をチェックすることである。通常、孤立した物品は、残りの負荷が乾燥している時に湿っている。別の物品に包まれていたか、残りの負荷より非常に重い織物だからである。この場合、湿った物品がドラム排気部を通過してひっくり返るにつれ、温度が短時間低下し、相対湿度が短時間上昇する。いずれかがドエル時間をリセットすることがある。

図３８は、温度と相対湿度のセンサの両方を示すが、両方とも必要ではない。任意選択で、ドエル時間は、ｄＴ／ｄｔまたはｄＲＨ／ｄｔのスパイクによってリセットできる。例えば、図４０で示すように示差温度を使用する場合、ドラム排気部または出口で単一の相対湿度センサを使用できる。ドエル時間中に排気の相対湿度の閾値勾配より高速の急速な上昇がある場合、これもドエル・タイマーをリセットする。

温度制御
乾燥中に比較的一定の使用温度を維持することが望ましい。好ましい実施形態では、氷を蓄積させずに、蒸発器の飽和温度をできる限り低く維持する。乾燥機の温度は、所望に応じて湿式空気ヒートシンク１４および／またはサブクーラー４４の有効性を調整することによって制御できることが好ましい。

特にサブクーラー４４と冷却剤節減装置５０の両方を使用する場合、できる限り小さいヒステリシスで温度制御を達成することが望ましい。

冷却剤節減装置５０は、サブクーラー４４を遮断した場合に、より多くの熱を伝達する。サブクーラー４４を、例えばファンの循環などを介してオンまたはオフに切り換える場合、ＴＥＶ３０は通常、一様化に１５〜３０秒かかり、効率の悪い遷移状態である。したがって、この実施形態ではオン／オフ制御のために比例制御が好ましく、これは全ての実施形態で有利である。

図３１は、温度センサ１０１０を乾燥ドラム１０への温風入口のすぐ外側に配置する本発明によるヒートポンプ乾燥機システムのさらなる実施形態を示す。センサ１０１０は、乾燥ドラム１０の入口における温度を表す信号を温度制御部１０１２に提供する。温度制御部１０１２は、サブクーラー・ファンまたは送風機１０１４を作動させるために使用されるファン速度制御信号を生成する。ファンまたは送風機１０１４は、部屋または他の適切な源からの冷却空気を使用して、サブクーラー４４を空冷する。

図３２は、温度センサ１０１０が乾燥ドラム１０の入口における温度を表す信号を温度制御部１０１２に提供する本発明によるヒートポンプ乾燥機システムのさらに別の実施形態を示す。温度制御部１０１２は、冷却水制御弁１０１６に供給される冷却水制御信号を生成する。弁１０１６は、施設の給水部または他の適切な源から冷却水を受容し、冷却水を水冷式サブクーラー４４に供給する。図３２で示すように、水冷式サブクーラーの出口は、放出水アキュムレータ１０１８に接続してよい。所望に応じて、アキュムレータ１０１８内の水を、図３５で示すように洗濯機のような熱負荷へと放出できる。

ヒートシンク
湿式空気ヒートシンクを使用する実施形態では、ヒートシンク１４は能動的機械式ダンパによって調整することができ、ヒートシンク上の冷却用室内空気流の体積流量を変更するか、乾燥空気ループ内のヒートシンク・バイパスを変更する。

あるいは、ヒートシンクのファンを循環するか、好ましくはヒートシンクのファン速度を変更することによって、調整を遂行できる。可変ファン速度は、ファンの循環で一般的に遭遇する寄生温度ヒステリシスを減少させるか、解消するので有利である。

ファン制御の実施形態では、ヒートシンク１４は、断熱されていることが好ましいハウジングに囲まれ、これはファンまたは送風機が作動してない場合に、熱伝達および自然対流の空気流を実質的に制限し、したがってヒートシンク１４の正確な制御、可変冷却空気流手段の有効性に役立つ。

サブクーラー
サブクーラーを使用する実施形態では、図３の物品３８として示した暖機蒸発器切換弁と同様の方法で、所望に応じて冷却剤回路に、または冷却剤回路からサブクーラーを切り換える切換弁手段で、調整を遂行できる。

あるいは、サブクーラー・ファンは、必要に応じて循環させ、サブクーラーを調整できる。好ましい実施形態では、サブクーラーの調整は、ファンの循環によって導入されるヒステリシスなしで調整を達成する可変ファン速度で遂行される。

ファン制御の実施形態では、サブクーラー４４は、断熱されていることが好ましいハウジングに囲まれ、これはファンまたは送風機が作動してない場合に、熱伝達および自然対流の空気流を実質的に制限し、したがってサブクーラー４４の正確な制御、可変冷却空気流手段の有効性に役立つ。

熱膨張弁
熱膨張弁（ＴＥＶ）３０は、蒸発器放出部において一定またはほぼ一定の過熱を維持するように構成できる。これは、感知バルブ・タイプの単純な機械式ＴＥＶ３０で、または好ましくは比例制御またはＰＩＤ制御のステッパ・モータ・タイプの弁で遂行できる。

代替実施形態では、ＴＥＶ３０は、蒸発器の過熱を無視し、蒸発器を出る空気の一定温度の維持に努めるように構成できる。これは、凍結せずに蒸発器の空気温度をできる限り低く維持する最も直接的な方法である。

この後者の方法は、蒸発器の過熱を無視し、これは実際にはゼロ（飽和蒸気）に近づくことがある。これは性能を損なうか、冷却剤低減装置５０とともに使用する場合、液体が圧縮機に入る危険を招くことがない。冷却剤低減装置５０は、圧縮機吸引部に多大な過熱を導入し、蒸発器放出部の飽和蒸気には望ましくない効果がない。

所望に応じて、ＴＥＶ３０の代わりに定圧弁、毛管または他の適切な拡張手段を使用できる。

冷却剤受け器２８は好ましいものであり、適度な性能の改善を提供するが、これは必須ではなく、所望に応じて省略でき、製造費が僅かに削減される。

乾燥度制御
乾燥度は、隔壁内または断熱された翼上に装着した金属質フィンガを介して織物の電気抵抗を測定する古典的な電子的手段で監視できる。この方法は良好に働き、産業基準になっているが、実際に欠点を有する。金属細片の配置が重要であり、そうしないと湿った衣類が、往々にしてセンサ論理を満足するのに十分な接続をすることができない。また、衣類の完全なひっくり返しに大いに依存する。シーツのように大きい物品でよくあるように、衣類が巻き付くか、幾つかの衣類が単に乾燥機の後部または前部に向かって留まっている場合、金属細片は個々の湿った物品を感知せず、乾燥機が適切な乾燥度に足りずに停止してしまうことがある。

好ましい実施形態では、ドラムを出入りする乾燥空気の混合比を監視できる。ドラムにまたがる混合比の差が、乾燥空気１キログラム当たり水５グラムのような所望の公差内である場合、５分などの適切なドエル時間だけ運転が継続してから停止する。この５分のドエルは、織物の巻き付きおよび／または隠れた小さい物品に対応する。このような場合、これらの物品は５分のドエル中に断続的に分離し、ドラムを去る空気の混合比が短時間上昇し、ドエルタイマー手段を再始動する。しかし、５分後にドラム排気の混合比に遷移上昇がない場合、洗濯物は乾燥したと見なされる。この方法は、概ね絶乾重量の０．２ポンド（２２７ｇ）（乾燥重量の２．５％）まで正確であることが判明している。

開ループ空気回路
本書の以前の項で検討した閉空気ループの実施形態の代替実施形態が、図２７で図示されている。送風機１２は図示のように配置するか、ドラム１０の排気部のポイント３に配置して、ドラム密封の項で検討するようにドラム内にわずかにマイナスの静圧を導入できる。

この実施形態では、室内空気がポイント１でコンデンサ２６に引き込まれ、ここで加熱される。加熱された室内空気はコンデンサ２６を出て、ポイント２でドラム１０に入り、織物から水分を抽出する。次に空気は、より低温で湿った状態でドラム１０を出て、ポイント３で蒸発器１８に入り、ここで空気から熱を抽出する。湿った空気はポイント４で蒸発器１８を去り、送風機１２を通過してポイント５にて外部換気手段に至り、ここで好ましくは屋外へと換気される。

この実施形態では、コンデンサ２６は従来の乾燥機の加熱装置の機能を果たし、動力消費量は実質的にはるかに少なく、ヒートポンプのＣＯＰを利用する。蒸発器１８は、ドラム排気部にある水分を全ては凝縮しない。入る室内空気をコンデンサ２６にて加熱するために、十分な熱を除去する。凝縮しない水分は、排気とともに屋外に換気される。サブクーラー４４および湿式空気ヒートシンク１４は、必要ではない。というのは、圧縮機１６の動力消費量と実質的に等しい熱が、排気とともにシステムから換気されるからである。

代替実施形態では、蒸発器１８の容量は、排気からの水分の実質的に全部を凝結し、排気を室内に換気できるようにし、屋外の換気手段を必要としないのに十分である。この実施形態では、サブクーラー４４を使用して、圧縮機１６の動力消費量と実質的に等価の熱を除去できる。排気を使用してサブクーラー４４を冷却し、別個のサブクーラー４４、ファンまたは送風機の必要性を無くすことができる。

十分に凝縮する実施形態の変形では、湿式空気ヒートシンク１４を単独で、またはサブクーラー４４とともに使用して、圧縮機１６の動力消費量と実質的に等価の熱を除去できる。この実施形態では、蒸発器１８の容量を減少させ、したがってヒートシンク１４と蒸発器１８の組み合わせた熱伝達容量が、顕熱を除去し、排気中の水分を実質的に全部凝縮させるのに十分である。

効率を改善するために、空気と空気の節減装置またはヒートパイプ節減装置は、システム排気部のポイント５にある高温セクション、およびシステム吸気部のポイント１にある低温セクションとともに使用できる。

冷却剤節減装置５０を、上記の実施形態のいずれかに適用して、ヒートポンプの性能を改善できる。

この実施形態は、室内空気を引き込み、従来の乾燥機と同様に、付属書Ａ：理論的な考察事項で検討するような乾燥空気の水蒸気の分圧を低下させることができない。これは以下の利点および妥協点を呈する。
利点
製造費の大幅削減
・ヒートパイプがない
・サブクーラーの必要がない
・ヒートポンプの小型化
妥協点
乾燥空気の放出
・大部分の現場で屋外換気が必要
・排気中に薬品蒸気がある
・乾燥機のシーツ
・洗濯添加剤
従来の乾燥機と相応の比較的遅い乾燥時間

追加のプロセス強化点
暖機蓄熱
暖機時間および暖機エネルギ消費量は、作動中に発生した廃熱を保存することによって減少させることができる。好ましい媒体は、パラフィンおよび／または他のワックスの混合物であるが、これは使用温度範囲にとって適切である十分な容量の任意の蓄熱媒体で遂行できる。

相変化熱交換器１０６が相変化媒体および適切な支持構造を含み、ドラム１０からの湿式空気放出部に挿入される１つの実施形態が、図１５で図示されている。前記支持構造は、ドラム排気に対して媒体の十分な表面積曝露を呈し、液体状態にある間に媒体の形状因子を維持するように構成される。

乾燥機が定常状態の使用温度である間に、相変化媒体はドラム排気から熱を吸収し、湿式空気ヒートシンク１４の機能を効果的に実行する。相変化熱交換器１０６を出る空気は、ヒートシンク１４の有効性を制限するために十分に冷却される。これは、相変化媒体が実質的に溶解して、さらなる熱を吸収できなくなるまで継続される。この時点で、ヒートシンク１４は、残りのサイクルで乾燥機から熱を除去するという通常の機能を果たす。ヒートシンク１４は、蓄熱媒体が飽和するまで、本書の以前の項で検討したように好ましくは制御部３２によって停止できる。

乾燥機がその後の乾燥サイクルのために始動する場合、それが低温であるか、十分に暖機されていないと、相変化熱交換器１０６がドラム排気を加熱し、乾燥機に対する暖機熱に寄与する。媒体が十分に凍結し、さらに熱を全く供給できない場合、またはこれが発生する前に乾燥機が適切な温度に到達している場合、媒体は熱の寄与を終了し、サイクルが正常に続行する。定常状態の期間に、媒体を再加熱する。

この方法は、暖機時間を短縮し、追加のエネルギ消費がなく、負荷当たりの乾燥時間およびエネルギ消費量を効果的に削減する。

代替実施形態は、冷却剤回路（図示せず）内で蓄熱媒体を使用する。好ましい冷却剤回路の実施形態では、蓄熱媒体をポイント２でコンデンサ２６とサブクーラー４４の間に配置する。冷却剤回路の代替実施形態では、蓄熱媒体はサブクーラー４４に統合（一体化）するか、ポイント３’でサブクーラー４４と冷却剤節減装置５２の間に配置できる。

この後者の実施形態では、蓄熱媒体が飽和するまで、サブクーラー４４を好ましくはシステム制御部で停止できる。飽和した蓄熱媒体の温度は、好ましい冷却剤回路の実施形態より低く、定常状態中にサブクーラー４４によって除去される熱と一致する。

好ましい冷却剤回路の実施形態では、相変化媒体が、コンデンサ２６を出る冷却剤から熱を吸収し、冷却剤を冷却して、サブクーラー４４の機能を果たす。媒体が熱を吸収している間に、これはサブクーラー４４の有効性を制限するのに十分なほど冷却剤を冷却する。相変化媒体が飽和する、つまり十分に溶解し、それ以上は熱を吸収できなくなると、サブクーラー４４が残りのサイクルで乾燥機から熱を除去するという通常の機能を果たす。サブクーラー４４は、蓄熱媒体が飽和するまで、本書の以前の項で検討したように好ましくは制御部３２によって停止できる。

乾燥機がその後の乾燥サイクルのために始動する場合、それが低温であるか、十分に暖機されていないと、相変化媒体が節減装置５０に入る冷却剤を加熱し、乾燥機に対する暖機熱に寄与する。節減装置５０は、この熱を圧縮機吸飲部へと直接伝導し、吸引ガスの密度および冷却剤の質量流量を増加させる。これは相変化媒体の効果を複合する。つまり、ヒートポンプが、使用温度に到達する前に有用な効力で作動し、暖機時間をさらに短縮する。

媒体が十分に凍結し、それ以上の熱を供給できない、またはこれが発生する前に乾燥機が適切な温度に到達した場合、媒体は熱の寄与を終了し、サイクルが正常に続行する。この方法は、追加のエネルギ消費なしに暖機時間を非常に短縮させ、負荷当たりの乾燥時間およびエネルギ消費量を効果的に削減する。

能動的エキスパンダ（膨張器）
図１１で示すようにヒートポンプの効率を改善し、乾燥エネルギ消費量をさらに削減するために、この実施形態はＴＥＶの代わりに能動的エキスパンダ１０８を使用する。エキスパンダ１０８は、ＴＥＶと同じ機能を果たすが、圧力低下源として不可逆的な摩擦を使用せず、冷却剤から可逆的にエネルギを抽出する。好ましい実施形態は、小型のスクロール型の冷却剤圧縮機を使用し、これはエキスパンダとして逆に動作し、有用な電気を発生する。スクロール型のエキスパンダは、膨張中に冷却剤の内部気化を許容するので有利である。

この配置構成は、ヒートポンプ冷却剤回路の気密性の性質、およびそれに伴う設計寿命および信頼性を保持する。エキスパンダからの電気的出力は電子制御部に送られ、これはエキスパンダの回転速度の範囲にわたって安定して制御された電気供給を提供する。その結果のクリーンな電気供給を使用し、所望に応じてファンおよび／またはドラム・モータのような補助的物品を作動させるか、圧縮機電力の一部を供給できる。

先進の冷却剤およびそれを使用する機器
ヒートポンプからの炭化水素、フッ素および塩素を完全に無くすために、冷却剤として水を使用すると有利である。水に基づく作動流体用に意図されたヒートポンプシステムは、新規の機器の設計考慮事項を提示し、これは製造上の利点を提供し、さらにＯＤＰおよび地球温暖化がない。

冷却剤として水を使用するヒートポンプシステムは、従来の冷却剤の場合より非常に低い圧力および大きい体積流量で作動する。水系冷却剤用に設計されたヒートポンプ機器は、相応した異なる要件を有する。

ヒートポンプ乾燥機の好ましい温度範囲で動作するヒートポンプの典型的なシステム圧力は、低圧側で約１ＰＳＩＡ未満であり、高圧側で約１０ＰＳＩＡである。冷却剤の体積流量は、従来のシステムの場合より非常に大きい。好ましい実施形態の圧縮機は複合設計であり、従来のヒートポンプ圧縮機と同様に高圧送風機に類似している。

適切な圧縮機の１つの実施形態は、典型的な回転翼装置と比較して、低圧側で深い真空を扱うように最適化され、差圧が大きい回転翼タイプである。代替実施形態は、過流送風機段階を有する。従来の過流送風機はヒートポンプに使用するための十分な差圧が不可能であり、設計の改造が必要である。１つの実施形態は、複数の翼列過流送風機段階を有する。

このシステムの低圧側は、周囲大気圧に対して実質的な真空で動作する。これを達成するために、軸シールを通して空気がシステムに浸透するのを防止する適切な手段などが必要である。そのために、さらにモータを冷却するために、圧縮機ブロックを、従来のヒートポンプ圧縮機と同様に気密半殻内に封入することが好ましい。

従来のシステムでは、圧縮機内で冷却剤溶解性潤滑剤を使用する。少量が常にピストン・リング、スクロールシールなどを通って圧縮機から逃げる。逃げた潤滑剤は、冷却剤回路の全体で循環することができ、最終的に吸引側で圧縮機に戻る。

水冷却剤で使用する１つの圧縮機の実施形態はオイル無しタイプであり、潤滑剤を必要としない。密封が改善され、吹き抜け量が減少した代替実施形態は、冷却剤回路全体を循環できる水溶性潤滑剤を組み込む。好ましい潤滑剤は、水冷却剤の熱力学的特性を大幅に損なわない。

水冷却剤は腐食の可能性をもたらす。好ましい実施形態では、パイプ類が非金属であり、パイプ類の腐食は問題でない。圧縮機内の腐食は、複数の方法で対応できる。１つの実施形態は、可溶性潤滑剤中に腐食防止剤を使用する。腐食防止剤とともに、または腐食防止剤なしで使用可能な代替方法は、圧縮機の濡れる構成要素に耐食性の材料またはめっきを使用することである。

第３の実施形態は、システムのパイプ類に設置された酸素吸着体手段を有する。このような手段は、運転時間の最初の数分または数時間で冷却剤から混入酸素を除去し、圧縮機、パイプ類、および冷却剤と接触する全てのシステム構成要素の腐食を緩和するか、解消する。吸着体媒体は、使用可能な酸素と反応し、それを媒体中に捕捉されたままになる不活性化合物に変換するか、触媒作用でそれを吸収するか、使用可能な酸素をシステムから除去する他の適切な手段を使用できる。

好ましい気密実施形態では、吸着体手段は、酸素除去プロセスで実質的に消費される融蝕性使い捨てタイプでよい。吸着体媒体は、システムの製造中に設置した密封キャニスタ内に包装することができ、最初に使用すると使用可能な酸素を除去し、従来のシステムで使用されるフィルタ／乾燥機とほぼ同様に、永久的に受動的構成要素になる。

このシステムの熱交換器は、従来のヒートポンプのＨＸの設計とも異なる。低い使用圧力および高い体積流量に鑑みて、古典的な小型ボアのフィンとＵ字管の構造は適切に機能しない。好ましいＨＸの実施形態は、非常に多くの平行な流管または流路とマニホルドで接続された比較的大きい直径の注入および排気口を有する。低い使用圧力によって、非常に安価なＨＸの設計が可能になる。

パイプ類の設計も従来のシステムとは異なる。これは、直径が大きくなっていることが好ましく、アルミ、ＰＶＣまたは他の適切なポリマのように、さらに計量名材料であってよい。好ましい実施形態では、溶剤結合した継ぎ手があるＰＶＣパイプ類を使用し、従来のシステムに対して製造費の大幅な削減を提供する。

水冷却剤は、空調システムに典型的な温度で実際的な飽和圧力を呈するので、水冷却剤を使用するヒートポンプ機器は、空調用途、さらにヒートポンプ乾燥機で使用できる。

補足的特徴
スニーカのようなひっくり返らない物品を乾燥させる固定ドラム
従来の乾燥機は、スニーカなどを乾燥するために着脱式の静止ラックを提供することが多い。このラックは、通常は回転しないドラムの後部隔壁に、および前部ドア枠に取り付けられる。その唯一の目的は、ひっくり返すことができない物品に静止台を提供することである。

ヒートポンプ乾燥機は、スニーカのような物品を乾燥するために停止可能な別個のドラムまたは翼ドライブを有する。所望に応じて、大量のひっくり返せない物品を乾燥するために多レベル・ラックを設けてよい。このラックは、単にドラムの内側に載り、複雑な取り付け手段は必要ない。

代替実施形態は、乾燥すべき物品を捕捉する単一または複数レベルのラックを有し、したがってこれらの湿った物品をひっくり返すか、落下させることなくドラムまたは翼が回転できる。この実施形態では、ドラムまたは翼の回転速度を低下させて、不平衡の効果を最小限に抑えながら、乾燥空気への湿った物品の曝露を増大させることができる。固定ドラムの実施形態では、このタイプのラックを翼に取り付け、一体ユニットとしてそれと一緒に回転できる。

モジュール式ヒートポンプ
ヒートポンプシステムは、一体モジュールとして構築し、修理または交換のための取り外しを簡単にできる。一体モジュールは、既存の従来通りのタンブラ式乾燥機に都合良く接続し、これをヒートポンプ乾燥機に変換することもできる。後者の場合、モジュールは、接続された乾燥機が載る台座として構成できる。

ヒートポンプ乾燥機用シート
現在幾つかの供給業者から入手可能な乾燥機用シートは、ある形態の織物柔軟剤を含み、これは乾燥中にガスを放出し、織物に浸透する。これらのシートは、従来の乾燥機用に設計され、ドラムの空気が室内空気と連続的に置換されるにつれ、所望の濃度を維持するのに十分な活性蒸気を生成する。

ヒートポンプ乾燥機は、室内空気で空気ループを希釈せず、乾燥機用シートは、従来の乾燥機で使用するために必要な量の活性蒸気を生成する必要がない。ヒートポンプ乾燥機で使用するために蒸気発生率を低下させた乾燥機用シートは、従来の乾燥機で使用する従来の乾燥機用シートと相応する性能を、非常に低い費用で呈する。

代替実施形態では、ヒートポンプ乾燥機の空気ループ内に簡単にアクセス可能で適切なホルダを設けることができ、より長い寿命の製品を配置できる。この製品は、熱または水分で活性化することが好ましく、乾燥中にのみ活性蒸気をゆっくり放出できる。これはスポンジ、成形ケークなどとして作り、交換する前に所望の乾燥サイクル数だけ持続するように設計できる。ホルダは、糸屑フィルタ・アセンブリの一部としてドア内に、または空気ループ内の任意の適切な位置に配置できる。

ヒートポンプ温水源
ヒートポンプの温水源は、冷水から温水を生成するか、温水器供給流を予熱する。これは任意の適切なプロセスのためにプロセス水を加熱または予熱できる。これは、１つまたは複数の洗濯機からのような温水廃液から、他では無駄になるような熱を回収し、保存することによって達成される。熱の保存は、パラフィンまたは共晶塩のような適切な相変化媒体で達成され、それによって順次、熱を回収し、その後に使用することができ、熱源および加熱プロセスは同時に動作する必要がない。

ヒートポンプは、保存された熱を使用して、常温の水道水のような入ってくる洗濯水を適切な洗濯温度まで上昇させることが好ましい。ヒートポンプ手段は大きい中心システムを有してよく、これは複数の洗濯機排水管から熱を収集して保存し、複数の洗濯機の洗濯水を加熱する。好ましい実施形態では、このシステムは１台の洗濯機に統合されるか、既存の洗濯機の下に配置される台座として構成される。商用洗濯機は、対応する乾燥機より大幅に短く、台座は、より便利な装填高さまで洗濯機を上昇させることができる。

好ましい実施形態の例が図２８に図示されている。この実施形態では、圧縮機１６、コンデンサ１１０、節減装置５０、受け器２８、ＴＥＶ３０および蒸発器１１２を有するヒートポンプを、蓄熱手段１１４と１１６の間に挿入する。蓄熱手段１１４および１１６は、任意の適切な蓄熱媒体を有してよく、好ましい蓄熱実施形態は、パラフィンまたは共晶塩のような適切な相変化媒体、またはその適切な混合物の容器を有する。好ましい実施形態では、熱交換器１１８および１１２は、排水管側の蓄熱媒体１１４内に統合（一体化）され、熱交換器１１０および１２０は、供給側の蓄熱媒体１１６内に統合（一体化）される。

洗濯機１２４が洗濯用の温水を必要とする場合は、水道水がポイント１で供給側の蓄熱手段１１６に入り、蓄熱媒体内に統合（一体化）された熱交換器手段１２０を通過し、これは以下で説明するように水道水を所望の洗濯温度まで加熱する。加熱された洗濯用水は蓄熱手段１１６を出て、ポイント２で暖機加熱装置３４に入る。洗濯用水は暖機加熱装置３４を通過し、ポイント３で洗濯機の温水入口に入る。最初の冷間始動運転中のように、入ってくる常温の洗濯用水を加熱するために保存された熱が不十分である場合、洗濯用水を加熱するように暖機加熱装置３４に通電できる。

最初またはその後の任意の洗濯サイクルの終了時に、洗濯機１２４を去る排水は多大な熱を保持している。この排水はポイント４で洗濯機１２４を出て、排水管の切換弁１２６に入る。排水が十分に温かい場合、これは切換弁１２６を通過して、ポイント７で排水側の蓄熱手段１１４に入る。次に、排水は、蓄熱媒体に統合（一体化）された熱交換器手段１１８を通過する。熱交換器手段１１８は、排水からの熱を蓄熱媒体に伝導し、冷却された排水がポイント５で外部の排水設備へと出る。

蓄熱手段１１４内の蓄熱媒体は、排水から伝導された熱を保持する。好ましい実施形態では、この媒体はパラフィンまたは共晶塩のような相変化タイプ、またはその適切な混合物である。蓄熱媒体は、１つまたは複数の完全な洗濯サイクルの熱を保存するのに十分な容量を有することが好ましい。

ヒートポンプは、熱交換器手段１１２の冷却剤蒸発器を介して排水側の蓄熱手段１１４に保存された熱を、熱交換器手段１２０の冷却剤コンデンサを介して供給側の蓄熱手段１１６へと送る。供給側の蓄熱媒体は、給送された熱を保存する。供給側の蓄熱媒体は、排水側の媒体と同様の相変化媒体であることが好ましく、融点は洗濯温度と釣り合う。

洗濯用水を加熱するために供給側媒体に十分な熱が保存されると、暖機加熱装置３４はもう必要なく、停止できる。入ってくる常温の水道水は熱交換器手段１１０を通過し、これが蓄熱手段１１６からの熱を入ってくる水道水に伝導する。このように適切な洗濯温度まで加熱された水道水は、ポイント２で供給側の蓄熱手段１１６を出て、暖機加熱装置３４を通過し、既に所望の洗濯温度である場合は変化せずに、ポイント３で洗濯機１２４の温水入口に入る。

排水側の水熱交換器１１２および保存手段１１４は、排水の熱を実時間で回収し、保存するのに十分な熱伝達容量であることが好ましい。同様に、供給側の水熱交換器１２０および蓄熱手段１１６は、入ってくる水道水を洗濯温度まで実時間で加熱するのに十分な熱伝達容量であることが好ましい。

蓄熱手段は、例えば一晩など、洗濯機１２４の最大アイドル時間を超える期間にわたって熱を保存するために十分に断熱することが好ましい。

好ましい実施形態では、熱は排水側と供給側の両方に保存される。これは、充填および排水のデューティ・サイクルを利用し、これは比較的短く、一般的にそれぞれ約５分が必要で、通常は１５分から２０分の間隔で発生する。

ヒートポンプは、蓄熱手段より低い容量であることが好ましく、排水および充填時間を超えるが、必要に応じて排水側から給水側の蓄熱手段へと保存した熱を給送するための充填サイクルと充填サイクルとの間隔より短い期間だけ動作する。これによって、性能を損なわずに、より小型化して安価なヒートポンプを使用できるので有利である。

あるいは、蓄熱媒体を排水側または充填側にのみ実現してもよい。この実施形態では、ヒートポンプが、排水から、または洗濯水へと実時間で熱を給送するのに十分な容量である。この実施形態により、両側ではなく、排水側または給水側で蓄熱手段を使用できるが、非常に大型化し、より高価なヒートポンプが必要である。

実際には、洗濯水は高温で、すすぎ水は温水または冷水であることが一般的である。常温の排水が排水側の蓄熱手段１１４を通過することは不利である。好ましい実施形態では、排水温度が予め設定した閾値より下に低下した場合は、切換弁１２６が起動し、これによって排水がポイント４で蓄熱手段１１４を完全に迂回し、ポイント６で外部排水施設へと直接通る。

常温の排水は一般的に常温の充填サイクルを辿るので、そのために入ってくる水道水を加熱する必要はない。総じて、十分に多くの洗濯サイクルにわたって、保存された熱は概ね必要な熱と釣り合う。

洗濯機１２４の管またはドラムは、洗濯のドエル時間中の熱損を最小限に抑えるために断熱することが好ましい。典型的なエネルギおよび運転費の削減は、このシステムを１台または複数の洗濯機で使用する場合、ヒートポンプ乾燥機のそれと釣り合う。

付属書Ａ：理論的な考察事項
乾燥の３つの状態
対流乾燥では、湿った織物から乾燥した織物への遷移には３つの識別可能な状態がある。暖機または昇率、定常状態、および減率である。

暖機は、対流乾燥の第１の状態である。この状態では、織物は最高の含水率であり、乾燥空気が相対的に乾燥している。この段階で、乾燥すべき織物の表面温度は、乾燥空気の湿球温度より低い。これは、暖機中の推進メカニズムである。乾燥空気の湿球温度を低下させ、衣類の表面温度を上昇させなければならない。したがって乾燥空気は熱を衣類に伝達し、衣類は水分を空気に伝達する。このメカニズムは、平衡状態になると、つまり衣類の表面温度が湿球温度と等しくなると停止する。

定常状態乾燥中に、衣類の表面温度は、空気の湿球温度と同様に一定のままである。織物から空気への安定した水分伝達率があり、この時間中にドラムは事実上、断熱的である。定常状態で乾燥するためのメカニズムは、空気／織物の境界層にある水と大量の空気中にある水との分圧の差である（低温乾燥のメカニズムにて以下で検討）。湿った織物の芯が、その表面が水分を空気へと放出するのと同じ率で水分を表面へと供給するのに十分な水分を有する間、定常状態が継続する。しかし、ある時点で、織物の芯にこれを維持するのに十分な水分がもう無くなり、物質移動がプロセスを減速し始める。この閾値を限界含水率と呼ぶ。限界含水率は、洗濯物物品、さらに織物自体のサイズおよび形状とともに変動する。

減率は、最後で最も効率が低い乾燥状態である。この状態では、空気／織物の境界層で水の分圧を一定に維持するために織物の表面付近にある水分が不十分である。この分圧が低下するにつれ、乾燥の推進力が低下する。したがって、物質伝達がこの状態中のボトルネックである。乾燥空気が表面にある水分しか除去できないからである。物質伝達は、織物を通した芯から表面への水分の移動であり、２つの変数、つまり織物自体およびその内部エネルギに支配される。織物は変更できないので、乾燥の推進力を上げるために使用可能な唯一の変数は、衣類の内部エネルギである。この状態中に対流を介して熱を伝達することは比較的困難であり、したがって漸近的になるまで、乾燥率は連続的に低下する。これが対流乾燥の実際的限界である。
低温乾燥のメカニズム
「平衡含水率
固体の乾燥中に、吸湿性材料と非吸湿性材料を区別することが重要である。平衡に到達するまで、吸湿性材料を一定の温度および湿度の空気と接触状態に維持すると、材料は限定的な含水率を達成する。この水分を、特定条件での平衡含水率と呼ぶ。平衡水分は、表面の薄膜として吸収されるか、圧力が低下した状態で、固体の毛細管に凝縮することがあり、その濃度は周囲空気の温度および湿度とともに変動する。しかし、例えば６０°Ｆ（１５．６℃）から１２０°Ｆ（４８．９℃）などの低い温度では、パーセント相対湿度に対する平衡含水率のプロットは、基本的に温度に左右されない。ゼロ湿度では、全材料の平衡含水率はゼロである」。（Perry & Chilton、「Chemical Engineers' Handbook」、第５版；２０−１２、McGraw-Hill、１９７３）

以上の引用文は、比較的低温での衣類乾燥の理論を示す。この乾燥のメカニズムは水を沸騰させず、含水率が異なる２つの物体を平衡に到達させる傾向である。これは、低温の気候で皮膚を乾燥させるのと同じメカニズムである。これは、乾燥媒体（この場合は空気）内と湿った織物の表面上との水蒸気の分圧の差によって推進される。

定常状態乾燥中の衣類の表面は、常に周囲空気の湿球温度である（織物の芯は、表面より測定できる程度に低温である）。したがって、衣類と空気との境界層では、衣類と周囲の空気薄膜との両方の温度が湿球温度になる。衣類は湿っているので、周囲の空気薄膜は飽和状態（１００％ＲＨ）になる。この空気薄膜にある水蒸気には、境界層の温度で１００％ＲＨに対応する特定かつ既知の分圧がある。大量の乾燥空気の相対湿度は１００％ではなく、実際にははるかに低くなる。これは、大量の空気中にある水蒸気の分圧低下に対応する。

この分圧の差は、境界層の水蒸気を大量の空気中へと移動させる。この水蒸気の損失は、衣類の表面によって即座に補充され、衣類を乾燥して、境界層の空気を再加湿する。このメカニズムは、下式の乾燥率に関連する。
乾燥率＝ｈ_t・Ａ×Δ_P

この式で、ｈｔは湿った織物と対流乾燥媒体（この場合は空気）の間の総熱伝達係数である。Ａは、乾燥媒体に曝露した湿った織物の凝結体総表面積である。Ａは、負荷のサイズ、乾燥ドラムのサイズ、およびドラムが回転する速度に依存する。Δ_Pは、前記で検討した分圧差である。

この式は、任意のサイズのドラム内にある洗濯物の任意の負荷について、乾燥率を直接制御する唯一の変数は、分圧（Δ_P）の差であることを示す。Δ_Pを、したがって乾燥率を上げるには２つの方法がある。つまり境界層における水蒸気の飽和分圧を上昇させるか、大量の空気にある水蒸気の分圧を低下させることである。

従来の乾燥機は、大量の空気にある水蒸気の分圧を低下させることができない。室内空気を引き込み、空気中の水蒸気の分圧が、乾球温度で測定できるほど変化しないからである。代わりに、従来の乾燥機は、熱を使用して衣類の表面温度を上昇させ、これが境界層における水蒸気の分圧を上昇させる。

ヒートポンプ乾燥機は、部分的に同じ方法で熱を使用するが、蒸発器コイルも使用して、ドラムに入る大量の空気の全体的含水率を低下させる。大量の空気中にある水の分圧を低下させる能力と、境界層における水の分圧を上昇させる能力との組合せによって、ヒートポンプ乾燥機は、より低いドラム入口温度でより迅速に乾燥できる。

待機時の水分の処理
長い停止時間の間に、乾燥空気ループ中の水分が新鮮でなくなり、細菌生育を補助することがある。これは、以下で概略するように、様々な方法で処理できる。処理方法は、個々に、または相互に組み合わせて使用してよい。

１：乾燥機を乾燥させる。
Ａ：能動的システム。１個または２個の非常に小さいファンを使用し、それぞれが恐らく２０ワット。これは、運転と運転の間の乾燥空気ループをパージする（取除く）ように構成できる。１個のファンおよび通気口、または１個の吸引ファンおよび１個の放出ファンを使用してよい。迅速にパージする必要はないので、空気流は非常に小さくてよい。各運転の後に短いサイクルを実行するか、アイドル時間の所定の期間後にサイクルを実行するようにプログラムできる。

図３９はこのような能動的システムを示す。ここで示すように、入力パージ・ファン１０６０を使用して、空気を乾燥空気ループに提供できる。ファン１０６０の出力は、逆止め弁またはダンパ１０６２を介して乾燥空気ループに接続してよい。システムは、逆止め弁またはダンパ１０６６を介して乾燥空気ループに接続される排気パージ・ファン１０６４も含んでよい。

この方法の放出換気口は能動的で、電磁弁またはモータで作動してよい。ベネチアン・ブラインドと構造が同様の単純な一方向シャッタでもよい。主送風機の吸引部に配置し、主送風機の運転中に閉鎖するようにバイアス付与すると、通常の乾燥機の作動中に閉鎖する。パージ・ファンの運転中は、パージ空気が出られるように開放する。構成全体を逆転させ、主送風機の放出部の上にダンパがあり、空気が入るだけにし、パージ・ファンが空気を排気してもよい。

Ｂ：受動的システム。Mitsubishiが作り、冷蔵庫の野菜用引き出しで使用するような感湿半多孔性膜（humidity sensitive semiporous membrane）材料を、乾燥空気ループに使用できる。所望に応じて、２つの口を生成して、乾燥空気ループを通る横断流を可能にできる。口は、室内環境に対して相対的に低い圧力のポイントに配置し、膜にかかる応力を軽減できる。

次に図３９を参照すると、好ましい実施形態では、膜１０６８を乾燥空気ループのドラム入口のような乾燥セクションに配置できる。これで膜１０６８は、湿気に応答して閉鎖する。乾燥機がアイドル状態で、ループ内の湿度が等しくなると膜１０６８が開放し、水分がループからゆっくり移動できる。あるいは、１つの膜１０６８および１個の小さいパージ・ファン１０６４を使用できる。

２：抗菌性
Ａ：蒸発器セクション内の紫外線ランプが、ループ内の細菌生育を大幅に軽減し、衣類をさっぱりさせるのに役立つ。フィン間の空間に光が浸透するように蒸発器にまたがって配置された小径の蛍光ＵＶランプが、非常に効果的である。図３９は、自浄式糸屑捕捉蒸発器（自浄式で糸屑を捕捉する機能を有する蒸発器）１８に隣接して配置された複数の紫外線光源１０７０を示す。

Ｂ：オゾン発生器手段も、細菌生育を遅らせ、衣類の臭いを非常に新鮮にするために使用できる。これは、アイドル時間および／または乾燥時間の間に運転してよい。オゾン発生器がアイドル中は低出力で、乾燥中はより高出力で運転するように、２つの出力設定を有することが望ましい。

Ｃ：乾燥機用シート。閉ループ・システムは、必要な処理蒸気が少なくなり、標準的なシートの１／４未満で非常に良好な結果を提供するようであり、少なくとも１日または２日は乾燥機に良い匂いが残る。

Ｄ：一体化した糸屑フィルタおよび乾燥機用シート
非常に小さい細孔の連続気泡発泡体で作った糸屑フィルタ、または段ボール紙に基づく媒体を、使い捨ての乾燥機用シートで使用するものと同様の織物柔軟剤薬品で処理できる。フィルタを適切な使い捨てまたは再使用可能な枠に装着し、これは乾燥機の特定のモデルに填り、既存の糸屑フィルタを置換する。フィルタは、廃棄する前に複数の負荷で運転できるように、（例えば波打ちを介して）十分な表面積のものでよい。

ヒートポンプ乾燥機では、発生する糸屑が非常に少なくなり、ヒートポンプ乾燥機の閉ループ構成は、柔軟剤薬品の消費量が少なくなるので、多数の負荷にフィルタ／柔軟剤の実施形態を使用するのに役立つ。ヒートポンプ乾燥機のこのタイプのフィルタは、１０以上の負荷という設計寿命を有し、名目上、１週間に１回の交換でよい。

一体化された自浄式糸屑取り
今日までの乾燥機の設計は、糸屑が蒸発器に到達するのを防止することを目指していた。糸屑は湿った蒸発器表面に付着する傾向があり、最終的にそれを閉塞する。しかし、この乾燥機では相対的に少量の糸屑しか発生しないので、蒸発器は糸屑を引きつけるように設計し、糸屑フィルタの必要性を完全に無くすことができる。図３６はこのような実施形態を示す。

蒸発器１８は、空気流を損なわずにフィン上に適度に糸屑が蓄積するのに十分なだけ隔置された複数のフィン（図示せず）を有してよい。渦巻き状フィンは、平坦なフィンより多くの糸屑を引きつける傾向がある。糸屑の一部は、収集トレイ２０に滴下する凝縮物とともに洗い流される。

蒸発器１８は自浄式でよい。図３６で示すように、水溜め２２からの凝縮水の噴霧または洗浄水を、糸屑洗浄ポンプ１０２０によって蒸発器のフィン上に給送し、残っている全ての糸屑を凝縮物トレイ２０へと洗い流すことができる。次に、糸屑は排水ポンプ１０２２によって乾燥機から凝縮物の排水放出路で給送する。この洗い流しは、各乾燥サイクルの終了時に、または乾燥中にプログラムされた間隔で実行できる。例えば、糸屑洗浄制御部１０２４を設けてよい。乾燥中に洗い流す水を連続的に循環させると有利であり、凝縮性能に及ぼすその影響を評価しなければならない。

さらに、空気通路に自浄式の糸屑トラップ（）１０２６を設けてよい。トラップ１０２６は、送風機１２と蒸発器１８の間に位置決めしてよく、蒸発器は所望に応じて自浄式でよい。水溜め２２からの水は、ポンプ１０２によって糸屑トラップ１０２６に提供できる。糸屑を含む水は、トレイ１０２８で収集され、水溜め２２に排水される。

適度な水圧を使用して、フィンからの糸屑の除去に役立てることができるが、大量の流水の方が結果が良好である。フィンの各対の間に少なくとも１つの放出ノズルがある適切なマニホルドの設計を、フィンの設計と組み合わせると、フィン間のギャップを完全に洗い流すことになる。洗い流すための十分な水を保持する比較的大きい水溜めが望ましい。

マニホルドは、蒸発器の頂部を１回通過するか、幾つかの高さで蒸発器を複数回通過してよい。これは、冷却剤回路と同様の追加の管回路で構築することができ、フィン間に孔をあける。フィン間の各ギャップに複数が生じるように、多数の小さい孔を使用する場合は、フィン間で孔を精密に位置合わせする必要がない。これによって、洗い流し回路を製造中に蒸発器に統合できる。

洗い流しのために追加の管回路を追加すると、全体的な蒸発器１８がわずかに大きくなる。これはフィン表面のわずかな増加、および適度な糸屑の負荷での適切な有効性を提供する。

この機能は、凝縮物の排水ホースまたは洗い流しノズルを洗濯する凝縮物の切換弁で達成できる。しかし、単純に水溜め内で２つのポンプを、一方は排水放出用で、他方は蒸発器の洗い流し用に使用する方が、単純で信頼性が高く、費用も同様のようである。これによって、特定の目的のために各ポンプを最適化することもできる。

ヒートパイプアセンブリは、湿ったり、糸屑を引きつけたりする傾向もあり、洗い流す必要もあることがある。

Ｊ字フィン
図３７で示すように、専用の前置フィルタの設計に相互に噛み合うＪ字フィン１０３０を使用できる。隣接するＪ字フィン１０３０の各対は、線１０３２を介して糸屑フィルタ洗浄水が提供される洗浄水噴霧ノズル１０３４を有する。乾燥ループ空気１３４が隣接するＪ字フィン１０３０の間を通過する。水は、トレイ１０３６内で収集され、水溜め２２へと排水される。この設計は、糸屑粒子の速度慣性を利用し、これはＪ字ターンを通り抜けず、フィンに衝突する傾向がある。これは、蒸発器の設計にて実行できるが、適切な蒸発器の容量については、糸屑トラップで必要な場合より高いフィンの密度が必要であるので、Ｊ字フィン蒸発器は、望ましくない空気圧の低下を与える。

孔あき（有孔）フィン
焼結した微孔性材料または微細孔シートで作った中空の孔あきフィンは、効果的なウェット・ダウン方法を提供できる。洗い流す水は、各フィンで形成した中空プレナムへと適度な圧力で供給され、孔を通して滲み、濡れた外面および良好な排水の順流を維持する。これは、完全に濡れたトラップ表面という利点を提供し、さらに湿らせもする。これは、糸屑が濡れていないフィン表面に付着し、除去に抵抗するのを防止するのに役立つ。必要な洗い流しの体積流量も減少するようである。

これは少々複雑であるが、孔あきフィンを蒸発器に直接適用してもよい。

噴霧または霧
この方法は、ドラムの排気を増湿させる傾向がある。この空気は既に非常に湿度が高く、噴霧または霧の増湿効果は重大ではない。

噴霧、および大部分は霧が、空気流中の糸屑を捕捉するが、糸屑を含む噴霧／霧を適切に排水させ、糸屑を空気流中で蒸発器へと搬送しない措置を設けなければならない。

噴霧または霧と、噴霧／霧発生源のすぐ下流にあるＪ字フィンとの組合せは、良好に働くことができる。Ｊ字フィンを冷却することが望ましい。これは、冷却剤回路で実行することができ、追加のヒートポンプの作業を追加せずに、空気を単純に事前冷却する。

本発明により、前記で述べた目的、手段および利点を十分に満足するヒートポンプ衣類乾燥機が提供されたことは明白である。本発明を、その特定の実施形態の文脈で説明してきたが、以上の説明を読んだ当業者には他の代替物、改造、および変形が明白になる。したがって、これらの代替物、改造、および変形は、添付請求の範囲の広義の範囲に入るものとする。

本発明に係わる乾燥機の図式的な説明図である。 暖機加熱装置を備えた乾燥機の図式的な説明図である。 外部暖機蒸発器および冷却剤切換弁制御部を備えた乾燥機の図式的な説明図である。 外部暖機蒸発器および温風供給制御部を備えた乾燥機の図式的な説明図である。 空気節減装置を備えた乾燥機の図式的な説明図である。 空気節減装置および冷却剤サブクーラーを備えた乾燥機の図式的な説明図である。 ヒートパイプ空気節減装置および冷却剤サブクーラーを備えた乾燥機の図式的な説明図である。 ヒートパイプ空気節減装置、冷却剤サブクーラー、および冷却剤節減装置を備えた乾燥機の図式的な説明図である。 代替的な冷却剤サブクーラーの位置である乾燥機の図式的な説明図である。 伝導乾燥熱源を備えた乾燥機の図式的な説明図である。 能動冷却剤エキスパンダを備えた乾燥機の図式的な説明図である。 従来通りの空気流を備えた乾燥機を示した説明図である。 改良された空気流を有する本発明による乾燥機を示した説明図である。 従来通りの空気流を備えた乾燥機を示した説明図である。 改良された空気流を備えた乾燥機を示した説明図である。 ヒートパイプ空気節減装置、冷却剤サブクーラー、冷却剤節減装置、および圧縮機過熱低減器を備えた乾燥機の図式的な説明図である。 相変化蓄熱器を備えた乾燥機の図式的な説明図である。 内部回転翼アセンブリを備えた固定ドラムを示した説明図である。 ドラム内で使用する内部回転翼アセンブリの斜視図である。 内部回転翼アセンブリの一部を切除した説明図である。 内部回転翼アセンブリを示すドラムの背面図である。 内部回転翼アセンブリを示した説明図である。 支持リング構成および内部回転翼アセンブリを備えたドラムを示した説明図である。 中心支持リング構成およびその中で使用する内部回転翼アセンブリを示した説明図である。 ドラムシールの一部を切除した説明図である。 ドラムシールの一部を切除した説明図である。 ドラムシールの断面を示した説明図である。 ドラムシールの断面を示した説明図である。 ドラム排気の露点に及ぼすドラム注入空気温度の効果を示すグラフである。 ドラム排気の顕熱に及ぼすドラム注入空気温度の効果を示すグラフである。 開放空気回路を有する乾燥機の図式的な説明図である。 ヒートポンプ温水源を有する洗濯機の図式的な説明図である。 回転翼アセンブリおよび垂直上向き通気を有するドラムを示した説明図である。 従来の衣類乾燥機を示した説明図である。 空冷式冷却剤サブクーラーを備えた本発明に係わるヒートポンプ乾燥機の図式的な説明図である。 水冷式冷却剤サブクーラーを備えた本発明によるヒートポンプ乾燥機の図式的な説明図である。 洗浄湯源として水冷式乾燥機サブクーラーの排気を使用することを示した説明図である。 空間熱源として水冷式乾燥機サブクーラーの排気を使用することを示した説明図である。 複数の洗濯機の洗浄湯源として水冷式乾燥機サブクーラーを示した説明図である。 自洗式糸屑フィルタを有する本発明によるヒートポンプ乾燥機の図式的な説明図である。 Ｊ字フィン構成を備えた自洗式糸屑フィルタの図式的な説明図である。 織物の水分検出器および自動停止装置を有する本発明に係わるヒートポンプ乾燥機の図式的な説明図である。 予備水分処理部を有する本発明に係わるヒートポンプ乾燥機の図式的な説明図である。 図３８のシステムに使用可能な織物水分検出アルゴリズムを示した説明図である。 図３８のシステムに使用可能な織物水分検出アルゴリズムを示した説明図である。 図３８のシステムに使用可能な織物水分検出アルゴリズムを示した説明図である。

Claims (91)

1. 乾燥すべき物品を含む室と、
   加熱した乾燥空気を第１の温度で前記室に供給する手段とを有し、
   前記空気供給手段が、前記室を出る空気から水分を除去するため、および前記空気の温度を露点温度より下まで低下させるための手段を有する空気流通路を有し、
   前記空気流通路がさらに、前記水分除去手段を出る前記空気の温度を前記第１の温度まで上昇させるための手段を有し、および、
   液体状態の冷却剤を前記温度上昇手段に通過させるための手段、冷却剤の質量流量を制御すると共に前記冷却剤を前記液体状態から液体／蒸気状態へと変換するための手段、および前記液体／蒸気状態の前記冷却剤を前記水分除去手段に通過させて前記冷却剤を蒸気状態に変換するための手段を有するヒートポンプシステムを有してなる、乾燥装置。
2. 前記ヒートポンプシステムが、前記冷却剤の圧力を上昇させると共に、前記冷却剤を前記蒸気状態から前記液体状態へと変換させるための圧縮機をさらに有する、請求項１記載の装置。
3. 前記温度上昇手段が第１の冷却剤−空気熱交換器を有してなり、および前記水分除去手段が第２の冷却剤−空気熱交換器を有してなる、請求項１記載の装置。
4. 前記冷却剤質量流量制御手段が膨張弁を有してなる、請求項１記載の装置。
5. 前記水分除去手段から水を収集する手段をさらに有してなる、請求項１記載の装置。
6. 前記空気流通路を通る前記空気の流れを起こすための送風機と、前記送風機を出る空気から水分を除去するための湿式空気ヒートシンクとをさらに有してなる、請求項１記載の装置。
7. 前記空気流通路が、前記温度上昇手段と前記室への入口との間に位置決めされた暖機加熱装置をさらに有してなる、請求項１記載の装置。
8. 前記ヒートポンプシステムに取付けられた外部暖機蒸発器をさらに有してなる、請求項１記載の装置。
9. 前記水分除去手段および前記外部暖機蒸発器から冷却剤を受容する切換弁をさらに有してなる、請求項８記載の装置。
10. 前記空気流通路が、前記水分除去手段と前記温度上昇手段との間に位置決めされた空気節減装置を有する、請求項１記載の装置。
11. 前記空気節減装置が、空気と空気との熱交換器を有してなる、請求項１０記載の装置。
12. 前記ヒートポンプシステムが、圧縮機と、前記温度上昇手段を出る前記冷却剤から、前記圧縮機の動力消費量と実質的に等しい熱を除去するための手段とを含み、これにより前記冷却剤が十分低くなったエンタルピで前記冷却剤質量流量制御手段に入る、請求項１記載の装置。
13. 前記熱除去手段が、冷却剤から空気への熱交換器または冷却剤から液体への熱交換器を有してなる、請求項１２記載の装置。
14. 前記空気節減装置がヒートパイプアセンブリを有してなる、請求項１０記載の装置。
15. 前記ヒートパイプアセンブリが、湿った空気を受容するヒートパイプ高温セクションと、ヒートパイプ低温セクションとを有し、前記ヒートパイプ低温セクションが前記ヒートパイプ高温セクションから熱を受容する、請求項１４記載の装置。
16. 前記ヒートパイプ高温セクションが前記水分除去手段の入口側に位置決めされると共に、前記ヒートパイプ低温セクションが前記水分除去手段の出口側に位置決めされる、請求項１５記載の装置。
17. 前記ヒートパイプ低温セクションが前記水分除去手段と前記温度上昇手段との間に位置決めされる、請求項１６記載の装置。
18. 前記ヒートポンプシステムが冷却剤節減装置を含む、請求項１記載の装置。
19. 前記冷却剤節減装置が、節減装置高温セクションおよび節減装置高温セクション、および前記節減装置高温セクションから前記節減装置低温セクションに熱を伝達するための手段を有する、請求項１８記載の装置。
20. 前記節減装置高温セクションおよび前記節減装置低温セクションがそれぞれ、熱交換器によって形成される、請求項１９記載の装置。
21. 前記冷却剤の質量流量を制御するための前記手段が膨張弁を有してなり、および前記ヒートポンプシステムが前記節減装置高温セクションと前記膨張弁との間に位置決めされた熱除去手段を有してなる、請求項１９記載の装置。
22. 前記ヒートポンプシステムが、冷却剤の質量流量を増加させるための圧縮機過熱低減器をさらに含む、請求項１記載の装置。
23. 前記室内に上向き空気流を生成するための手段をさらに有してなる、請求項１記載の装置。
24. 前記上向き空気流生成手段は、空気がドアの下から前記室に入り且つ後部隔壁の頂部付近で出るようにさせるための手段を含む、請求項２３記載の装置。
25. 前記上向き空気流生成手段は、空気が後部隔壁の底部付近で前記室に入り且つドアの上を出るようにさせるための手段を含む、請求項２３記載の装置。
26. 前記室が後部空気入口および前部排気出口を有する、請求項１記載の装置。
27. 前記室がドラムを有してなり、および前記ドラムが加熱された壁を有する、請求項１記載の装置。
28. 前記加熱されたドラムの壁が冷却剤の熱交換器を含む、請求項２７記載の装置。
29. 前記ヒートポンプシステムが圧縮機を含み、および前記加熱された壁が前記圧縮機から過熱さされた冷却剤を受容する、請求項２７記載の装置。
30. 前記冷却剤が前記加熱された壁を出ると共に前記空気温度上昇手段を通って流れる、請求項２９記載の装置。
31. 前記室が固定ドラムと、乾燥すべき前記物品をひっくり返すための複数の回転翼とを有してなる、請求項１記載の装置。
32. 前記翼を回転するための手段をさらに有してなる、請求項３１記載の装置。
33. 前記回転翼が複数の環状リングによって支持されている、請求項３１記載の装置。
34. 前記複数の環状リングが、ローラによって支持された前部リングと、孔あき円盤として形成された後部リングとを有してなる、請求項３３記載の装置。
35. 前記リングの少なくとも１つが、低摩擦材料で作られるか、あるいは低摩擦材料で覆われている、請求項３３記載の装置。
36. 前記固定ドラムが２つの半殻を有してなる、請求項３１記載の装置。
37. 前記半殻の間に取付けられた単一のリングを有してなる、請求項３６記載の装置。
38. 前記翼のそれぞれがルート部から先端部までテーパ状になっている、請求項３１記載の装置。
39. 前記翼のそれぞれが前方に湾曲してなり、前記翼がそこで前記ドラムの壁と接触する、請求項３１記載の装置。
40. 前記翼がそれぞれ、少なくとも部分的に可撓性の低摩擦材料から作られている、請求項３１記載の装置。
41. 前記室が、加熱された空気を受容するための底部開口と、湿った空気を出す頂部開口とを有する、請求項１記載の装置。
42. 装置を始動するため、および予め選択された運転時間の後に前記装置を停止するための制御装置をさらに有してなる、請求項１記載の装置。
43. 前記制御装置がタイマーを有してなる、請求項４２記載の装置。
44. 前記空気供給手段が送風機をさらに有してなり、前記ヒートポンプシステムが圧縮機を含み、および前記制御装置が前記送風機および前記圧縮機を順次始動する、請求項４２記載の装置。
45. 前記制御装置が前記送風機を最初に始動し、次に前記室の回転を開始し、次に前記圧縮機を始動する、請求項１記載の装置。
46. 前記空気流通路が、空気を前記空気温度上昇手段へと引き込む入口と、湿った空気を外部換気口へ送出する送風機とを有する開ループ空気回路を有してなる、請求項１記載の装置。
47. 前記空気供給手段が、室の排気から熱を吸収するための相変化熱交換器を含む、請求項１記載の装置。
48. 前記ヒートポンプシステムが能動的エキスパンダを含む、請求項１記載の装置。
49. 前記能動的エキスパンダがスクロール型の冷却剤圧縮機を有してなる、請求項４８記載の装置。
50. 乾燥度を感知するための手段と、前記感知した乾燥度を関数として前記装置を制御するための手段とをさらに有してなる、請求項１記載の装置。
51. 織物の水分を感知するための手段と、前記感知した織物の水分を関数として前記装置を制御するための手段とをさらに有してなる、請求項１記載の装置。
52. 前記織物水分感知手段が、ドラム空気入口湿度センサ、ドラム空気入口温度センサ、ドラム排気温度センサ、およびドラム排気湿度センサのうち少なくとも１つを含む、請求項５１記載の装置。
53. 前記ヒートポンプシステムが熱除去手段を有し、および前記熱除去手段が加熱された水を少なくとも１つの他の対象に供給するための出口手段を有する、請求項１記載の装置。
54. 前記出口手段が、加熱された水を少なくとも１つの洗濯機に供給するための手段を有する、請求項５３記載の装置。
55. 前記出口手段が、加熱された水を少なくとも１つのラジエータに供給するための手段を有する、請求項５３記載の装置。
56. 前記ラジエータが外部ラジエータである、請求項５５記載の装置。
57. 前記ヒートポンプシステムが空冷式熱除去手段を有しており、
    前記空冷式熱除去手段に冷却空気を供給するための手段、
    温度信号を生成するために前記室の入口に隣接して位置決めされた温度センサ、および
    前記温度信号に応答して冷却空気を供給する前記手段を作動させる信号を生成するための手段とをさらに有してなる、請求項１記載の装置。
58. 前記ヒートポンプシステムが水冷式熱除去手段を有しており、
    前記水冷式熱除去手段に冷却水を供給するための手段、
    温度信号を生成するために前記室の入口に隣接して位置決めされた温度センサ、
    前記温度信号に応答して、冷却水を前記水冷式熱除去手段に供給するための前記手段を作動させる信号を生成するための手段をさらに有してなる、請求項１記載の装置。
59. 前記冷却水を供給するための手段が冷却水の制御弁を有してなる、請求項５８記載の装置。
60. 前記水分を除去するための手段が、自浄式で糸屑捕捉を行う蒸発器を有してなる、請求項１記載の装置。
61. 糸屑洗浄水を前記蒸発器に供給するための手段をさらに有してなる、請求項６０記載の装置。
62. 前記糸屑洗浄水供給手段が、糸屑洗浄制御部および糸屑洗浄ポンプを有する、請求項６１記載の装置。
63. 前記蒸発器が複数のＪ字フィンを有する、請求項６０記載の装置。
64. 細菌の生育を軽減するために前記蒸発器に隣接して位置決めされた複数の紫外線光源をさらに有してなる、請求項６０記載の装置。
65. 前記空気流通路が、前記室と前記水分除去手段との間に位置決めされた自浄式の糸屑トラップを含む、請求項１記載の装置。
66. 前記糸屑トラップに糸屑洗浄水を供給するための手段をさらに有してなる、請求項６５記載の装置。
67. 前記糸屑洗浄水供給手段が、糸屑洗浄制御部と糸屑洗浄ポンプとを有してなる、請求項６６記載の装置。
68. 運転と運転の間に前記空気流通路の乾燥空気をパージするための手段をさらに有してなる、請求項１記載の装置。
69. 前記パージ手段が、前記空気流通路に接続された入口パージファンと排気パージファンとの少なくとも１つを有してなる、請求項６８記載の装置。
70. 前記空気流通路に組込まれた少なくとも１つの感湿半多孔性膜を有する、請求項１記載の装置。
71. 前記少なくとも１つの膜が前記空気流通路の乾燥セクションに位置決めされる、請求項７０記載の装置。
72. 洗濯室と、
    加熱された水を前記洗濯室に供給するための手段とを有し、前記加熱された水の供給手段が、熱交換器装置と水を受容するための入口手段とを有する第１の蓄熱装置を有し、さらに、
    前記洗濯室から加熱された水を排水すると共に前記加熱された水からの熱を排水側蓄熱装置に渡すための手段と、
    前記排水側蓄熱装置からの熱を前記第１の蓄熱装置へと伝達するためのヒートポンプシステムとを有する洗濯装置。
73. 前記ヒートポンプシステムが、圧縮機、コンデンサ、節減装置、受け器、熱膨張弁、および蒸発器を有する冷却剤ループを有してなる、請求項７２記載の洗濯装置。
74. 前記ヒートポンプシステムが冷却剤節減装置をさらに含む、請求項７３記載の洗濯装置。
75. 前記冷却剤節減装置が、節減装置高温セクションと節減装置低温セクションとを有する、請求項７４記載の洗濯装置。
76. 前記ヒートポンプシステムが、前記第１の蓄熱装置と前記排水側蓄熱装置との間に配置される、請求項７２記載の洗濯装置。
77. 前記加熱された水の供給手段が暖機加熱装置をさらに有してなる、請求項７２記載の洗濯装置。
78. 前記各蓄熱装置が蓄熱媒体を有する、請求項７２記載の洗濯装置。
79. 前記蓄熱媒体が相変化媒体の容器を有してなる、請求項７８記載の洗濯装置。
80. 前記各蓄熱装置がそれと一体化された一対の熱交換器を有する、請求項７２記載の洗濯装置。
81. 前記各蓄熱装置が、前記洗濯装置の最大アイドル時間を超える期間に亘って熱を保存するために断熱されている、請求項７２記載の洗濯装置。
82. 乾燥システムにおいて使用するための乾燥室であって
    固定ドラムと、乾燥すべき前記物品をひっくり返すための複数の回転翼を有してなる乾燥室。
83. 前記翼を回転するための手段をさらに有してなる、請求項８２記載の乾燥室。
84. 前記回転翼が複数の環状リングによって支持されている、請求項８２記載の乾燥室。
85. 前記複数の環状リングが、ローラによって支持された前部リングと、孔あき円盤として形成された後部リングとを有してなる、請求項８４記載の乾燥室。
86. 前記リングの少なくとも一つが低摩擦材料で作られるか、あるいは低摩擦材料で覆われている、請求項８４記載の乾燥室。
87. 前記固定ドラムが２つの半殻を有してなる、請求項８２記載の乾燥室。
88. 前記半殻の間に取付けられた単一のリングを有してなる、請求項８７記載の乾燥室。
89. 前記翼のそれぞれがルート部から先端部までテーパ状になっている、請求項８２記載の乾燥室。
90. 前記翼のそれぞれが前方に湾曲してなり、前記翼がそこで前記ドラムの壁と接触する、請求項８２記載の乾燥室。
91. 前記翼がそれぞれ、少なくとも部分的に可撓性の低摩擦材料から作られる、請求項８２記載の乾燥室。
    
    

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