JP2008062024A - 加熱除湿装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】騒音が少なく、効率のよい加熱除湿装置を提供する。
【解決手段】加熱除湿装置４００は、温風経路部２４１と、湿風経路部２４２と、温風経路部２４１を流通する気体を加熱するための高温側熱交換部４２０と、湿風経路部２４２を流通する気体を冷却するための冷温側熱交換部４３０と、発熱ヘッド４１１と吸熱ヘッド４１２とを含むスターリングエンジン４１０とを備え、高温側熱交換部４２０は、スターリングエンジン４１０の発熱ヘッド４１１で気体を加熱するように熱交換を行ない、低温側熱交換部４３０は、スターリングエンジン４１０の吸熱ヘッド４１２で気体を冷却するように熱交換を行なう。
【選択図】図５

Description

この発明は、加熱除湿装置に関する。
近年、衣類などを洗濯から乾燥まで行う洗濯乾燥機の需要が伸びている。特に、少量の洗濯物をすぐ乾燥させたかったり、屋外や室内で干す時間を短縮したり、日中に洗濯ができない場合には、夜間、衣類を洗濯し、脱水後、そのまま乾燥ができたりするので、使用者の生活スタイルに合わせた利便性が評価されている。
このような洗濯乾燥機などの加熱除湿装置において、従来用いられている洗濯物の乾燥方式としては、一般に水分を含んだ洗濯物を収容した回転槽を回転しながら、電気ヒータやガス等の加熱手段で加熱された温風を供給して乾燥を行っている。例えば、特開昭６３−１２２５００号公報（特許文献１）に記載されている水冷除湿式乾燥機においては、乾燥中および／または乾燥後の高温多湿の空気は機外にそのまま排出されるか、あるいは、機外の空気や水道水などの冷却除湿手段で、空冷されるか、水冷されて熱交換除湿された後に、再び加熱手段に戻されるといった還流循環が行われる。
一般に、洗濯物の乾燥時間を短縮するには、例えば、ヒータなどの加熱手段の熱容量を大きくすることが考えられるが、比例して消費電力量も増大する。
また、冷却水による熱交換除湿をすると水を多量に使うことになり乾燥時間に比例して水の消費量も増大する。
そこで、例えば特開昭６０−２２００９７号公報（特許文献２）には、消費電力と水の使用量を軽減するために、洗濯物の乾燥に用いる空気の循環経路に、ヒートポンプ装置の凝縮器（上述した加熱手段に対応）と蒸発器（上述した冷却除湿手段に対応）を設け、熱および冷熱を有効活用する乾燥方式も提案されている。このヒートポンプを用いた乾燥方式によれば、ヒータや水を使わずに空気の加熱および冷却除湿を行なえるため、消費電力量の削減と節水が可能となる。
特開２００４−２１５９４３号公報（特許文献３）と特開２００５−４０３１６号公報（特許文献４）には、衣類を乾燥させるために用いられる空気循環路内の循環空気を排気することによって、循環空気の熱量が高くなることを防いで安全な状態に安定させる、ヒートポンプを用いた衣類乾燥機及び洗濯機能付き乾燥機が記載されている。
特開２００６−２１２１１７号公報（特許文献５）には、ヒートポンプを用いた衣類乾燥機において、乾燥運転を中断した場合に、圧縮機の動作を継続させる衣類乾燥装置が記載されている。また、特開２００６−６１３５３号公報（特許文献６）には、乾燥運転が中断された場合には、その後、所定の時間は圧縮機の運転を停止する、ヒートポンプを用いた衣類乾燥装置が記載されている。このようにすることにより、短時間に乾燥運転と乾燥運転の中断が繰り返されるような場合に圧縮機にかかる負担を軽減し、ヒートポンプ装置による温風温度の復帰を早くしている。
特開２００６−２７２０２４号公報（特許文献７）と特開２００５−２６１７０３号公報（特許文献８）には、乾燥工程に入る前に、圧縮機の運転を予め開始しておいて乾燥工程にかかる時間を短縮する、ヒートポンプを用いた洗濯乾燥機が記載されている。
特開昭６３−１２２５００号公報 特開昭６０−２２００９７号公報 特開２００４−２１５９４３号公報 特開２００５−４０３１６号公報 特開２００６−２１２１１７号公報 特開２００６−６１３５３号公報 特開２００６−２７２０２４号公報 特開２００５−２６１７０３号公報
しかしながら、ヒートポンプを用いた乾燥方式でも、冷媒を圧縮するためにコンプレッサなどの圧縮手段を新たに用いるため、動作時には音や振動が発生し、乾燥時における騒音が増大するといった問題が生じる。また、コンプレッサに用いる冷媒の種類によっては、廃棄後の処理にコストがかかるといった問題が生じる。加えて、地球温暖化防止の観点から電気製品の電力消費量の削減が今後益々必要となっており、乾燥機や洗濯乾燥機においても、乾燥機能の向上と消費電力の低減がより一層求められる。
また、乾燥機にヒートポンプを用いると、ヒートポンプの駆動によって循環空気の熱量が上昇し、ヒートポンプの冷媒自体の温度が上昇して冷媒が高温化、高圧化する。インバータ制御等によりヒートポンプの出力を制御することは可能であるが、出力を大幅に下げることは極めて困難であり、循環空気の熱量が過大である場合でも、加える熱量を小さくすることが難しい。また、高温化、高圧化した冷媒を圧縮して液化するためには、ヒートポンプにかかる負担が大きくなる。そこで、特開２００４−２１５９４３号公報（特許文献３）と特開２００５−４０３１６号公報（特許文献４）に記載の乾燥機は、熱量が高くなった循環空気を外部に排気しているが、ヒートポンプによって発生した不要な熱量や循環空気に含まれる蒸気が乾燥機の設置されている室内に排出されて、室内全体の熱量が上昇したり、排出された蒸気による結露が発生してしまうおそれがある。
ヒートポンプを用いる衣類乾燥機では、乾燥運転を中断したときに配管内の冷媒の圧力状態が平衡状態に落ち着くまでと、乾燥運転を再開したときに冷媒が気化、液化するまでにある程度の時間を要する。そのため、乾燥運転の中断後、短時間で乾燥運転を再開させる場合には、特開２００６−２１２１１７号公報（特許文献５）に記載の衣類乾燥機のように、乾燥運転を中断しているにもかかわらず、圧縮機の駆動を継続する必要があり、無駄な電力を消費するうえ、圧縮機にかかる負担が大きい。一方、特開２００６−６１３５３号公報（特許文献６）に記載の衣類乾燥機のように、乾燥運転を中断した場合には、その後、圧縮機の運転を一定時間行なわないこととすると、乾燥運転の中断後に短時間で乾燥運転の再開を行なうことができない。
また、特開２００６−２７２０２４号公報（特許文献７）と特開２００５−２６１７０３号公報（特許文献８）に記載の洗濯乾燥機のように、乾燥工程に入る前に予め圧縮機を運転させておくことによって、不要な熱や騒音が発生し、電力の消費量も大きくなってしまう。
そこで、この発明の目的は、騒音が少なく、効率のよい加熱除湿装置を提供することである。
この発明に従った加熱除湿装置は、気体を流通させるための第一の風路と第二の風路と、第一の風路を流通する気体を加熱するための第一の熱交換部と、第二の風路を流通する気体を冷却するための第二の熱交換部と、発熱ヘッドと吸熱ヘッドとを含むスターリングエンジンとを備え、第一の熱交換部は、スターリングエンジンの発熱ヘッドで気体を加熱するように熱交換を行ない、第二の熱交換部は、スターリングエンジンの吸熱ヘッドで気体を冷却するように熱交換を行なう。
従来、加熱除湿装置に用いられているヒートポンプにおいては、コンプレッサで冷媒を圧縮して気体から液体に変化させる凝縮部と、冷媒を膨張させて液体から気体に変化させる蒸発部とで熱交換を行なっている。すなわち、ヒートポンプにおいては、冷媒は、凝縮部から管などを通って蒸発部へ移動して、液体から気体に変化し、蒸発部から管などを通って凝縮部へ移動して、気体から液体へと変化することを繰り返す必要がある。
一方、スターリングエンジンは、シリンダ内でディスプレーサを往復運動させることによって、ヘリウムなどの作動気体を圧縮空間内で圧縮して発熱ヘッドを加熱し、膨張空間内で膨張させて吸熱ヘッドを冷却する。このように、スターリングエンジンにおいては、作動気体は、気体状態のままで、圧縮空間と膨張空間の間のみを移動する。圧縮空間と膨張空間は、例えば、一つのシリンダの両端に配置されるので、この場合には、作動気体は気体状態のままでシリンダの一方の端部から他方の端部までの間を往復する。
このように、スターリングエンジンにおいては、作動気体の移動距離が短く、また、冷媒を気体と液体の間で状態変化させる必要もないために、スターリングエンジンの応答性はヒートポンプよりも高い。例えば、スターリングエンジンの駆動を開始してから、発熱ヘッドと吸熱ヘッドとが所定の温度になるまでに必要な時間は、ヒートポンプの駆動を開始してから蒸発部と凝縮部とが所定の温度になるまでに必要な時間よりも短い。
したがって、スターリングエンジンを用いることによって、乾燥運転開始前または乾燥運転開始時に長時間の立ち上げ運転が不要であるので、ヒートポンプよりも制御性が高く、省エネルギー性、すなわち、消費エネルギーを効果的に削減して省エネルギーを図りやすい加熱除湿装置が得られる。このように、スターリングエンジンを備える加熱除湿装置は、加熱除湿装置の起動に要する時間を短くすることができるとともに、加熱除湿装置の運転中に一旦、運転を中断した後、再び起動する場合に要する時間も短くすることができる。
また、従来の加熱除湿装置に用いられているヒートポンプの振動系は、冷媒の圧縮と膨張にコンプレッサを使用するため、回転の振動を含む複雑な振動系である。一方、スターリングエンジンは、ヒートポンプに比べて振動系が単純である。すなわち、スターリングエンジンにおいては、ディスプレーサの往復という直線的な運動しか行なわれない。
このように、スターリングエンジンは、振動系が単純であるので、振動を吸収することが容易である。例えば、ディスプレーサの振動の振動数の共振動数を固有振動数として持つバネなどの吸振部材を備えることによって、簡単に振動を抑えることができる。スターリングエンジンにおいては振動を簡単に抑えることができるので、振動による騒音が発生しにくい。
このようにすることにより、振動、騒音を少なくすることができ、また、乾燥機が設置されている室内環境を悪化させることのない、使用性、すなわち、使用しやすく、省エネルギー性、すなわち、消費エネルギーを効果的に削減することができ、省エネルギーを図りやすい加熱除湿装置を提供することができる。
この発明に従った加熱除湿装置は、気体を第二の風路から第一の風路に流入させるための循環路を備え、第二の風路内の気体は、第二の熱交換部において冷却され、循環路を通って第一の風路に流入し、第一の熱交換部において加熱されることが好ましい。
このように、第二の風路内に流出した気体は、第二の熱交換部において冷却され、循環路を通って第一の風路に流入し、第一の熱交換部において加熱されるので、効率よく除湿することができる。
この発明に従った加熱除湿装置においては、発熱ヘッドは、第一の風路内に配置されて、第一の熱交換部を構成することが好ましい。
このようにすることにより、発熱ヘッドと第一の熱交換部との間で熱の伝達を行なう経路が不要となり、発熱ヘッドと第一の熱交換部との間の経路において熱が無駄に消費されることを防止することができる。
この発明に従った加熱除湿装置においては、第一の熱交換部は、発熱ヘッドに接触するように配置されるフィンを含むことが好ましい。
このようにすることにより、フィンにおいて気体を効率よく熱交換することができる。また、加熱除湿装置を小型化することができる。
この発明に従った加熱除湿装置においては、第一の熱交換部は、気体を加熱するための加熱部と、発熱ヘッドの熱を加熱部に伝導するための熱伝導媒体が流通する熱伝導媒体流路とを有することが好ましい。
このようにすることにより、第一の熱交換部の位置や形状を、風路の形状などに合わせて最適化することが容易になる。
この発明に従った加熱除湿装置においては、吸熱ヘッドは、第二の風路内に配置されて、第二の熱交換部を構成することが好ましい。
このようにすることにより、吸熱ヘッドと第二の熱交換部との間で冷気の伝達を行なう経路が不要となり、吸熱ヘッドと第二の熱交換部との間の経路において冷気が無駄に消費されることを防止することができる。
この発明に従った加熱除湿装置においては、第二の熱交換部は、吸熱ヘッドに接触するように配置されるフィンを含むことが好ましい。
このようにすることにより、フィンにおいて気体を効率よく熱交換することができる。また、加熱除湿装置を小型化することができる。
この発明に従った加熱除湿装置においては、第二の熱交換部は、気体を冷却するための冷却部と、冷却ヘッドの熱を冷却部に伝導するための熱伝導媒体が流通する熱伝導媒体流路とを有することが好ましい。
このようにすることにより、第二の熱交換部の位置や形状を、風路の形状などに合わせて最適化することが容易になる。
この発明に従った加熱除湿装置は、発熱ヘッドと吸熱ヘッドとの間に配置される接続管を備え、発熱ヘッドは、第一の風路内に配置されて、第一の熱交換部を構成し、吸熱ヘッドは、第二の風路内に配置されて、第二の熱交換部を構成し、発熱ヘッドと吸熱ヘッドとの間には接続管が設けられ、発熱ヘッドと吸熱ヘッドと接続管は同軸状に配置されており、発熱ヘッドと吸熱ヘッドと接続管を循環路内に配することが好ましい。
このようにすることにより、循環路を短くして圧力欠損を抑えることができるとともに、発熱ヘッドと吸熱ヘッドとが相互に与える熱影響を、接続管の周囲の空気層によって低減させることができる。
以上のように、この発明によれば、騒音が少なく、効率のよい加熱除湿装置を提供することができる。
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（実施形態１−１）
図１は、この発明の実施形態１−１として、本発明の加熱除湿装置を備えた洗濯乾燥機の全体の外観を概略的に示す斜視図であり、図２は、図１の洗濯乾燥機をＩＩ−ＩＩ線の方向から見た断面を概略的に示す側断面図である。
図１と図２に示すように、洗濯乾燥機２００は、本体２１０と、本体２１０の内部に取り付けられた水槽２２０と、被乾燥対象物として洗濯物を収容するための容器として、水槽２２０の内部で回転可能に支持された回転ドラム２３０とを備える。
本体２１０の前面には外扉２０１が取り付けられている。外扉２０１の内側には、内扉２０３が取り付けられている。外扉２０１を開き、内扉２０３を開くことによって本体２１０の前面に設けられた洗濯物投入口２０２を通じて洗濯物を回転ドラム２３０に投入、または回転ドラム２３０から取り出すことができ、内扉２０３を閉じ、外扉２０１を閉じることによって洗濯物投入口２０２を塞ぐことができる。なお、内扉２０３は回転ドラム２３０内が視認可能なように中央部が透明ガラスで作られているとともに、凹んだ器形状、いわゆる洗面器形状を有している。洗濯物投入口２０２側の水槽２２０の周壁にはゴム等の弾性体からなるドアパッキン２０４が嵌め込まれて固着されている。内扉２０３を閉じたときにドアパッキン２０４が内扉２０３の周縁に密着して水槽２２０が密閉されるようになっている。
回転ドラム２３０は、水槽２２０の内部で軸部２３１を中心に回転するように支持されている。このようにしてドラム式洗濯乾燥機２００は、水槽２２０と回転ドラム２３０とから構成された二重構造を有する。回転ドラム２３０は、回転軸線方向の中央に内周壁面を形成するドラム胴２３２と、一方端に開口部を形成するドラム蓋２３３と、他方端に内底壁面を形成するドラム底２３４とから構成され、一般的にステンレス鋼板から作られている。ドラム底２３４には、軸部２３１等の構造部品を取り付けかつ所望の荷重を支持するためにリブ等の凹凸面がプレス加工によって形成され、底壁面の強度の向上が図られている。回転ドラム２３０の周壁と底部には給水、排水および通気のための多数の小孔２３５が設けられている。ドラム蓋２３３の外周縁部には回転時の振動防止のために流体バランサ２０５が固着されている。軸部２３１は、回転ドラム２３０を回転させるためのドラム回転駆動モータ２３６のシャフトを備えている。ドラム回転駆動モータ２３６は、インバータ回路により回転が制御される。水槽２２０は上部からコイルばね（図示せず）で、下部から防振ダンパー（図示せず）で弾性的に支持されている。水槽２２０の上方には水道水に接続される給水経路２０５が配されており、洗剤投入部２０７を介して水槽２２０に接続されている。給水経路２０５の経路途中には給水弁２０８が設けられており、水道水から水槽２２０への供給が給水弁２０８の開閉によって制御される。水槽２２０の底部には排水弁２０６が設けられ、排水弁２０６の開閉によって洗濯液等が水槽２２０から本体２１０の外に排水できるようになっている。
図３は、スターリングエンジンの全体の断面を示す断面図である。
図３に示すように、スターリングエンジン１００の組立の中心となるのはシリンダ１１０、１１１である。シリンダ１１０、１１１の軸線は同一線上に並ぶ。シリンダ１１０にはピストン１１２が挿入され、シリンダ１１１にはディスプレーサ１１３が挿入される。ピストン１１２及びディスプレーサ１１３は、スターリングエンジン１００の運転中、ガスベアリング機構によりシリンダ１１０、１１１の内面に接触することなく往復運動する。ピストン１１２とディスプレーサ１１３は所定の位相差を備えて動く。
ピストン１１２の一方の端にはカップ状のマグネットホルダ１１４が設けられる。ディスプレーサ１１３の一方の端からはディスプレーサロッド１１５が突出する。ディスプレーサロッド１１５はピストン１１２及びマグネットホルダ１１４を軸線方向に自由にスライドできるように貫通する。
シリンダ１１０はピストン１１２の動作領域にあたる部分の外側にリニアモータ１２０を保持する。リニアモータ１２０は、コイル１２１を備えた外側ヨーク１２２と、シリンダ１１０の外周面に接するように設けられた内側ヨーク１２３と、外側ヨーク１２２と内側ヨーク１２３の間の環状空間に挿入されたリング状のマグネット１２４と、外側ヨーク１２２及び内側ヨーク１２３を所定の位置関係に保持する合成樹脂製エンドブラケット１２５、１２６を備える。マグネット１２４はマグネットホルダ１１４に固定されている。
マグネットホルダ１１４のハブの部分にはスプリング１３０の中心部が固定される。ディスプレーサロッド１１５にはスプリング１３１の中心部が固定される。スプリング１３０、１３１の外周部はエンドブラケット１２６に固定される。スプリング１３０、１３１の外周部同士の間にはスペーサ１３２が配置されており、これによりスプリング１３０、１３１は一定の距離を保つ。スプリング１３０、１３１は円板形の素材にスパイラル状の切り込みを入れたものであり、ディスプレーサ１１３をピストン１１２に対し所定の位相差（理想的には約９０°の位相差）をもたせて共振させる役割を果たす。
シリンダ１１１のうち、ディスプレーサ１１３の動作領域にあたる部分の外側には発熱ヘッド１４０と吸熱ヘッド１４１が配置される。発熱ヘッド１４０はリング状、吸熱ヘッド１４１はキャップ状であって、いずれも銅や銅合金など熱伝導のよい金属からなる。発熱ヘッド１４０と吸熱ヘッド１４１は、各々リング状の内部熱交換器１４２、１４３を介在させた形でシリンダ１１１の外側に支持される。内部熱交換器１４２、１４３はそれぞれ通気性を有し、内部を通り抜ける作動ガスの熱を発熱ヘッド１４０と吸熱ヘッド１４１に伝える。
発熱ヘッド１４０、シリンダ１１０、１１１、ピストン１１２、ディスプレーサ１１３、及び内部熱交換器１４２で囲まれる空間は圧縮空間１４５となる。吸熱ヘッド１４１、シリンダ１１１、ディスプレーサ１１３、及び内部熱交換機１４３で囲まれる空間は膨張空間１４６となる。
内部熱交換器１４２、１４３の間には再生器１４７が配置される。再生器１４７は樹脂フィルムを円筒形に巻回したものであり、フィルムの片面に微少な突起を多数点在させてフィルム間に突起の高さ分の間隙を形成し、これを作動ガスの通り道としている。再生器１４７の外側を再生器チューブ１４８が包み、発熱ヘッド１４０と吸熱ヘッド１４１の間に気密通路を構成する。発熱ヘッド１４０と再生器チューブ１４８と吸熱ヘッド１４１は同軸状に配置される。なお、再生器チューブ１４８は接続管の一例である。
リニアモータ１２０、シリンダ１１０、及びピストン１１２を筒状の圧力容器１５０が包む。圧力容器１５０の内部は背圧空間１５１となる。圧力容器１５０の周面には、リニアモータ１２０に電力を供給するための端子部１５２と、内部に作動ガスを封入するためのパイプ１５３が配置される。
圧力容器１５０の外面には動吸振器１６０が取り付けられる。動吸振器１６０は、胴体部１５０の端面中央から突き出す軸１６１と、軸１６１に中心を固定された板状のスプリング１６２と、スプリング１６２の周縁に配置されたマス（質量）１６３とからなる。スプリング１６２は薄板状のスプリングを複数枚重ねたものである。
スターリングエンジン１００は次のように動作する。リニアモータ１２０のコイル１２１に交流電流を供給する外側ヨーク１２２と内側ヨーク１２３の間にマグネット１２４を貫通する磁界が発生し、マグネット１２４は軸方向に往復運動する。ピストン系（ピストン１１２、マグネットホルダ１１４、マグネット１２４、及びスプリング１３０）の総質量と、スプリング１３０のバネ定数とにより定まる共振周波数に一致する周波数の電力を供給することにより、ピストン系は滑らかな正弦波状の往復運動を開始する。
ディスプレーサ系（ディスプレーサ１１３、ディスプレーサロッド１１５、及びスプリング１３１）にあっては、その総質量と、スプリング１３１のバネ定数とにより定まる共振周波数とピストン１１２の駆動周波数とが一致するように設定する。
ピストン１１２の往復運動により、圧縮空間１４５では圧縮、膨張が繰り返される。この圧力の変化に伴って、ディスプレーサ１１３も往復運動を行なう。このとき、圧縮空間１４５と膨張空間１４６との間の流動抵抗等により、ディスプレーサ１１３とピストン１１２との間には位相差が生じる。このようにしてフリーピストン構造のディスプレーサ１１３はピストン１１２と所定の位相差で同期して往復運動する。
上記の動作により、圧縮空間１４５と膨張空間１４６との間にスターリングサイクルが形成される。圧縮空間１４５では等温圧縮変化に基づいて作動ガスの温度が上昇し、膨張空間１４６では等温膨張変化に基づいて作動ガスの温度が低下する。このため、圧縮空間１４５の温度は上昇し、膨張空間１４６の温度は下降する。
運転中に圧縮空間１４５と膨張空間１４６の間を行き来する作動ガスは、内部熱交換器１４２、１４３を通過する際に、その有する熱を発熱ヘッド１４０と吸熱ヘッド１４１に伝える。圧縮空間１４５から再生器１４７へ流れ込む作動ガスは高温であるため発熱ヘッド１４０は加熱される。膨張空間１４６から再生器１４７へ流れ込む作動ガスは低温であるため吸熱ヘッド１４１は冷却される。
再生器１４７は、圧縮空間１４５と膨張空間１４６の熱を相手側の空間には伝えず、作動ガスだけを通す働きをする。圧縮空間１４５から内部熱交換器１４２を経て再生器１４７に入った高温の作動ガスは、再生器１４７を通過するときにその熱を再生器１４７に与え、温度が下がった状態で膨張空間１４６に流入する。膨張空間１４６から内部熱交換器１４３を経て再生器１４７に入った低温の作動ガスは、再生器１４７を通過するときに再生器１４７から熱を回収し、温度が上がった状態で圧縮空間１４５に流入する。すなわち再生器１４７は蓄熱手段としての役割を果たす。
ピストン１１２とディスプレーサ１１３が往復運動すると、スターリングエンジン１００に振動が生じ、動吸振器１６０がこの振動を抑える。
図４は、加熱除湿装置の本体の全体を示す斜視図である。
図４に示すように、加熱除湿装置４００の本体は、スターリングエンジン４１０と、第一の熱交換部として高温側熱交換部４２０と、第二の熱交換部として低温側熱交換部４３０とを備える。スターリングエンジン４１０は、発熱ヘッド４１１と吸熱ヘッド４１２とを有する。スターリングエンジン４１０の構成と作用は、図３に示すスターリングエンジン１００と同様である。高温側熱交換部４２０は、フィンとして発熱ヘッド４１１に接続された加熱フィン４２１を有し、低温側熱交換部４３０は、フィンとして吸熱ヘッド４１２に接続された冷却フィン４３１を有する。加熱フィン４２１と冷却フィン４３１は、円盤状であり、中心部分がそれぞれ発熱ヘッド４１１と吸熱ヘッド４１２に直接接続されている。冷却フィン４３１と、加熱フィン４２１と、スターリングエンジン４１０は、ほぼ一直線上に並ぶように配置され、一体化されて加熱除湿装置４００の本体を構成している。加熱除湿装置４００は、この本体と、図５に示す温風側経路部と湿風側経路部とから構成されている。
このように、加熱除湿装置４００においては、高温側熱交換部４２０は、発熱ヘッド４１１に接触されるように配置される加熱フィン４２１を含み、低温側熱交換部４３０は、吸熱ヘッド４１２に接触されるように配置される冷却フィン４３１を含む。
このようにすることにより、加熱フィン４２１と冷却フィン４３１において気体を効率よく熱交換することができる。また、加熱除湿装置４００を小型化することができる。
図５は、洗濯乾燥機を図２のＶ−Ｖ線の方向から見たときの概略を示す断面図である。
図２と図５に示すように、洗濯乾燥機２００の本体２１０の内部においては、回転ドラム２３０の背面側に、温風経路部２４１と湿風経路部２４２が配置されている。温風経路部２４１と湿風経路部２４２は、それぞれ、吸気口２４５と排気口２４６で水槽２２０の内部と連通している。温風経路部２４１と湿風経路部２４２は、水槽２２０の下方においてほぼ直線状に延びている循環経路部２４３を介して接続されている。循環経路部２４３には、加熱除湿装置４００の本体が、冷却フィン４３１が湿風経路部２４２側に、加熱フィン４２１が温風経路部２４１側となるように、設けられている。水槽２２０の下方において、湿風経路部２４２の内部には、送風機構部２４４が配置されている。
図２に示すように、水槽２２０の内周壁面と回転ドラム２３０のドラム胴２３２の外周壁面との間には水槽内温風経路部２４７が設けられている。また、水槽２２０の内周壁面と回転ドラム２３０のドラム胴２３２及びドラム底２３４は、水槽内湿風経路部２４８を形成している。水槽２２０の下部には吸気口と排気口が設けられている。なお、排気口と吸気口は、前面部や側面、または上部に設けられてもよい。図５に示すように、排気口は水槽２２０の背面外部に設けられる湿風経路部２４２を介して循環経路部２４３に接続されている。湿風経路部２４２内には、送風機構部が配置されている。ほぼ直線状に延びている循環経路部２４３内には、スターリングエンジンを備える加熱除湿装置４００の本体が配置されている。より特定的には、加熱除湿装置４００の本体の発熱ヘッド４１１と冷却ヘッド４１２と再生器チューブ１４８が循環経路部２４３内に配置されている。循環経路部２４３は水槽２２０の背面外部に設けられる温風経路部２４１を介して吸気口に接続されている。図２中の二点鎖線の矢印は、風の流れる方向を示す。なお、水槽内温風経路部２４７、温風経路部２４１、循環経路部２４３の高温側熱交換部４２０までの経路は第一の風路の一例、水槽内湿風経路部２４８、湿風経路部２４２、循環経路部２４３の低温側熱交換部４３０までの経路は第二の風路の一例、循環経路部２４３の高温側熱交換部４２０までの経路と低温側熱交換部４３０までの経路との間の経路が循環路の一例である。
以上のように構成された洗濯乾燥機２００を用いて行なわれる洗い工程、すすぎ工程、脱水工程および乾燥工程について、以下、工程順に説明する。
まず、外扉２０１および内扉２０３を開き、洗濯物投入口２０２から洗濯物を投入した後、内扉２０３および外扉２０１を閉じる。洗剤ケースに洗剤を入れて操作パネルを操作する。これにより、外扉２０１および内扉２０３がロックされるとともに、給水弁２０８が開かれ、水が給水経路２０５および洗剤ケース２０７を経て水槽２２０に供給される。図示しない水位センサによって水槽２２０内の水位が所定値になったことが検知されると、給水弁２０８が閉じられて、回転ドラム２３０がドラム回転駆動モータ２３６にて洗い工程用の回転チャートに従って回転される。このようにして洗い工程が開始される。
なお、回転ドラム２３０の回転チャートに関しては、洗い工程、すすぎ工程、脱水工程、乾燥工程の工程別に、あるいは、洗濯物の種類やコースに応じて、回転速度、回転周期、反転周期等が異なる複数の回転チャートが予め設定されている。回転チャートは、使用者によって選択され、または自動的に選択されるようにプログラムされている。
洗い工程が終了すると、排水弁２０６が開放されて洗濯液が本体の外に排出される。排水が終了すると、回転ドラム２３０は中間脱水工程用の回転チャートで高速回転される中間脱水工程が行なわれる。中間脱水工程では回転ドラム２３０の高速回転による遠心力によって洗濯物に含まれた洗濯液は回転ドラム２３０の周壁に設けられた小孔２３５を通じて水槽２２０の内壁面へ吐出される。洗濯液は水槽２２０の内壁面を伝って下方に流下し、排水弁２０６を介して本体の外に排出される。
中間脱水工程が終了すると、プログラムはすすぎ工程に移行する。排水弁２０６が閉じられた後、給水弁２０８が開放されて、水が洗剤ケースを経て水槽２２０に供給される。図示しない水位センサによって水槽２２０内の水位が所定の値になったことが検知されると、給水弁２０８が閉じられて、回転ドラム２３０がドラム回転駆動モータ２３６によってすすぎ工程用の回転チャートに従って回転される。中間脱水工程およびすすぎ工程は複数回繰り返された後、最終のすすぎ工程へと移行する。最終のすすぎ工程では給水弁２０８が開放されて、柔軟仕上剤を含んだ水が水槽２２０に供給される。
最終のすすぎ工程が終了すると、排水弁２０６が開放されてすすぎ液が本体２１０の外に排出される。排水が終了すると、回転ドラム２３０が最終脱水工程用の回転チャートに従って高速回転される、最終脱水工程が行なわれる。最終脱水工程では、中間脱水工程と同様に回転ドラム２３０の高速回転による遠心力によって洗濯物に含まれたすすぎ液が回転ドラム２３０の周壁に設けられた小孔２３５を通じて水槽２２０の内壁面に吐出される。
最終脱水工程が終了すると、乾燥工程に移行する。乾燥工程においては、回転ドラム２３０を回転させるとともに、加熱除湿装置４００と送風機構部２４４とを駆動させる。
加熱除湿装置４００のスターリングエンジン４１０を駆動させると、加熱フィン４２１において気体が加熱されるように熱交換され、冷却フィン４３１において気体が冷却されるように熱交換される。
加熱除湿装置４００と送風機構部２４４とを駆動させることによって、加熱フィン４２１で加熱された気体は、温風経路部２４１を図５中の二点鎖線の矢印で示すように流れて、吸気口２４５から水槽内温風経路部２４７を通じて水槽２２０の内部に流入し、水槽２２０の内部に配置されている回転ドラム２３０（図２）内に吹き込む。気体は、回転ドラム２３０（図２）内の洗濯物に接触した後、小孔２３５を通って、回転ドラム２３０の外部に流出し、水槽２２０の下部に形成されている排気口２４６を通って湿風経路部２４２に排気される。湿風経路部２４２に排気された気体は、回転ドラム２３０内の洗濯物に含まれていた水分によって、湿度が高くなっている。湿気を含んだ気体は、図５中の一点鎖線の矢印で示すように流れて、冷却フィン４３１に戻り、冷却フィン４３１で冷却されて、除湿される。気体から取り除かれた水分は、冷却フィン４３１の下方から排水管（図示しない）を通って本体２１０から排出される。除湿された気体は、循環経路部２４３を通って、加熱フィン４２１に戻る。このサイクルを繰り返すことによって乾燥工程が行なわれる。
このように、洗濯乾燥機２００は、洗濯物を収容するための回転ドラム２３０と、回転ドラム２３０の内部に気体を流入させるための温風経路部２４１と、回転ドラム２３０の内部から気体を流出させるための湿風経路部２４２と、温風経路部２４１を流通する気体を加熱するための高温側熱交換部４２０と、湿風経路部２４２を流通する気体を冷却するための低温側熱交換部４３０と、発熱ヘッド４１１と吸熱ヘッド４１２とを含むスターリングエンジン４１０とを備え、高温側熱交換部４２０は、スターリングエンジン４１０の発熱ヘッド４１１で気体を加熱するように熱交換を行ない、低温側熱交換部４３０は、スターリングエンジン４１０の吸熱ヘッド４１２で気体を冷却するように熱交換を行なう。
従来、乾燥機に用いられているヒートポンプにおいては、コンプレッサで冷媒を圧縮して気体から液体に変化させる凝縮部と、冷媒を膨張させて液体から気体に変化させる蒸発部とで熱交換を行なっている。すなわち、ヒートポンプにおいては、冷媒は、凝縮部から管などを通って蒸発部へ移動して、液体から気体に変化し、蒸発部から管などを通って凝縮部へ移動して、気体から液体へと変化することを繰り返す必要がある。
一方、スターリングエンジンは、シリンダ内でディスプレーサを往復運動させることによって、ヘリウムなどの作動気体を圧縮空間内で圧縮して発熱ヘッドを加熱し、膨張空間内で膨張させて吸熱ヘッドを冷却する。このように、スターリングエンジンにおいては、作動気体は、気体状態のままで、圧縮空間と膨張空間の間のみを移動する。圧縮空間と膨張空間は、例えば、一つのシリンダの両端に配置されるので、この場合には、作動気体は気体状態のままでシリンダの一方の端部から他方の端部までの間を往復する。
このように、スターリングエンジンにおいては、冷媒を気体と液体の間で状態変化させる必要がないために、スターリングエンジンの応答性はヒートポンプよりも高い。例えば、スターリングエンジンの駆動を開始してから、発熱ヘッドと吸熱ヘッドとが所定の温度になるまでに必要な時間は、ヒートポンプの駆動を開始してから蒸発部と凝縮部とが所定の温度になるまでに必要な時間よりも短い。
したがって、スターリングエンジンを用いることによって、乾燥運転開始前または乾燥運転開始時に長時間の立ち上げ運転が不要であるので、ヒートポンプよりも制御性が高く、省エネルギー性、すなわち、消費エネルギーを削減しやすく、省エネルギーを図りやすい乾燥機が得られる。このように、スターリングエンジンを備える乾燥機は、乾燥機の起動に要する時間を短くすることができるとともに、ヒートポンプのように冷媒が気体と液体の混合から均一な気体となるまでの時間を待つ必要がないため、乾燥機の運転中に一旦、運転を中断した後、再び起動する場合に要する時間も短くすることができる。
また、従来の加熱除湿装置に用いられているヒートポンプの振動系は、冷媒の圧縮と膨張にコンプレッサを使用するため、回転の振動を含む複雑な振動系である。一方、スターリングエンジンは、ヒートポンプに比べて振動系が単純である。すなわち、スターリングエンジンにおいては、ディスプレーサの往復という直線的な運動しか行なわれない。
このように、スターリングエンジンは、振動系が単純であるので、振動を吸収することが容易である。例えば、ディスプレーサの振動の振動数の共振動数を固有振動数として持つバネなどの吸振部材を備えることによって、簡単に振動を抑えることができる。スターリングエンジンにおいては振動を簡単に抑えることができるので、振動による騒音が発生しにくい。
このようにすることにより、振動、騒音を少なくすることができ、使用性、すなわち、使用しやすく、省エネルギー性、すなわち、消費エネルギーを効果的に削減することができ、省エネルギーを図りやすい加熱除湿装置４００を提供することができる。
加熱除湿装置４００は、気体を湿風経路部２４２から温風経路部２４１に流入させるための循環経路部２４３を備え、気体は、低温側熱交換部４３０において冷却され、循環経路部２４３を通って温風経路部２４１に流入し、高温側熱交換部４２１において加熱される。
このように、湿風経路部２４２に流出した気体は、低温側熱交換部４３０において冷却され、循環経路部２４３を通って温風経路部２４１に流入し、高温側熱交換部４２１において加熱されるので、効率よく除湿することができる。
洗濯乾燥機２００は、回転ドラム２３０を覆うように配置されて、水を収容するための水槽２２０を備え、回転ドラム２３０は、水槽２２０内において回転可能に支持され、回転ドラム２３０の内部に収容される洗濯物が回転ドラム２３０内において洗濯されることが可能であるように構成されている。
このようにすることにより、洗濯終了後、速やかに乾燥を行なうことができる。また、スターリングエンジン４００においては、高温部と低温部は、スターリングエンジン本体から配管で接続されるなどして別に形成されず、ヒートポンプに必要なコンプレッサと膨張弁や高温部（凝縮部）、低温部（蒸発部）とを結ぶ冷媒を循環させる配管が必要なく、単純な構造であるので、洗濯中、特に脱水中に複雑で大きな振動の発生しやすい洗濯乾燥機２００が振動しても配管の破断や故障をしにくい、信頼性の高い洗濯乾燥機２００を提供することができる。
洗濯乾燥機２００においては、発熱ヘッド４１１と吸熱ヘッド４１２との間に再生器チューブ１４８が設けられ、発熱ヘッド４１１と吸熱ヘッド４１２と再生器チューブ１４８は同軸状に配されており、発熱ヘッド４１１と吸熱ヘッド４１２と再生器チューブ１４８が循環路内に配されるように構成されている。
このようにすることにより、循環路を短くして圧力欠損を抑えることができるとともに、発熱ヘッド４１１と吸熱ヘッド４１２とが相互に与える熱影響を、再生器チューブ１４８の周囲の空気層によって低減させることができる。
この実施形態においては、加熱除湿装置を洗濯乾燥機に用いたが、この発明の加熱除湿装置は、食器乾燥機や食器洗浄乾燥機、除湿機、浴室乾燥機などに用いられてもよい。
（実施形態１−２）
図６は、この発明の実施形態１−２として、洗濯乾燥機が備える加熱除湿装置の本体の別の形態を示す斜視図である。
図６に示すように、加熱除湿装置５００は、スターリングエンジン５１０と、第一の熱交換部として高温側熱交換部５２０と、第二の熱交換部として低温側熱交換部５３０とを備える。スターリングエンジン５１０は、発熱ヘッド５１１と吸熱ヘッド５１２とを有する。スターリングエンジン５１０の構成と作用は、図３に示すスターリングエンジン１００と同様である。高温側熱交換部５２０は、気体を加熱するための加熱部５２２と、発熱ヘッド５１１の熱を加熱部５２２に伝導するための熱伝導媒体が流通する熱伝導媒体流路５２３とを有する。低温側熱交換部５３０は、気体を冷却するための冷却部５３２と、冷却ヘッド５１２の熱を冷却部５３２に伝導するための熱伝導媒体が流通する熱伝導媒体流路５３３を有する。熱伝導媒体としては、例えば、水が用いられる。加熱部５２２と冷却部５３２は、この実施形態においては、どちらも板状としているが、他の形態であってもよい。また、熱伝導媒体流路５２３と熱伝導媒体流路５３３は、この実施形態においては管状としているが、他の形態であってもよい。加熱除湿装置５００は、この本体と、図５に示す温風側経路部と湿風側経路部とから構成されている。
このように、加熱除湿装置５００においては、高温側熱交換部５２０は、気体を加熱するための加熱部５２２と、発熱ヘッド５１１の熱を加熱部５２２に伝導するための熱伝導媒体が流通する熱伝導媒体流路５２３とを有する。また、低温側熱交換部５３０は、気体を冷却するための冷却部５３２と、吸熱ヘッド５１２の熱を冷却部５３２に伝導するための熱伝導媒体が流通する熱伝導媒体流路５３３とを有する。
このようにすることにより、高温側熱交換部５２０と低温側熱交換部５３０の位置や形状を、温風経路部２４１（図５）と湿風経路部２４２（図５）の形状などに合わせて最適化することが容易になる。
実施形態１−２の洗濯乾燥機２００のその他の構成と効果は、実施形態１−１と同様である。
（実施形態１−３）
図７は、この発明の実施形態１−３として、洗濯乾燥機が備える加熱除湿装置の本体の別の形態を示す斜視図である。
図７に示すように、加熱除湿装置６００は、スターリングエンジン６１０と、第一の熱交換部として高温側熱交換部６２０と、第二の熱交換部として低温側熱交換部６３０とを備える。スターリングエンジン６１０は、発熱ヘッド６１１と吸熱ヘッド６１２とを有する。スターリングエンジン６１０の構成と作用は、図３に示すスターリングエンジン１００と同様である。
高温側熱交換部６２０は、フィンとして発熱ヘッド６１１に接続された加熱フィン６２１を有する。加熱フィン６２１は円盤状であり、中心部分が発熱ヘッド６１１に、直接、接続されている。
低温側熱交換部６３０は、気体を冷却するための冷却部６３２と、冷却ヘッド６１２の熱を冷却部６３２に伝導するための熱伝導媒体が流通するための熱伝導媒体流路６３３を有する。熱伝導媒体としては、例えば、水が用いられる。冷却部６３２は、この実施形態においては板状としているが、他の形態であってもよい。また、熱伝導媒体流路６３３は、この実施形態においては管状としているが、他の形態であってもよい。
加熱除湿装置６００は、この本体と、図５に示す温風側経路部と湿風側経路部とから構成されている。
このように、加熱除湿装置６００においては、発熱ヘッド６１１を温風経路部内に配するように構成している。
このようにすることにより、発熱ヘッド６１１と高温側熱交換部６２０との間で熱の伝達を行なう経路が不要となり、発熱ヘッド６１１と高温側熱交換部６２０との間の経路において熱が無駄に消費されることを防ぐことができる。
加熱除湿装置６００においては、高温側熱交換部６２０は、発熱ヘッド６１１に接触されるように配置される加熱フィン６２１を含む。
このようにすることにより、加熱フィン６２１において気体を効率よく熱交換することができる。また、加熱除湿装置６００を小型化することができる。
また、加熱除湿装置６００においては、低温側熱交換部６３０は、気体を冷却するための冷却部６３２と、吸熱ヘッド６１２の熱を冷却部６３２に伝導するための熱伝導媒体が流通する熱伝導媒体流路６３３とを有する。
このようにすることにより、例えば、発熱ヘッド６１１および加熱フィン６２１と冷却部６３２との風路上の距離を離して相互に与える熱影響を小さくすることが容易になる。また、冷却部６３２の余剰スペースへの配置等、冷却部６３２の位置や形状を、湿風経路部２４２（図５）の形状や洗濯乾燥機２００の全体の部品配置などに合わせて最適化することが容易になる。
実施形態１−３の洗濯乾燥機２００のその他の構成と効果は、実施形態１−１と同様である。
（実施形態１−４）
図８は、この発明の実施形態１−４として、洗濯乾燥機が備える加熱除湿装置の本体の別の形態を示す斜視図である。
図８に示すように、加熱除湿装置７００は、スターリングエンジン７１０と、第一の熱交換部として高温側熱交換部７２０と、第二の熱交換部として低温側熱交換部７３０とを備える。スターリングエンジン７１０は、発熱ヘッド７１１と吸熱ヘッド７１２とを有する。スターリングエンジン７１０の構成と作用は、図３に示すスターリングエンジン１００と同様である。
高温側熱交換部７２０は、気体を加熱するための加熱部７２２と、発熱ヘッド７１１の熱を加熱部７２２に伝導するための熱伝導媒体が流通するための熱伝導媒体流路７２３とを有する。熱伝導媒体としては、例えば、水が用いられる。加熱部７２２は、この実施形態においては板状としているが、他の形態であってもよい。また、熱伝導媒体流路７２３は、この実施形態においては管状としているが、他の形態であってもよい。
低温側熱交換部７３０は、フィンとして吸熱ヘッド７１２に接続された冷却フィン７３１を有する。冷却フィン７３１は円盤状であり、中心部分が吸熱ヘッド７１２に、直接、接続されている。
加熱除湿装置７００は、この本体と、図５に示す温風側経路部と湿風側経路部とから構成されている。
このように、加熱除湿装置７００においては、吸熱ヘッド７１２を湿風経路部内に配するように構成している。
このようにすることにより、吸熱ヘッド７１２と低温側熱交換部７３０との間で熱の伝達を行なう経路が不要となり、吸熱ヘッド７１２と低温側熱交換部７３０との間の経路で熱が無駄に消費されることを防止することができる。
また、このように、加熱除湿装置７００においては、低温側熱交換部７３０は、吸熱ヘッド７１２に接触されるように配置される冷却フィン７３１を含む。
このようにすることにより、冷却フィン７３１において気体を効率よく熱交換することができる。また、加熱除湿装置７００を小型化することができる。
加熱除湿装置７００においては、高温側熱交換部７２０は、気体を加熱するための加熱部７２２と、発熱ヘッド７１１の熱を加熱部７２２に伝導するための熱伝導媒体が流通する熱伝導媒体流路７２３とを有する。
このようにすることにより、例えば、加熱部７２２と吸熱ヘッド７１２および冷却フィン７３１との風路上の距離を離して相互に与える熱影響を小さくすることが容易になる。また、加熱部７２２の余剰スペースへの配置等といった、加熱部７２２の位置や形状を、温風経路部２４１（図５）の形状や、洗濯乾燥機２００の全体の部品配置などに合わせて最適化することが容易になる。
実施形態１−４の洗濯乾燥機２００のその他の構成と効果は、実施形態１−１と同様である。
（実施形態１−５）
図９は、この発明の実施形態１−５として、本発明の加熱除湿装置を備える洗濯乾燥機の側断面を概略的に示す側断面図であり、図１０は、洗濯乾燥機を背面から見た断面を概略的に示す断面図である。
図９と図１０に示すように、洗濯乾燥機３００は、本体３１０と、本体３１０の内部に取り付けられた水槽３２０と、被乾燥対象物として洗濯物を収容するための容器として、水槽３２０の内部で回転可能に支持された回転ドラム３３０とを備える。
本体３１０の上面には外扉３０１が取り付けられている。外扉３０１を開くことによって本体３１０の上面に設けられた洗濯物投入口３０２から水槽３２０、回転ドラム３３０に設けられた投入口（図示せず）を通じて洗濯物を回転ドラム３３０に投入、または回転ドラム３３０から取り出すことができ、外扉３０１を閉じることによって洗濯物投入口３０２を塞ぐことができる。
回転ドラム３３０は、水槽３２０の内部で、ほぼ水平に伸びる軸部３３１を中心に回転するように支持されている。このようにしてドラム式洗濯乾燥機３００は、水槽３２０と回転ドラム３３０とから構成された二重構造を有する。軸部３３１は、回転ドラム３３０の左右両側に一つずつ配置され、回転ドラム３３０を回転させるためのドラム回転駆動モータ３３６のシャフトをそれぞれ備えている。なお、ドラム回転駆動モータは所望の駆動力が得られれば、片側のみでもよい。
水槽３２０の内周壁面と回転ドラム３３０の外周壁面とは、第一の風路として温風経路部３４１と、第二の風路として湿風経路部３４２とを形成している。水槽３２０の下部には吸気口３４５と排気口３４６が設けられている。なお、吸気口３４５、排気口３４６は上部や側面部に設けられてもよい。排気口３４６と吸気口３４５は、水槽３２０の外部において循環路として循環経路部３４３を介して接続されている。循環経路部３４３内には、送風機構部３４４と、スターリングエンジン４１０を備える加熱除湿装置４００が配置されている。
洗濯乾燥機３００の本体３１０の内部においては、回転ドラム３３０の側面側に、温風経路部３４１と湿風経路部３４２が配置されている。温風経路部３４１と湿風経路部３４２は、それぞれ、吸気口３４５と排気口３４６で水槽３２０の内部と連通している。温風経路部３４１と湿風経路部３４２は、水槽３２０の下方において循環経路部３４３を介して接続されている。ほぼ直線状に延びている循環経路部３４３には、加熱除湿装置４００の本体が、冷却フィン４３１が湿風経路部３４２側に、加熱フィン４２１が温風経路部３４１側に配置されるように、設けられている。水槽３２０の下方において、湿風経路部３４２の内部には、送風機構部３４４が配置されている。
加熱除湿装置４００のスターリングエンジン４１０を駆動させると、加熱フィン４２１において気体が加熱されるように熱交換され、冷却フィン４３１において気体が冷却されるように熱交換される。
加熱除湿装置４００と送風機構部３４４とを駆動させることによって、加熱フィン４２１で加熱された気体は、温風経路部３４１を図中の二点鎖線の矢印で示すように流れて、吸気口３４５から水槽３２０の内部に流入し、水槽３２０の内部に配置されている回転ドラム３３０内に吹き込む。気体は、回転ドラム３３０内の洗濯物に接触した後、小孔を通って、回転ドラム３３０の外部に流出し、水槽３２０の下部に形成されている排気口３４６を通って湿風経路部３４２に排気される。湿風経路部３４２に排気された気体は、回転ドラム３３０内の洗濯物に含まれていた水分によって、湿度が高くなっている。湿気を含む気体は、図中の一点鎖線の矢印で示すように流れて、冷却フィン４３１に戻り、冷却フィン４３１で冷却されて、除湿される。気体から取り除かれた水分は、冷却フィン４３１の下方から排水管（図示しない）を通って本体３１０から排水される。除湿された気体は、循環経路部３４３を通って、加熱フィン４２１に戻る。このサイクルを繰り返すことによって乾燥工程が行なわれる。
実施形態１−５の洗濯乾燥機３００のその他の構成と効果は、実施形態１−１の洗濯乾燥機２００と同様である。
（実施形態２−１）
以下、本発明の実施形態２−１を図１１および図１２を用いて説明する。図１１は、本発明の実施形態２−１に係る加熱除湿装置を備えるドラム式洗濯乾燥機の給排水経路の構成を示す断面図、図１２は、本発明の実施形態２−１に係るドラム式洗濯乾燥機の乾燥通風経路の構成を示す断面図である。
図１１に示すように、略直方体の本体１の前面には洗濯物を出し入れするための投入口１ａが形成されるとともに、投入口１ａを開閉するためのドア２がヒンジ機構にて回動可能に設けられている。本体１内には、一端に投入口１ａと対向する開口３ａを有する有底筒形状の水槽３が、その背面に対して開口３ａ側の方が高くなるように傾斜して内装されており、この水槽３の開口３ａと本体１の投入口１ａとはパッキン４で水密に接続されている。なお、水槽３は、図示しないダンパーなどの支持装置により支持されることで、揺動自在に配置されている。
水槽３内には、洗濯物を収容する回転槽５が回転自在に内装されている。回転槽５はその回転軸方向の一端に開口３ａに対向する開口５ａを有した有底筒形状をなし、その底面（背面）に対して開口５ａ側の方が高くなるように傾斜させて配置している。回転槽５の開口周縁には流体バランサー６が設けられ、回転槽５の周壁には複数の孔が設けられている。ドア２を回動させて投入口１ａを開放した状態において、回転槽５内への洗濯物の投入および回転槽５内からの洗濯物の取出は投入口１ａ、開口３ａ、開口５ａを介して行なわれる。
回転槽５の底面（背面）には、回転軸５ｂが固定されており、水槽３に軸受５ｃを介してその回転軸が斜めとなるように回転自在に支持されている。また、回転軸５ｂの回転槽が取り付けられている側とは反対側の端部には、ドラムプーリ５ｄが取り付けられている。
本体１の背面上部には、本体１の天面を一部低くした段部が設けられ、その段部には水道からの水を本体１内に導入する給水口７が配されている。給水口７の下流側には図示しない給水弁が配されており、洗濯機の各部の動作を制御する図示しない制御装置からの指示にしたがって給水弁が開閉されて、本体１内への給水が制御される。制御装置からの指示により給水弁が開放されると、給水口７から本体１内に水道からの水が導入される。給水口７を通過した水は、給水路８を介して洗剤ケース９内に供給されて洗剤と混合された後、給水管１０を通って水槽３内に供給される。
また、水槽３の背面側下方には、水槽３内に供給された水を本体１外への排出経路を構成する排水管１１が接続されている。水槽３より排水管１１へと排出された水は、フィルタ装置１２に配される排水フィルタ１２ａよって糸屑等の異物が除去される。フィルタ装置１２には、エアトラップ１２ｂが設けられており、エアトラップ１２ｂ内と連通する導圧管１３の一端が接続されている。導圧管１３の他端には、水位センサ１４が接続されており、洗いやすすぎ時には、エアトラップ１２ｂ内の空気の圧力を水位センサ１４にて計測することにより水槽３内の水位が検出される。フィルタ装置１２で異物が除去された水は排水路１５へと流れ込む。排水路１５の下流側には排水弁１６が配されており、洗濯機の各部の動作を制御する図示しない制御装置からの指示にしたがって排水弁１６が開閉されて、本体１内からの排水が制御される。制御装置からの指示により排水弁１６が開放されると、排水路１５の水が排水ホース１７を介して本体１外へ排出される。なお、排水路１５と排水ホース１７とが、排水経路の一部である。
水槽の下部には、図１２に示すように、設置台１８が設けられており、その設置台１８には、回転槽５を回転駆動させる回転速度を制御可能なモータ１９が配されている。モータ１９には、モータ軸１９ａが取り付けられており、モータ軸１９ａのモータ１９が取り付けられている方とは反対側にモータプーリ２０が設けられている。このモータプーリ２０と回転槽プーリ５ｄはベルト２１を介してモータプーリ２０の動力を回転槽プーリ５ｄへと伝達可能なように掛け巻きされている。
モータ軸１９ａには、クラッチ機構２２が挿通されており、モータ軸１９ａの回転駆動力をその下方に設けられた伝達機構部２３へと伝達する状態または伝達しない状態へと切換可能に構成されている。この伝達機構部２３へと伝達された回転駆動力は、熱交換部２４へと供給されて熱交換部２４の動力として使用される。クラッチ機構２２、伝達機構部２３、熱交換部２４についてのより詳細な構成や動作については後述する。
水槽の背面後方から下部、および前面前方にかけては回転槽５内に投入された洗濯物を乾燥させるための空気が循環する循環ダクトの一例である通風経路（循環ダクト）２５が設けられている。通風経路２５には、その経路中に通風経路２５の気流源である送風機２６および熱交換部２４が配されている。乾燥運転中において、水槽３内の空気は、排気口２５ａを介して通風経路２５へと排出される。通風経路２５へと流れ込んだ空気は、ファンの一例である送風機２６によって熱交換部２４へと送られ、後述する吸熱ヘッド３８ａで冷却除湿された後、発熱ヘッド３８ｂで加熱されて、給気口２５ｂから再び水槽３へと送られる。なお、通風経路２５の一部を水槽３の背面の周縁部に沿って設けても良い。
次に、クラッチ機構２２、伝達機構部２３および熱交換部２４の構成について図１３から図１５を用いて説明する。図１３は、図１２の要部を拡大した図、図１４は、クラッチ機構２２の分解斜視図、図１５は、図１３をＡより見た図である。
クラッチ機構２２は、図１３に示すように、連動軸２７、クラッチ片２８、コイルバネ２９およびソレノイド３０により構成される。連動軸２７は、モータ軸１９ａに対して回転可能に挿通されており、モータ１９に近い方が小径、遠い方が大径となるように構成されている。連動軸２７の小径な部分である小径部２７ａは、図１４に示すように、９０°毎に一部が径方向に突出するように断面十字形状に形成されている。連動軸２７の大径な部分である大径部２７ｂは、周囲が歯車状に形成されており、後述する第一の連動歯車３１へと動力伝達可能に連結している。連動軸２７の小径部２７ａに隣接するとともに連動軸２７の小径部２７ａよりもモータ１９に近いところには、モータ軸１９ａに一体に形成される連結部１９ｂが形成されている。連結部１９ｂは、図１４に示すように、９０°毎に一部が径方向に突出するように断面十字形状に形成されており、連動軸２７の小径部２７ａと同じ形状を有している。クラッチ片２８は磁性体で構成されており、図１４に示すように、その外周側は円周状に形成されるとともに、内周側は９０°毎に一部が径方向に窪むように形成され、この内周側に連動軸２７の小径部２７ａおよび連結部１９ｂの外周が嵌合するように構成されている。連動軸２７の大径部２７ｂとクラッチ片２８との間にはコイルバネ２９が圧縮配置されており、クラッチ片２８を連結部１９ｂのみと嵌合させるように付勢している。クラッチ片２８の外周側には、図１３に示すように、磁力を発生してクラッチ片２８に斥力を発生させるソレノイド３０が配されている。ソレノイド３０は、その駆動によりクラッチ片２８をコイルバネ２９の付勢力に抗して移動させ、後述する図１６に示すように、クラッチ片２８を連結部１９ｂおよび小径部２７ａと嵌合させて、モータ１９の回転駆動力を伝達機構部２３へと伝達するようにその付勢力が調整されている。
伝達機構部２３は、図１３に示すように、第一の伝達歯車３１および第二の伝達歯車３２により構成される。第一の伝達歯車３１は、図１５に示すように、連動軸２７の大径部２７ｂの下方に設けられるとともに、その外周の歯車と連動軸２７の大径部２７ｂの歯車とが嵌合しており、連動軸２７の回転駆動力をその下方に配された第二の伝達歯車３２へと伝達させる。第二の伝達歯車３２は、図１４に示すように、その回転軸方向の一方側が小径の歯車である小径部３２ａ、他方側が大径の歯車である大径部３２ｂとなるように形成されている。第二の伝達歯車３２は、小径部３２ａは第一の伝達歯車３１、大径部３２ｂは後述するシャフト歯車３３と嵌合しており、第一の伝達歯車３１の回転駆動力をシャフト歯車３３へと伝達させる。なお、クラッチ機構２２と伝達機構部２３とが、伝達部の一例である。
加熱除湿装置として熱交換部２４は、本実施の形態では、並列型２ピストンのスターリング冷凍機を用いる。図１３に示すように、シャフト歯車３３、クランクシャフト３４、吸熱側クランク３５ａ、発熱側クランク３５ｂ、吸熱側ピストン３６ａ、発熱側ピストン３６ｂ、低温室３７ａ、高温室３７ｂ、吸熱ヘッド３８ａ、発熱ヘッド３８ｂおよび再生器３９より構成される。シャフト歯車３３は、第二の伝達歯車３２の大径部３２ｂの下方に配され、第二の伝達歯車３２の大径部３２ｂの歯車と嵌合している。また、シャフト歯車３３は、製品の前方側に向かって伸長するクランクシャフト３４が一体に取付られている。クランクシャフト３４は、その２箇所を設置台１８に回転可能に軸支され、この軸支された部分の間には吸熱側クランク接続部３４ａおよび発熱側クランク接続部３４ｂが設けられる。図１３において、吸熱側クランク接続部３４ａは上方に向けて凸、発熱側クランク接続部３４ｂは手前側に向けて凸となるように折り曲げられており、シャフト歯車３３が図１５に示すように本体１の後方より見て左回り（反時計回り）方向に回動することにより、吸熱側クランク接続部３４ａに対して発熱側クランク接続部３４ｂが９０°進んだ位相で回動し、後述する吸熱ヘッド３８ａが送風経路２５の空気の冷却、発熱ヘッド３８ｂが送風経路２５の空気の加熱を行なうように作動する。
吸熱側クランク接続部３４ａおよび発熱側クランク接続部３４ｂは、吸熱側クランク３５ａおよび発熱側クランク３５ｂの一端と接続されている。吸熱側クランク３５ａおよび発熱側クランク３５ｂは、それぞれの他端に吸熱側ピストン３６ａおよび発熱側ピストン３６ｂが接続されている。吸熱側ピストン３６ａおよび発熱側ピストン３６ｂの下方には、それぞれ設置台１８を外郭とする水素やヘリウム等の気体が密封された低温室３７ａおよび高温室３７ｂが設けられており、吸熱側ピストン３６ａと低温室３７ａ内面および発熱側ピストン３６ｂと高温室３７ｂ内面とは気密かつスライド可能に構成されている。低温室３７ａおよび高温室３７ｂの下方の通風経路２５に突出した先端部は、通風経路２５の空気を冷却する吸熱ヘッド３８ａおよび通風経路２５の空気を加熱する発熱ヘッド３８ｂとして機能する。吸熱ヘッド３８ａおよび発熱ヘッド３８ｂは必ずしも通風経路２５内に突出させる必要はないが、熱交換効率を向上させるために通風経路２５内に突出させるほうが好ましい。この冷却および加熱機能については後述する。また、低温室３７ａと高温室３７ｂとはそれぞれの部屋を連通させる経路を有し、その経路には再生器３９が配されている。再生器３９は、この周辺を通過する高温気体からの熱を蓄熱し、または蓄熱した熱を低温気体に供給する作用を奏する。吸熱ヘッド３８ａおよび発熱ヘッド３８ｂは、その配置方向が回転槽５の回動軸の水平面への投影軸と一致するように配されており、運転時に本体１内で水槽３と一体に振動する振動体の重心を下方に押し下げて、より振動を低減させやすい構成としている。これにより、回転槽５を高い位置に配した場合でも静音化に貢献しつつ、洗濯物の取り出しをも容易に出来る。なお、設置台１８がハウジングの一例である。
次に、この洗濯乾燥機における動作について説明する。構成を備えた洗濯乾燥機において、使用者が電源を入れ、投入口から回転槽５内へ洗濯物を投入し、洗剤ケース９に洗剤を投入した後、図示しない操作パネルのスタートスイッチの押圧により運転をスタートすると、制御部は、給水口７、給水路８、洗剤ケース９および給水管１０を介して水槽３へと給水を行なう。水槽３内の水位が所定の水位まで達したことを水位センサ１４が検知すると、制御部は、水槽３内への給水を停止させて、モータ１９を駆動させて回転槽５を低速回転させて洗い工程を行う。
洗い工程が終了すると、水槽３内の水を排水路１１、フィルタ装置１２、排水管１５、排水弁１６および排水ホース１７を介して機外へ排出させた後、回転槽５を高速で回転させて洗濯物に含まれる洗濯水の脱水を行なう。脱水工程が終了すると、再度、水槽３内への所定水位までの給水の後、回転槽５を低速回転させる濯ぎ工程が開始される。濯ぎ工程が完了すると、水槽３内の洗濯水の排水後、脱水工程が行なわれる。この濯ぎ工程と脱水工程が複数回繰り返された後、乾燥工程へと移行する。
次に、本発明の実施形態２−１の乾燥工程の要部の動作について図１６から図１９を用いて説明する。図１６は、熱交換部２４へ回転駆動力を伝達するようにクラッチ機構２２を切り換えた状態の要部拡大図、図１７は、図１６の状態からクランクシャフト３４を９０°回転させた状態の要部拡大図、図１８は、図１６の状態からクランクシャフト３４を１８０°回転させた状態の要部拡大図、図１９は、図１６の状態からクランクシャフト３４を２７０°回転させた状態の要部拡大図である。
乾燥工程が開始されると、送風機２６が駆動して通風経路２５内の送風が行なわれるとともに、ソレノイド３０が駆動されてクラッチ片２８が連結部１９ｂおよび連動軸２７に嵌合して、モータ１９の回転駆動力が連動軸２７に伝達可能となる。この状態でモータ１９を図１５に示すように右回りである矢印ａ方向に回動させると、回転槽５が後方から見て右回りに回動し、また、連動軸２７も同じ矢印ａ方向に回動して、第一の伝達歯車３１を左回りである矢印ｂ方向に回動させる。第一の伝達歯車３１に伝達された回転駆動力は、これに嵌合する第二の回転歯車３２へと伝達されて、第二の伝達歯車３２を矢印ｃ方向に回動させる。矢印ｃ方向に回動する第二の伝達歯車３２は、シャフト歯車３３を矢印ｄ方向に回動させて熱交換部２４が駆動される。
図１６の状態において、シャフト歯車３３が矢印ｄ方向に駆動されて図１７の状態になる間に、吸熱側クランク接続部３４ａおよび発熱側クランク接続部３４ｂは、吸熱側クランク３５ａおよび発熱側クランク３５ｂを下方へと押し込む方向へ駆動させ、９０度の位相差がつけられた吸熱側ピストン３６ａおよび発熱側ピストン３６ｂにより低温室３７ａ内および高温室３７ｂ内の気体を圧縮させる。このとき高温室３７ｂの気体の圧縮率は低温室３７ａに比べ非常に大きく、高温室３７ｂの気体の圧力および温度は上昇するため、発熱ヘッド３８ｂの温度は上昇するとともに、この高温室３７ｂの高圧で温度の上昇した気体が再生器３９を介して低温室３７ａに吹き込まれる。この高温室３７ｂの高圧で温度が上昇した気体が再生器３９を通過するに際して、この気体の熱量は再生器３９に蓄熱され、熱量が奪われて冷却した気体が低温室３７ａへと吹き込まれて、低温室３７ａの温度を下降させる。
シャフト歯車３３の回動が進んで、図１７の状態から図１８の状態へと移行する間には、吸熱側クランク接続部３４ａは吸熱側クランク３５ａを下方へ押し込む方向へ、発熱側クランク接続部３４ｂは発熱側クランク３５ｂを上方へ持ち上げる方向へ駆動させ、吸熱側ピストン３６ａにより低温室３７ａ内の気体を圧縮、発熱側ピストン３６ｂにより高温室３７ｂ内の気体を膨張させるため、低温室３７ａの気体は再生器３９を通って急速に高温室３７ｂへと移動する。このとき、高温室３７ｂへと移動する気体は再生器３９に蓄熱された熱量によって加熱されて温度が上昇し、高温室３７ｂ内の温度を上昇させる。
さらにシャフト歯車３３が回動して、図１８の状態から図１９の状態へと移行する間には、吸熱側クランク接続部３４ａおよび発熱側クランク接続部３４ｂは、吸熱側クランク３５ａ（図８に引き出し線を書いてください）および発熱側クランク３５ｂを上方へと持ち上げる方向へ駆動させ、吸熱側ピストン３６ａおよび発熱側ピストン３６ｂにより低温室３７ａ内および高温室３７ｂ内の気体を膨張させる。このとき低温室３７ａの気体の膨張率は高温室３７ｂに比べ非常に大きく、低温室３７ａの気体の圧力および温度は下降するため、吸熱ヘッド３８ａの温度は下降する。
さらにシャフト歯車３３が回動して、図１９の状態から図１６の状態へと移行する間には、吸熱側クランク接続部３４ａは吸熱側クランク３５ａを上方へ持ち上げる方向へ、発熱側クランク接続部３４ｂは発熱側クランク３５ｂを下方へ押し込む方向へ駆動させ、吸熱側ピストン３６ａにより低温室３７ａ内の気体を膨張、発熱側ピストン３６ｂにより高温室３７ｂ内の気体を圧縮させるため、高温室３７ｂの気体は再生器３９を通って急速に低温室３７ａへと移動する。このとき、低温室３７ａへと移動する気体の熱量は再生器３９に蓄熱され、温度が低下した気体が低温室３７ａへと吹き込まれる。このようにシャフト歯車３３が回動することにより吸熱ヘッド３８ａは冷却、発熱ヘッド３８ｂは発熱し、それぞれシャフト歯車３３の回転数に応じて温度が低下、上昇する。
乾燥工程において、水槽３内から排気口２５ａを介して通風経路２５内に排出された空気は、送風機２６を経て、吸熱ヘッド３８ａへと送られる。吸熱ヘッド３８ａへ送られた空気は、吸熱ヘッド３８ａにて冷却除湿された後、発熱ヘッド３８ｂへと送られる。発熱ヘッド３８ｂへ送られた空気は、発熱ヘッド３８ｂにて加熱され、水槽３内へと吹き込まれて、回転槽内の洗濯物の水分を蒸発させて乾燥を進行させる。この後、図示しない湿度センサや温度センサ等の検知により乾燥終了を検知して運転を終了させる。吸熱ヘッド３８ａ下方の通風経路２５底部には、図示しない排水孔が設けられており、底部吸熱ヘッド３８ａに結露した水（ドレイン水）が滴下すると、この排水孔から通風経路２５と排水ホース１７を結ぶドレイン用ホースにより排水される。
以上のように、本発明の実施形態２−１によれば、回転槽５を回転させるモータ１９のモータ軸１９ａにクラッチ機構２２を設けることにより、モータ１９の回転駆動力を熱交換部２４に伝達して熱交換部２４を作動させることができるので、逆スターリングサイクルを作動させる電動機を別途設ける必要がなく、省エネ性の高い洗濯機を提供することができる。また、通風経路２５を外箱１内下方に設けているので、外箱１天面と水槽３上端に大きな空間を設ける必要がなく、水槽３の配置高さを高くでき、洗濯物の取り出しやすい洗濯機とすることができる。さらに、水槽３の下方にその中心線に沿って重心が配置されているので、振動防止の錘としても作用させることができ、静音性を高めることができる。また、通風経路２５の一部を熱交換部２４の下方、かつ排水路１５または排水ホース１７の上方、すなわち両者の間に配置しているので、熱交換部により冷却除湿されたドレイン水の排水経路を短くでき、速やかに排水することができる。
（実施形態２−２）
以下、本発明の実施形態２−２を図２０から図２３を用いて説明する。図２０は、本発明の実施形態２−２に係る本発明の加熱除湿装置を備えるドラム式洗濯乾燥機の断面図、図２１は図２０の要部拡大図、図２２は図２１におけるＢ−Ｂ断面図、図２３はモータ軸４０ｂ周りの構成の分解斜視図である。なお、この実施形態２−２では、実施形態２−１と同じ構成については同じ符号を付すとともに説明を省略する。
実施形態２−２において、水槽３の背面には、モータの一例である駆動部４０および通風経路４１が設けられている。駆動部４０は、図２１に示すように、外郭をモータカバー４０ａにて覆われており、その内部に、一端が回転槽５の背面中央部に連結されたモータ軸４０ｂがベアリング４０ｃによって回転自在に支持されている。このモータ軸４０ｂの他端には、ロータ４０ｄが取り付けられており、その外周側に設けられたステータ４０ｅによって回転駆動力を与えるインナーロータタイプのダイレクトドライブ方式の構成を有してようになっている。また、モータ軸４０ｂには、そのモータ軸４０ｂの一部が大径となる連結部４０ｆが設けられている。連結部４０ｆは、図２３に示すように、９０°毎に一部が径方向に突出するように断面十字形状に形成されている。
また、水槽３の背面から周面にかけて、通風経路４１が設けられている。背面側に設けられた通風経路４１は、水槽３の背面の周縁部に略沿うように、駆動部４０を上方から右回り方向にその外周を取り囲むように配されており、背面上端から水槽３周面を前方に向かって伸長するように設けられている。通風経路４１は、図２２に示すように、水槽３内との連通口である排気口４１ａと、通風経路４１の外郭であるケーシング４１ｂと、水槽３背面とケーシング４１ｂとの間で形成される水槽背面経路４１ｃと、通風経路４１の気流源である送風機４１ｄと、水槽３周面とケーシング４１ｂとの間で形成される水槽周面経路４１ｅとで構成されている。水槽背面経路４１ｃには後述する熱交換部４８の吸熱ヘッド５４ａおよび発熱ヘッド５４ｂが突出して設けられており、吸熱ヘッド５４ａおよび発熱ヘッド５４ｂにより水槽背面経路４１ｃの空気が冷却除湿および加熱されて乾燥に供される。また、図示しないが水槽周面経路４１ｅの水槽３内への給気口は、通風経路４１を通過した空気が回転槽５の開口部５ａから回転槽５内へと吹き込まれるように配されている。なお、送風機４１ｄが上記ファンの一例、水槽背面経路４１ｃと水槽周面経路４１ｅとが上記循環ダクトの一例である。
モータ軸４０ｂの外周には、図２１に示すように、連結部４０ｆに隣接して連動軸４２が回動可能に配されている。連動軸４２は、図２３に示すように、連結部４０ｆに隣接する部分が小径、離れた部分が大径となるように構成されている。連動軸４２の小径な部分である小径部４２ａは、図２３に示すように、９０°毎に一部が径方向に突出するように断面十字形状に形成され、連結軸４０ｆと同形状に形成されている。対して、連動軸４２の大径な部分である大径部４２ｂは、歯車状に形成されており、この歯車が後述する伝達歯車４６と連結して、回転駆動力を伝達するようになっている。
連結軸４０ｆの外周には、図２１に示すように、クラッチ片４３が設けられている。クラッチ片４３は磁性体で構成されており、図２３に示すように、その外周側は円周状に形成されるとともに、内周側は９０°毎に一部が径方向に窪むように形成され、この内周側に連動軸４２の小径部４２ａおよび連結部４０ｆの外周が嵌合するように構成されている。連動軸４２の大径部４２ｂとクラッチ片４３との間にはコイルバネ４４が圧縮配置されており、クラッチ片４３を連結部４０ｆのみと嵌合させるように付勢している。クラッチ片４３の外周側には、図２１に示すように、磁力を発生してクラッチ片４３に斥力を発生させるソレノイド４５が配されている。ソレノイド４５は、その駆動によりクラッチ片４３をコイルバネ４４の付勢力に抗して移動させ、クラッチ片４３を連結部４０ｆおよび連動軸４２双方と嵌合させて、モータ軸４０ｂの回転駆動力を後述する伝達歯車４６へと伝達するようにその付勢力が調整されている。
連動軸４２の大径部４２ｂの下方には、図２１に示すように、伝達歯車４６が配されている。伝達歯車４６は、その上方で連動軸４２の大径部４２ｂの歯車と連結し、また、その下方に設けられたクランク歯車４７の歯車部とも連結している。クランク歯車４７は、小径の歯車部４７ａ（図２３の破線部）と、円盤状の大径部４７ｂと、大径部４７ｂの歯車部４７ａが設けられた面とは反対側の面から垂直方向に突出する円柱状のクランクピン４７ｃより構成されている。クランク歯車４７の下方には、図２１に示すように、熱交換部４８が設けられている。なお、連動軸４２、クラッチ片４３、コイルバネ４４、ソレノイド４５、伝達歯車４６およびクランク歯車４７が上記伝達部の一例である。
ここで、熱交換部４８について、図２４を用いて説明を行なう。図２４は、図２１のＣ−Ｃ断面図である。
加熱除湿装置として熱交換部４８は、本実施の形態では、Ｖ型２ピストンのスターリング冷凍機を用いる。図２４に示すように、その外郭をモータカバー４０ａと一体に構成されるともに、吸熱側クランク４９ａ、発熱側クランク４９ｂ、吸熱側クロスヘッド５０ａ、発熱側クロスヘッド５０ｂ、吸熱側ピストンピン５１ａ、発熱側ピストンピン５１ｂ、吸熱側ピストン５２ａ、発熱側ピストン５２ｂ、低温室５３ａ、高温室５３ｂ、吸熱ヘッド５４ａ、発熱ヘッド５４ｂ、低温室空気出入口５５ａ、高温室空気出入口５５ｂ、低温空気通路５６ａ、高温空気通路５６ｂ、再生器５７を備えている。
吸熱側クランク４９ａおよび発熱側クランク４９ｂは、その一端がクランクピン４７ｃに回動可能に連結している。一方、吸熱側クランク４９ａおよび発熱側クランク４９ｂの他端は、吸熱側クロスヘッド５０ａおよび発熱側クロスヘッド５０ｂに回動可能に連結し、クランクピン４７ｃより伝達さえるモータ４０の回転駆動力を伝達する。吸熱側クロスヘッド５０ａおよび発熱側クロスヘッド５０ｂは、円筒状に形成されたモータカバー４０ａの内周面と揺動可能に内嵌されており、吸熱側クランク４９ａおよび発熱側クランク４９ｂより伝達される駆動力を、吸熱側クロスヘッド５０ａおよび発熱側クロスヘッド５０ｂに接続された吸熱側ピストンピン５１ａおよび発熱側ピストンピン５１ｂへと、それぞれのピストンピンの軸方向に伝達する。吸熱側ピストンピン５１ａおよび発熱側ピストンピン５１ｂは、その軸方向が水槽３背面方向より見て略直角となるように配されている。
また、吸熱側ピストンピン５１ａおよび発熱側ピストンピン５１ｂは、その一端が吸熱側クロスヘッド５０ａおよび発熱側クロスヘッド５０ｂに接続され、他端が吸熱側ピストン５２ａおよび発熱側ピストン５２ｂに接続されている。吸熱側ピストン５２ａおよび発熱側ピストン５２ｂは、円筒状に形成されたモータカバー４０ａの内周面と摺動可能に、かつ吸熱側ピストン５２ａおよび発熱側ピストン５２ｂとモータカバー４０ａの内周面の間のそれぞれの摺動面が気密に封止されるように内嵌している。吸熱側ピストン５２ａおよび発熱側ピストン５２ｂの、吸熱側ピストンピン５１ａおよび発熱側ピストンピン５１ｂとが取り付けられた面とは反対側の面の側には、低温室５３ａおよび高温室５３ｂが設けられており、その先端側が吸熱ヘッド５４ａおよび発熱ヘッド５４ｂにより閉塞されている。
低温室５３ａおよび高温室５３ｂは、本体後方側に向かって開口する低温室空気出入口５５ａおよび高温室空気出入口５５ｂを有しており、それぞれ低温室空気出入口５５ａおよび高温室空気出入口５５ｂを介して低温空気通路５６ａおよび高温空気経路５６ｂに連通している。低温空気通路５６ａおよび高温空気経路５６ｂの間の経路には、再生器５７が接続されている。低温室５３ａ内の空気は、吸熱側ピストン５２ａの動作により低温室空気出入口５５ａ、低温空気通路５６ａ、再生器５７、高温空気経路５６ｂ、高温室空気出入口５５ｂを介して高温室５３ｂへ送られ、逆に、高温室５３ｂ内の空気は、発熱側ピストン５２ｂの動作により高温室空気出入口５５ｂ、高温空気通路５６ｂ、再生器５７、低温空気経路５６ａ、低温室空気出入口５５ａを介して低温室５３ａへ送られる。この際、再生器５７は、高温空気経路５６ｂから流れ込む空気の熱を吸収し、低温空気経路５６ａから流れ込む空気に熱を排出して、低温室５３ａ内の空気が低温、高温室５３ｂの空気が高温を維持するように作用する。
次に、本発明の実施形態２−２の乾燥工程の要部の動作について図２２、図２４から図２７を用いて説明する。図２５は、図２４の状態からクランク歯車４７を９０°回転させた状態の要部拡大図、図２６は、図２４の状態からクランク歯車４７を１８０°回転させた状態の要部拡大図、図２７は、図２４の状態からクランク歯車４７を２７０°回転させた状態の要部拡大図である。
乾燥工程が開始されると、送風機４１ｄが駆動して通風経路４１内の送風が行なわれるとともに、ソレノイド４５が駆動されてクラッチ片４３が連結部４０ｆおよび連動軸４２に嵌合して、駆動部４０の回転駆動力が連動軸４２に伝達可能となる。この状態で駆動部４０を図２２に示すように右回りである矢印ｅ方向に回動させると、回転槽５が後方から見てモータ軸４０ｂを中心に右回りに回動し、また、連動軸４２も同じ矢印ｅ方向に回動して、伝達歯車４６を左回りである矢印ｆ方向に回動させる。伝達歯車４６に伝達された回転駆動力は、これに嵌合するクランク歯車４７を矢印ｇ方向に回動させて熱交換部４８が駆動される。
図２４の状態において、クランク歯車４７が図２２における矢印ｇ方向（図１４に記す）に駆動されて図２５の状態になる間に、吸熱側クランク４９ａは、吸熱側クロスヘッド５０ａを上方へ持ち上げる方向へ、発熱側クランク４９ｂは、発熱側クロスヘッド５０ｂを下方へと押し込む方向へ駆動させ、吸熱側ピストン５２ａにより低温室５３ａ内の気体を膨張、発熱側ピストン５２ｂにより高温室５３ｂ内の気体を圧縮させるため、高温室５２ｂの気体は再生器５７を通って急速に低温室５３ａへと移動する。このとき、低温室５２ａへと移動する気体の熱量は再生器５７に蓄熱され、温度が低下した気体が低温室５２ａへと吹き込まれる。
クランク歯車４７の回動が進んで、図２５の状態から図２６の状態へと移行する間には、吸熱側クランク４９ａおよび発熱側クランク４９ｂは、吸熱側クロスヘッド５０ａおよび発熱側クロスヘッド５０ｂを上方へと持ち上げる方向へ駆動させ、吸熱側ピストン５２ａおよび発熱側ピストン５２ｂにより低温室５３ａ内および高温室５３ｂ内の気体を膨張させる。このとき低温室５３ａの気体の膨張率は高温室５３ｂに比べ非常に大きく、低温室５３ａの気体の圧力および温度は下降するため、吸熱ヘッド５４ａの温度は下降する。
クランク歯車４７の回動が進んで、図２６の状態から図２７の状態へと移行する間には、吸熱側クランク４９ａは吸熱側クロスヘッド５０ａを下方へ押し込む方向へ、発熱側クロスヘッド４９ｂは発熱側クランク５０ｂを上方へ持ち上げる方向へ駆動させ、吸熱側ピストン５２ａにより低温室５３ａ内の気体を圧縮、発熱側ピストン５２ｂにより高温室５３ｂ内の気体を膨張させるため、低温室５３ａの気体は再生器５７を通って急速に高温室５３ｂへと移動する。このとき、高温室５３ｂへと移動する気体は再生器５７に蓄熱された熱量によって加熱されて温度が上昇し、高温室５３ｂ内の温度を上昇させる。
クランク歯車４７の回動が進んで、図２７の状態から図２４の状態へと移行する間には、吸熱側クランク４９ａおよび発熱側クランク４９ｂは、吸熱側クロスヘッド５０ａおよび発熱側クロスヘッド５０ｂを下方へと押し下げる方向へ駆動させ、吸熱側ピストン５２ａおよび発熱側ピストン５２ｂにより低温室５３ａ内および高温室５３ｂ内の気体を圧縮させる。このとき高温室５３ｂの気体の圧縮率は低温室５３ａに比べ非常に大きく、高温室５３ｂの気体の圧力および温度は上昇するため、発熱ヘッド５４ｂの温度は上昇するとともに、この高温室５３ｂの高圧で温度の上昇した気体が再生器５７を介して低温室５３ａに吹き込まれる。この高温室５３ｂの高圧で温度が上昇した気体が再生器５７を通過するに際して、この気体の熱量は再生器５７に蓄熱され、熱量が奪われて冷却した気体が低温室５３ａへと吹き込まれて、低温室５３ａの温度を下降させる。このようにクランク歯車４７が回動することにより吸熱ヘッド５４ａは冷却、発熱ヘッド５４ｂは発熱し、それぞれクランク歯車４７の回転数に応じて温度が低下、上昇する。
乾燥工程において、水槽３内から排気口４１ａを介して通風経路４１内に排出された空気は、送風機４１ｃを経て、吸熱ヘッド５４ａへと送られる。吸熱ヘッド５４ａへ送られた空気は、吸熱ヘッド５４ａにて冷却除湿された後、発熱ヘッド５４ｂへと送られる。発熱ヘッド５４ｂへ送られた空気は、発熱ヘッド５４ｂにて加熱され、上述した給気口を介して水槽３内へと吹き込まれて、回転槽内の洗濯物の水分を蒸発させて乾燥を進行させる。この後、図示しない湿度センサや温度センサ等の検知により乾燥終了を検知して運転を終了させる。吸熱ヘッド５４ａ下方の水槽背面経路４１Ｃ底部には、図示しない排水孔が設けられており、吸熱ヘッド５４ａに結露した水（ドレイン水）が滴下すると、この排水孔から水槽背面経路４１Ｃと排水ホース１７を結ぶドレイン用ホースにより排水される。
以上のように、本発明の実施形態２−２によれば、上述した実施形態２−２による作用効果に加えて、水槽３背面に設けられたダイレクトドライブ型の駆動部４０の下方の空きスペースにクラッチ機構を介して熱交換部４８を、逆スターリングサイクルが略逆Ｖ字状またはハの字となるように配することができるので、省スペースの洗濯機を提供することができる。
また、洗濯物の取り出しを容易にするために、水槽３と回転槽５の開口部が斜め上方に向けて配置したドラム式洗濯機の構成に適用した場合には、水槽３と本体１の下方スペースを有効利用できるとともに、駆動部４０の下方に熱交換部４０が配置されるので重心位置が低くなる。加えて、重量物となる駆動部４０のモータ軸５８ｂを通る垂直な中心線を挟んで、熱交換部４８の吸熱ヘッド５４ａ側と発熱ヘッド５４ｂ側が略逆Ｖ次状に配置されるので、振動防止の錘としても作用させることができ、静音性を高めることができる。
（実施形態２−３）
以下、本発明の実施形態２−３を図２８から図３１を用いて説明する。図２８は、本発明の実施形態２−３に係る本発明の加熱除湿装置を備えたドラム式洗濯乾燥機の断面図、図２９は図２８の要部拡大図、図３０は図２９におけるＤ−Ｄ断面図、図３１はモータ軸５８ｂ周りの構成の分解斜視図である。なお、この実施形態２−３では、第一、実施形態２−２と同じ構成については同じ符号を付すとともに説明を省略する。
実施形態２−３において、水槽３の背面には、モータの一例である駆動部５８が設けられている。駆動部５８は、図２９に示すように、外郭をモータカバー５８ａにて覆われており、その内部に、一端が回転槽５の背面中央部に連結されたモータ軸５８ｂがベアリング５８ｃによって回転自在に支持されている。このモータ軸５８ｂの他端には、ロータ５８ｅが取り付けられており、その外周側に設けられたステータ５８ｄによって回転駆動力を与えるアウターロータタイプのダイレクトドライブ方式の構成を有してようになっている。また、モータ軸５８ｂには、そのモータ軸５８ｂの一部が大径となる連結部５８ｆが設けられている。連結部５８ｆは、図３１に示すように、９０°毎に一部が径方向に突出するように断面十字形状に形成されている。
モータ軸５８ｂの外周には、図２９に示すように、連結部５８ｆに隣接して連動軸５９が回動可能に配されている。連動軸５９は、連結部５８ｆに隣接する部分が小径、離れた部分が大径となるように構成されている。連動軸５９の小径な部分である小径部５９ａは、図３１に示すように、９０°毎に一部が径方向に突出するように断面十字形状に形成され、連結軸５８ｆと同形状に形成されている。対して、連動軸５９の大径な部分である大径部５９ｂは、歯車状に形成されており、この歯車が後述する連結歯車６３と連結して、回転駆動力を伝達するようになっている。
連結軸５８ｆの外周には、図２９に示すように、クラッチ片６０が設けられている。クラッチ片６０は磁性体で構成されており、図３１に示すように、その外周側は円周状に形成されるとともに、内周側は９０°毎に一部が径方向に窪むように形成され、この内周側に連動軸５９の小径部５９ａおよび連結部５８ｆの外周が嵌合するように構成されている。連動軸５９の大径部５９ｂとクラッチ片６０との間にはコイルバネ６１が圧縮配置されており、クラッチ片６０を連結部５８ｆのみと嵌合させるように付勢している。クラッチ片６０の外周側には、図２９に示すように、磁力を発生してクラッチ片６０に斥力を発生させるソレノイド６２が配されている。ソレノイド６２は、その駆動によりクラッチ片６０をコイルバネ６１の付勢力に抗して移動させ、クラッチ片６０を連結部５８ｆおよび連動軸５９双方と嵌合させて、モータ軸５８ｂの回転駆動力を後述する連結歯車６３へと伝達する。
連動軸５９の大径部５９ｂの下方には、図２９に示すように、連結歯車６３が配されている。連結歯車６３は、その上方で連動軸５９の大径部５９ｂの歯車と連結し、また、その歯車軸方向に配されたスライド歯車６４とも連結している。スライド歯車６４は、その下方で第１の小伝達歯車６５または伝達歯車６７と連結し、この第１の小伝達歯車６５はその下方で第２の小伝達歯車６６と連結している。また、第２の小伝達歯車６６および伝達歯車６７はその下方でクランク歯車６８と連結している。クランク歯車６８は、小径の歯車部６８ａ（図３１の破線部）と、円盤状の大径部６８ｂと、大径部の歯車部が設けられた面とは反対側の面から垂直方向に突出する円柱状のクランクピン６８ｃより構成されている。クランク歯車６８の下方には、図２９に示すように、熱交換部４８が設けられている。本実施の形態では、熱交換部４８は、第二の実施形態と同様にＶ型２ピストンのスターリング冷凍機を用いる。なお、連動軸５９、クラッチ片６０、コイルバネ６１、ソレノイド６２、連結歯車６３、スライド歯車６４、第１の小伝達歯車６５、第２の小伝達歯車６６、伝達歯車６７およびクランク歯車６８が上記伝達部の一例である。
ここで、連結歯車６３とスライド歯車６４について、図３２を用いて説明を行なう。図３２の（ａ）はスライド歯車６４の上面図、（ｂ）は（ａ）のＦ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＧ矢視図、（ｄ）は連結歯車６３の上面図、（ｅ）は（ｄ）のＨ矢視図、（ｆ）は（ｅ）のＩ−Ｉ断面図、（ｇ）は（ｅ）のＪ−Ｊ断面図、（ｈ）は（ｅ）のＫ−Ｋ断面図、（ｉ）は（ｅ）のＬ−Ｌ断面図である。
スライド歯車６４は、図３２（ａ）〜（ｃ）に示すように、歯車部６４ｂとその歯車部６４ｂの一方の側面より歯車軸方向に伸長する円柱部６４ａと、円柱部６４ａの先端からその円柱軸と垂直をなす方向に伸長する円柱状のピン部６４ｃとピン部６４ｃと反対方向に向かって伸長する円柱状のピン部６４ｄより構成される。連結歯車６３は、図３２（ｄ）〜（ｉ）に示すように、歯車部６３ｂとその歯車部６３ｂの一方の側面より歯車軸方向に伸長する円柱部６３ａと、円柱部６３ａの円柱軸方向に向けて設けられるとともに円柱部６４ａが挿入される穴部６３ｃと、穴部６３ｃの周面に垂直に螺旋状に穿たれてスライド歯車６４のピン部６４ｄが挿入されるとともにピン部６４ｄが円柱部６４ａの円柱軸周りに略１８０度スライド移動可能に形成されるスライド穴６３ｄと、穴部６３ｃの周面に垂直に螺旋状に穿たれてスライド歯車６４のピン部６４ｃが挿入されるとともにピン部６４ｃが円柱部６４ａの円柱軸周りに略１８０度スライド移動可能に形成されるスライド穴６３ｅより構成される。
次に、連結歯車６３が連動軸５９より回転駆動力を与えられた場合の動作について説明する。まず、連結歯車６３が第１の小伝達歯車６５と連結している場合において、連結歯車６３が連動軸５９より回転駆動力を与えられて、図３２（ｅ）における右周り（時計回り）方向に回動すると、ピン部６４ｃはスライド穴６３ｅ、ピン部６４ｄはスライド穴６３ｄを円柱部６４ａの円柱軸周りに略１８０度スライドして、円柱部６４ａは穴部６３ｃより抜ける方向にスライド移動する。すなわち、歯車部６４ｂは、図３１における手前側へとスライド移動して第１の小伝達歯車６５との連結が解除されるとともに伝達歯車６７と連結するようになる。逆に、連結歯車６３が伝達歯車６７と連結している場合において、連結歯車６３が連動軸５９より回転駆動力を与えられて、図３２（ｅ）における左周り（反時計回り）方向に回動すると、ピン部６４ｃはスライド穴６３ｅ、ピン部６４ｄはスライド穴６３ｄを円柱部６４ａの円柱軸周りに略１８０度スライドして、円柱部６４ａは穴部６３ｃへと入る方向にスライド移動する。すなわち、歯車部６４ｂは、図３１における奥側へとスライド移動して伝達歯車６７との連結が解除されるとともに第１の小伝達歯車６５と連結するようになる。このようにして、駆動部５８の回動方向が正逆回転いずれの方向であっても、スライド歯車６４との連結を第１の小伝達歯車６５または伝達歯車６７に切り換えることによりクランク歯車６８の回転方向を一定方向とすることができる。
次に、本発明の実施形態２−３の乾燥工程の要部の動作について図３３から図３６を用いて説明する。図３３は、図２９におけるＥ−Ｅ断面図、図３４は、図３３の状態からクランク歯車６８を９０°回転させた状態の要部拡大図、図３５は、図３３の状態からクランク歯車６８を１８０°回転させた状態の要部拡大図、図３６は、図３３の状態からクランク歯車６８を２７０°回転させた状態の要部拡大図である。
乾燥工程が開始されると、送風機４１ｄが駆動して通風経路４１内の送風が行なわれるとともに、ソレノイド６２が駆動されてクラッチ片６０が連結部５８ｆおよび連動軸５９に嵌合して、駆動部５８の回転駆動力が連動軸５９に伝達可能となる。この状態で駆動部５８の回転駆動力が連動軸５９→連結歯車６３→スライド歯車６４→伝達歯車６７（または第１の小伝達歯車６５→第２の小伝達歯車６６）→クランク歯車６８へと伝達される。これにより、クランク歯車６８は、図３３における左回り（反時計回り）方向へと回動して熱交換部４８が駆動される。
図３３の状態において、クランク歯車６８が左回り（反時計回り）方向に駆動されて図３４の状態になる間に、吸熱側クランク４９ａは、吸熱側クロスヘッド５０ａを上方へ持ち上げる方向へ、発熱側クランク４９ｂは、発熱側クロスヘッド５０ｂを下方へと押し込む方向へ駆動させ、吸熱側ピストン５２ａにより低温室５３ａ内の気体を膨張、発熱側ピストン５２ｂにより高温室５３ｂ内の気体を圧縮させるため、高温室５２ｂの気体は再生器５７を通って急速に低温室５３ａへと移動する。このとき、低温室５２ａへと移動する気体の熱量は再生器５７に蓄熱され、温度が低下した気体が低温室５２ａへと吹き込まれる。
クランク歯車６８の回動が進んで、図３４の状態から図３５の状態へと移行する間には、吸熱側クランク４９ａおよび発熱側クランク４９ｂは、吸熱側クロスヘッド５０ａおよび発熱側クロスヘッド５０ｂを上方へと持ち上げる方向へ駆動させ、吸熱側ピストン５２ａおよび発熱側ピストン５２ｂにより低温室５３ａ内および高温室５３ｂ内の気体を膨張させる。このとき低温室５３ａの気体の膨張率は高温室５３ｂに比べ非常に大きく、低温室５３ａの気体の圧力および温度は下降するため、吸熱ヘッド５４ａの温度は下降する。
クランク歯車６８の回動が進んで、図３５の状態から図３６の状態へと移行する間には、吸熱側クランク４９ａは吸熱側クロスヘッド５０ａを下方へ押し込む方向へ、発熱側クロスヘッド４９ｂは発熱側クランク５０ｂを上方へ持ち上げる方向へ駆動させ、吸熱側ピストン５２ａにより低温室５３ａ内の気体を圧縮、発熱側ピストン５２ｂにより高温室５３ｂ内の気体を膨張させるため、低温室５３ａの気体は再生器５７を通って急速に高温室５３ｂへと移動する。このとき、高温室５３ｂへと移動する気体は再生器５７に蓄熱された熱量によって加熱されて温度が上昇し、高温室５３ｂ内の温度を上昇させる。
クランク歯車６８の回動が進んで、図３６の状態から図３３の状態へと移行する間には、吸熱側クランク４９ａおよび発熱側クランク４９ｂは、吸熱側クロスヘッド５０ａおよび発熱側クロスヘッド５０ｂを下方へと押し下げる方向へ駆動させ、吸熱側ピストン５２ａおよび発熱側ピストン５２ｂにより低温室５３ａ内および高温室５３ｂ内の気体を圧縮させる。このとき高温室５３ｂの気体の圧縮率は低温室５３ａに比べ非常に大きく、高温室５３ｂの気体の圧力および温度は上昇するため、発熱ヘッド５４ｂの温度は上昇するとともに、この高温室５３ｂの高圧で温度の上昇した気体が再生器５７を介して低温室５３ａに吹き込まれる。この高温室５３ｂの高圧で温度が上昇した気体が再生器５７を通過するに際して、この気体の熱量は再生器５７に蓄熱され、熱量が奪われて冷却した気体が低温室５３ａへと吹き込まれて、低温室５３ａの温度を下降させる。このようにクランク歯車６８が回動することにより吸熱ヘッド５４ａは冷却、発熱ヘッド５４ｂは発熱し、それぞれクランク歯車６８の回転数に応じて温度が低下、上昇する。
乾燥工程において、水槽３内から排気口４１ａを介して通風経路４１内に排出された空気は、送風機４１ｃを経て、吸熱ヘッド５４ａへと送られる。吸熱ヘッド５４ａへ送られた空気は、吸熱ヘッド５４ａにて冷却除湿された後、発熱ヘッド５４ｂへと送られる。発熱ヘッド５４ｂへ送られた空気は、発熱ヘッド５４ｂにて加熱され、水槽３内へと吹き込まれて、回転槽内の洗濯物の水分を蒸発させて乾燥を進行させる。この後、図示しない湿度センサや温度センサ等の検知により乾燥終了を検知して運転を終了させる。吸熱ヘッド５４ａ下方の水槽背面経路４１Ｃ底部には、図示しない排水孔が設けられており、吸熱ヘッド５４ａに結露した水（ドレイン水）が滴下すると、この排水孔から水槽背面経路４１Ｃと排水ホース１７を結ぶドレイン用ホースにより排水される。
以上のように、本発明の実施形態２−３によれば、上述した実施形態２−１と２−２による作用効果に加えて、駆動部５８を正逆回転させても、熱交換部４８を駆動させるクランク歯車６８の回転方向を一定方向とすることができる。これにより、例えば、乾燥工程において、衣類などの絡まりを解くために回転槽５を正逆回転させても、熱交換部４８は逆スターリングサイクルを継続できるので、衣類などの乾燥むらを少なくし、乾燥時間を短縮することができる。
また、本発明の実施形態２−１〜２−３によれば、例えば、洗濯物を乾燥させるための循環風の加熱に電気ヒータを用い、循環風の冷却除湿に水道水を用いる従来技術に比較して、使用する電力は、モータの駆動電力のみとなり消費電力のより一層の低減を実現することができる。また、水道水の使用量を削減することができる。
また、本発明の実施形態２−１〜２−３によれば、例えば、洗濯物を乾燥させるための循環風の加熱と、循環風の冷却除湿にヒートポンプを用いる従来技術に比較して、使用する電力は、モータの駆動電力のみとなり、消費電力のより一層の低減を実現することができる。
本発明の実施形態２−１〜２−３によれば、回転槽を回転させるモータの駆動電力で、洗濯物の乾燥または、洗濯物の洗濯・脱水・乾燥が行えるので、従来の乾燥機または洗濯乾燥機に比べて節水と消費電力のさらなる低減を実現することができる。
特に、熱交換部として、スターリング冷凍機を用いた場合には、モータの回転力をスターリング冷凍機に伝達する連動手段により逆スターリングサイクルを行い、スターリング冷凍機の低温室と高温室を用いて、洗濯物を乾燥させるための循環風の加熱と、洗濯物から蒸発した水分を含んだ高温多湿の循環風を冷却除湿し、洗濯物の乾燥を実現できる。
よって、水を使わず、消費電力をさらに低減することができる乾燥機または洗濯乾燥機を提供することができる。
なお、上述した構成と制御は、洗濯乾燥機に限らず、乾燥機に適用してもよく、回転槽は横置き式に限らず、縦置き式であってもよく、さらにドラム式に限らない。
なお、この発明の実施形態２−１〜２−３に基づいた乾燥機の技術的思想を要約すると、以下のとおりである。
（１）この発明に従った乾燥機は、水槽と、水槽内に回転可能に設けられた回転槽と、回転槽を回転させるモータと、水槽内を連通する循環ダクトと、水槽内の気体を循環ダクトを介して循環させるファンと、循環ダクト内の空気を吸熱ヘッドで冷却し、発熱ヘッドで加熱するように熱交換を行う熱交換部と、モータの回転力を、熱交換部を動作させるための動力として伝達する伝達部とを備える。
（２）この発明に従った乾燥機においては、熱交換部は、水槽に設けられていることを特徴とする。
（３）この発明に従った乾燥機においては、熱交換部は、水槽の下方に設けられていることを特徴とする。
（４）この発明に従った乾燥機においては、熱交換部は、水槽の背面に設けられていることを特徴とする。
（５）この発明に従った乾燥機においては、熱交換部は、モータの下方に設けられていることを特徴とする。
（６）この発明に従った乾燥機においては、循環ダクトの少なくとも一部は、水槽の下方に配置されていることを特徴とする。
（７）この発明に従った乾燥機においては、循環ダクトの少なくとも一部は、水槽の背面に配置されていることを特徴とする。
（８）この発明に従った乾燥機においては、循環ダクトの少なくとも一部は、水槽の背面の周縁部に沿って配置されていることを特徴とする。
（９）この発明に従った乾燥機は、循環ダクトの一部を、熱交換部と水槽内の液体を排水する排水経路の一部との間に配したことを特徴とする。
（１０）この発明に従った乾燥機においては、吸熱ヘッドおよび発熱ヘッドは、循環ダクト内に突出していることを特徴とする。
（１１）この発明に従った乾燥機においては、熱交換部は、スターリング冷凍機であることを特徴とする。
（１２）この発明に従った乾燥機においては、スターリング冷凍機は、半密閉型のハウジングと、ハウジング内に配設されたクランク軸と、クランク軸に連結する吸熱側クランクと発熱側クランクと、各クランクに連結する吸熱側ピストンと発熱側ピストンと、内部に作動ガスを密封し、クランク軸の回転に連動して各ピストンが往復運動する低温室と高温室とを備え、クランク軸は、伝達部により回転することを特徴とする。
（１３）この発明に従った乾燥機においては、吸熱ヘッドと発熱ヘッドは、循環ダクトに出没した低温室と高温室の一部であることを特徴とする。
（１４）この発明に従った乾燥機においては、伝達部は、モータの回転軸にクラッチを介して係合する連動軸と、連動軸に連結し、クランク軸を回転させる歯車とを有することを特徴とする。
（１５）この発明に従った乾燥機においては、伝達部は、モータの回転が正回転または逆回転しても、クランク軸を一方向に回転させることを特徴とする。
（１６）この発明に従った乾燥機においては、伝達部は、モータの回転力を、クランク軸に伝達し、スターリング冷凍機を逆スターリングサイクルで動作させることを特徴とする。
（１７）この発明に従った乾燥機においては、各ピストンは、９０度の位相差がつけられて往復運動することを特徴とする。
（１８）この発明に従った乾燥機においては、クラッチは、モータの回転軸に設けた第１の嵌合部と、連動軸に設けた第２の嵌合部との間に配されており、クラッチを、第１の嵌合部側に付勢する付勢手段を、クラッチと連動軸の間に配したことを特徴とする。
（１９）この発明に従った乾燥機は、クラッチの周囲に磁界を発生する電磁コイルを設け、電磁コイルに通電することで、クラッチを第１の嵌合部と第２の嵌合部の両方に嵌合する位置へ移動させることを特徴とする。
（２０）この発明に従った乾燥機においては、歯車は、連動軸に噛合する第１の伝達歯車と、第1の伝達歯車とクランク軸に設けたクランク歯車とに噛合し、モータの回転軸と反対方向に回転する第２の伝達歯車で構成されることを特徴とする。
（２１）この発明に従った乾燥機においては、クランク軸は、各クランクが接続する接続部が９０度の位相差をつけて設けられたクランクシャフトと、クランクシャフトの一方に設けられたクランク歯車から構成され、第２の伝達歯車は、小径歯車と大径歯車が重ねて構成されており、第１の伝達歯車と小径歯車が噛合し、クランク歯車と大径歯車が噛合するように配されていることを特徴とする。
（２２）この発明に従った乾燥機においては、クランク軸は、各クランクが接続するピンがその一方に、歯車に噛合するクランク歯車が他方に設けられていることを特徴とする。
（２３）この発明に従った乾燥機においては、第１の伝達歯車は、連動軸に常に連結する連動歯車と、連動歯車の回転中心と位置を同じく重ねて設けられたスライド歯車から構成され、スライド歯車は、連動歯車の回転方向に応じて、連動歯車との距離を可変可能に設けられ、第２の伝達歯車は、クランク歯車に常に噛合し、回転位置が各々異なる奇数の伝達歯車と、偶数の小伝達歯車との２列から構成され、連動歯車が一方向に回転する場合には、スライド歯車は伝達歯車と連結し、連動歯車が他方向に回転する場合には、スライド歯車は小伝達歯車と連結することを特徴とする。
（２４）この発明に従った乾燥機においては、低温室と高温室は、モータの回転軸中心からみて、ハの字状または逆Ｖ字状に配置されていることを特徴とする。
（２５）この発明に従った洗濯乾燥機は、上記のいずれかの乾燥機であって、被洗濯物を回転槽に収容し、洗濯、脱水、乾燥のいずれかを実行することを特徴とする。
（２６）この発明に従った洗濯乾燥機においては、回転槽の回転軸は、設置面に対して略垂直であることを特徴とする。
（２７）この発明に従った洗濯乾燥機においては、回転槽の回転軸は、設置面に対して略水平または斜めであることを特徴とする。
本発明の一つの実施の形態としての加熱除湿装置で用いられるスターリングエンジンの一例を用いて得られた制御性の高さについて説明する。
スターリングエンジンとヒートポンプを大気圧下で駆動させて、高温側、低温側を大気中に開放状態にして、スターリングエンジンとヒートポンプの特性確認を行なった。スターリングエンジンの高温側の温度を発熱ヘッドにおいて測定し、低温側の温度を吸熱ヘッドにおいて測定した。ヒートポンプの高温側の温度を凝縮器において測定し、低温側の温度を蒸発器において測定した。測定された温度を１０秒毎に記録した。室温は、約２７℃であった。なお、一例として用いたスターリングエンジンの仕様は、出力約２５０Ｗ、冷媒はヘリウムである。また、一例として用いたヒートポンプの仕様は、出力約３７０Ｗ、冷媒はＨＣＦ・Ｒ１３４ａである。
図３７は、スターリングエンジンとヒートポンプの駆動開始直後から測定した、高温側の温度の時間変化を示す図である。
図３７に示すように、スターリングエンジンの高温部においては、スターリングエンジンの駆動開始直後から温度が上昇している。一方、ヒートポンプの高温部の温度は、ヒートポンプの駆動開始直後にはほとんど変化せず、約１０秒経過後にゆるやかに上昇し始める。
図３８は、スターリングエンジンとヒートポンプの駆動開始から所定の温度に到達するまでの、高温側の温度の時間変化を示す図である。所定の温度は６０℃とした。
図３８に示すように、スターリングエンジンの高温側は、駆動開始から５０秒で６０℃に達した。一方、ヒートポンプの高温側は、駆動開始から２３０秒で６０℃に達した。このように、スターリングエンジンの高温側は、ヒートポンプの高温側よりも速く所定の温度に到達するため、スターリングエンジンを乾燥機に用いることによって、乾燥工程の初期段階において高温の気体を洗濯物に接触させることができ、乾燥時間を短縮することができる。
図３９は、スターリングエンジンとヒートポンプの駆動開始直後から測定した高温側の温度について、１０秒間に変化する温度の時間変化を示す図である。
図３９に示すように、スターリングエンジンは、駆動開始直後から温度変化量が大きく、応答性がよいことが分かった。一方、ヒートポンプは、駆動開始直後には温度変化がほとんど測定されなかった。これは、ヒートポンプの冷媒が気液相間で状態変化をするためにある程度の時間を要する一方、スターリングエンジンは、作動気体が状態変化する必要がないので、このような高い応答性が得られたと考えられる。
図４０は、スターリングエンジンとヒートポンプの駆動開始直後から２分経過するまでに１０秒間隔で測定した、スターリングエンジンの高温側と低温側、ヒートポンプの高温側と低温側の温度の時間変化を示す図である。
図４０に示すように、スターリングエンジンの駆動開始直後から、スターリングエンジンの高温側の温度は速やかに上昇し、スターリングエンジンの低温側の温度は速やかに下降して、駆動開始から５０秒後には、高温側が６０℃、低温側が−２０℃に達した。その後も温度変化の速度がほとんど低下することなく、駆動開始から２分後には、高温側が８０℃、低温側が−６０℃に達した。一方、ヒートポンプは、駆動開始直後には高温側も低温側もほとんど温度変化がなく、駆動開始から約１０秒後から３０秒後までの間に高温側が約３５℃、低温側が約１０℃に達したが、その後は温度変化量が減少し、ゆるやかな温度変化を示した。駆動開始から２分経過まで、高温側の温度はゆるやかに上昇を続けて約４８℃に達したが、低温側は約８℃からほとんど下がらなかった。
このように、スターリングエンジンの応答性はヒートポンプよりも高い。また、スターリングエンジンは、ヒートポンプと比較して、制御可能な温度範囲が広い。例えば、スターリングエンジンの駆動を開始してから高温側が６０℃になるまでに必要な時間は、ヒートポンプの駆動を開始してから高温側が６０℃になるまでに必要な時間の四分の一以下であった。したがって、スターリングエンジンを用いることによって、ヒートポンプよりも制御性が高い乾燥機が得られる。このように、スターリングエンジンを備える加熱除湿装置は、加熱除湿装置の起動に要する時間を短くすることができるとともに、加熱除湿装置の運転中に一旦、運転を中断した後、再び起動する場合に要する時間も短くすることができる。
以上に開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものである。
この発明の実施形態１−１として、本発明の加熱除湿装置を備えた洗濯乾燥機の全体の外観を概略的に示す斜視図である。 図１の洗濯乾燥機をＩＩ−ＩＩ線の方向から見た断面を概略的に示す側断面図である。 スターリングエンジンの全体の断面を示す断面図である。 加熱除湿装置の本体の全体を示す斜視図である。 洗濯乾燥機を図２のＶ−Ｖ線の方向から見たときの概略を示す断面図である。 この発明の実施形態１−２として、洗濯乾燥機が備える加熱除湿装置の本体の別の形態を示す斜視図である。 この発明の実施形態１−３として、洗濯乾燥機が備える加熱除湿装置の本体の別の形態を示す斜視図である。 この発明の実施形態１−４として、洗濯乾燥機が備える加熱除湿装置の本体の別の形態を示す斜視図である。 この発明の実施形態１−５として、本発明の加熱除湿装置を備える洗濯乾燥機の側断面を概略的に示す側断面図である。 洗濯乾燥機を背面から見た断面を概略的に示す断面図である。 本発明の実施形態２−１に係る本発明の加熱除湿装置を備えたドラム式洗濯乾燥機の給排水系の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態２−１に係る本発明の加熱除湿装置を備えたドラム式洗濯乾燥機の乾燥処理系の構成を示す断面図である。 図１２の要部拡大図である。 クラッチ機構の連結解除状態の概要図である。 図１３のＡより見たクラッチ機構および動力伝達機構の連結状態の概要図である。 クランクシャフトの０°回転状態を示す要部拡大図である。 クランクシャフトの９０°回転状態を示す要部拡大図である。 クランクシャフトの１８０°回転状態を示す要部拡大図である。 クランクシャフトの２７０°回転状態を示す要部拡大図である。 本発明の実施形態２−２に係る本発明の加熱除湿装置を備えた洗濯乾燥機の縦断面図である。 図２０の要部拡大図である。 図２１のＢ−Ｂ断面図である。 クラッチ機構の連結解除状態の概要図である。 図２１のＣ−Ｃ断面図である。 図２４の状態からクランクシャフトが９０°回転した状態を示す要部拡大図である。 図２４の状態からクランクシャフトが１８０°回転した状態を示す要部拡大図である。 図２４の状態からクランクシャフトが２７０°回転した状態を示す要部拡大図である。 本発明の実施形態２−３に係る本発明の加熱除湿装置を備えた洗濯乾燥機の縦断面図である。 図２８の要部拡大図である。 図２９のＤ−Ｄ断面図である。 クラッチ機構の連結解除状態の概要図である。 連結歯車とスライド歯車の要部断面図であり、（ａ）はスライド歯車の上面図、（ｂ）は（ａ）のＦ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＧ矢視図、（ｄ）は伝達歯車の上面図、（ｅ）は（ｄ）のＨ矢視図、（ｆ）は（ｅ）のＩ−Ｉ断面図、（ｇ）は（ｅ）のＪ−Ｊ断面図、（ｈ）は（ｅ）のＫ−Ｋ断面図、（ｉ）は（ｅ）のＬ−Ｌ断面図である。 図２９のＥ−Ｅ断面図である。 図３３の状態からクランクシャフトが９０°回転した状態を示す要部拡大図である。 図３３の状態からクランクシャフトが１８０°回転した状態を示す要部拡大図である。 図３３の状態からクランクシャフトが２７０°回転した状態を示す要部拡大図である。 スターリングエンジンとヒートポンプの駆動開始直後から測定した、高温側の温度の時間変化を示す図である。 スターリングエンジンとヒートポンプの駆動開始から所定の温度に到達するまでの、高温側の温度の時間変化を示す図である。 スターリングエンジンとヒートポンプの駆動開始直後から測定した高温側の温度について、１０秒間に変化する温度の時間変化を示す図である。 スターリングエンジンとヒートポンプの駆動開始直後から２分経過するまでに１０秒間隔で測定した、スターリングエンジンの高温側と低温側、ヒートポンプの高温側と低温側の温度の時間変化を示す図である。
符号の説明
２４，４８：熱交換部、２５，４１：通風経路、３８ａ，５４ａ：吸熱ヘッド、３８ｂ，５４ｂ：発熱ヘッド、１００：スターリングエンジン、１４８：再生器チューブ、２４１：温風経路部、２４２：湿風経路部、２４３：循環経路部、２４７：水槽内温風経路部、２４８：水槽内湿風経路部、４００，５００，６００，７００：加熱除湿装置、４１０，５１０，６１０，７１０：スターリングエンジン、４１１，５１１，６１１，７１１：発熱ヘッド、４１２，５１２，６１２，７１２：吸熱ヘッド、４２０，５２０，６２０，７２０：高温側熱交換部、４２１，６２１：加熱フィン、５２２，７２２：加熱部、４３０，５３０，６３０，７３０：低温側熱交換部、５３２，６３２：冷却部、４３１，７３１：冷却フィン、５２３，５３３，６３３，７２３：熱伝導媒体流路。
この発明は、加熱除湿装置に関する。
近年、衣類などを洗濯から乾燥まで行う洗濯乾燥機の需要が伸びている。特に、少量の洗濯物をすぐ乾燥させたかったり、屋外や室内で干す時間を短縮したり、日中に洗濯ができない場合には、夜間、衣類を洗濯し、脱水後、そのまま乾燥ができたりするので、使用者の生活スタイルに合わせた利便性が評価されている。
このような洗濯乾燥機などの加熱除湿装置において、従来用いられている洗濯物の乾燥方式としては、一般に水分を含んだ洗濯物を収容した回転槽を回転しながら、電気ヒータやガス等の加熱手段で加熱された温風を供給して乾燥を行っている。例えば、特開昭６３−１２２５００号公報（特許文献１）に記載されている水冷除湿式乾燥機においては、乾燥中および／または乾燥後の高温多湿の空気は機外にそのまま排出されるか、あるいは、機外の空気や水道水などの冷却除湿手段で、空冷されるか、水冷されて熱交換除湿された後に、再び加熱手段に戻されるといった還流循環が行われる。
一般に、洗濯物の乾燥時間を短縮するには、例えば、ヒータなどの加熱手段の熱容量を大きくすることが考えられるが、比例して消費電力量も増大する。
また、冷却水による熱交換除湿をすると水を多量に使うことになり乾燥時間に比例して水の消費量も増大する。
そこで、例えば特開昭６０−２２００９７号公報（特許文献２）には、消費電力と水の使用量を軽減するために、洗濯物の乾燥に用いる空気の循環経路に、ヒートポンプ装置の凝縮器（上述した加熱手段に対応）と蒸発器（上述した冷却除湿手段に対応）を設け、熱および冷熱を有効活用する乾燥方式も提案されている。このヒートポンプを用いた乾燥方式によれば、ヒータや水を使わずに空気の加熱および冷却除湿を行なえるため、消費電力量の削減と節水が可能となる。
特開２００４−２１５９４３号公報（特許文献３）と特開２００５−４０３１６号公報（特許文献４）には、衣類を乾燥させるために用いられる空気循環路内の循環空気を排気することによって、循環空気の熱量が高くなることを防いで安全な状態に安定させる、ヒートポンプを用いた衣類乾燥機及び洗濯機能付き乾燥機が記載されている。
特開２００６−２１２１１７号公報（特許文献５）には、ヒートポンプを用いた衣類乾燥機において、乾燥運転を中断した場合に、圧縮機の動作を継続させる衣類乾燥装置が記載されている。また、特開２００６−６１３５３号公報（特許文献６）には、乾燥運転が中断された場合には、その後、所定の時間は圧縮機の運転を停止する、ヒートポンプを用いた衣類乾燥装置が記載されている。このようにすることにより、短時間に乾燥運転と乾燥運転の中断が繰り返されるような場合に圧縮機にかかる負担を軽減し、ヒートポンプ装置による温風温度の復帰を早くしている。
特開２００６−２７２０２４号公報（特許文献７）と特開２００５−２６１７０３号公報（特許文献８）には、乾燥工程に入る前に、圧縮機の運転を予め開始しておいて乾燥工程にかかる時間を短縮する、ヒートポンプを用いた洗濯乾燥機が記載されている。
特開昭６３−１２２５００号公報 特開昭６０−２２００９７号公報 特開２００４−２１５９４３号公報 特開２００５−４０３１６号公報 特開２００６−２１２１１７号公報 特開２００６−６１３５３号公報 特開２００６−２７２０２４号公報 特開２００５−２６１７０３号公報
しかしながら、ヒートポンプを用いた乾燥方式でも、冷媒を圧縮するためにコンプレッサなどの圧縮手段を新たに用いるため、動作時には音や振動が発生し、乾燥時における騒音が増大するといった問題が生じる。また、コンプレッサに用いる冷媒の種類によっては、廃棄後の処理にコストがかかるといった問題が生じる。加えて、地球温暖化防止の観点から電気製品の電力消費量の削減が今後益々必要となっており、乾燥機や洗濯乾燥機においても、乾燥機能の向上と消費電力の低減がより一層求められる。
また、乾燥機にヒートポンプを用いると、ヒートポンプの駆動によって循環空気の熱量が上昇し、ヒートポンプの冷媒自体の温度が上昇して冷媒が高温化、高圧化する。インバータ制御等によりヒートポンプの出力を制御することは可能であるが、出力を大幅に下げることは極めて困難であり、循環空気の熱量が過大である場合でも、加える熱量を小さくすることが難しい。また、高温化、高圧化した冷媒を圧縮して液化するためには、ヒートポンプにかかる負担が大きくなる。そこで、特開２００４−２１５９４３号公報（特許文献３）と特開２００５−４０３１６号公報（特許文献４）に記載の乾燥機は、熱量が高くなった循環空気を外部に排気しているが、ヒートポンプによって発生した不要な熱量や循環空気に含まれる蒸気が乾燥機の設置されている室内に排出されて、室内全体の熱量が上昇したり、排出された蒸気による結露が発生してしまうおそれがある。
ヒートポンプを用いる衣類乾燥機では、乾燥運転を中断したときに配管内の冷媒の圧力状態が平衡状態に落ち着くまでと、乾燥運転を再開したときに冷媒が気化、液化するまでにある程度の時間を要する。そのため、乾燥運転の中断後、短時間で乾燥運転を再開させる場合には、特開２００６−２１２１１７号公報（特許文献５）に記載の衣類乾燥機のように、乾燥運転を中断しているにもかかわらず、圧縮機の駆動を継続する必要があり、無駄な電力を消費するうえ、圧縮機にかかる負担が大きい。一方、特開２００６−６１３５３号公報（特許文献６）に記載の衣類乾燥機のように、乾燥運転を中断した場合には、その後、圧縮機の運転を一定時間行なわないこととすると、乾燥運転の中断後に短時間で乾燥運転の再開を行なうことができない。
また、特開２００６−２７２０２４号公報（特許文献７）と特開２００５−２６１７０３号公報（特許文献８）に記載の洗濯乾燥機のように、乾燥工程に入る前に予め圧縮機を運転させておくことによって、不要な熱や騒音が発生し、電力の消費量も大きくなってしまう。
そこで、この発明の目的は、騒音が少なく、効率のよい加熱除湿装置を提供することである。
この発明に従った加熱除湿装置は、気体を流通させるための第一の風路と第二の風路と、第一の風路を流通する気体を加熱するための第一の熱交換部と、第二の風路を流通する気体を冷却するための第二の熱交換部と、発熱ヘッドと吸熱ヘッドとを含むスターリングエンジンとを備え、第一の熱交換部は、スターリングエンジンの発熱ヘッドで気体を加熱するように熱交換を行ない、第二の熱交換部は、スターリングエンジンの吸熱ヘッドで気体を冷却するように熱交換を行なう。
従来、加熱除湿装置に用いられているヒートポンプにおいては、コンプレッサで冷媒を圧縮して気体から液体に変化させる凝縮部と、冷媒を膨張させて液体から気体に変化させる蒸発部とで熱交換を行なっている。すなわち、ヒートポンプにおいては、冷媒は、凝縮部から管などを通って蒸発部へ移動して、液体から気体に変化し、蒸発部から管などを通って凝縮部へ移動して、気体から液体へと変化することを繰り返す必要がある。
一方、スターリングエンジンは、シリンダ内でディスプレーサを往復運動させることによって、ヘリウムなどの作動気体を圧縮空間内で圧縮して発熱ヘッドを加熱し、膨張空間内で膨張させて吸熱ヘッドを冷却する。このように、スターリングエンジンにおいては、作動気体は、気体状態のままで、圧縮空間と膨張空間の間のみを移動する。圧縮空間と膨張空間は、例えば、一つのシリンダの両端に配置されるので、この場合には、作動気体は気体状態のままでシリンダの一方の端部から他方の端部までの間を往復する。
このように、スターリングエンジンにおいては、作動気体の移動距離が短く、また、冷媒を気体と液体の間で状態変化させる必要もないために、スターリングエンジンの応答性はヒートポンプよりも高い。例えば、スターリングエンジンの駆動を開始してから、発熱ヘッドと吸熱ヘッドとが所定の温度になるまでに必要な時間は、ヒートポンプの駆動を開始してから蒸発部と凝縮部とが所定の温度になるまでに必要な時間よりも短い。
したがって、スターリングエンジンを用いることによって、乾燥運転開始前または乾燥運転開始時に長時間の立ち上げ運転が不要であるので、ヒートポンプよりも制御性が高く、省エネルギー性、すなわち、消費エネルギーを効果的に削減して省エネルギーを図りやすい加熱除湿装置が得られる。このように、スターリングエンジンを備える加熱除湿装置は、加熱除湿装置の起動に要する時間を短くすることができるとともに、加熱除湿装置の運転中に一旦、運転を中断した後、再び起動する場合に要する時間も短くすることができる。
また、従来の加熱除湿装置に用いられているヒートポンプの振動系は、冷媒の圧縮と膨張にコンプレッサを使用するため、回転の振動を含む複雑な振動系である。一方、スターリングエンジンは、ヒートポンプに比べて振動系が単純である。すなわち、スターリングエンジンにおいては、ディスプレーサの往復という直線的な運動しか行なわれない。
このように、スターリングエンジンは、振動系が単純であるので、振動を吸収することが容易である。例えば、ディスプレーサの振動の振動数の共振動数を固有振動数として持つバネなどの吸振部材を備えることによって、簡単に振動を抑えることができる。スターリングエンジンにおいては振動を簡単に抑えることができるので、振動による騒音が発生しにくい。
このようにすることにより、振動、騒音を少なくすることができ、また、乾燥機が設置されている室内環境を悪化させることのない、使用性、すなわち、使用しやすく、省エネルギー性、すなわち、消費エネルギーを効果的に削減することができ、省エネルギーを図りやすい加熱除湿装置を提供することができる。
この発明に従った加熱除湿装置は、気体を第二の風路から第一の風路に流入させるための循環路を備え、第二の風路内の気体は、第二の熱交換部において冷却され、循環路を通って第一の風路に流入し、第一の熱交換部において加熱されることが好ましい。
このように、第二の風路内に流出した気体は、第二の熱交換部において冷却され、循環路を通って第一の風路に流入し、第一の熱交換部において加熱されるので、効率よく除湿することができる。
この発明に従った加熱除湿装置においては、発熱ヘッドは、第一の風路内に配置されて、第一の熱交換部を構成することが好ましい。
このようにすることにより、発熱ヘッドと第一の熱交換部との間で熱の伝達を行なう経路が不要となり、発熱ヘッドと第一の熱交換部との間の経路において熱が無駄に消費されることを防止することができる。
この発明に従った加熱除湿装置においては、第一の熱交換部は、発熱ヘッドに接触するように配置されるフィンを含むことが好ましい。
このようにすることにより、フィンにおいて気体を効率よく熱交換することができる。また、加熱除湿装置を小型化することができる。
この発明に従った加熱除湿装置においては、第一の熱交換部は、気体を加熱するための加熱部と、発熱ヘッドの熱を加熱部に伝導するための熱伝導媒体が流通する熱伝導媒体流路とを有することが好ましい。
このようにすることにより、第一の熱交換部の位置や形状を、風路の形状などに合わせて最適化することが容易になる。
この発明に従った加熱除湿装置においては、吸熱ヘッドは、第二の風路内に配置されて、第二の熱交換部を構成することが好ましい。
このようにすることにより、吸熱ヘッドと第二の熱交換部との間で冷気の伝達を行なう経路が不要となり、吸熱ヘッドと第二の熱交換部との間の経路において冷気が無駄に消費されることを防止することができる。
この発明に従った加熱除湿装置においては、第二の熱交換部は、吸熱ヘッドに接触するように配置されるフィンを含むことが好ましい。
このようにすることにより、フィンにおいて気体を効率よく熱交換することができる。また、加熱除湿装置を小型化することができる。
この発明に従った加熱除湿装置においては、第二の熱交換部は、気体を冷却するための冷却部と、吸熱ヘッドの熱を冷却部に伝導するための熱伝導媒体が流通する熱伝導媒体流路とを有することが好ましい。
このようにすることにより、第二の熱交換部の位置や形状を、風路の形状などに合わせて最適化することが容易になる。
この発明に従った加熱除湿装置は、発熱ヘッドと吸熱ヘッドとの間に配置される接続管を備え、発熱ヘッドは、第一の風路内に配置されて、第一の熱交換部を構成し、吸熱ヘッドは、第二の風路内に配置されて、第二の熱交換部を構成し、発熱ヘッドと吸熱ヘッドとの間には接続管が設けられ、発熱ヘッドと吸熱ヘッドと接続管は同軸状に配置されており、発熱ヘッドと吸熱ヘッドと接続管を循環路内に配することが好ましい。
このようにすることにより、循環路を短くして圧力欠損を抑えることができるとともに、発熱ヘッドと吸熱ヘッドとが相互に与える熱影響を、接続管の周囲の空気層によって低減させることができる。
以上のように、この発明によれば、騒音が少なく、効率のよい加熱除湿装置を提供することができる。
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（実施形態１−１）
図１は、この発明の実施形態１−１として、本発明の加熱除湿装置を備えた洗濯乾燥機の全体の外観を概略的に示す斜視図であり、図２は、図１の洗濯乾燥機をＩＩ−ＩＩ線の方向から見た断面を概略的に示す側断面図である。
図１と図２に示すように、洗濯乾燥機２００は、本体２１０と、本体２１０の内部に取り付けられた水槽２２０と、被乾燥対象物として洗濯物を収容するための容器として、水槽２２０の内部で回転可能に支持された回転ドラム２３０とを備える。
本体２１０の前面には外扉２０１が取り付けられている。外扉２０１の内側には、内扉２０３が取り付けられている。外扉２０１を開き、内扉２０３を開くことによって本体２１０の前面に設けられた洗濯物投入口２０２を通じて洗濯物を回転ドラム２３０に投入、または回転ドラム２３０から取り出すことができ、内扉２０３を閉じ、外扉２０１を閉じることによって洗濯物投入口２０２を塞ぐことができる。なお、内扉２０３は回転ドラム２３０内が視認可能なように中央部が透明ガラスで作られているとともに、凹んだ器形状、いわゆる洗面器形状を有している。洗濯物投入口２０２側の水槽２２０の周壁にはゴム等の弾性体からなるドアパッキン２０４が嵌め込まれて固着されている。内扉２０３を閉じたときにドアパッキン２０４が内扉２０３の周縁に密着して水槽２２０が密閉されるようになっている。
回転ドラム２３０は、水槽２２０の内部で軸部２３１を中心に回転するように支持されている。このようにしてドラム式洗濯乾燥機２００は、水槽２２０と回転ドラム２３０とから構成された二重構造を有する。回転ドラム２３０は、回転軸線方向の中央に内周壁面を形成するドラム胴２３２と、一方端に開口部を形成するドラム蓋２３３と、他方端に内底壁面を形成するドラム底２３４とから構成され、一般的にステンレス鋼板から作られている。ドラム底２３４には、軸部２３１等の構造部品を取り付けかつ所望の荷重を支持するためにリブ等の凹凸面がプレス加工によって形成され、底壁面の強度の向上が図られている。回転ドラム２３０の周壁と底部には給水、排水および通気のための多数の小孔２３５が設けられている。ドラム蓋２３３の外周縁部には回転時の振動防止のために流体バランサ２０５が固着されている。軸部２３１は、回転ドラム２３０を回転させるためのドラム回転駆動モータ２３６のシャフトを備えている。ドラム回転駆動モータ２３６は、インバータ回路により回転が制御される。水槽２２０は上部からコイルばね（図示せず）で、下部から防振ダンパー（図示せず）で弾性的に支持されている。水槽２２０の上方には水道水に接続される給水経路２０９が配されており、洗剤ケース２０７を介して水槽２２０に接続されている。給水経路２０９の経路途中には給水弁２０８が設けられており、水道水から水槽２２０への供給が給水弁２０８の開閉によって制御される。水槽２２０の底部には排水弁２０６が設けられ、排水弁２０６の開閉によって洗濯液等が水槽２２０から本体２１０の外に排水できるようになっている。
図３は、スターリングエンジンの全体の断面を示す断面図である。
図３に示すように、スターリングエンジン１００の組立の中心となるのはシリンダ１１０、１１１である。シリンダ１１０、１１１の軸線は同一線上に並ぶ。シリンダ１１０にはピストン１１２が挿入され、シリンダ１１１にはディスプレーサ１１３が挿入される。ピストン１１２及びディスプレーサ１１３は、スターリングエンジン１００の運転中、ガスベアリング機構によりシリンダ１１０、１１１の内面に接触することなく往復運動する。ピストン１１２とディスプレーサ１１３は所定の位相差を備えて動く。
ピストン１１２の一方の端にはカップ状のマグネットホルダ１１４が設けられる。ディスプレーサ１１３の一方の端からはディスプレーサロッド１１５が突出する。ディスプレーサロッド１１５はピストン１１２及びマグネットホルダ１１４を軸線方向に自由にスライドできるように貫通する。
シリンダ１１０はピストン１１２の動作領域にあたる部分の外側にリニアモータ１２０を保持する。リニアモータ１２０は、コイル１２１を備えた外側ヨーク１２２と、シリンダ１１０の外周面に接するように設けられた内側ヨーク１２３と、外側ヨーク１２２と内側ヨーク１２３の間の環状空間に挿入されたリング状のマグネット１２４と、外側ヨーク１２２及び内側ヨーク１２３を所定の位置関係に保持する合成樹脂製エンドブラケット１２５、１２６を備える。マグネット１２４はマグネットホルダ１１４に固定されている。
マグネットホルダ１１４のハブの部分にはスプリング１３０の中心部が固定される。ディスプレーサロッド１１５にはスプリング１３１の中心部が固定される。スプリング１３０、１３１の外周部はエンドブラケット１２６に固定される。スプリング１３０、１３１の外周部同士の間にはスペーサ１３２が配置されており、これによりスプリング１３０、１３１は一定の距離を保つ。スプリング１３０、１３１は円板形の素材にスパイラル状の切り込みを入れたものであり、ディスプレーサ１１３をピストン１１２に対し所定の位相差（理想的には約９０°の位相差）をもたせて共振させる役割を果たす。
シリンダ１１１のうち、ディスプレーサ１１３の動作領域にあたる部分の外側には発熱ヘッド１４０と吸熱ヘッド１４１が配置される。発熱ヘッド１４０はリング状、吸熱ヘッド１４１はキャップ状であって、いずれも銅や銅合金など熱伝導のよい金属からなる。発熱ヘッド１４０と吸熱ヘッド１４１は、各々リング状の内部熱交換器１４２、１４３を介在させた形でシリンダ１１１の外側に支持される。内部熱交換器１４２、１４３はそれぞれ通気性を有し、内部を通り抜ける作動ガスの熱を発熱ヘッド１４０と吸熱ヘッド１４１に伝える。
発熱ヘッド１４０、シリンダ１１０、１１１、ピストン１１２、ディスプレーサ１１３、及び内部熱交換器１４２で囲まれる空間は圧縮空間１４５となる。吸熱ヘッド１４１、シリンダ１１１、ディスプレーサ１１３、及び内部熱交換機１４３で囲まれる空間は膨張空間１４６となる。
内部熱交換器１４２、１４３の間には再生器１４７が配置される。再生器１４７は樹脂フィルムを円筒形に巻回したものであり、フィルムの片面に微少な突起を多数点在させてフィルム間に突起の高さ分の間隙を形成し、これを作動ガスの通り道としている。再生器１４７の外側を再生器チューブ１４８が包み、発熱ヘッド１４０と吸熱ヘッド１４１の間に気密通路を構成する。発熱ヘッド１４０と再生器チューブ１４８と吸熱ヘッド１４１は同軸状に配置される。なお、再生器チューブ１４８は接続管の一例である。
リニアモータ１２０、シリンダ１１０、及びピストン１１２を筒状の圧力容器１５０が包む。圧力容器１５０の内部は背圧空間１５１となる。圧力容器１５０の周面には、リニアモータ１２０に電力を供給するための端子部１５２と、内部に作動ガスを封入するためのパイプ１５３が配置される。
圧力容器１５０の外面には動吸振器１６０が取り付けられる。動吸振器１６０は、圧力容器１５０の端面中央から突き出す軸１６１と、軸１６１に中心を固定された板状のスプリング１６２と、スプリング１６２の周縁に配置されたマス（質量）１６３とからなる。スプリング１６２は薄板状のスプリングを複数枚重ねたものである。
スターリングエンジン１００は次のように動作する。リニアモータ１２０のコイル１２１に交流電流を供給する外側ヨーク１２２と内側ヨーク１２３の間にマグネット１２４を貫通する磁界が発生し、マグネット１２４は軸方向に往復運動する。ピストン系（ピストン１１２、マグネットホルダ１１４、マグネット１２４、及びスプリング１３０）の総質量と、スプリング１３０のバネ定数とにより定まる共振周波数に一致する周波数の電力を供給することにより、ピストン系は滑らかな正弦波状の往復運動を開始する。
ディスプレーサ系（ディスプレーサ１１３、ディスプレーサロッド１１５、及びスプリング１３１）にあっては、その総質量と、スプリング１３１のバネ定数とにより定まる共振周波数とピストン１１２の駆動周波数とが一致するように設定する。
ピストン１１２の往復運動により、圧縮空間１４５では圧縮、膨張が繰り返される。この圧力の変化に伴って、ディスプレーサ１１３も往復運動を行なう。このとき、圧縮空間１４５と膨張空間１４６との間の流動抵抗等により、ディスプレーサ１１３とピストン１１２との間には位相差が生じる。このようにしてフリーピストン構造のディスプレーサ１１３はピストン１１２と所定の位相差で同期して往復運動する。
上記の動作により、圧縮空間１４５と膨張空間１４６との間にスターリングサイクルが形成される。圧縮空間１４５では等温圧縮変化に基づいて作動ガスの温度が上昇し、膨張空間１４６では等温膨張変化に基づいて作動ガスの温度が低下する。このため、圧縮空間１４５の温度は上昇し、膨張空間１４６の温度は下降する。
運転中に圧縮空間１４５と膨張空間１４６の間を行き来する作動ガスは、内部熱交換器１４２、１４３を通過する際に、その有する熱を発熱ヘッド１４０と吸熱ヘッド１４１に伝える。圧縮空間１４５から再生器１４７へ流れ込む作動ガスは高温であるため発熱ヘッド１４０は加熱される。膨張空間１４６から再生器１４７へ流れ込む作動ガスは低温であるため吸熱ヘッド１４１は冷却される。
再生器１４７は、圧縮空間１４５と膨張空間１４６の熱を相手側の空間には伝えず、作動ガスだけを通す働きをする。圧縮空間１４５から内部熱交換器１４２を経て再生器１４７に入った高温の作動ガスは、再生器１４７を通過するときにその熱を再生器１４７に与え、温度が下がった状態で膨張空間１４６に流入する。膨張空間１４６から内部熱交換器１４３を経て再生器１４７に入った低温の作動ガスは、再生器１４７を通過するときに再生器１４７から熱を回収し、温度が上がった状態で圧縮空間１４５に流入する。すなわち再生器１４７は蓄熱手段としての役割を果たす。
ピストン１１２とディスプレーサ１１３が往復運動すると、スターリングエンジン１００に振動が生じ、動吸振器１６０がこの振動を抑える。
図４は、加熱除湿装置の本体の全体を示す斜視図である。
図４に示すように、加熱除湿装置４００の本体は、スターリングエンジン４１０と、第一の熱交換部として高温側熱交換部４２０と、第二の熱交換部として低温側熱交換部４３０とを備える。スターリングエンジン４１０は、発熱ヘッド４１１と吸熱ヘッド４１２とを有する。スターリングエンジン４１０の構成と作用は、図３に示すスターリングエンジン１００と同様である。高温側熱交換部４２０は、フィンとして発熱ヘッド４１１に接続された加熱フィン４２１を有し、低温側熱交換部４３０は、フィンとして吸熱ヘッド４１２に接続された冷却フィン４３１を有する。加熱フィン４２１と冷却フィン４３１は、円盤状であり、中心部分がそれぞれ発熱ヘッド４１１と吸熱ヘッド４１２に直接接続されている。冷却フィン４３１と、加熱フィン４２１と、スターリングエンジン４１０は、ほぼ一直線上に並ぶように配置され、一体化されて加熱除湿装置４００の本体を構成している。加熱除湿装置４００は、この本体と、図５に示す温風側経路部と湿風側経路部とから構成されている。
このように、加熱除湿装置４００においては、高温側熱交換部４２０は、発熱ヘッド４１１に接触されるように配置される加熱フィン４２１を含み、低温側熱交換部４３０は、吸熱ヘッド４１２に接触されるように配置される冷却フィン４３１を含む。
このようにすることにより、加熱フィン４２１と冷却フィン４３１において気体を効率よく熱交換することができる。また、加熱除湿装置４００を小型化することができる。
図５は、洗濯乾燥機を図２のＶ−Ｖ線の方向から見たときの概略を示す断面図である。
図２と図５に示すように、洗濯乾燥機２００の本体２１０の内部においては、回転ドラム２３０の背面側に、温風経路部２４１と湿風経路部２４２が配置されている。温風経路部２４１と湿風経路部２４２は、それぞれ、吸気口２４５と排気口２４６で水槽２２０の内部と連通している。温風経路部２４１と湿風経路部２４２は、水槽２２０の下方においてほぼ直線状に延びている循環経路部２４３を介して接続されている。循環経路部２４３には、加熱除湿装置４００の本体が、冷却フィン４３１が湿風経路部２４２側に、加熱フィン４２１が温風経路部２４１側となるように、設けられている。水槽２２０の下方において、湿風経路部２４２の内部には、送風機構部２４４が配置されている。
図２に示すように、水槽２２０の内周壁面と回転ドラム２３０のドラム胴２３２の外周壁面との間には水槽内温風経路部２４７が設けられている。また、水槽２２０の内周壁面と回転ドラム２３０のドラム胴２３２及びドラム底２３４は、水槽内湿風経路部２４８を形成している。水槽２２０の下部には吸気口と排気口が設けられている。なお、排気口と吸気口は、前面部や側面、または上部に設けられてもよい。図５に示すように、排気口は水槽２２０の背面外部に設けられる湿風経路部２４２を介して循環経路部２４３に接続されている。湿風経路部２４２内には、送風機構部が配置されている。ほぼ直線状に延びている循環経路部２４３内には、スターリングエンジンを備える加熱除湿装置４００の本体が配置されている。より特定的には、加熱除湿装置４００の本体の発熱ヘッド４１１と吸熱ヘッド４１２と再生器チューブ１４８が循環経路部２４３内に配置されている。循環経路部２４３は水槽２２０の背面外部に設けられる温風経路部２４１を介して吸気口に接続されている。図２中の二点鎖線の矢印は、風の流れる方向を示す。なお、水槽内温風経路部２４７、温風経路部２４１、循環経路部２４３の高温側熱交換部４２０までの経路は第一の風路の一例、水槽内湿風経路部２４８、湿風経路部２４２、循環経路部２４３の低温側熱交換部４３０までの経路は第二の風路の一例、循環経路部２４３の高温側熱交換部４２０までの経路と低温側熱交換部４３０までの経路との間の経路が循環路の一例である。
以上のように構成された洗濯乾燥機２００を用いて行なわれる洗い工程、すすぎ工程、脱水工程および乾燥工程について、以下、工程順に説明する。
まず、外扉２０１および内扉２０３を開き、洗濯物投入口２０２から洗濯物を投入した後、内扉２０３および外扉２０１を閉じる。洗剤ケースに洗剤を入れて操作パネルを操作する。これにより、外扉２０１および内扉２０３がロックされるとともに、給水弁２０８が開かれ、水が給水経路２０９および洗剤ケース２０７を経て水槽２２０に供給される。図示しない水位センサによって水槽２２０内の水位が所定値になったことが検知されると、給水弁２０８が閉じられて、回転ドラム２３０がドラム回転駆動モータ２３６にて洗い工程用の回転チャートに従って回転される。このようにして洗い工程が開始される。
なお、回転ドラム２３０の回転チャートに関しては、洗い工程、すすぎ工程、脱水工程、乾燥工程の工程別に、あるいは、洗濯物の種類やコースに応じて、回転速度、回転周期、反転周期等が異なる複数の回転チャートが予め設定されている。回転チャートは、使用者によって選択され、または自動的に選択されるようにプログラムされている。
洗い工程が終了すると、排水弁２０６が開放されて洗濯液が本体の外に排出される。排水が終了すると、回転ドラム２３０は中間脱水工程用の回転チャートで高速回転される中間脱水工程が行なわれる。中間脱水工程では回転ドラム２３０の高速回転による遠心力によって洗濯物に含まれた洗濯液は回転ドラム２３０の周壁に設けられた小孔２３５を通じて水槽２２０の内壁面へ吐出される。洗濯液は水槽２２０の内壁面を伝って下方に流下し、排水弁２０６を介して本体の外に排出される。
中間脱水工程が終了すると、プログラムはすすぎ工程に移行する。排水弁２０６が閉じられた後、給水弁２０８が開放されて、水が洗剤ケースを経て水槽２２０に供給される。図示しない水位センサによって水槽２２０内の水位が所定の値になったことが検知されると、給水弁２０８が閉じられて、回転ドラム２３０がドラム回転駆動モータ２３６によってすすぎ工程用の回転チャートに従って回転される。中間脱水工程およびすすぎ工程は複数回繰り返された後、最終のすすぎ工程へと移行する。最終のすすぎ工程では給水弁２０８が開放されて、柔軟仕上剤を含んだ水が水槽２２０に供給される。
最終のすすぎ工程が終了すると、排水弁２０６が開放されてすすぎ液が本体２１０の外に排出される。排水が終了すると、回転ドラム２３０が最終脱水工程用の回転チャートに従って高速回転される、最終脱水工程が行なわれる。最終脱水工程では、中間脱水工程と同様に回転ドラム２３０の高速回転による遠心力によって洗濯物に含まれたすすぎ液が回転ドラム２３０の周壁に設けられた小孔２３５を通じて水槽２２０の内壁面に吐出される。
最終脱水工程が終了すると、乾燥工程に移行する。乾燥工程においては、回転ドラム２３０を回転させるとともに、加熱除湿装置４００と送風機構部２４４とを駆動させる。
加熱除湿装置４００のスターリングエンジン４１０を駆動させると、加熱フィン４２１において気体が加熱されるように熱交換され、冷却フィン４３１において気体が冷却されるように熱交換される。
加熱除湿装置４００と送風機構部２４４とを駆動させることによって、加熱フィン４２１で加熱された気体は、温風経路部２４１を図５中の二点鎖線の矢印で示すように流れて、吸気口２４５から水槽内温風経路部２４７を通じて水槽２２０の内部に流入し、水槽２２０の内部に配置されている回転ドラム２３０（図２）内に吹き込む。気体は、回転ドラム２３０（図２）内の洗濯物に接触した後、小孔２３５を通って、回転ドラム２３０の外部に流出し、水槽２２０の下部に形成されている排気口２４６を通って湿風経路部２４２に排気される。湿風経路部２４２に排気された気体は、回転ドラム２３０内の洗濯物に含まれていた水分によって、湿度が高くなっている。湿気を含んだ気体は、図５中の一点鎖線の矢印で示すように流れて、冷却フィン４３１に戻り、冷却フィン４３１で冷却されて、除湿される。気体から取り除かれた水分は、冷却フィン４３１の下方から排水管（図示しない）を通って本体２１０から排出される。除湿された気体は、循環経路部２４３を通って、加熱フィン４２１に戻る。このサイクルを繰り返すことによって乾燥工程が行なわれる。
このように、洗濯乾燥機２００は、洗濯物を収容するための回転ドラム２３０と、回転ドラム２３０の内部に気体を流入させるための温風経路部２４１と、回転ドラム２３０の内部から気体を流出させるための湿風経路部２４２と、温風経路部２４１を流通する気体を加熱するための高温側熱交換部４２０と、湿風経路部２４２を流通する気体を冷却するための低温側熱交換部４３０と、発熱ヘッド４１１と吸熱ヘッド４１２とを含むスターリングエンジン４１０とを備え、高温側熱交換部４２０は、スターリングエンジン４１０の発熱ヘッド４１１で気体を加熱するように熱交換を行ない、低温側熱交換部４３０は、スターリングエンジン４１０の吸熱ヘッド４１２で気体を冷却するように熱交換を行なう。
従来、乾燥機に用いられているヒートポンプにおいては、コンプレッサで冷媒を圧縮して気体から液体に変化させる凝縮部と、冷媒を膨張させて液体から気体に変化させる蒸発部とで熱交換を行なっている。すなわち、ヒートポンプにおいては、冷媒は、凝縮部から管などを通って蒸発部へ移動して、液体から気体に変化し、蒸発部から管などを通って凝縮部へ移動して、気体から液体へと変化することを繰り返す必要がある。
一方、スターリングエンジンは、シリンダ内でディスプレーサを往復運動させることによって、ヘリウムなどの作動気体を圧縮空間内で圧縮して発熱ヘッドを加熱し、膨張空間内で膨張させて吸熱ヘッドを冷却する。このように、スターリングエンジンにおいては、作動気体は、気体状態のままで、圧縮空間と膨張空間の間のみを移動する。圧縮空間と膨張空間は、例えば、一つのシリンダの両端に配置されるので、この場合には、作動気体は気体状態のままでシリンダの一方の端部から他方の端部までの間を往復する。
このように、スターリングエンジンにおいては、冷媒を気体と液体の間で状態変化させる必要がないために、スターリングエンジンの応答性はヒートポンプよりも高い。例えば、スターリングエンジンの駆動を開始してから、発熱ヘッドと吸熱ヘッドとが所定の温度になるまでに必要な時間は、ヒートポンプの駆動を開始してから蒸発部と凝縮部とが所定の温度になるまでに必要な時間よりも短い。
したがって、スターリングエンジンを用いることによって、乾燥運転開始前または乾燥運転開始時に長時間の立ち上げ運転が不要であるので、ヒートポンプよりも制御性が高く、省エネルギー性、すなわち、消費エネルギーを削減しやすく、省エネルギーを図りやすい乾燥機が得られる。このように、スターリングエンジンを備える乾燥機は、乾燥機の起動に要する時間を短くすることができるとともに、ヒートポンプのように冷媒が気体と液体の混合から均一な気体となるまでの時間を待つ必要がないため、乾燥機の運転中に一旦、運転を中断した後、再び起動する場合に要する時間も短くすることができる。
また、従来の加熱除湿装置に用いられているヒートポンプの振動系は、冷媒の圧縮と膨張にコンプレッサを使用するため、回転の振動を含む複雑な振動系である。一方、スターリングエンジンは、ヒートポンプに比べて振動系が単純である。すなわち、スターリングエンジンにおいては、ディスプレーサの往復という直線的な運動しか行なわれない。
このように、スターリングエンジンは、振動系が単純であるので、振動を吸収することが容易である。例えば、ディスプレーサの振動の振動数の共振動数を固有振動数として持つバネなどの吸振部材を備えることによって、簡単に振動を抑えることができる。スターリングエンジンにおいては振動を簡単に抑えることができるので、振動による騒音が発生しにくい。
このようにすることにより、振動、騒音を少なくすることができ、使用性、すなわち、使用しやすく、省エネルギー性、すなわち、消費エネルギーを効果的に削減することができ、省エネルギーを図りやすい加熱除湿装置４００を提供することができる。
加熱除湿装置４００は、気体を湿風経路部２４２から温風経路部２４１に流入させるための循環経路部２４３を備え、気体は、低温側熱交換部４３０において冷却され、循環経路部２４３を通って温風経路部２４１に流入し、高温側熱交換部４２０において加熱される。
このように、湿風経路部２４２に流出した気体は、低温側熱交換部４３０において冷却され、循環経路部２４３を通って温風経路部２４１に流入し、高温側熱交換部４２０において加熱されるので、効率よく除湿することができる。
洗濯乾燥機２００は、回転ドラム２３０を覆うように配置されて、水を収容するための水槽２２０を備え、回転ドラム２３０は、水槽２２０内において回転可能に支持され、回転ドラム２３０の内部に収容される洗濯物が回転ドラム２３０内において洗濯されることが可能であるように構成されている。
このようにすることにより、洗濯終了後、速やかに乾燥を行なうことができる。また、スターリングエンジン４１０においては、高温部と低温部は、スターリングエンジン本体から配管で接続されるなどして別に形成されず、ヒートポンプに必要なコンプレッサと膨張弁や高温部（凝縮部）、低温部（蒸発部）とを結ぶ冷媒を循環させる配管が必要なく、単純な構造であるので、洗濯中、特に脱水中に複雑で大きな振動の発生しやすい洗濯乾燥機２００が振動しても配管の破断や故障をしにくい、信頼性の高い洗濯乾燥機２００を提供することができる。
洗濯乾燥機２００においては、発熱ヘッド４１１と吸熱ヘッド４１２との間に再生器チューブ１４８が設けられ、発熱ヘッド４１１と吸熱ヘッド４１２と再生器チューブ１４８は同軸状に配されており、発熱ヘッド４１１と吸熱ヘッド４１２と再生器チューブ１４８が循環路内に配されるように構成されている。
このようにすることにより、循環路を短くして圧力欠損を抑えることができるとともに、発熱ヘッド４１１と吸熱ヘッド４１２とが相互に与える熱影響を、再生器チューブ１４８の周囲の空気層によって低減させることができる。
この実施形態においては、加熱除湿装置を洗濯乾燥機に用いたが、この発明の加熱除湿装置は、食器乾燥機や食器洗浄乾燥機、除湿機、浴室乾燥機などに用いられてもよい。
（実施形態１−２）
図６は、この発明の実施形態１−２として、洗濯乾燥機が備える加熱除湿装置の本体の別の形態を示す斜視図である。
図６に示すように、加熱除湿装置５００は、スターリングエンジン５１０と、第一の熱交換部として高温側熱交換部５２０と、第二の熱交換部として低温側熱交換部５３０とを備える。スターリングエンジン５１０は、発熱ヘッド５１１と吸熱ヘッド５１２とを有する。スターリングエンジン５１０の構成と作用は、図３に示すスターリングエンジン１００と同様である。高温側熱交換部５２０は、気体を加熱するための加熱部５２２と、発熱ヘッド５１１の熱を加熱部５２２に伝導するための熱伝導媒体が流通する熱伝導媒体流路５２３とを有する。低温側熱交換部５３０は、気体を冷却するための冷却部５３２と、吸熱ヘッド５１２の熱を冷却部５３２に伝導するための熱伝導媒体が流通する熱伝導媒体流路５３３を有する。熱伝導媒体としては、例えば、水が用いられる。加熱部５２２と冷却部５３２は、この実施形態においては、どちらも板状としているが、他の形態であってもよい。また、熱伝導媒体流路５２３と熱伝導媒体流路５３３は、この実施形態においては管状としているが、他の形態であってもよい。加熱除湿装置５００は、この本体と、図５に示す温風側経路部と湿風側経路部とから構成されている。
このように、加熱除湿装置５００においては、高温側熱交換部５２０は、気体を加熱するための加熱部５２２と、発熱ヘッド５１１の熱を加熱部５２２に伝導するための熱伝導媒体が流通する熱伝導媒体流路５２３とを有する。また、低温側熱交換部５３０は、気体を冷却するための冷却部５３２と、吸熱ヘッド５１２の熱を冷却部５３２に伝導するための熱伝導媒体が流通する熱伝導媒体流路５３３とを有する。
このようにすることにより、高温側熱交換部５２０と低温側熱交換部５３０の位置や形状を、温風経路部２４１（図５）と湿風経路部２４２（図５）の形状などに合わせて最適化することが容易になる。
実施形態１−２の洗濯乾燥機２００のその他の構成と効果は、実施形態１−１と同様である。
（実施形態１−３）
図７は、この発明の実施形態１−３として、洗濯乾燥機が備える加熱除湿装置の本体の別の形態を示す斜視図である。
図７に示すように、加熱除湿装置６００は、スターリングエンジン６１０と、第一の熱交換部として高温側熱交換部６２０と、第二の熱交換部として低温側熱交換部６３０とを備える。スターリングエンジン６１０は、発熱ヘッド６１１と吸熱ヘッド６１２とを有する。スターリングエンジン６１０の構成と作用は、図３に示すスターリングエンジン１００と同様である。
高温側熱交換部６２０は、フィンとして発熱ヘッド６１１に接続された加熱フィン６２１を有する。加熱フィン６２１は円盤状であり、中心部分が発熱ヘッド６１１に、直接、接続されている。
低温側熱交換部６３０は、気体を冷却するための冷却部６３２と、吸熱ヘッド６１２の熱を冷却部６３２に伝導するための熱伝導媒体が流通するための熱伝導媒体流路６３３を有する。熱伝導媒体としては、例えば、水が用いられる。冷却部６３２は、この実施形態においては板状としているが、他の形態であってもよい。また、熱伝導媒体流路６３３は、この実施形態においては管状としているが、他の形態であってもよい。
加熱除湿装置６００は、この本体と、図５に示す温風側経路部と湿風側経路部とから構成されている。
このように、加熱除湿装置６００においては、発熱ヘッド６１１を温風経路部内に配するように構成している。
このようにすることにより、発熱ヘッド６１１と高温側熱交換部６２０との間で熱の伝達を行なう経路が不要となり、発熱ヘッド６１１と高温側熱交換部６２０との間の経路において熱が無駄に消費されることを防ぐことができる。
加熱除湿装置６００においては、高温側熱交換部６２０は、発熱ヘッド６１１に接触されるように配置される加熱フィン６２１を含む。
このようにすることにより、加熱フィン６２１において気体を効率よく熱交換することができる。また、加熱除湿装置６００を小型化することができる。
また、加熱除湿装置６００においては、低温側熱交換部６３０は、気体を冷却するための冷却部６３２と、吸熱ヘッド６１２の熱を冷却部６３２に伝導するための熱伝導媒体が流通する熱伝導媒体流路６３３とを有する。
このようにすることにより、例えば、発熱ヘッド６１１および加熱フィン６２１と冷却部６３２との風路上の距離を離して相互に与える熱影響を小さくすることが容易になる。また、冷却部６３２の余剰スペースへの配置等、冷却部６３２の位置や形状を、湿風経路部２４２（図５）の形状や洗濯乾燥機２００の全体の部品配置などに合わせて最適化することが容易になる。
実施形態１−３の洗濯乾燥機２００のその他の構成と効果は、実施形態１−１と同様である。
（実施形態１−４）
図８は、この発明の実施形態１−４として、洗濯乾燥機が備える加熱除湿装置の本体の別の形態を示す斜視図である。
図８に示すように、加熱除湿装置７００は、スターリングエンジン７１０と、第一の熱交換部として高温側熱交換部７２０と、第二の熱交換部として低温側熱交換部７３０とを備える。スターリングエンジン７１０は、発熱ヘッド７１１と吸熱ヘッド７１２とを有する。スターリングエンジン７１０の構成と作用は、図３に示すスターリングエンジン１００と同様である。
高温側熱交換部７２０は、気体を加熱するための加熱部７２２と、発熱ヘッド７１１の熱を加熱部７２２に伝導するための熱伝導媒体が流通するための熱伝導媒体流路７２３とを有する。熱伝導媒体としては、例えば、水が用いられる。加熱部７２２は、この実施形態においては板状としているが、他の形態であってもよい。また、熱伝導媒体流路７２３は、この実施形態においては管状としているが、他の形態であってもよい。
低温側熱交換部７３０は、フィンとして吸熱ヘッド７１２に接続された冷却フィン７３１を有する。冷却フィン７３１は円盤状であり、中心部分が吸熱ヘッド７１２に、直接、接続されている。
加熱除湿装置７００は、この本体と、図５に示す温風側経路部と湿風側経路部とから構成されている。
このように、加熱除湿装置７００においては、吸熱ヘッド７１２を湿風経路部内に配するように構成している。
このようにすることにより、吸熱ヘッド７１２と低温側熱交換部７３０との間で熱の伝達を行なう経路が不要となり、吸熱ヘッド７１２と低温側熱交換部７３０との間の経路で熱が無駄に消費されることを防止することができる。
また、このように、加熱除湿装置７００においては、低温側熱交換部７３０は、吸熱ヘッド７１２に接触されるように配置される冷却フィン７３１を含む。
このようにすることにより、冷却フィン７３１において気体を効率よく熱交換することができる。また、加熱除湿装置７００を小型化することができる。
加熱除湿装置７００においては、高温側熱交換部７２０は、気体を加熱するための加熱部７２２と、発熱ヘッド７１１の熱を加熱部７２２に伝導するための熱伝導媒体が流通する熱伝導媒体流路７２３とを有する。
このようにすることにより、例えば、加熱部７２２と吸熱ヘッド７１２および冷却フィン７３１との風路上の距離を離して相互に与える熱影響を小さくすることが容易になる。また、加熱部７２２の余剰スペースへの配置等といった、加熱部７２２の位置や形状を、温風経路部２４１（図５）の形状や、洗濯乾燥機２００の全体の部品配置などに合わせて最適化することが容易になる。
実施形態１−４の洗濯乾燥機２００のその他の構成と効果は、実施形態１−１と同様である。
（実施形態１−５）
図９は、この発明の実施形態１−５として、本発明の加熱除湿装置を備える洗濯乾燥機の側断面を概略的に示す側断面図であり、図１０は、洗濯乾燥機を背面から見た断面を概略的に示す断面図である。
図９と図１０に示すように、洗濯乾燥機３００は、本体３１０と、本体３１０の内部に取り付けられた水槽３２０と、被乾燥対象物として洗濯物を収容するための容器として、水槽３２０の内部で回転可能に支持された回転ドラム３３０とを備える。
本体３１０の上面には外扉３０１が取り付けられている。外扉３０１を開くことによって本体３１０の上面に設けられた洗濯物投入口３０２から水槽３２０、回転ドラム３３０に設けられた投入口（図示せず）を通じて洗濯物を回転ドラム３３０に投入、または回転ドラム３３０から取り出すことができ、外扉３０１を閉じることによって洗濯物投入口３０２を塞ぐことができる。
回転ドラム３３０は、水槽３２０の内部で、ほぼ水平に伸びる軸部３３１を中心に回転するように支持されている。このようにしてドラム式洗濯乾燥機３００は、水槽３２０と回転ドラム３３０とから構成された二重構造を有する。軸部３３１は、回転ドラム３３０の左右両側に一つずつ配置され、回転ドラム３３０を回転させるためのドラム回転駆動モータ３３６のシャフトをそれぞれ備えている。なお、ドラム回転駆動モータは所望の駆動力が得られれば、片側のみでもよい。
水槽３２０の内周壁面と回転ドラム３３０の外周壁面とは、第一の風路として温風経路部３４１と、第二の風路として湿風経路部３４２とを形成している。水槽３２０の下部には吸気口３４５と排気口３４６が設けられている。なお、吸気口３４５、排気口３４６は上部や側面部に設けられてもよい。排気口３４６と吸気口３４５は、水槽３２０の外部において循環路として循環経路部３４３を介して接続されている。循環経路部３４３内には、送風機構部３４４と、スターリングエンジン４１０を備える加熱除湿装置４００が配置されている。
洗濯乾燥機３００の本体３１０の内部においては、回転ドラム３３０の側面側に、温風経路部３４１と湿風経路部３４２が配置されている。温風経路部３４１と湿風経路部３４２は、それぞれ、吸気口３４５と排気口３４６で水槽３２０の内部と連通している。温風経路部３４１と湿風経路部３４２は、水槽３２０の下方において循環経路部３４３を介して接続されている。ほぼ直線状に延びている循環経路部３４３には、加熱除湿装置４００の本体が、冷却フィン４３１が湿風経路部３４２側に、加熱フィン４２１が温風経路部３４１側に配置されるように、設けられている。水槽３２０の下方において、湿風経路部３４２の内部には、送風機構部３４４が配置されている。
加熱除湿装置４００のスターリングエンジン４１０を駆動させると、加熱フィン４２１において気体が加熱されるように熱交換され、冷却フィン４３１において気体が冷却されるように熱交換される。
加熱除湿装置４００と送風機構部３４４とを駆動させることによって、加熱フィン４２１で加熱された気体は、温風経路部３４１を図中の二点鎖線の矢印で示すように流れて、吸気口３４５から水槽３２０の内部に流入し、水槽３２０の内部に配置されている回転ドラム３３０内に吹き込む。気体は、回転ドラム３３０内の洗濯物に接触した後、小孔を通って、回転ドラム３３０の外部に流出し、水槽３２０の下部に形成されている排気口３４６を通って湿風経路部３４２に排気される。湿風経路部３４２に排気された気体は、回転ドラム３３０内の洗濯物に含まれていた水分によって、湿度が高くなっている。湿気を含む気体は、図中の一点鎖線の矢印で示すように流れて、冷却フィン４３１に戻り、冷却フィン４３１で冷却されて、除湿される。気体から取り除かれた水分は、冷却フィン４３１の下方から排水管（図示しない）を通って本体３１０から排水される。除湿された気体は、循環経路部３４３を通って、加熱フィン４２１に戻る。このサイクルを繰り返すことによって乾燥工程が行なわれる。
実施形態１−５の洗濯乾燥機３００のその他の構成と効果は、実施形態１−１の洗濯乾燥機２００と同様である。
（実施形態２−１）
以下、本発明の実施形態２−１を図１１および図１２を用いて説明する。図１１は、本発明の実施形態２−１に係る加熱除湿装置を備えるドラム式洗濯乾燥機の給排水経路の構成を示す断面図、図１２は、本発明の実施形態２−１に係るドラム式洗濯乾燥機の乾燥通風経路の構成を示す断面図である。
図１１に示すように、略直方体の本体１の前面には洗濯物を出し入れするための投入口１ａが形成されるとともに、投入口１ａを開閉するためのドア２がヒンジ機構にて回動可能に設けられている。本体１内には、一端に投入口１ａと対向する開口３ａを有する有底筒形状の水槽３が、その背面に対して開口３ａ側の方が高くなるように傾斜して内装されており、この水槽３の開口３ａと本体１の投入口１ａとはパッキン４で水密に接続されている。なお、水槽３は、図示しないダンパーなどの支持装置により支持されることで、揺動自在に配置されている。
水槽３内には、洗濯物を収容する回転槽５が回転自在に内装されている。回転槽５はその回転軸方向の一端に開口３ａに対向する開口５ａを有した有底筒形状をなし、その底面（背面）に対して開口５ａ側の方が高くなるように傾斜させて配置している。回転槽５の開口周縁には流体バランサー６が設けられ、回転槽５の周壁には複数の孔が設けられている。ドア２を回動させて投入口１ａを開放した状態において、回転槽５内への洗濯物の投入および回転槽５内からの洗濯物の取出は投入口１ａ、開口３ａ、開口５ａを介して行なわれる。
回転槽５の底面（背面）には、回転軸５ｂが固定されており、水槽３に軸受５ｃを介してその回転軸が斜めとなるように回転自在に支持されている。また、回転軸５ｂの回転槽が取り付けられている側とは反対側の端部には、ドラムプーリ５ｄが取り付けられている。
本体１の背面上部には、本体１の天面を一部低くした段部が設けられ、その段部には水道からの水を本体１内に導入する給水口７が配されている。給水口７の下流側には図示しない給水弁が配されており、洗濯機の各部の動作を制御する図示しない制御装置からの指示にしたがって給水弁が開閉されて、本体１内への給水が制御される。制御装置からの指示により給水弁が開放されると、給水口７から本体１内に水道からの水が導入される。給水口７を通過した水は、給水路８を介して洗剤ケース９内に供給されて洗剤と混合された後、給水管１０を通って水槽３内に供給される。
また、水槽３の背面側下方には、水槽３内に供給された水を本体１外への排出経路を構成する排水管１１が接続されている。水槽３より排水管１１へと排出された水は、フィルタ装置１２に配される排水フィルタ１２ａよって糸屑等の異物が除去される。フィルタ装置１２には、エアトラップ１２ｂが設けられており、エアトラップ１２ｂ内と連通する導圧管１３の一端が接続されている。導圧管１３の他端には、水位センサ１４が接続されており、洗いやすすぎ時には、エアトラップ１２ｂ内の空気の圧力を水位センサ１４にて計測することにより水槽３内の水位が検出される。フィルタ装置１２で異物が除去された水は排水路１５へと流れ込む。排水路１５の下流側には排水弁１６が配されており、洗濯機の各部の動作を制御する図示しない制御装置からの指示にしたがって排水弁１６が開閉されて、本体１内からの排水が制御される。制御装置からの指示により排水弁１６が開放されると、排水路１５の水が排水ホース１７を介して本体１外へ排出される。なお、排水路１５と排水ホース１７とが、排水経路の一部である。
水槽の下部には、図１２に示すように、設置台１８が設けられており、その設置台１８には、回転槽５を回転駆動させる回転速度を制御可能なモータ１９が配されている。モータ１９には、モータ軸１９ａが取り付けられており、モータ軸１９ａのモータ１９が取り付けられている方とは反対側にモータプーリ２０が設けられている。このモータプーリ２０と回転槽プーリ５ｄはベルト２１を介してモータプーリ２０の動力を回転槽プーリ５ｄへと伝達可能なように掛け巻きされている。
モータ軸１９ａには、クラッチ機構２２が挿通されており、モータ軸１９ａの回転駆動力をその下方に設けられた伝達機構部２３へと伝達する状態または伝達しない状態へと切換可能に構成されている。この伝達機構部２３へと伝達された回転駆動力は、熱交換部２４へと供給されて熱交換部２４の動力として使用される。クラッチ機構２２、伝達機構部２３、熱交換部２４についてのより詳細な構成や動作については後述する。
水槽の背面後方から下部、および前面前方にかけては回転槽５内に投入された洗濯物を乾燥させるための空気が循環する循環ダクトの一例である通風経路（循環ダクト）２５が設けられている。通風経路２５には、その経路中に通風経路２５の気流源である送風機２６および熱交換部２４が配されている。乾燥運転中において、水槽３内の空気は、排気口２５ａを介して通風経路２５へと排出される。通風経路２５へと流れ込んだ空気は、ファンの一例である送風機２６によって熱交換部２４へと送られ、後述する吸熱ヘッド３８ａで冷却除湿された後、発熱ヘッド３８ｂで加熱されて、給気口２５ｂから再び水槽３へと送られる。なお、通風経路２５の一部を水槽３の背面の周縁部に沿って設けても良い。
次に、クラッチ機構２２、伝達機構部２３および熱交換部２４の構成について図１３から図１５を用いて説明する。図１３は、図１２の要部を拡大した図、図１４は、クラッチ機構２２の分解斜視図、図１５は、図１３をＡより見た図である。
クラッチ機構２２は、図１３に示すように、連動軸２７、クラッチ片２８、コイルバネ２９およびソレノイド３０により構成される。連動軸２７は、モータ軸１９ａに対して回転可能に挿通されており、モータ１９に近い方が小径、遠い方が大径となるように構成されている。連動軸２７の小径な部分である小径部２７ａは、図１４に示すように、９０°毎に一部が径方向に突出するように断面十字形状に形成されている。連動軸２７の大径な部分である大径部２７ｂは、周囲が歯車状に形成されており、後述する第一の伝達歯車３１へと動力伝達可能に連結している。連動軸２７の小径部２７ａに隣接するとともに連動軸２７の小径部２７ａよりもモータ１９に近いところには、モータ軸１９ａに一体に形成される連結部１９ｂが形成されている。連結部１９ｂは、図１４に示すように、９０°毎に一部が径方向に突出するように断面十字形状に形成されており、連動軸２７の小径部２７ａと同じ形状を有している。クラッチ片２８は磁性体で構成されており、図１４に示すように、その外周側は円周状に形成されるとともに、内周側は９０°毎に一部が径方向に窪むように形成され、この内周側に連動軸２７の小径部２７ａおよび連結部１９ｂの外周が嵌合するように構成されている。連動軸２７の大径部２７ｂとクラッチ片２８との間にはコイルバネ２９が圧縮配置されており、クラッチ片２８を連結部１９ｂのみと嵌合させるように付勢している。クラッチ片２８の外周側には、図１３に示すように、磁力を発生してクラッチ片２８に斥力を発生させるソレノイド３０が配されている。ソレノイド３０は、その駆動によりクラッチ片２８をコイルバネ２９の付勢力に抗して移動させ、後述する図１６に示すように、クラッチ片２８を連結部１９ｂおよび小径部２７ａと嵌合させて、モータ１９の回転駆動力を伝達機構部２３へと伝達するようにその付勢力が調整されている。
伝達機構部２３は、図１３に示すように、第一の伝達歯車３１および第二の伝達歯車３２により構成される。第一の伝達歯車３１は、図１５に示すように、連動軸２７の大径部２７ｂの下方に設けられるとともに、その外周の歯車と連動軸２７の大径部２７ｂの歯車とが嵌合しており、連動軸２７の回転駆動力をその下方に配された第二の伝達歯車３２へと伝達させる。第二の伝達歯車３２は、図１４に示すように、その回転軸方向の一方側が小径の歯車である小径部３２ａ、他方側が大径の歯車である大径部３２ｂとなるように形成されている。第二の伝達歯車３２は、小径部３２ａは第一の伝達歯車３１、大径部３２ｂは後述するシャフト歯車３３と嵌合しており、第一の伝達歯車３１の回転駆動力をシャフト歯車３３へと伝達させる。なお、クラッチ機構２２と伝達機構部２３とが、伝達部の一例である。
加熱除湿装置として熱交換部２４は、本実施の形態では、並列型２ピストンのスターリング冷凍機を用いる。図１３に示すように、シャフト歯車３３、クランクシャフト３４、吸熱側クランク３５ａ、発熱側クランク３５ｂ、吸熱側ピストン３６ａ、発熱側ピストン３６ｂ、低温室３７ａ、高温室３７ｂ、吸熱ヘッド３８ａ、発熱ヘッド３８ｂおよび再生器３９より構成される。シャフト歯車３３は、第二の伝達歯車３２の大径部３２ｂの下方に配され、第二の伝達歯車３２の大径部３２ｂの歯車と嵌合している。また、シャフト歯車３３は、製品の前方側に向かって伸長するクランクシャフト３４が一体に取付られている。クランクシャフト３４は、その２箇所を設置台１８に回転可能に軸支され、この軸支された部分の間には吸熱側クランク接続部３４ａおよび発熱側クランク接続部３４ｂが設けられる。図１３において、吸熱側クランク接続部３４ａは上方に向けて凸、発熱側クランク接続部３４ｂは手前側に向けて凸となるように折り曲げられており、シャフト歯車３３が図１５に示すように本体１の後方より見て左回り（反時計回り）方向に回動することにより、吸熱側クランク接続部３４ａに対して発熱側クランク接続部３４ｂが９０°進んだ位相で回動し、後述する吸熱ヘッド３８ａが通風経路２５の空気の冷却、発熱ヘッド３８ｂが通風経路２５の空気の加熱を行なうように作動する。
吸熱側クランク接続部３４ａおよび発熱側クランク接続部３４ｂは、吸熱側クランク３５ａおよび発熱側クランク３５ｂの一端と接続されている。吸熱側クランク３５ａおよび発熱側クランク３５ｂは、それぞれの他端に吸熱側ピストン３６ａおよび発熱側ピストン３６ｂが接続されている。吸熱側ピストン３６ａおよび発熱側ピストン３６ｂの下方には、それぞれ設置台１８を外郭とする水素やヘリウム等の気体が密封された低温室３７ａおよび高温室３７ｂが設けられており、吸熱側ピストン３６ａと低温室３７ａ内面および発熱側ピストン３６ｂと高温室３７ｂ内面とは気密かつスライド可能に構成されている。低温室３７ａおよび高温室３７ｂの下方の通風経路２５に突出した先端部は、通風経路２５の空気を冷却する吸熱ヘッド３８ａおよび通風経路２５の空気を加熱する発熱ヘッド３８ｂとして機能する。吸熱ヘッド３８ａおよび発熱ヘッド３８ｂは必ずしも通風経路２５内に突出させる必要はないが、熱交換効率を向上させるために通風経路２５内に突出させるほうが好ましい。この冷却および加熱機能については後述する。また、低温室３７ａと高温室３７ｂとはそれぞれの部屋を連通させる経路を有し、その経路には再生器３９が配されている。再生器３９は、この周辺を通過する高温気体からの熱を蓄熱し、または蓄熱した熱を低温気体に供給する作用を奏する。吸熱ヘッド３８ａおよび発熱ヘッド３８ｂは、その配置方向が回転槽５の回動軸の水平面への投影軸と一致するように配されており、運転時に本体１内で水槽３と一体に振動する振動体の重心を下方に押し下げて、より振動を低減させやすい構成としている。これにより、回転槽５を高い位置に配した場合でも静音化に貢献しつつ、洗濯物の取り出しをも容易に出来る。なお、設置台１８がハウジングの一例である。
次に、この洗濯乾燥機における動作について説明する。構成を備えた洗濯乾燥機において、使用者が電源を入れ、投入口から回転槽５内へ洗濯物を投入し、洗剤ケース９に洗剤を投入した後、図示しない操作パネルのスタートスイッチの押圧により運転をスタートすると、制御部は、給水口７、給水路８、洗剤ケース９および給水管１０を介して水槽３へと給水を行なう。水槽３内の水位が所定の水位まで達したことを水位センサ１４が検知すると、制御部は、水槽３内への給水を停止させて、モータ１９を駆動させて回転槽５を低速回転させて洗い工程を行う。
洗い工程が終了すると、水槽３内の水を排水管１１、フィルタ装置１２、排水路１５、排水弁１６および排水ホース１７を介して機外へ排出させた後、回転槽５を高速で回転させて洗濯物に含まれる洗濯水の脱水を行なう。脱水工程が終了すると、再度、水槽３内への所定水位までの給水の後、回転槽５を低速回転させる濯ぎ工程が開始される。濯ぎ工程が完了すると、水槽３内の洗濯水の排水後、脱水工程が行なわれる。この濯ぎ工程と脱水工程が複数回繰り返された後、乾燥工程へと移行する。
次に、本発明の実施形態２−１の乾燥工程の要部の動作について図１６から図１９を用いて説明する。図１６は、熱交換部２４へ回転駆動力を伝達するようにクラッチ機構２２を切り換えた状態の要部拡大図、図１７は、図１６の状態からクランクシャフト３４を９０°回転させた状態の要部拡大図、図１８は、図１６の状態からクランクシャフト３４を１８０°回転させた状態の要部拡大図、図１９は、図１６の状態からクランクシャフト３４を２７０°回転させた状態の要部拡大図である。
乾燥工程が開始されると、送風機２６が駆動して通風経路２５内の送風が行なわれるとともに、ソレノイド３０が駆動されてクラッチ片２８が連結部１９ｂおよび連動軸２７に嵌合して、モータ１９の回転駆動力が連動軸２７に伝達可能となる。この状態でモータ１９を図１５に示すように右回りである矢印ａ方向に回動させると、回転槽５が後方から見て右回りに回動し、また、連動軸２７も同じ矢印ａ方向に回動して、第一の伝達歯車３１を左回りである矢印ｂ方向に回動させる。第一の伝達歯車３１に伝達された回転駆動力は、これに嵌合する第二の回転歯車３２へと伝達されて、第二の伝達歯車３２を矢印ｃ方向に回動させる。矢印ｃ方向に回動する第二の伝達歯車３２は、シャフト歯車３３を矢印ｄ方向に回動させて熱交換部２４が駆動される。
図１６の状態において、シャフト歯車３３が矢印ｄ方向に駆動されて図１７の状態になる間に、吸熱側クランク接続部３４ａおよび発熱側クランク接続部３４ｂは、吸熱側クランク３５ａおよび発熱側クランク３５ｂを下方へと押し込む方向へ駆動させ、９０度の位相差がつけられた吸熱側ピストン３６ａおよび発熱側ピストン３６ｂにより低温室３７ａ内および高温室３７ｂ内の気体を圧縮させる。このとき高温室３７ｂの気体の圧縮率は低温室３７ａに比べ非常に大きく、高温室３７ｂの気体の圧力および温度は上昇するため、発熱ヘッド３８ｂの温度は上昇するとともに、この高温室３７ｂの高圧で温度の上昇した気体が再生器３９を介して低温室３７ａに吹き込まれる。この高温室３７ｂの高圧で温度が上昇した気体が再生器３９を通過するに際して、この気体の熱量は再生器３９に蓄熱され、熱量が奪われて冷却した気体が低温室３７ａへと吹き込まれて、低温室３７ａの温度を下降させる。
シャフト歯車３３の回動が進んで、図１７の状態から図１８の状態へと移行する間には、吸熱側クランク接続部３４ａは吸熱側クランク３５ａを下方へ押し込む方向へ、発熱側クランク接続部３４ｂは発熱側クランク３５ｂを上方へ持ち上げる方向へ駆動させ、吸熱側ピストン３６ａにより低温室３７ａ内の気体を圧縮、発熱側ピストン３６ｂにより高温室３７ｂ内の気体を膨張させるため、低温室３７ａの気体は再生器３９を通って急速に高温室３７ｂへと移動する。このとき、高温室３７ｂへと移動する気体は再生器３９に蓄熱された熱量によって加熱されて温度が上昇し、高温室３７ｂ内の温度を上昇させる。
さらにシャフト歯車３３が回動して、図１８の状態から図１９の状態へと移行する間には、吸熱側クランク接続部３４ａおよび発熱側クランク接続部３４ｂは、吸熱側クランク３５ａおよび発熱側クランク３５ｂを上方へと持ち上げる方向へ駆動させ、吸熱側ピストン３６ａおよび発熱側ピストン３６ｂにより低温室３７ａ内および高温室３７ｂ内の気体を膨張させる。このとき低温室３７ａの気体の膨張率は高温室３７ｂに比べ非常に大きく、低温室３７ａの気体の圧力および温度は下降するため、吸熱ヘッド３８ａの温度は下降する。
さらにシャフト歯車３３が回動して、図１９の状態から図１６の状態へと移行する間には、吸熱側クランク接続部３４ａは吸熱側クランク３５ａを上方へ持ち上げる方向へ、発熱側クランク接続部３４ｂは発熱側クランク３５ｂを下方へ押し込む方向へ駆動させ、吸熱側ピストン３６ａにより低温室３７ａ内の気体を膨張、発熱側ピストン３６ｂにより高温室３７ｂ内の気体を圧縮させるため、高温室３７ｂの気体は再生器３９を通って急速に低温室３７ａへと移動する。このとき、低温室３７ａへと移動する気体の熱量は再生器３９に蓄熱され、温度が低下した気体が低温室３７ａへと吹き込まれる。このようにシャフト歯車３３が回動することにより吸熱ヘッド３８ａは冷却、発熱ヘッド３８ｂは発熱し、それぞれシャフト歯車３３の回転数に応じて温度が低下、上昇する。
乾燥工程において、水槽３内から排気口２５ａを介して通風経路２５内に排出された空気は、送風機２６を経て、吸熱ヘッド３８ａへと送られる。吸熱ヘッド３８ａへ送られた空気は、吸熱ヘッド３８ａにて冷却除湿された後、発熱ヘッド３８ｂへと送られる。発熱ヘッド３８ｂへ送られた空気は、発熱ヘッド３８ｂにて加熱され、水槽３内へと吹き込まれて、回転槽内の洗濯物の水分を蒸発させて乾燥を進行させる。この後、図示しない湿度センサや温度センサ等の検知により乾燥終了を検知して運転を終了させる。吸熱ヘッド３８ａ下方の通風経路２５底部には、図示しない排水孔が設けられており、底部吸熱ヘッド３８ａに結露した水（ドレイン水）が滴下すると、この排水孔から通風経路２５と排水ホース１７を結ぶドレイン用ホースにより排水される。
以上のように、本発明の実施形態２−１によれば、回転槽５を回転させるモータ１９のモータ軸１９ａにクラッチ機構２２を設けることにより、モータ１９の回転駆動力を熱交換部２４に伝達して熱交換部２４を作動させることができるので、逆スターリングサイクルを作動させる電動機を別途設ける必要がなく、省エネ性の高い洗濯機を提供することができる。また、通風経路２５を本体１内下方に設けているので、本体１天面と水槽３上端に大きな空間を設ける必要がなく、水槽３の配置高さを高くでき、洗濯物の取り出しやすい洗濯機とすることができる。さらに、水槽３の下方にその中心線に沿って重心が配置されているので、振動防止の錘としても作用させることができ、静音性を高めることができる。また、通風経路２５の一部を熱交換部２４の下方、かつ排水路１５または排水ホース１７の上方、すなわち両者の間に配置しているので、熱交換部により冷却除湿されたドレイン水の排水経路を短くでき、速やかに排水することができる。
（実施形態２−２）
以下、本発明の実施形態２−２を図２０から図２３を用いて説明する。図２０は、本発明の実施形態２−２に係る本発明の加熱除湿装置を備えるドラム式洗濯乾燥機の断面図、図２１は図２０の要部拡大図、図２２は図２１におけるＢ−Ｂ断面図、図２３はモータ軸４０ｂ周りの構成の分解斜視図である。なお、この実施形態２−２では、実施形態２−１と同じ構成については同じ符号を付すとともに説明を省略する。
実施形態２−２において、水槽３の背面には、モータの一例である駆動部４０および通風経路４１が設けられている。駆動部４０は、図２１に示すように、外郭をモータカバー４０ａにて覆われており、その内部に、一端が回転槽５の背面中央部に連結されたモータ軸４０ｂがベアリング４０ｃによって回転自在に支持されている。このモータ軸４０ｂの他端には、ロータ４０ｄが取り付けられており、その外周側に設けられたステータ４０ｅによって回転駆動力を与えるインナーロータタイプのダイレクトドライブ方式の構成を有している。また、モータ軸４０ｂには、そのモータ軸４０ｂの一部が大径となる連結部４０ｆが設けられている。連結部４０ｆは、図２３に示すように、９０°毎に一部が径方向に突出するように断面十字形状に形成されている。
また、水槽３の背面から周面にかけて、通風経路４１が設けられている。背面側に設けられた通風経路４１は、水槽３の背面の周縁部に略沿うように、駆動部４０を上方から右回り方向にその外周を取り囲むように配されており、背面上端から水槽３周面を前方に向かって伸長するように設けられている。通風経路４１は、図２２に示すように、水槽３内との連通口である排気口４１ａと、通風経路４１の外郭であるケーシング４１ｂと、水槽３背面とケーシング４１ｂとの間で形成される水槽背面経路４１ｃと、通風経路４１の気流源である送風機４１ｄと、水槽３周面とケーシング４１ｂとの間で形成される水槽周面経路４１ｅとで構成されている。水槽背面経路４１ｃには後述する熱交換部４８の吸熱ヘッド５４ａおよび発熱ヘッド５４ｂが突出して設けられており、吸熱ヘッド５４ａおよび発熱ヘッド５４ｂにより水槽背面経路４１ｃの空気が冷却除湿および加熱されて乾燥に供される。また、図示しないが水槽周面経路４１ｅの水槽３内への給気口は、通風経路４１を通過した空気が回転槽５の開口部５ａから回転槽５内へと吹き込まれるように配されている。なお、送風機４１ｄが上記ファンの一例、水槽背面経路４１ｃと水槽周面経路４１ｅとが上記循環ダクトの一例である。
モータ軸４０ｂの外周には、図２１に示すように、連結部４０ｆに隣接して連動軸４２が回動可能に配されている。連動軸４２は、図２３に示すように、連結部４０ｆに隣接する部分が小径、離れた部分が大径となるように構成されている。連動軸４２の小径な部分である小径部４２ａは、図２３に示すように、９０°毎に一部が径方向に突出するように断面十字形状に形成され、連結部４０ｆと同形状に形成されている。対して、連動軸４２の大径な部分である大径部４２ｂは、歯車状に形成されており、この歯車が後述する伝達歯車４６と連結して、回転駆動力を伝達するようになっている。
連結部４０ｆの外周には、図２１に示すように、クラッチ片４３が設けられている。クラッチ片４３は磁性体で構成されており、図２３に示すように、その外周側は円周状に形成されるとともに、内周側は９０°毎に一部が径方向に窪むように形成され、この内周側に連動軸４２の小径部４２ａおよび連結部４０ｆの外周が嵌合するように構成されている。連動軸４２の大径部４２ｂとクラッチ片４３との間にはコイルバネ４４が圧縮配置されており、クラッチ片４３を連結部４０ｆのみと嵌合させるように付勢している。クラッチ片４３の外周側には、図２１に示すように、磁力を発生してクラッチ片４３に斥力を発生させるソレノイド４５が配されている。ソレノイド４５は、その駆動によりクラッチ片４３をコイルバネ４４の付勢力に抗して移動させ、クラッチ片４３を連結部４０ｆおよび連動軸４２双方と嵌合させて、モータ軸４０ｂの回転駆動力を後述する伝達歯車４６へと伝達するようにその付勢力が調整されている。
連動軸４２の大径部４２ｂの下方には、図２１に示すように、伝達歯車４６が配されている。伝達歯車４６は、その上方で連動軸４２の大径部４２ｂの歯車と連結し、また、その下方に設けられたクランク歯車４７の歯車部とも連結している。クランク歯車４７は、小径の歯車部４７ａ（図２３の破線部）と、円盤状の大径部４７ｂと、大径部４７ｂの歯車部４７ａが設けられた面とは反対側の面から垂直方向に突出する円柱状のクランクピン４７ｃより構成されている。クランク歯車４７の下方には、図２１に示すように、熱交換部４８が設けられている。なお、連動軸４２、クラッチ片４３、コイルバネ４４、ソレノイド４５、伝達歯車４６およびクランク歯車４７が上記伝達部の一例である。
ここで、熱交換部４８について、図２４を用いて説明を行なう。図２４は、図２１のＣ−Ｃ断面図である。
加熱除湿装置として熱交換部４８は、本実施の形態では、Ｖ型２ピストンのスターリング冷凍機を用いる。図２４に示すように、その外郭をモータカバー４０ａと一体に構成されるともに、吸熱側クランク４９ａ、発熱側クランク４９ｂ、吸熱側クロスヘッド５０ａ、発熱側クロスヘッド５０ｂ、吸熱側ピストンピン５１ａ、発熱側ピストンピン５１ｂ、吸熱側ピストン５２ａ、発熱側ピストン５２ｂ、低温室５３ａ、高温室５３ｂ、吸熱ヘッド５４ａ、発熱ヘッド５４ｂ、低温室空気出入口５５ａ、高温室空気出入口５５ｂ、低温空気通路５６ａ、高温空気通路５６ｂ、再生器５７を備えている。
吸熱側クランク４９ａおよび発熱側クランク４９ｂは、その一端がクランクピン４７ｃに回動可能に連結している。一方、吸熱側クランク４９ａおよび発熱側クランク４９ｂの他端は、吸熱側クロスヘッド５０ａおよび発熱側クロスヘッド５０ｂに回動可能に連結し、クランクピン４７ｃより伝達される駆動部４０の回転駆動力を伝達する。吸熱側クロスヘッド５０ａおよび発熱側クロスヘッド５０ｂは、円筒状に形成されたモータカバー４０ａの内周面と揺動可能に内嵌されており、吸熱側クランク４９ａおよび発熱側クランク４９ｂより伝達される駆動力を、吸熱側クロスヘッド５０ａおよび発熱側クロスヘッド５０ｂに接続された吸熱側ピストンピン５１ａおよび発熱側ピストンピン５１ｂへと、それぞれのピストンピンの軸方向に伝達する。吸熱側ピストンピン５１ａおよび発熱側ピストンピン５１ｂは、その軸方向が水槽３背面方向より見て略直角となるように配されている。
また、吸熱側ピストンピン５１ａおよび発熱側ピストンピン５１ｂは、その一端が吸熱側クロスヘッド５０ａおよび発熱側クロスヘッド５０ｂに接続され、他端が吸熱側ピストン５２ａおよび発熱側ピストン５２ｂに接続されている。吸熱側ピストン５２ａおよび発熱側ピストン５２ｂは、円筒状に形成されたモータカバー４０ａの内周面と摺動可能に、かつ吸熱側ピストン５２ａおよび発熱側ピストン５２ｂとモータカバー４０ａの内周面の間のそれぞれの摺動面が気密に封止されるように内嵌している。吸熱側ピストン５２ａおよび発熱側ピストン５２ｂの、吸熱側ピストンピン５１ａおよび発熱側ピストンピン５１ｂとが取り付けられた面とは反対側の面の側には、低温室５３ａおよび高温室５３ｂが設けられており、その先端側が吸熱ヘッド５４ａおよび発熱ヘッド５４ｂにより閉塞されている。
低温室５３ａおよび高温室５３ｂは、本体後方側に向かって開口する低温室空気出入口５５ａおよび高温室空気出入口５５ｂを有しており、それぞれ低温室空気出入口５５ａおよび高温室空気出入口５５ｂを介して低温空気通路５６ａおよび高温空気通路５６ｂに連通している。低温空気通路５６ａおよび高温空気通路５６ｂの間の経路には、再生器５７が接続されている。低温室５３ａ内の空気は、吸熱側ピストン５２ａの動作により低温室空気出入口５５ａ、低温空気通路５６ａ、再生器５７、高温空気通路５６ｂ、高温室空気出入口５５ｂを介して高温室５３ｂへ送られ、逆に、高温室５３ｂ内の空気は、発熱側ピストン５２ｂの動作により高温室空気出入口５５ｂ、高温空気通路５６ｂ、再生器５７、低温空気通路５６ａ、低温室空気出入口５５ａを介して低温室５３ａへ送られる。この際、再生器５７は、高温空気通路５６ｂから流れ込む空気の熱を吸収し、低温空気通路５６ａから流れ込む空気に熱を排出して、低温室５３ａ内の空気が低温、高温室５３ｂの空気が高温を維持するように作用する。
次に、本発明の実施形態２−２の乾燥工程の要部の動作について図２２、図２４から図２７を用いて説明する。図２５は、図２４の状態からクランク歯車４７を９０°回転させた状態の要部拡大図、図２６は、図２４の状態からクランク歯車４７を１８０°回転させた状態の要部拡大図、図２７は、図２４の状態からクランク歯車４７を２７０°回転させた状態の要部拡大図である。
乾燥工程が開始されると、送風機４１ｄが駆動して通風経路４１内の送風が行なわれるとともに、ソレノイド４５が駆動されてクラッチ片４３が連結部４０ｆおよび連動軸４２に嵌合して、駆動部４０の回転駆動力が連動軸４２に伝達可能となる。この状態で駆動部４０を図２２に示すように右回りである矢印ｅ方向に回動させると、回転槽５が後方から見てモータ軸４０ｂを中心に右回りに回動し、また、連動軸４２も同じ矢印ｅ方向に回動して、伝達歯車４６を左回りである矢印ｆ方向に回動させる。伝達歯車４６に伝達された回転駆動力は、これに嵌合するクランク歯車４７を矢印ｇ方向に回動させて熱交換部４８が駆動される。
図２４の状態において、クランク歯車４７が図２２における矢印ｇ方向に駆動されて図２５の状態になる間に、吸熱側クランク４９ａは、吸熱側クロスヘッド５０ａを上方へ持ち上げる方向へ、発熱側クランク４９ｂは、発熱側クロスヘッド５０ｂを下方へと押し込む方向へ駆動させ、吸熱側ピストン５２ａにより低温室５３ａ内の気体を膨張、発熱側ピストン５２ｂにより高温室５３ｂ内の気体を圧縮させるため、高温室５３ｂの気体は再生器５７を通って急速に低温室５３ａへと移動する。このとき、低温室５３ａへと移動する気体の熱量は再生器５７に蓄熱され、温度が低下した気体が低温室５３ａへと吹き込まれる。
クランク歯車４７の回動が進んで、図２５の状態から図２６の状態へと移行する間には、吸熱側クランク４９ａおよび発熱側クランク４９ｂは、吸熱側クロスヘッド５０ａおよび発熱側クロスヘッド５０ｂを上方へと持ち上げる方向へ駆動させ、吸熱側ピストン５２ａおよび発熱側ピストン５２ｂにより低温室５３ａ内および高温室５３ｂ内の気体を膨張させる。このとき低温室５３ａの気体の膨張率は高温室５３ｂに比べ非常に大きく、低温室５３ａの気体の圧力および温度は下降するため、吸熱ヘッド５４ａの温度は下降する。
クランク歯車４７の回動が進んで、図２６の状態から図２７の状態へと移行する間には、吸熱側クランク４９ａは吸熱側クロスヘッド５０ａを下方へ押し込む方向へ、発熱側クランク４９ｂは発熱側クロスヘッド５０ｂを上方へ持ち上げる方向へ駆動させ、吸熱側ピストン５２ａにより低温室５３ａ内の気体を圧縮、発熱側ピストン５２ｂにより高温室５３ｂ内の気体を膨張させるため、低温室５３ａの気体は再生器５７を通って急速に高温室５３ｂへと移動する。このとき、高温室５３ｂへと移動する気体は再生器５７に蓄熱された熱量によって加熱されて温度が上昇し、高温室５３ｂ内の温度を上昇させる。
クランク歯車４７の回動が進んで、図２７の状態から図２４の状態へと移行する間には、吸熱側クランク４９ａおよび発熱側クランク４９ｂは、吸熱側クロスヘッド５０ａおよび発熱側クロスヘッド５０ｂを下方へと押し下げる方向へ駆動させ、吸熱側ピストン５２ａおよび発熱側ピストン５２ｂにより低温室５３ａ内および高温室５３ｂ内の気体を圧縮させる。このとき高温室５３ｂの気体の圧縮率は低温室５３ａに比べ非常に大きく、高温室５３ｂの気体の圧力および温度は上昇するため、発熱ヘッド５４ｂの温度は上昇するとともに、この高温室５３ｂの高圧で温度の上昇した気体が再生器５７を介して低温室５３ａに吹き込まれる。この高温室５３ｂの高圧で温度が上昇した気体が再生器５７を通過するに際して、この気体の熱量は再生器５７に蓄熱され、熱量が奪われて冷却した気体が低温室５３ａへと吹き込まれて、低温室５３ａの温度を下降させる。このようにクランク歯車４７が回動することにより吸熱ヘッド５４ａは冷却、発熱ヘッド５４ｂは発熱し、それぞれクランク歯車４７の回転数に応じて温度が低下、上昇する。
乾燥工程において、水槽３内から排気口４１ａを介して通風経路４１内に排出された空気は、送風機４１ｄを経て、吸熱ヘッド５４ａへと送られる。吸熱ヘッド５４ａへ送られた空気は、吸熱ヘッド５４ａにて冷却除湿された後、発熱ヘッド５４ｂへと送られる。発熱ヘッド５４ｂへ送られた空気は、発熱ヘッド５４ｂにて加熱され、上述した給気口を介して水槽３内へと吹き込まれて、回転槽内の洗濯物の水分を蒸発させて乾燥を進行させる。この後、図示しない湿度センサや温度センサ等の検知により乾燥終了を検知して運転を終了させる。吸熱ヘッド５４ａ下方の水槽背面経路４１ｃ底部には、図示しない排水孔が設けられており、吸熱ヘッド５４ａに結露した水（ドレイン水）が滴下すると、この排水孔から水槽背面経路４１ｃと排水ホース１７を結ぶドレイン用ホースにより排水される。
以上のように、本発明の実施形態２−２によれば、上述した実施形態２−２による作用効果に加えて、水槽３背面に設けられたダイレクトドライブ型の駆動部４０の下方の空きスペースにクラッチ機構を介して熱交換部４８を、逆スターリングサイクルが略逆Ｖ字状またはハの字となるように配することができるので、省スペースの洗濯機を提供することができる。
また、洗濯物の取り出しを容易にするために、水槽３と回転槽５の開口部が斜め上方に向けて配置したドラム式洗濯機の構成に適用した場合には、水槽３と本体１の下方スペースを有効利用できるとともに、駆動部４０の下方に熱交換部４８が配置されるので重心位置が低くなる。加えて、重量物となる駆動部４０のモータ軸５８ｂを通る垂直な中心線を挟んで、熱交換部４８の吸熱ヘッド５４ａ側と発熱ヘッド５４ｂ側が略逆Ｖ次状に配置されるので、振動防止の錘としても作用させることができ、静音性を高めることができる。
（実施形態２−３）
以下、本発明の実施形態２−３を図２８から図３１を用いて説明する。図２８は、本発明の実施形態２−３に係る本発明の加熱除湿装置を備えたドラム式洗濯乾燥機の断面図、図２９は図２８の要部拡大図、図３０は図２９におけるＤ−Ｄ断面図、図３１はモータ軸５８ｂ周りの構成の分解斜視図である。なお、この実施形態２−３では、実施形態２−２と同じ構成については同じ符号を付すとともに説明を省略する。
実施形態２−３において、水槽３の背面には、モータの一例である駆動部５８が設けられている。駆動部５８は、図２９に示すように、外郭をモータカバー５８ａにて覆われており、その内部に、一端が回転槽５の背面中央部に連結されたモータ軸５８ｂがベアリング５８ｃによって回転自在に支持されている。このモータ軸５８ｂの他端には、ロータ５８ｅが取り付けられており、その外周側に設けられたステータ５８ｄによって回転駆動力を与えるアウターロータタイプのダイレクトドライブ方式の構成を有してようになっている。また、モータ軸５８ｂには、そのモータ軸５８ｂの一部が大径となる連結部５８ｆが設けられている。連結部５８ｆは、図３１に示すように、９０°毎に一部が径方向に突出するように断面十字形状に形成されている。
モータ軸５８ｂの外周には、図２９に示すように、連結部５８ｆに隣接して連動軸５９が回動可能に配されている。連動軸５９は、連結部５８ｆに隣接する部分が小径、離れた部分が大径となるように構成されている。連動軸５９の小径な部分である小径部５９ａは、図３１に示すように、９０°毎に一部が径方向に突出するように断面十字形状に形成され、連結部５８ｆと同形状に形成されている。対して、連動軸５９の大径な部分である大径部５９ｂは、歯車状に形成されており、この歯車が後述する連結歯車６３と連結して、回転駆動力を伝達するようになっている。
連結部５８ｆの外周には、図２９に示すように、クラッチ片６０が設けられている。クラッチ片６０は磁性体で構成されており、図３１に示すように、その外周側は円周状に形成されるとともに、内周側は９０°毎に一部が径方向に窪むように形成され、この内周側に連動軸５９の小径部５９ａおよび連結部５８ｆの外周が嵌合するように構成されている。連動軸５９の大径部５９ｂとクラッチ片６０との間にはコイルバネ６１が圧縮配置されており、クラッチ片６０を連結部５８ｆのみと嵌合させるように付勢している。クラッチ片６０の外周側には、図２９に示すように、磁力を発生してクラッチ片６０に斥力を発生させるソレノイド６２が配されている。ソレノイド６２は、その駆動によりクラッチ片６０をコイルバネ６１の付勢力に抗して移動させ、クラッチ片６０を連結部５８ｆおよび連動軸５９双方と嵌合させて、モータ軸５８ｂの回転駆動力を後述する連結歯車６３へと伝達する。
連動軸５９の大径部５９ｂの下方には、図２９に示すように、連結歯車６３が配されている。連結歯車６３は、その上方で連動軸５９の大径部５９ｂの歯車と連結し、また、その歯車軸方向に配されたスライド歯車６４とも連結している。スライド歯車６４は、その下方で第１の小伝達歯車６５または伝達歯車６７と連結し、この第１の小伝達歯車６５はその下方で第２の小伝達歯車６６と連結している。また、第２の小伝達歯車６６および伝達歯車６７はその下方でクランク歯車６８と連結している。クランク歯車６８は、小径の歯車部６８ａ（図３１の破線部）と、円盤状の大径部６８ｂと、大径部の歯車部が設けられた面とは反対側の面から垂直方向に突出する円柱状のクランクピン６８ｃより構成されている。クランク歯車６８の下方には、図２９に示すように、熱交換部４８が設けられている。本実施の形態では、熱交換部４８は、実施形態２−２と同様にＶ型２ピストンのスターリング冷凍機を用いる。なお、連動軸５９、クラッチ片６０、コイルバネ６１、ソレノイド６２、連結歯車６３、スライド歯車６４、第１の小伝達歯車６５、第２の小伝達歯車６６、伝達歯車６７およびクランク歯車６８が上記伝達部の一例である。
ここで、連結歯車６３とスライド歯車６４について、図３２を用いて説明を行なう。図３２の（ａ）はスライド歯車６４の上面図、（ｂ）は（ａ）のＦ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＧ矢視図、（ｄ）は連結歯車６３の上面図、（ｅ）は（ｄ）のＨ矢視図、（ｆ）は（ｅ）のＩ−Ｉ断面図、（ｇ）は（ｅ）のＪ−Ｊ断面図、（ｈ）は（ｅ）のＫ−Ｋ断面図、（ｉ）は（ｅ）のＬ−Ｌ断面図である。
スライド歯車６４は、図３２（ａ）〜（ｃ）に示すように、歯車部６４ｂとその歯車部６４ｂの一方の側面より歯車軸方向に伸長する円柱部６４ａと、円柱部６４ａの先端からその円柱軸と垂直をなす方向に伸長する円柱状のピン部６４ｃとピン部６４ｃと反対方向に向かって伸長する円柱状のピン部６４ｄより構成される。連結歯車６３は、図３２（ｄ）〜（ｉ）に示すように、歯車部６３ｂとその歯車部６３ｂの一方の側面より歯車軸方向に伸長する円柱部６３ａと、円柱部６３ａの円柱軸方向に向けて設けられるとともに円柱部６４ａが挿入される穴部６３ｃと、穴部６３ｃの周面に垂直に螺旋状に穿たれてスライド歯車６４のピン部６４ｄが挿入されるとともにピン部６４ｄが円柱部６４ａの円柱軸周りに略１８０度スライド移動可能に形成されるスライド穴６３ｄと、穴部６３ｃの周面に垂直に螺旋状に穿たれてスライド歯車６４のピン部６４ｃが挿入されるとともにピン部６４ｃが円柱部６４ａの円柱軸周りに略１８０度スライド移動可能に形成されるスライド穴６３ｅより構成される。
次に、連結歯車６３が連動軸５９より回転駆動力を与えられた場合の動作について説明する。まず、連結歯車６３が第１の小伝達歯車６５と連結している場合において、連結歯車６３が連動軸５９より回転駆動力を与えられて、図３２（ｅ）における右周り（時計回り）方向に回動すると、ピン部６４ｃはスライド穴６３ｅ、ピン部６４ｄはスライド穴６３ｄを円柱部６４ａの円柱軸周りに略１８０度スライドして、円柱部６４ａは穴部６３ｃより抜ける方向にスライド移動する。すなわち、歯車部６４ｂは、図３１における手前側へとスライド移動して第１の小伝達歯車６５との連結が解除されるとともに伝達歯車６７と連結するようになる。逆に、連結歯車６３が伝達歯車６７と連結している場合において、連結歯車６３が連動軸５９より回転駆動力を与えられて、図３２（ｅ）における左周り（反時計回り）方向に回動すると、ピン部６４ｃはスライド穴６３ｅ、ピン部６４ｄはスライド穴６３ｄを円柱部６４ａの円柱軸周りに略１８０度スライドして、円柱部６４ａは穴部６３ｃへと入る方向にスライド移動する。すなわち、歯車部６４ｂは、図３１における奥側へとスライド移動して伝達歯車６７との連結が解除されるとともに第１の小伝達歯車６５と連結するようになる。このようにして、駆動部５８の回動方向が正逆回転いずれの方向であっても、スライド歯車６４との連結を第１の小伝達歯車６５または伝達歯車６７に切り換えることによりクランク歯車６８の回転方向を一定方向とすることができる。
次に、本発明の実施形態２−３の乾燥工程の要部の動作について図３３から図３６を用いて説明する。図３３は、図２９におけるＥ−Ｅ断面図、図３４は、図３３の状態からクランク歯車６８を９０°回転させた状態の要部拡大図、図３５は、図３３の状態からクランク歯車６８を１８０°回転させた状態の要部拡大図、図３６は、図３３の状態からクランク歯車６８を２７０°回転させた状態の要部拡大図である。
乾燥工程が開始されると、送風機４１ｄが駆動して通風経路４１内の送風が行なわれるとともに、ソレノイド６２が駆動されてクラッチ片６０が連結部５８ｆおよび連動軸５９に嵌合して、駆動部５８の回転駆動力が連動軸５９に伝達可能となる。この状態で駆動部５８の回転駆動力が連動軸５９→連結歯車６３→スライド歯車６４→伝達歯車６７（または第１の小伝達歯車６５→第２の小伝達歯車６６）→クランク歯車６８へと伝達される。これにより、クランク歯車６８は、図３３における左回り（反時計回り）方向へと回動して熱交換部４８が駆動される。
図３３の状態において、クランク歯車６８が左回り（反時計回り）方向に駆動されて図３４の状態になる間に、吸熱側クランク４９ａは、吸熱側クロスヘッド５０ａを上方へ持ち上げる方向へ、発熱側クランク４９ｂは、発熱側クロスヘッド５０ｂを下方へと押し込む方向へ駆動させ、吸熱側ピストン５２ａにより低温室５３ａ内の気体を膨張、発熱側ピストン５２ｂにより高温室５３ｂ内の気体を圧縮させるため、高温室５３ｂの気体は再生器５７を通って急速に低温室５３ａへと移動する。このとき、低温室５３ａへと移動する気体の熱量は再生器５７に蓄熱され、温度が低下した気体が低温室５３ａへと吹き込まれる。
クランク歯車６８の回動が進んで、図３４の状態から図３５の状態へと移行する間には、吸熱側クランク４９ａおよび発熱側クランク４９ｂは、吸熱側クロスヘッド５０ａおよび発熱側クロスヘッド５０ｂを上方へと持ち上げる方向へ駆動させ、吸熱側ピストン５２ａおよび発熱側ピストン５２ｂにより低温室５３ａ内および高温室５３ｂ内の気体を膨張させる。このとき低温室５３ａの気体の膨張率は高温室５３ｂに比べ非常に大きく、低温室５３ａの気体の圧力および温度は下降するため、吸熱ヘッド５４ａの温度は下降する。
クランク歯車６８の回動が進んで、図３５の状態から図３６の状態へと移行する間には、吸熱側クランク４９ａは吸熱側クロスヘッド５０ａを下方へ押し込む方向へ、発熱側クランク４９ｂは発熱側クロスヘッド５０ｂを上方へ持ち上げる方向へ駆動させ、吸熱側ピストン５２ａにより低温室５３ａ内の気体を圧縮、発熱側ピストン５２ｂにより高温室５３ｂ内の気体を膨張させるため、低温室５３ａの気体は再生器５７を通って急速に高温室５３ｂへと移動する。このとき、高温室５３ｂへと移動する気体は再生器５７に蓄熱された熱量によって加熱されて温度が上昇し、高温室５３ｂ内の温度を上昇させる。
クランク歯車６８の回動が進んで、図３６の状態から図３３の状態へと移行する間には、吸熱側クランク４９ａおよび発熱側クランク４９ｂは、吸熱側クロスヘッド５０ａおよび発熱側クロスヘッド５０ｂを下方へと押し下げる方向へ駆動させ、吸熱側ピストン５２ａおよび発熱側ピストン５２ｂにより低温室５３ａ内および高温室５３ｂ内の気体を圧縮させる。このとき高温室５３ｂの気体の圧縮率は低温室５３ａに比べ非常に大きく、高温室５３ｂの気体の圧力および温度は上昇するため、発熱ヘッド５４ｂの温度は上昇するとともに、この高温室５３ｂの高圧で温度の上昇した気体が再生器５７を介して低温室５３ａに吹き込まれる。この高温室５３ｂの高圧で温度が上昇した気体が再生器５７を通過するに際して、この気体の熱量は再生器５７に蓄熱され、熱量が奪われて冷却した気体が低温室５３ａへと吹き込まれて、低温室５３ａの温度を下降させる。このようにクランク歯車６８が回動することにより吸熱ヘッド５４ａは冷却、発熱ヘッド５４ｂは発熱し、それぞれクランク歯車６８の回転数に応じて温度が低下、上昇する。
乾燥工程において、水槽３内から排気口４１ａを介して通風経路４１内に排出された空気は、送風機４１ｄを経て、吸熱ヘッド５４ａへと送られる。吸熱ヘッド５４ａへ送られた空気は、吸熱ヘッド５４ａにて冷却除湿された後、発熱ヘッド５４ｂへと送られる。発熱ヘッド５４ｂへ送られた空気は、発熱ヘッド５４ｂにて加熱され、水槽３内へと吹き込まれて、回転槽内の洗濯物の水分を蒸発させて乾燥を進行させる。この後、図示しない湿度センサや温度センサ等の検知により乾燥終了を検知して運転を終了させる。吸熱ヘッド５４ａ下方の水槽背面経路４１ｃ底部には、図示しない排水孔が設けられており、吸熱ヘッド５４ａに結露した水（ドレイン水）が滴下すると、この排水孔から水槽背面経路４１ｃと排水ホース１７を結ぶドレイン用ホースにより排水される。
以上のように、本発明の実施形態２−３によれば、上述した実施形態２−１と２−２による作用効果に加えて、駆動部５８を正逆回転させても、熱交換部４８を駆動させるクランク歯車６８の回転方向を一定方向とすることができる。これにより、例えば、乾燥工程において、衣類などの絡まりを解くために回転槽５を正逆回転させても、熱交換部４８は逆スターリングサイクルを継続できるので、衣類などの乾燥むらを少なくし、乾燥時間を短縮することができる。
また、本発明の実施形態２−１〜２−３によれば、例えば、洗濯物を乾燥させるための循環風の加熱に電気ヒータを用い、循環風の冷却除湿に水道水を用いる従来技術に比較して、使用する電力は、モータの駆動電力のみとなり消費電力のより一層の低減を実現することができる。また、水道水の使用量を削減することができる。
また、本発明の実施形態２−１〜２−３によれば、例えば、洗濯物を乾燥させるための循環風の加熱と、循環風の冷却除湿にヒートポンプを用いる従来技術に比較して、使用する電力は、モータの駆動電力のみとなり、消費電力のより一層の低減を実現することができる。
本発明の実施形態２−１〜２−３によれば、回転槽を回転させるモータの駆動電力で、洗濯物の乾燥または、洗濯物の洗濯・脱水・乾燥が行えるので、従来の乾燥機または洗濯乾燥機に比べて節水と消費電力のさらなる低減を実現することができる。
特に、熱交換部として、スターリング冷凍機を用いた場合には、モータの回転力をスターリング冷凍機に伝達する連動手段により逆スターリングサイクルを行い、スターリング冷凍機の低温室と高温室を用いて、洗濯物を乾燥させるための循環風の加熱と、洗濯物から蒸発した水分を含んだ高温多湿の循環風を冷却除湿し、洗濯物の乾燥を実現できる。
よって、水を使わず、消費電力をさらに低減することができる乾燥機または洗濯乾燥機を提供することができる。
なお、上述した構成と制御は、洗濯乾燥機に限らず、乾燥機に適用してもよく、回転槽は横置き式に限らず、縦置き式であってもよく、さらにドラム式に限らない。
なお、この発明の実施形態２−１〜２−３に基づいた乾燥機の技術的思想を要約すると、以下のとおりである。
（１）この発明に従った乾燥機は、水槽と、水槽内に回転可能に設けられた回転槽と、回転槽を回転させるモータと、水槽内を連通する循環ダクトと、水槽内の気体を循環ダクトを介して循環させるファンと、循環ダクト内の空気を吸熱ヘッドで冷却し、発熱ヘッドで加熱するように熱交換を行う熱交換部と、モータの回転力を、熱交換部を動作させるための動力として伝達する伝達部とを備える。
（２）この発明に従った乾燥機においては、熱交換部は、水槽に設けられていることを特徴とする。
（３）この発明に従った乾燥機においては、熱交換部は、水槽の下方に設けられていることを特徴とする。
（４）この発明に従った乾燥機においては、熱交換部は、水槽の背面に設けられていることを特徴とする。
（５）この発明に従った乾燥機においては、熱交換部は、モータの下方に設けられていることを特徴とする。
（６）この発明に従った乾燥機においては、循環ダクトの少なくとも一部は、水槽の下方に配置されていることを特徴とする。
（７）この発明に従った乾燥機においては、循環ダクトの少なくとも一部は、水槽の背面に配置されていることを特徴とする。
（８）この発明に従った乾燥機においては、循環ダクトの少なくとも一部は、水槽の背面の周縁部に沿って配置されていることを特徴とする。
（９）この発明に従った乾燥機は、循環ダクトの一部を、熱交換部と水槽内の液体を排水する排水経路の一部との間に配したことを特徴とする。
（１０）この発明に従った乾燥機においては、吸熱ヘッドおよび発熱ヘッドは、循環ダクト内に突出していることを特徴とする。
（１１）この発明に従った乾燥機においては、熱交換部は、スターリング冷凍機であることを特徴とする。
（１２）この発明に従った乾燥機においては、スターリング冷凍機は、半密閉型のハウジングと、ハウジング内に配設されたクランク軸と、クランク軸に連結する吸熱側クランクと発熱側クランクと、各クランクに連結する吸熱側ピストンと発熱側ピストンと、内部に作動ガスを密封し、クランク軸の回転に連動して各ピストンが往復運動する低温室と高温室とを備え、クランク軸は、伝達部により回転することを特徴とする。
（１３）この発明に従った乾燥機においては、吸熱ヘッドと発熱ヘッドは、循環ダクトに出没した低温室と高温室の一部であることを特徴とする。
（１４）この発明に従った乾燥機においては、伝達部は、モータの回転軸にクラッチを介して係合する連動軸と、連動軸に連結し、クランク軸を回転させる歯車とを有することを特徴とする。
（１５）この発明に従った乾燥機においては、伝達部は、モータの回転が正回転または逆回転しても、クランク軸を一方向に回転させることを特徴とする。
（１６）この発明に従った乾燥機においては、伝達部は、モータの回転力を、クランク軸に伝達し、スターリング冷凍機を逆スターリングサイクルで動作させることを特徴とする。
（１７）この発明に従った乾燥機においては、各ピストンは、９０度の位相差がつけられて往復運動することを特徴とする。
（１８）この発明に従った乾燥機においては、クラッチは、モータの回転軸に設けた第１の嵌合部と、連動軸に設けた第２の嵌合部との間に配されており、クラッチを、第１の嵌合部側に付勢する付勢手段を、クラッチと連動軸の間に配したことを特徴とする。
（１９）この発明に従った乾燥機は、クラッチの周囲に磁界を発生する電磁コイルを設け、電磁コイルに通電することで、クラッチを第１の嵌合部と第２の嵌合部の両方に嵌合する位置へ移動させることを特徴とする。
（２０）この発明に従った乾燥機においては、歯車は、連動軸に噛合する第１の伝達歯車と、第1の伝達歯車とクランク軸に設けたクランク歯車とに噛合し、モータの回転軸と反対方向に回転する第２の伝達歯車で構成されることを特徴とする。
（２１）この発明に従った乾燥機においては、クランク軸は、各クランクが接続する接続部が９０度の位相差をつけて設けられたクランクシャフトと、クランクシャフトの一方に設けられたクランク歯車から構成され、第２の伝達歯車は、小径歯車と大径歯車が重ねて構成されており、第１の伝達歯車と小径歯車が噛合し、クランク歯車と大径歯車が噛合するように配されていることを特徴とする。
（２２）この発明に従った乾燥機においては、クランク軸は、各クランクが接続するピンがその一方に、歯車に噛合するクランク歯車が他方に設けられていることを特徴とする。
（２３）この発明に従った乾燥機においては、第１の伝達歯車は、連動軸に常に連結する連動歯車と、連動歯車の回転中心と位置を同じく重ねて設けられたスライド歯車から構成され、スライド歯車は、連動歯車の回転方向に応じて、連動歯車との距離を可変可能に設けられ、第２の伝達歯車は、クランク歯車に常に噛合し、回転位置が各々異なる奇数の伝達歯車と、偶数の小伝達歯車との２列から構成され、連動歯車が一方向に回転する場合には、スライド歯車は伝達歯車と連結し、連動歯車が他方向に回転する場合には、スライド歯車は小伝達歯車と連結することを特徴とする。
（２４）この発明に従った乾燥機においては、低温室と高温室は、モータの回転軸中心からみて、ハの字状または逆Ｖ字状に配置されていることを特徴とする。
（２５）この発明に従った洗濯乾燥機は、上記のいずれかの乾燥機であって、被洗濯物を回転槽に収容し、洗濯、脱水、乾燥のいずれかを実行することを特徴とする。
（２６）この発明に従った洗濯乾燥機においては、回転槽の回転軸は、設置面に対して略垂直であることを特徴とする。
（２７）この発明に従った洗濯乾燥機においては、回転槽の回転軸は、設置面に対して略水平または斜めであることを特徴とする。
本発明の一つの実施の形態としての加熱除湿装置で用いられるスターリングエンジンの一例を用いて得られた制御性の高さについて説明する。
スターリングエンジンとヒートポンプを大気圧下で駆動させて、高温側、低温側を大気中に開放状態にして、スターリングエンジンとヒートポンプの特性確認を行なった。スターリングエンジンの高温側の温度を発熱ヘッドにおいて測定し、低温側の温度を吸熱ヘッドにおいて測定した。ヒートポンプの高温側の温度を凝縮器において測定し、低温側の温度を蒸発器において測定した。測定された温度を１０秒毎に記録した。室温は、約２７℃であった。なお、一例として用いたスターリングエンジンの仕様は、出力約２５０Ｗ、冷媒はヘリウムである。また、一例として用いたヒートポンプの仕様は、出力約３７０Ｗ、冷媒はＨＣＦ・Ｒ１３４ａである。
図３７は、スターリングエンジンとヒートポンプの駆動開始直後から測定した、高温側の温度の時間変化を示す図である。
図３７に示すように、スターリングエンジンの高温部においては、スターリングエンジンの駆動開始直後から温度が上昇している。一方、ヒートポンプの高温部の温度は、ヒートポンプの駆動開始直後にはほとんど変化せず、約１０秒経過後にゆるやかに上昇し始める。
図３８は、スターリングエンジンとヒートポンプの駆動開始から所定の温度に到達するまでの、高温側の温度の時間変化を示す図である。所定の温度は６０℃とした。
図３８に示すように、スターリングエンジンの高温側は、駆動開始から５０秒で６０℃に達した。一方、ヒートポンプの高温側は、駆動開始から２３０秒で６０℃に達した。このように、スターリングエンジンの高温側は、ヒートポンプの高温側よりも速く所定の温度に到達するため、スターリングエンジンを乾燥機に用いることによって、乾燥工程の初期段階において高温の気体を洗濯物に接触させることができ、乾燥時間を短縮することができる。
図３９は、スターリングエンジンとヒートポンプの駆動開始直後から測定した高温側の温度について、１０秒間に変化する温度の時間変化を示す図である。
図３９に示すように、スターリングエンジンは、駆動開始直後から温度変化量が大きく、応答性がよいことが分かった。一方、ヒートポンプは、駆動開始直後には温度変化がほとんど測定されなかった。これは、ヒートポンプの冷媒が気液相間で状態変化をするためにある程度の時間を要する一方、スターリングエンジンは、作動気体が状態変化する必要がないので、このような高い応答性が得られたと考えられる。
図４０は、スターリングエンジンとヒートポンプの駆動開始直後から２分経過するまでに１０秒間隔で測定した、スターリングエンジンの高温側と低温側、ヒートポンプの高温側と低温側の温度の時間変化を示す図である。
図４０に示すように、スターリングエンジンの駆動開始直後から、スターリングエンジンの高温側の温度は速やかに上昇し、スターリングエンジンの低温側の温度は速やかに下降して、駆動開始から５０秒後には、高温側が６０℃、低温側が−２０℃に達した。その後も温度変化の速度がほとんど低下することなく、駆動開始から２分後には、高温側が８０℃、低温側が−６０℃に達した。一方、ヒートポンプは、駆動開始直後には高温側も低温側もほとんど温度変化がなく、駆動開始から約１０秒後から３０秒後までの間に高温側が約３５℃、低温側が約１０℃に達したが、その後は温度変化量が減少し、ゆるやかな温度変化を示した。駆動開始から２分経過まで、高温側の温度はゆるやかに上昇を続けて約４８℃に達したが、低温側は約８℃からほとんど下がらなかった。
このように、スターリングエンジンの応答性はヒートポンプよりも高い。また、スターリングエンジンは、ヒートポンプと比較して、制御可能な温度範囲が広い。例えば、スターリングエンジンの駆動を開始してから高温側が６０℃になるまでに必要な時間は、ヒートポンプの駆動を開始してから高温側が６０℃になるまでに必要な時間の四分の一以下であった。したがって、スターリングエンジンを用いることによって、ヒートポンプよりも制御性が高い乾燥機が得られる。このように、スターリングエンジンを備える加熱除湿装置は、加熱除湿装置の起動に要する時間を短くすることができるとともに、加熱除湿装置の運転中に一旦、運転を中断した後、再び起動する場合に要する時間も短くすることができる。
以上に開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものである。
この発明の実施形態１−１として、本発明の加熱除湿装置を備えた洗濯乾燥機の全体の外観を概略的に示す斜視図である。 図１の洗濯乾燥機をＩＩ−ＩＩ線の方向から見た断面を概略的に示す側断面図である。 スターリングエンジンの全体の断面を示す断面図である。 加熱除湿装置の本体の全体を示す斜視図である。 洗濯乾燥機を図２のＶ−Ｖ線の方向から見たときの概略を示す断面図である。 この発明の実施形態１−２として、洗濯乾燥機が備える加熱除湿装置の本体の別の形態を示す斜視図である。 この発明の実施形態１−３として、洗濯乾燥機が備える加熱除湿装置の本体の別の形態を示す斜視図である。 この発明の実施形態１−４として、洗濯乾燥機が備える加熱除湿装置の本体の別の形態を示す斜視図である。 この発明の実施形態１−５として、本発明の加熱除湿装置を備える洗濯乾燥機の側断面を概略的に示す側断面図である。 洗濯乾燥機を背面から見た断面を概略的に示す断面図である。 本発明の実施形態２−１に係る本発明の加熱除湿装置を備えたドラム式洗濯乾燥機の給排水系の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態２−１に係る本発明の加熱除湿装置を備えたドラム式洗濯乾燥機の乾燥処理系の構成を示す断面図である。 図１２の要部拡大図である。 クラッチ機構の連結解除状態の概要図である。 図１３のＡより見たクラッチ機構および動力伝達機構の連結状態の概要図である。 クランクシャフトの０°回転状態を示す要部拡大図である。 クランクシャフトの９０°回転状態を示す要部拡大図である。 クランクシャフトの１８０°回転状態を示す要部拡大図である。 クランクシャフトの２７０°回転状態を示す要部拡大図である。 本発明の実施形態２−２に係る本発明の加熱除湿装置を備えた洗濯乾燥機の縦断面図である。 図２０の要部拡大図である。 図２１のＢ−Ｂ断面図である。 クラッチ機構の連結解除状態の概要図である。 図２１のＣ−Ｃ断面図である。 図２４の状態からクランクシャフトが９０°回転した状態を示す要部拡大図である。 図２４の状態からクランクシャフトが１８０°回転した状態を示す要部拡大図である。 図２４の状態からクランクシャフトが２７０°回転した状態を示す要部拡大図である。 本発明の実施形態２−３に係る本発明の加熱除湿装置を備えた洗濯乾燥機の縦断面図である。 図２８の要部拡大図である。 図２９のＤ−Ｄ断面図である。 クラッチ機構の連結解除状態の概要図である。 連結歯車とスライド歯車の要部断面図であり、（ａ）はスライド歯車の上面図、（ｂ）は（ａ）のＦ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＧ矢視図、（ｄ）は伝達歯車の上面図、（ｅ）は（ｄ）のＨ矢視図、（ｆ）は（ｅ）のＩ−Ｉ断面図、（ｇ）は（ｅ）のＪ−Ｊ断面図、（ｈ）は（ｅ）のＫ−Ｋ断面図、（ｉ）は（ｅ）のＬ−Ｌ断面図である。 図２９のＥ−Ｅ断面図である。 図３３の状態からクランクシャフトが９０°回転した状態を示す要部拡大図である。 図３３の状態からクランクシャフトが１８０°回転した状態を示す要部拡大図である。 図３３の状態からクランクシャフトが２７０°回転した状態を示す要部拡大図である。 スターリングエンジンとヒートポンプの駆動開始直後から測定した、高温側の温度の時間変化を示す図である。 スターリングエンジンとヒートポンプの駆動開始から所定の温度に到達するまでの、高温側の温度の時間変化を示す図である。 スターリングエンジンとヒートポンプの駆動開始直後から測定した高温側の温度について、１０秒間に変化する温度の時間変化を示す図である。 スターリングエンジンとヒートポンプの駆動開始直後から２分経過するまでに１０秒間隔で測定した、スターリングエンジンの高温側と低温側、ヒートポンプの高温側と低温側の温度の時間変化を示す図である。
符号の説明
２４，４８：熱交換部、２５，４１：通風経路、３８ａ，５４ａ：吸熱ヘッド、３８ｂ，５４ｂ：発熱ヘッド、１００：スターリングエンジン、１４８：再生器チューブ、２４１：温風経路部、２４２：湿風経路部、２４３：循環経路部、２４７：水槽内温風経路部、２４８：水槽内湿風経路部、４００，５００，６００，７００：加熱除湿装置、４１０，５１０，６１０，７１０：スターリングエンジン、４１１，５１１，６１１，７１１：発熱ヘッド、４１２，５１２，６１２，７１２：吸熱ヘッド、４２０，５２０，６２０，７２０：高温側熱交換部、４２１，６２１：加熱フィン、５２２，７２２：加熱部、４３０，５３０，６３０，７３０：低温側熱交換部、５３２，６３２：冷却部、４３１，７３１：冷却フィン、５２３，５３３，６３３，７２３：熱伝導媒体流路。
この発明の一つの局面に従った加熱除湿装置は、気体を流通させるための第一の風路と第二の風路と、第一の風路を流通する気体を加熱するための第一の熱交換部と、第二の風路を流通する気体を冷却するための第二の熱交換部と、発熱ヘッドと吸熱ヘッドとを含むスターリングエンジンとを備え、第一の熱交換部は、スターリングエンジンの発熱ヘッドで気体を加熱するように熱交換を行ない、第二の熱交換部は、スターリングエンジンの吸熱ヘッドで気体を冷却するように熱交換を行ない、発熱ヘッドは、第一の風路内に配置されて、第一の熱交換部を構成し、第一の熱交換部は、発熱ヘッドに接触するように配置されるフィンを含む。
この発明の一つの局面に従った加熱除湿装置においては、発熱ヘッドは、第一の風路内に配置されて、第一の熱交換部を構成することにより、発熱ヘッドと第一の熱交換部との間で熱の伝達を行なう経路が不要となり、発熱ヘッドと第一の熱交換部との間の経路において熱が無駄に消費されることを防止することができる。また、第一の熱交換部は、発熱ヘッドに接触するように配置されるフィンを含むことにより、フィンにおいて気体を効率よく熱交換することができる。また、加熱除湿装置を小型化することができる。
この発明のもう一つの局面に従った加熱除湿装置は、気体を流通させるための第一の風路と第二の風路と、第一の風路を流通する気体を加熱するための第一の熱交換部と、第二の風路を流通する気体を冷却するための第二の熱交換部と、発熱ヘッドと吸熱ヘッドとを含むスターリングエンジンとを備え、第一の熱交換部は、スターリングエンジンの発熱ヘッドで気体を加熱するように熱交換を行ない、第二の熱交換部は、スターリングエンジンの吸熱ヘッドで気体を冷却するように熱交換を行ない、吸熱ヘッドは、第二の風路内に配置されて、第二の熱交換部を構成し、第二の熱交換部は、吸熱ヘッドに接触するように配置されるフィンを含む。
従来、加熱除湿装置に用いられているヒートポンプにおいては、コンプレッサで冷媒を圧縮して気体から液体に変化させる凝縮部と、冷媒を膨張させて液体から気体に変化させる蒸発部とで熱交換を行なっている。すなわち、ヒートポンプにおいては、冷媒は、凝縮部から管などを通って蒸発部へ移動して、液体から気体に変化し、蒸発部から管などを通って凝縮部へ移動して、気体から液体へと変化することを繰り返す必要がある。
一方、スターリングエンジンは、シリンダ内でディスプレーサを往復運動させることによって、ヘリウムなどの作動気体を圧縮空間内で圧縮して発熱ヘッドを加熱し、膨張空間内で膨張させて吸熱ヘッドを冷却する。このように、スターリングエンジンにおいては、作動気体は、気体状態のままで、圧縮空間と膨張空間の間のみを移動する。圧縮空間と膨張空間は、例えば、一つのシリンダの両端に配置されるので、この場合には、作動気体は気体状態のままでシリンダの一方の端部から他方の端部までの間を往復する。
このように、スターリングエンジンにおいては、作動気体の移動距離が短く、また、冷媒を気体と液体の間で状態変化させる必要もないために、スターリングエンジンの応答性はヒートポンプよりも高い。例えば、スターリングエンジンの駆動を開始してから、発熱ヘッドと吸熱ヘッドとが所定の温度になるまでに必要な時間は、ヒートポンプの駆動を開始してから蒸発部と凝縮部とが所定の温度になるまでに必要な時間よりも短い。
したがって、スターリングエンジンを用いることによって、乾燥運転開始前または乾燥運転開始時に長時間の立ち上げ運転が不要であるので、ヒートポンプよりも制御性が高く、省エネルギー性、すなわち、消費エネルギーを効果的に削減して省エネルギーを図りやすい加熱除湿装置が得られる。このように、スターリングエンジンを備える加熱除湿装置は、加熱除湿装置の起動に要する時間を短くすることができるとともに、加熱除湿装置の運転中に一旦、運転を中断した後、再び起動する場合に要する時間も短くすることができる。
また、従来の加熱除湿装置に用いられているヒートポンプの振動系は、冷媒の圧縮と膨張にコンプレッサを使用するため、回転の振動を含む複雑な振動系である。一方、スターリングエンジンは、ヒートポンプに比べて振動系が単純である。すなわち、スターリングエンジンにおいては、ディスプレーサの往復という直線的な運動しか行なわれない。
このように、スターリングエンジンは、振動系が単純であるので、振動を吸収することが容易である。例えば、ディスプレーサの振動の振動数の共振動数を固有振動数として持つバネなどの吸振部材を備えることによって、簡単に振動を抑えることができる。スターリングエンジンにおいては振動を簡単に抑えることができるので、振動による騒音が発生しにくい。
このようにすることにより、振動、騒音を少なくすることができ、また、乾燥機が設置されている室内環境を悪化させることのない、使用性、すなわち、使用しやすく、省エネルギー性、すなわち、消費エネルギーを効果的に削減することができ、省エネルギーを図りやすい加熱除湿装置を提供することができる。
この発明のもう一つの局面に従った加熱除湿装置においては、吸熱ヘッドは、第二の風路内に配置されて、第二の熱交換部を構成することにより、吸熱ヘッドと第二の熱交換部との間で冷気の伝達を行なう経路が不要となり、吸熱ヘッドと第二の熱交換部との間の経路において冷気が無駄に消費されることを防止することができる。また、第二の熱交換部は、吸熱ヘッドに接触するように配置されるフィンを含むことにより、フィンにおいて気体を効率よく熱交換することができる。また、加熱除湿装置を小型化することができる。
この発明の一つの局面、または、もう一つの局面に従った加熱除湿装置は、被乾燥対象物を収容するための被乾燥対象物収容容器と、被乾燥対象物収容容器を回転させるための被乾燥対象物収容容器駆動モータとを備えることが好ましい。
この発明の一つの局面に従った加熱除湿装置においては、第二の熱交換部は、気体を冷却するための冷却部と、吸熱ヘッドの熱を冷却部に伝導するための熱伝導媒体が流通する熱伝導媒体流路とを有することが好ましい。
このようにすることにより、第二の熱交換部の位置や形状を、風路の形状などに合わせて最適化することが容易になる。
この発明のもう一つの局面に従った加熱除湿装置においては、第一の熱交換部は、気体を加熱するための加熱部と、発熱ヘッドの熱を加熱部に伝導するための熱伝導媒体が流通する熱伝導媒体流路とを有することが好ましい。
このようにすることにより、第一の熱交換部の位置や形状を、風路の形状などに合わせて最適化することが容易になる。
この発明の一つの局面、または、もう一つの局面に従った加熱除湿装置は、気体を第二の風路から第一の風路に流入させるための循環路を備え、第二の風路内の気体は、第二の熱交換部において冷却され、循環路を通って第一の風路に流入し、第一の熱交換部において加熱されることが好ましい。
このように、第二の風路内に流出した気体は、第二の熱交換部において冷却され、循環路を通って第一の風路に流入し、第一の熱交換部において加熱されるので、効率よく除湿することができる。
この発明の一つの局面、または、もう一つの局面に従った加熱除湿装置は、発熱ヘッドと吸熱ヘッドとの間に配置される接続管を備え、発熱ヘッドは、第一の風路内に配置されて、第一の熱交換部を構成し、吸熱ヘッドは、第二の風路内に配置されて、第二の熱交換部を構成し、発熱ヘッドと吸熱ヘッドと接続管は同軸状に配置され、発熱ヘッドと吸熱ヘッドと接続管は、循環路内に配置されていることが好ましい。

Claims (9)

  1. 気体を流通させるための第一の風路と第二の風路と、
    前記第一の風路を流通する気体を加熱するための第一の熱交換部と、
    前記第二の風路を流通する気体を冷却するための第二の熱交換部と、
    発熱ヘッドと吸熱ヘッドとを含むスターリングエンジンとを備え、
    前記第一の熱交換部は、前記スターリングエンジンの発熱ヘッドで気体を加熱するように熱交換を行ない、
    前記第二の熱交換部は、前記スターリングエンジンの吸熱ヘッドで気体を冷却するように熱交換を行なう、加熱除湿装置。
  2. 気体を前記第二の風路から前記第一の風路に流入させるための循環路を備え、
    前記第二の風路内の気体は、前記第二の熱交換部において冷却され、前記循環路を通って前記第一の風路に流入し、前記第一の熱交換部において加熱される、請求項１に記載の加熱除湿装置。
  3. 前記発熱ヘッドは、前記第一の風路内に配置されて、前記第一の熱交換部を構成する、請求項１または請求項２に記載の加熱除湿装置。
  4. 前記第一の熱交換部は、前記発熱ヘッドに接触するように配置されるフィンを含む、請求項３に記載の加熱除湿装置。
  5. 前記第一の熱交換部は、気体を加熱するための加熱部と、前記発熱ヘッドの熱を前記加熱部に伝導するための熱伝導媒体が流通する熱伝導媒体流路とを有する、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の加熱除湿装置。
  6. 前記吸熱ヘッドは、前記第二の風路内に配置されて、前記第二の熱交換部を構成する、請求項１または請求項２に記載の加熱除湿装置。
  7. 前記第二の熱交換部は、前記吸熱ヘッドに接触するように配置されるフィンを含む、請求項６に記載の加熱除湿装置。
  8. 前記第二の熱交換部は、気体を冷却するための冷却部と、前記冷却ヘッドの熱を前記冷却部に伝導するための熱伝導媒体が流通する熱伝導媒体流路とを有する、請求項１、請求項２、請求項６、および、請求項７のいずれか１項に記載の加熱除湿装置。
  9. 前記発熱ヘッドと前記吸熱ヘッドとの間に配置される接続管を備え、
    前記発熱ヘッドは、前記第一の風路内に配置されて、前記第一の熱交換部を構成し、
    前記吸熱ヘッドは、前記第二の風路内に配置されて、前記第二の熱交換部を構成し、
    前記発熱ヘッドと前記吸熱ヘッドと前記接続管は同軸状に配置され、
    前記発熱ヘッドと前記吸熱ヘッドと前記接続管は、前記循環路内に配置されている、請求項２に記載の加熱除湿装置。
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