JP2016123770A - 洗濯乾燥機 - Google Patents

Abstract

【課題】乾燥熱源としてヒートポンプ装置を搭載した洗濯乾燥機において、ヒートポンプ装置の熱交換器を高密度に実装し、洗濯乾燥機の小型化、設置性向上と、ヒートポンプ装置の性能向上による省エネルギー性の向上を両立させた洗濯乾燥機を提供することを課題とする。
【解決手段】回転ドラムと、該回転ドラムを内包する外槽と、ヒートポンプ装置と、フィルタと、送風ファン、及びこれらを接続する循環風路を備えた洗濯乾燥機において、前記ヒートポンプ装置は、圧縮機と、冷媒の熱を空気に放熱する凝縮器と、減圧手段と、空気から吸熱する蒸発器とを順次接続した冷媒回路で構成され、これらを内包するケーシングを備え、前記蒸発器と凝縮器で構成される熱交換器は、前記循環風路上流側から、空気の流れ方向に向かって前記蒸発器、前記凝縮器の順に高さを変えて配置したことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、乾燥熱源にヒートポンプを搭載した洗濯乾燥機に関する。

洗濯乾燥機は、洗濯から乾燥までを一つの回転槽内で行うものである。ドラム式洗濯乾燥機において、回転槽であるドラムは水平或いは略水平に傾斜して配置された軸周りに回転可能に設置され、ドラムの回転によって、洗い、すすぎ、脱水、乾燥の一連の工程を行うものである。

乾燥運転時の熱源としては、ヒートポンプ装置を用いた乾燥方式、ヒータによる乾燥方式が使用されている。水分を含んだ衣類を乾燥させるには、湿度が高い空気をドラム内から除去し、除湿及び加熱した空気をドラム内に送り込む乾燥サイクルを連続して行うことが必要である。

乾燥熱源としてヒートポンプ装置を用いた洗濯乾燥機においては、圧縮機、循環空気の加熱を行う熱交換器（凝縮器）、減圧手段、循環空気の除湿を行う熱交換器（蒸発器）を配管で順次接続した冷凍サイクルを備えている。冷凍サイクルは、圧縮機により高温高圧に圧縮した冷媒を加熱用の熱交換器（凝縮器）に送って空気を加熱し、除湿用の熱交換器（蒸発器）によって空気を除湿して低温低圧となった冷媒を圧縮機に循環させ、再度圧縮するサイクルを繰り返すことで、衣類の乾燥を行う。

本技術分野の洗濯乾燥機の背景技術の一例として、特許文献１がある。この公報で示された洗濯乾燥機は、外枠筺体内に設けられた水槽と、前記水槽内に回転自在に設けられ洗濯物を収納する洗濯乾燥槽と、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮された冷媒の熱を放熱する放熱器、圧縮された冷媒の圧力を減圧する調整弁、減圧されて低圧となった冷媒が周囲から熱を奪う吸熱器を備えるヒートポンプ装置とを有し、前記水槽の下方で前記外枠筺体内の前側よりに前記ヒートポンプ装置を配置した、と記載されている。

特開２００７−１３５７２８号公報

上記の従来技術の特許文献１では、水槽下部の外枠筺体内の前側よりに設けたヒートポンプ装置の風路内に、吸熱及び加熱を行う熱交換器を設置しているが、筺体と外槽間の高さの制限により、設置可能な熱交換器の大きさ（伝熱面積）は制限されるため、乾燥性能の向上は図られていない。

そこで、本発明は、ヒートポンプ装置の熱交換器を高密度に実装し、洗濯乾燥機の小型化、設置性向上と、ヒートポンプ装置の性能向上による省エネルギー性の向上を両立させた洗濯乾燥機を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明の洗濯乾燥機は、回転ドラムと、該回転ドラムを内包する外槽と、ヒートポンプ装置と、フィルタと、送風ファン、及びこれらを接続する循環風路を備えた洗濯乾燥機において、前記ヒートポンプ装置は、圧縮機と、冷媒の熱を空気に放熱する凝縮器と、減圧手段と、空気から吸熱する蒸発器とを順次接続した冷媒回路で構成され、前記ヒートポンプ装置を内包するケーシングを備え、前記蒸発器と凝縮器で構成される熱交換器は、前記循環風路上流側から、空気の流れ方向に向かって前記蒸発器、前記凝縮器の順に高さを変えて配置したことを特徴とする。

本発明によれば、ヒートポンプ装置の熱交換器の実装性向上と、消費電力低減及び、除湿性能を良好とすることによる乾燥性能向上を両立した洗濯乾燥機を提供することができる。

本発明の一実施形態例の洗濯乾燥機の筺体の一部を切断して内部構造を示す斜視図である。 本発明の一実施形態例の洗濯乾燥機の内部構造を示す側面図である。 本発明の一実施形態例の洗濯乾燥機の内部構造を示す背面図である。 本発明の一実施形態例の熱交換器の配置を示す模式図である。 本発明の一実施形態例のヒートポンプ装置を示す模式図である。 一般的なクロスフィンチューブ式熱交換器の構造を示す模式図である。

以下、本発明に係る実施例１について説明する。図１は本実施例の洗濯乾燥機２０の筺体の一部を切断して内部構造を示す斜視図、図２は本実施例の洗濯乾燥機２０の内部構造を示す側面図、図３は本実施例の洗濯乾燥機２０の内部構造を示す背面図、図４は本実施例の洗濯乾燥機２０の熱交換器の配置を示す模式図である。

本実施の形態例の洗濯乾燥機２０において、外槽１０１は洗濯乾燥機筺体１００のベース１０５上にサスペンション１０４により弾性支持されている。外槽１０１の内側には前面が開放され、回転自在に軸支持された回転ドラム１０３が配置され、回転ドラム１０３は外槽１０１の背面に設けられた駆動モータ１０７の駆動力により回転する。洗濯乾燥機２０の前面側には開口部１０６が形成され、開口部１０６を開閉するドア１１１が設けられている。ユーザは、開口部１０６から、衣類２００を回転ドラム１０３内部に投入し、洗濯乾燥が終了した衣類２００をとりだすことが出来る。

外槽１０１の上部には、洗濯乾燥機２０の前面から見て左側前方に洗剤投入手段１０８が設けられ、左側後方には、給水ユニット１１２が設置されている。また、外槽１０１上部には乾燥手段の構成要素であるリントフィルタ９０、送風ファン８が設置されている。送風ファン８は、遠心式の多翼ファンないしはターボ送風機である。

また、外槽１０１を構成する外槽前面カバー１０２の右側上部には、回転ドラム１０３内への循環空気の吹出口１４が設置されている。

外槽１０１の背面部には、循環空気を回転ドラム１０３から排出する排出口１５を備え、排出口１５は排気ダクト７３によりフィルタケース９１に接続されている。外槽１０１とダクト等の接続は、運転時の振動の伝達を抑制するためにゴム製のジャバラ等を介して接続している。

次にヒートポンプ装置１の構成と動作について説明する。図３は本実施例の洗濯乾燥機２０の内部構造を示す背面図で、ヒートポンプ装置１の冷媒回路１６の構成と循環風路の構成を示している。図３に示すように、ヒートポンプ装置１は、圧縮機２と、空気への放熱用熱交換器（凝縮器３）、減圧装置５（膨張弁等）と、空気の除湿用熱交換器（蒸発器４）とを備え、これらの機器を冷媒配管６により順次接続してなる冷媒回路１６を、樹脂製のケーシング１７内に収納したものである。以降、凝縮器と蒸発器を合わせて熱交換器と呼ぶ。また、冷媒は図中Ｒ１で示した矢印の方向に、圧縮機２、凝縮器３、減圧装置５、蒸発器４の順に流れ、再度圧縮機２に戻る。

本実施例において、ヒートポンプ装置１は、外槽１０１の下部、洗濯乾燥機筺体１００の後方のベース１０５上に設置してある。循環空気は回転ドラム１０３から排出口１５を経て排出され、リントフィルタ９０通過後、外槽１０１上部から下部に向かって循環空気が流れる入口側流路７０によりヒートポンプ装置１に流入する。ヒートポンプ装置１において除湿及び加熱された循環空気は、外槽１０１下部から上部に向かって循環空気が流れる出口側流路７１によって送風ファン入口ダクト７２を通り、送風ファン８に接続され、外槽１０１の前面上部に設けた吹出し口１４により回転ドラム１０３内に吹き込まれる。

ヒートポンプ装置１のケーシング１７は、下部ケーシング（図示せず）と上部ケーシング（図示せず）に分離可能な構成である。熱交換器は側面側に流れる空気を阻害するように、上部ケーシングと下部ケーシングの間に挟み込むように設置され、空気の循環風路を形成する。

圧縮機２は防振ゴム等を介して、下部ケーシングに設置される。冷媒配管６は、圧縮機２の回転振動の伝搬により破断することを防ぐため、蛇行した状態で放熱用の凝縮器３と除湿用の蒸発器４のそれぞれの熱交換器と接続されている。

圧縮機２は、容量制御が可能な可変容量型の圧縮機を用い、例としては、ピストン式、ロータリー式、スクロール式等を用いることができる。インバータ制御による容量制御により、低速から高速まで回転速度が可変である。

図６に一般的なクロスフィンチューブ式熱交換器の構造を示す。クロスフィンチューブ式熱交換器は、熱源である空気と冷媒との間で熱交換させるものであり、多数枚積層した板状のアルミニウム製のフィン１２と、このフィンを貫通するように取り付けた複数のＵ字状に曲げられた銅製の伝熱管１１から構成されている。図より、熱交換器の奥行き長さＤは、奥行き方向に配置された伝熱管の本数（列数）とピッチにより決まり、熱交換器の高さＨは、高さ方向に配置された伝熱管の本数（段数）とピッチにより決まる。熱交換器の幅Ｂは、幅方向に配置されたフィンの枚数とピッチにより決まる。また、空気が流入する前面面積は、熱交換器の幅Ｂと熱交換器の高さＨをから求められ、概略値としてはＢ×Ｈとなる。

フィン１２及び伝熱管１１を介して空気は冷媒と熱交換し、蒸発器４では、高湿の循環空気からから水分を取り除いて吸熱し、凝縮器３は除湿後の空気を再度加熱して回転ドラム１０３内に戻す。

圧縮機２から吐出された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器３へ流入し、循環空気に放熱することにより凝縮して液化する。液化した冷媒は、所定の開度に調整された膨張弁（減圧装置５）により減圧され、低温低圧の気液二相状態となり、蒸発器４へ流入する。そして循環空気から吸熱することにより蒸発して気化する。気化した冷媒は、圧縮機２に吸入され、圧縮機２により再び圧縮され高温高圧のガス冷媒となる。このようにしてヒートポンプ装置１が形成される。
前記冷媒回路１６内には冷媒が封入され、冷媒として例えば、ＨＦＣ単一冷媒、ＨＦＣ混合冷媒、ＨＦＯ‐１２３４ｙｆ、ＨＦＯ‐１２３４ｚｅ、自然冷媒（例えばＣＯ２冷媒）等を用いることができる。

本実施例の洗濯乾燥機２０は、回転ドラム１０３と、該回転ドラムを内包する外槽１０１と、ヒートポンプ装置１と、リントフィルタ９０と、送風ファン８、及びこれらを接続する循環風路を備え、前記ヒートポンプ装置は圧縮機２と、冷媒の熱を空気に放熱する凝縮器３と、減圧手段５と、空気から吸熱する蒸発器４とを順次接続した冷媒回路１６で構成され、これらを内包するケーシングを備え、ヒートポンプ装置１の熱交換器（蒸発器４、凝縮器３）は外槽１０１の外周に沿って、空気の流れ方向に対して上流側に配置した蒸発器４の高さを高くし、蒸発器４に対して凝縮器３の高さが低くなるように高さを変えて設置されていることを特徴としている。

上述のような構成とすることで、洗濯乾燥機筺体１００の高さを大幅に増加させることなく、ヒートポンプ装置１の実装性を向上させ、ヒートポンプ装置１の熱交換器（蒸発器４、凝縮器３）の伝熱面積を高密度に実装することが可能となる。

熱交換器の容積（伝熱面積）を拡大することにより熱交換器での交換熱量を大きくすることや、除湿量を増加させることが可能となり、冷媒流量、冷媒温度、空気流量等の条件を一定とした場合、運転の範囲に余裕を持たせることができ、圧縮機の消費電力量やファンの消費電力量の低減が可能となり、省エネルギー性の向上に大きく貢献するものであるが、洗濯乾燥機筺体１００への実装スペースには限界がある。例えば、熱交換器の高さを等しく高くした場合には、ヒートポンプ装置１のケーシング１７の高さが増加し、洗濯乾燥機筺体１００の高さ方向への拡大が必要となる。本実施例では、熱交換器の配置を外槽に沿って高さを変えて配置することで、ヒートポンプ装置１の設置スペースを外槽１０１の上部の洗濯乾燥機筺体１００との隙間、又は外槽１０１の下部と洗濯乾燥機筺体１００との隙間とすることで、蒸発器４の伝熱面積を高さ方向に拡大し、また、凝縮器３の伝熱面積を奥行き方向に増やすことが可能となり、洗濯乾燥機筺体１００の高さを大幅に増加させることなくヒートポンプ装置１を実装することが可能となる。

(Wet時の通風抵抗低減効果)
ヒートポンプ装置１を搭載した洗濯乾燥機２０において、蒸発器４は回転ドラム１０３内の衣類２００から蒸発した水分を含んだ高湿の空気を除湿冷却し、凝縮器３では蒸発器で吸熱した熱量と圧縮機２の熱量を循環空気に放熱する。一般的にフィンチューブ式熱交換は積層したアルミフィンの表面にスリットを切り起こすことや、折り目を加工すること、フィンピッチを詰めること等で伝熱面積を増加させ、空気流に対する前縁効果により伝熱性能を向上させている。また、アルミフィンの表面には親水性処理等の表面処理が施され、フィン表面に結露した水分を流し落としやすくする構成となっている。

乾燥運転時には蒸発器４は循環空気の露点温度以下となるように制御されるため、蒸発器４を構成するフィンの表面には、循環空気中の水分が結露して付着する。この結露した除湿水がフィンのスリット間やフィンとフィンの間に保持された状態は、循環空気にとって通風抵抗となり、ファンの動力を増大させる懸念がある。また、フィン間に保持された除湿水が循環空気により飛散して凝縮器３に付着し、再蒸発することは、乾燥の効率を低下させる要因となる。ここで、通風抵抗とは、熱交換器の前後に圧力計を設け、熱交換器を通過する空気の圧力差を測定したものである。

本実施例における熱交換器（蒸発器４、凝縮器３）は、空気の流れ方向に対して上流側に配置した蒸発器４を構成する伝熱管の段数を増加して高さＨを増加させている。一方凝縮器は、伝熱管の段数を減じて蒸発器４に対して高さＨが低くなるように構成されていることを特徴としている。このような構成にすることで、蒸発器４は奥行き長さＤを短くし、凝縮器３は奥行き長さＤを長くして配置することが可能となる。したがって、蒸発器４のフィン間に循環空気から除湿した水分付着した場合においても、通風抵抗の増加を抑え、ファン動力の増加を防ぐことが出来るため、乾燥運転時の消費電力量を低減する効果を得ることが出来る。

(蒸発器前面面積拡大による効果)
回転ドラム１０３から排出された循環空気は、乾燥の進行に伴い、衣類２００から発生したリントを随伴して流れている。前述したようにヒートポンプ装置１に用いられているフィンチューブ式熱交換器は、アルミニウム製フィンを多数積層した構造となっているため、リントが蒸発器４の前面やフィン間に堆積すると、循環空気の風路抵抗となり、交換熱量が減少する恐れがある。即ち、リントフィルタ９０でのリントの効果的な捕捉はヒートポンプ装置１にとって重要である。しかしながら、リントフィルタにおいてリントを捕集するためにフィルタメッシュを細かくしすぎれば、リントフィルタ９０の閉塞により風路抵抗が増大し、ファンの動力が増大し、省エネルギー性が低下する場合や、循環空気量が減少する懸念がある。

上述のような課題を解決するために、本実施例の蒸発器４は空気が流入する前面面積を拡大した構成となっている。このためリントフィルタ９０をすり抜けたリントが蒸発器４の前面に付着した場合でも、前面面積が小さい熱交換器を使用した場合と比較して、蒸発器４の前面すべてが閉塞する事態が発生するまでの時間を長くすることが可能となる。この時、蒸発器４の前後間や、蒸発器４の入口と凝縮器３の出口間の空気の通風抵抗を計測することで、リントによる熱交換器の閉塞状態を予測することが可能である。

また、リントフィルタ９０とヒートポンプ装置１をつなぐ入口側流路７０や、ヒートポンプと送風ファン８をつなぐ出口側流路７１は洗濯乾燥機筺体１００と外槽１０１の隙間に設置されるため、流路の引き回し方向や、流路断面積が制限される。

本実施の形態例の熱交換器は乾燥運転時の循環空気の流れ方向の上流側から空気の流れ方向に沿って、蒸発器４、凝縮器３の順に流路面積を順次縮小して配置している。このような構成とすることで、ヒートポンプ装置１を流出した循環空気が出口側流路７１に流入する際の急縮流を避けることができ、流路縮小による圧力損失を低減することにより、ファン動力を低減し、乾燥運転時の消費電力量を削減可能とする効果を得る。

(熱交の通風抵抗を変えて配置すること等の効果)
上述したように熱交換器（蒸発器４、凝縮器３）の通風抵抗の増加は、ファン動力の増大及び、風量不足による交換熱量の減少の原因となり、乾燥運転の消費電力量を増大させて省エネルギー性を低下させる恐れがある。一般的には、熱交換器（凝縮器３、蒸発器４）を構成するフィンと伝熱管の仕様が同一の場合、熱交換器の奥行き長さＤを減じる（列数を減少させる）構成とすることで通風抵抗の増大は抑制可能であるが、蒸発器４は、フィン表面に循環空気から除湿した水分が結露するため、列数を減じても通風抵抗が減少しない可能性がある。

このような場合には、ヒートポンプ装置１を構成する熱交換器のフィンと伝熱管の仕様を同一のものとせず、フィンピッチ、フィンのスリットの形状、表面処理剤等の変更、及び伝熱管の外径を変更（縮小）して、通風抵抗を変更した熱交換器を組み合わせて使用することが有効である。

一例として、蒸発器４では、フィンのスリット数や切り起こし高さを減らすこと等形状を変更したり、フィンの表面処理剤を変更するなどして水切り性を良好とし、さらに段ピッチは同一の条件で、凝縮器よりも縮径した伝熱管を使用することで、通風抵抗を低減可能な構成とする。一方、凝縮器３では、放熱性能を向上するためにスリット数を増やすなどして伝熱性能を向上させたフィンを使用した構成としてもよい。

さらに、熱交換器の配置も熱的に分離した構成とすることが望ましい。具体的には、凝縮器３においては、冷媒入口側の過熱ガス領域となる熱交換器と、気液２相域となる熱交換器と、過冷却域となり液相が多く流れる熱交換器を分離した構造として、フィン間の熱伝導による熱ロスを低減する。蒸発器においては、気液二相域となる熱交換器と、過熱ガス域となる熱交換器を分離した構造としてもよい。また、蒸発器４と凝縮器３の間は、蒸発器４から飛散した除湿水が凝縮器３に付着しない程度の距離を保つことが望ましい。

上記のように、熱交換器（凝縮器３、蒸発器４）を高密度に実装して伝熱面積を拡大することにより、ヒートポンプ装置１の実装性を高め、ヒートポンプ装置１を実装した洗濯乾燥機２０の小型化を図ることができ、洗濯乾燥機２０の設置性を高めることが可能となる。また、熱交換器の伝熱面積を拡大し、熱交換能力を増加させることにより、圧縮機２の入力を低減することが可能となり、乾燥運転時の消費電力量を抑え、省エネルギー化を図る効果を得ることができる。

さらに、圧縮機２は、重量物であるため、圧縮機２を含むヒートポンプ装置１を洗濯乾燥機筺体１００下部に設置してベース１０５に固定した場合は、重心を低く保つことでバランスの安定化を図り、信頼性を高める効果を得ることができる。また、冷媒回路１６はヒートポンプ装置１のケーシング１７内に一体化して収納されているため，周囲温度に対して断熱されている。このため、乾燥運転開始時の圧縮機を暖機することができ、冷凍サイクルの起動性を高め、乾燥運転時の消費電力量を抑え、省エネルギー化を図る効果を得ることが出来る。

また、ヒートポンプ装置１を構成する熱交換器（凝縮器３、蒸発器４）、減圧装置５を外槽１０１上部に配置し、圧縮機２を筺体下部(例えばベース１０５上)に設置した場合は、冷媒配管６は外槽１０１上部の熱交換器（凝縮器３、蒸発器４）と外槽１０１下部の圧縮機２を接続するため、配管長が長くなる。しかしながら、重量物である圧縮機を洗濯乾燥機筺体１００下部に設置することで、重心を低く保ってバランスの安定化を図り、信頼性を高める効果を得ることが出来る。さらに、乾燥工程で循環空気から除湿された除湿水をヘッド差を利用して排水ホース１１０に排出可能となり、排水ポンプ等の除湿水排出手段が不要となる利点もある。

加えて、上述のように熱交換器(蒸発器４、凝縮器３)を外槽１０１上部に配置すると、ヒートポンプ装置１と外槽１０３をつなぐ循環風路が短い構成となる。このため、脱水運転時のモータの熱が熱交換器(蒸発器４、凝縮器３)に伝わり易くなり、冷媒回路１６が加熱され、乾燥運転開始時の圧縮機を暖機することができ、冷凍サイクルの起動性を高め、乾燥運転時の消費電力量を抑え、省エネルギー化を図る効果を得ることが出来る。

(制御装置)
本実施例の洗濯乾燥機２０は、制御装置１３を備えている。制御装置１３は、少なくとも洗濯運転、乾燥運転、あるいは洗濯乾燥運転の開始時に回転ドラム１０３内に投入された衣類２００の容量のセンシングを行い、判定値に基づいて、投入する洗剤量、運転時間を決定し、表示部に表示するが、運転途中においても、再度容量のセンシングを行うことで、運転時間の見直しを行い、衣類の容量に応じた最適な運転時間と運転工程を選択し、乾燥消費電力量の増大を抑制することが可能となり、省エネルギー化を図る効果を得ることができる。

(センサ)
さらに、ヒートポンプ装置１は、熱交換器（凝縮器３、蒸発器４）を流れる冷媒温度を検出するセンサを備えている。図３には冷媒配管６に温度センサＴ１、Ｔ２、Ｔ３を設置した一例を示している。通常、冷凍サイクルにおいては運転状態を把握するために、冷媒配管６や熱交換器（凝縮器３、蒸発器４）に圧力センサや温度センサを設置している。一例として、センサ類は圧縮機２の吸込側、吐出側、熱交換器出入口、膨張弁（減圧装置５）前などに設置され、検出量により冷凍サイクルの状態を表すモリエル線図を推定し、冷凍サイクルの制御が行われている。本実施例の冷媒回路１６では温度センサで冷凍サイクルの性能を推定しているが、圧力センサを取り付けた構成としてもよい。圧力データを制御装置１３で利用することが出来れば、冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ）が最適となるように制御可能となり、乾燥運転時の消費電力量を低減することが可能となり、省エネルギー化を図る効果を得ることができる。

また、乾燥運転時は循環空気は、回転ドラム１０３、から排出され、リントフィルタ９０通過後、ヒートポンプ装置１により、除湿・加熱されて送風ファン８により再び回転ドラム内に吹きこまれる。本実施例の洗濯乾燥機２０は、上記の循環空気の状態をモニターするために、温度及び湿度センサ（図示せず）を備えている。乾燥運転時に回転ドラム１０３への吹出口１４、回転ドラム１０３からの排出口１５での温度及び湿度データを把握することにより、衣類２００からの水分の概略の蒸発量を推定し、衣類２００の乾燥状態を推測することで、乾燥運転時間を最適に設定することが可能となる。このため、乾燥運転時の消費電力量を抑え、省エネルギー化を図る効果を得ることができる。

循環空気の温湿度データからは、循環空気の露点温度を算出することができる。ヒートポンプ装置１の冷凍サイクルの運転条件として、循環空気のヒートポンプ入口での露点温度を把握することが出来れば、蒸発器を流れる冷媒温度が循環空気の露点温度以下となるように制御することで、除湿性能を向上させることが出来る。

また、制御装置１３は、衣類２００の容量に基づいて決定された運転工程により、ヒートポンプ装置１の膨張弁５の開度、圧縮機２の回転速度、送風ファン８の回転速度を制御する。乾燥運転時に衣類２００から蒸発させるべき水分量は、衣類２００の種類及びその重量と、脱水後の衣類の重量から推定される。推定された水分を衣類２００から蒸発させるために、ヒートポンプ装置１の凝縮温度、及び蒸発温度及び冷媒の循環量を最適に制御する必要がある。通常、凝縮温度は回転ドラム１０３内へ吹き込む空気温度よりも高く設定し、蒸発温度は回転ドラム１０３から吹出された空気の露点温度以下に設定する。この時、蒸発温度を低くしすぎると、空気の除湿は促進されるが、循環空気が必要以上に冷却され、凝縮器３での加熱量が不足する場合がある。このような場合、冷媒循環量を増加させて凝縮温度を高くすることで対応可能な場合があるが、同時に圧縮機２の消費電力が増加するため、乾燥の消費電力量が増加し、乾燥効率は低下することになる。

ここで、循環空気の温湿度データを取得することにより、回転ドラム１０３内の衣類２００の乾燥度を推測することが出来る。制御装置１３は、衣類２００の乾燥度に応じで、加熱量を増加させる、あるいは除湿量を増加させる等の判定を行い、最適な循環空気状態となるように、圧縮機２の回転速度、送風ファン８の回転速度、及び減圧装置５を制御する。このような制御を行うことで、乾燥運転時の消費電力量の増加が抑制可能となり、乾燥運転時の省エネルギー化を図る効果を得ることができる。

乾燥運転時の消費電力量を低減するには、ヒートポンプ装置１において消費電力量の多くを占める圧縮機２の消費電力量と、送風ファン８の消費電力量を低減することが有効であり、乾燥運転時間の最適化を図ることで、乾燥運転時の消費電力量を抑え、省エネルギー化を図る効果を得ることができる。

また、ユーザの選択により、衣類２００を短時間で乾燥させるコースを選ぶことが可能である。このような短時間での乾燥コースでは、循環空気の回転ドラム１０３への吹込み温度を標準よりも高く設定したり、また、除湿を促進するために蒸発温度の設定を変更して圧縮機２の入力が増大する可能性があるが、回転ドラム１０３とヒートポンプ装置１を循環している循環空気の温湿度の変化から、衣類２００の乾燥状態を推定することにより、乾燥運転時間を決定できる。この結果、消費電力量の増大や、衣類２００への過大な加熱を抑制することが可能となる。上述の構成により、省エネルギー化を図った乾燥運転を実現する効果を得ることができる。

また、循環空気の吹出口１４を外槽前面カバー１０２に設け、循環空気の排出口１５を、外槽１０１の背面部のいずれも回転ドラム１０３の回転軸よりも上方に設け、さらに排出口１５の位置を、吹出口１４の位置に対して回転ドラム１０３の回転中心軸に近い位置とする構成とする。

このような構成とすれば、吹出口１４から回転ドラム１０３内へ流れる空気流は、洗濯乾燥機２０の前面から見て左斜め下方に向かって吹出される。循環空気の排出口１５をその対角となる背面側に設けることで、吹き込まれた空気が排出口１５へショートカットして流れることは抑制される。上記の構成により、回転ドラム１０３内の衣類２００に高速高圧空気を吹き付けることにより、乾燥時にしわの少ない、高い乾燥仕上り性を実現することが可能となる。また、衣類２００と乾燥空気が直接当たりやすくなると、衣類２００からの水分の蒸発が促進される。排出口１５からは衣類２００から蒸発した水分を含んだ空気をヒートポンプ装置１に導入しやすくなるため、乾燥効率を向上させた運転が可能となる。したがって、乾燥運転時の消費電力量を抑えて省エネルギー化を図れる。

(リント洗浄)
また、図３で示すように循環空気入口側２は外槽１０１背面上部の排出口１５から排出され、排気ダクト７３を経由してリントフィルタ９０に至る。リントフィルタ９０では、洗濯乾燥時に衣類２００から発生した糸屑（リント）がフィルタのメッシュに捕集される。しかし、すべてのリントをリントフィルタ９０において取り除くことは困難であり、フィルタメッシュをすり抜けた細かいリントは、入口側流路７０を通って、ヒートポンプ装置１に到達し、風路の上流にある蒸発器４の前面に付着する可能性がある。蒸発器４の前面にリントが堆積すると、熱交換器（蒸発器４、凝縮器３）へ流れる空気流を阻害するため、所定の交換熱量が得られないことによる性能低下や、風路の圧力損失が増大するために風量が低下して乾燥時間が長くなるため消費電力が増大する等の懸念がある。

そこで、ヒートポンプ装置１の入口側の入口側流路７０の内表面には表面処理を施し、フィルタメッシュを通過したリントが入口側流路７０の内表面に付着しやすい構成としておき、外槽１０１上部に設けられた給水ユニット１１２から入口側流路７０への給水手段（図示せず）を設けておけば、入口側流路７０内表面に付着したリントを水により洗い流すことが可能となる。入口側流路７０内面から除去されたリントは、蒸発器４の除湿水とともにドレンの排出手段（図示せず）により、ヒートポンプ装置１のケーシング１７から排出されるため、蒸発器４の前面に付着するリントの量を抑制することが出来る。また、給水手段１１２から入口側流路７０に給水される流体は、水道水や、洗剤等を溶解した水等、入口側流路７０の内表面に付着したリントを洗い流す用途に適したものであればよい。

上述の構成により、ダクト内へのリントの堆積を防ぐことや、熱交換器前面及びフィン間へのリントの堆積を防ぐことができる。したがってファン入力の増加を抑制することができ、乾燥運転時の消費電力量の増大を抑えて、省エネルギー化を図る効果を得ることができる。

(風路構成)
さらに、図１〜図３に示しているように、送風ファン８から回転ドラム１０３への吹出口１４への風路の長さを短くする構成とすることで、吹出口１４から、高速、高風量の空気を衣類２００に吹き付けることが可能となり、乾燥運転時に高い仕上がり性を得る効果がある。またヒートポンプ装置１を筺体下部に設置した場合は、洗濯乾燥機２０の重心を低い位置にでき、装置の安定性を得ることが出来る。また、ヒートポンプ装置１を運転時の振動による影響が小さい筺体下部に置くことにより、加振による冷媒配管６の摩耗や破断の発生を抑制して信頼性を高める効果がある。

加えて、送風ファン８により昇圧された速い流速の空気が流れる吹出しダクト７４から吹出口１４までを短い風路にでき、圧力損失の増加を抑制可能である。このため、送風ファンモータ８１の消費電力を低くできるので、乾燥運転時の消費電量を抑えた高い省エネルギー性を有することが可能である。

ここで、吹出口１４の位置は必ずしも前面側の上部でなくても良い。例えば、吹出口１４を回転ドラム１０３の背面側に設けた場合には、吐出口１４の面積を大きくし易いので、大風量での乾燥により乾燥性能を高めることが可能となる。また、回転ドラム１０３を斜めに配置する洗濯乾燥機の場合、衣類２００は回転ドラム１０３の後方に集まり易いので、吐出口１４を背面側にすることにより、衣類の撹拌（入れ替わり）を促進する効果も得られる。ただし、吹出口１４を背面側に設けた場合、スリット状やメッシュ状のカバー等を設置する必要があるため、吐出空気の抵抗になって衣類２００に直接当たり難くなるので、衣類２００に直接高速の風を吹き付けることを重視する場合は、吐出口１４を前面側に設ける方式の方が望ましい。

(風路切替)
乾燥運転の初期に送風ファン８のみを運転して空気を循環することは、脱水後に回転ドラム１０３内壁面に張り付いたり、絡まった状態の衣類２００同士をほぐしたりする効果があり、乾燥用の循環空気が衣類２００に当たりやすくなるため乾燥効率が向上する。このように、乾燥運転が効率よく行われることで、乾燥運転時の消費電力量の増大を抑え、省エネルギー化を図る効果を得ることができる。

例えば、循環空気を、ヒートポンプ装置１をバイパスして送風ファン８に吸引される空気流と、ヒートポンプ装置１を経由して除湿及び加熱された後に送風ファン８に吸引される２つの空気流に分岐するような構成とした場合、二つの風路のうち、ヒートポンプ装置１を経由する風路の方が熱交換器を通過するために、空気の通風抵抗が大となる。このため、循環空気は、ヒートポンプ装置１をバイパスする流路に多く流れることになる。

乾燥運転開始時には、ヒートポンプ装置１の立ち上がり特性が乾燥運転効率に影響を与えるため、圧縮機２の起動時は送風ファン８の風量を絞った運転をすることが望ましい。上記のような構成とすることで、送風ファン８の運転状態を一定のまま、風路の切替手段(図示せず)のみを制御することで、ヒートポンプ装置１の暖気運転と同様の効果を得ることが出来る。

このように、ヒートポンプ装置１の運転立ち上がりを早くすることにより、乾燥運転時間を最適に制御可能となり、乾燥運転時の消費電力量の増大を抑え、省エネルギー化を図る効果を得ることができる。

（再熱除湿弁の効果)
次に図５を用いて本発明の実施の形態例２を説明する。本実施例では、回転ドラム１０３と、該回転ドラム１０３を内包する外槽１０１と、ヒートポンプ装置１と、リントフィルタ９０と、送風ファン８、及びこれらを接続する循環風路を備え、ヒートポンプ装置１は圧縮機２と、複数の熱交換器（蒸発器４、凝縮器３、補助熱交換器７）を備え、第1の減圧手段５ａと第２の減圧手段５ｂとを備え、補助熱交換器７を第１の減圧手段５ａと第２の減圧手段５ｂとの間に配置して冷媒回路１６を構成したことを特徴としている。ここで補助熱交換器７は第１の減圧手段５ａと第２の減圧手段５ｂの弁開度を調整することにより、凝縮器又は蒸発器のどちらとしても使用することが可能となる。

例えば、補助熱交換器７を凝縮器として使用する場合は、第１の減圧手段５ａの弁開度を全開として、第２の減圧手段５ｂの弁開度を調整して、所定の冷凍サイクル状態に制御する。また、補助熱交換器７を蒸発器として使用する場合は、第２の減圧手段５ｂの弁開度を全開とし、第１の減圧手段５ａの弁開度を調整することにより、所定の冷凍サイクル状態に制御する。上述のような構成と切替制御を行うことで、蒸発器４、あるいは凝縮器３の伝熱面積が、補助熱交換器７の伝熱面積分だけ拡大されることになる。

前述したように、乾燥運転時の消費電力量低減をするためには、圧縮機２の消費電力量と送風ファン８の消費電力量を低減することが効果的である。しかしながら、乾燥運転時間の短縮や、乾燥時の衣類の仕上がり状態向上のためには、熱交換器の交換熱量を増加させること、即ち冷媒流量及び循環空気の風量を増加させる必要がある。

乾燥運転の前半において、循環空気の絶対湿度は高いため、除湿性能を向上させるためには、冷媒流量、風量、蒸発器４の伝熱面積の拡大が必要となる。また、衣類２００の仕上がり状態を良好とするには、乾燥運転前半において、大風量の空気を衣類２００に吹きつけてしわの伸ばす工程が必須である。上記のように乾燥工程の前半で、蒸発器４の伝熱面積を拡大出来れば、除湿性と乾燥仕上がり性の両面での性能効果を得ることが出来る。

上記各実施例においては、適用装置として、ドラム式洗濯乾燥機を例として説明したが、乾燥方式にヒートポンプ装置を用いた縦型の洗濯乾燥機についても適用可能である。また、乾燥機能のみを有する乾燥機についても適用可能である。

１…ヒートポンプ装置、
２…圧縮機、
３…凝縮器、
４…蒸発器、
５…減圧装置、
５ａ…減圧装置、
５ｂ…減圧装置、
６…冷媒配管、
７…補助熱交換器、
８…送風ファン、
１０…風路の分岐部
１１…伝熱管、
１２…フィン、
１３…制御装置、
１４…吹出口、
１５…排出口、
１６…冷媒回路
１７…ケーシング
２０…洗濯乾燥機、
７０…入口側流路、
７０a…入口側流路接続部、
７１…出口側流路、
７１a…出口側流路接続部、
７２…送風ファン入口ダクト、
７２…送風ファン入口ダクト接続部、
７３…排気ダクト、
７３a…排気ダクト接続部、
７４…吹出しダクト、
８１…送風ファンモータ、
９０…リントフィルタ、
９１…フィルタケース、
９２…フィルタケースの底面、
１００…洗濯乾燥機筺体、
１０１…外槽、
１０２…外槽前面カバー、
１０３…回転ドラム
１０４…サスペンション、
１０５…ベース、
１０６…開口部、
１０７…駆動モータ、
１０８…洗剤投入手段、
１０９…排水弁、
１１０…排水ホース、
１１１…ドア、
１１２…給水ユニット、
２００…衣類、
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３…温度センサ

Claims (5)

1. 回転ドラムと、該回転ドラムを内包する外槽と、ヒートポンプ装置と、フィルタと、送風ファン、及びこれらを接続する循環風路を備えた洗濯乾燥機において、
   前記ヒートポンプ装置は、圧縮機と、冷媒の熱を空気に放熱する凝縮器と、減圧手段と、空気から吸熱する蒸発器とを順次接続した冷媒回路で構成され、前記ヒートポンプ装置を内包するケーシングを備え、
   前記蒸発器と前記凝縮器で構成される熱交換器は、前記循環風路上流側から、空気の流れ方向に向かって前記蒸発器、前記凝縮器の順に高さを変えて配置したことを特徴とする洗濯乾燥機。
2. 請求項１に記載の洗濯乾燥機において、
   前記ヒートポンプ装置を構成する前記熱交換器は、前記循環風路上流側から、空気の流れ方向に向かって、前記蒸発器、前記凝縮器の順に、空気が流入する流路面積を順次縮小して配置したことを特徴とする洗濯乾燥機。
3. 請求項１または２に記載の洗濯乾燥機において、
   前記ヒートポンプ装置を構成する前記熱交換器は、前記循環風路の上流側から、空気の流れ方向に向かって前記蒸発器、前記凝縮器の順に通風抵抗を変えて配置したことを特徴とする洗濯乾燥機。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の洗濯乾燥機において、
   前記ヒートポンプ装置を構成する前記熱交換器は、前記循環風路の上流側から、空気の流れ方向に向かって熱的に分離して配置したことを特徴とする洗濯乾燥機。
5. 回転ドラムと、該回転ドラムを内包する外槽と、ヒートポンプ装置と、フィルタと、送風ファン、及びこれらを接続する循環風路を備えた洗濯乾燥機において、
   前記ヒートポンプ装置は、圧縮機と、複数の熱交換器と、第1と第２の複数の減圧手段とを備え、
   前記複数の熱交換器のうちの一部の熱交換器を第１の減圧手段と第２の減圧手段との間に配置して冷媒回路を構成したことを特徴とする洗濯乾燥機。