JP3956825B2 - 洗濯乾燥機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般家庭で使用される洗濯と乾燥を同一槽で行う洗濯乾燥機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、衣類を乾燥する機器としてはヒータを熱源にするもの以外に、ヒートポンプ装置を熱源に用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図９は、前記公報に記載された従来の衣類乾燥機の構成を示すものである。図９において、１は衣類乾燥機本体、２は本体１内にて回転自在に設けられた乾燥庫として使用される回転ドラムで、モータ３によってドラムベルト４を介して駆動される。５は本体１の前面に設けた衣類投入口、６は循環ダクトで乾燥用空気を導く通路である。７は乾燥用空気を回転ドラム２から循環ダクト６へ送るための送風機であり、モータ３によってファンベルト８を介して駆動される。９は送風機７のケーシングであり、回転ドラム２の後面に設けられ、中央部には吸気口１０を有している。１１は回転ドラム２及び送風機７を回転自在に支持する軸である。
【０００４】
１２は冷媒を蒸発させ乾燥用空気を冷却除湿する吸熱器、１３は冷媒を凝縮させ乾燥用空気を加熱する放熱器、１４は冷媒を圧縮する圧縮機、１５は冷媒の圧力を減圧して冷媒の圧力差を維持するためのキャピラリチューブ等の絞り手段、１６は冷媒が通る配管であり、上記吸熱器１２、放熱器１３、圧縮機１４、絞り手段１５、これらを連結する配管１６でヒートポンプ装置を構成している。
【０００５】
１７は放熱器１３で加熱された乾燥用空気の一部を本体１外へ排出するための排気口である。１８はこの循環ダクト６の途中の吸熱器１２の近くに設けた排水口であり、吸熱器１２での熱交換で発生した乾燥用空気の結露水を排出する。１９は乾燥すべき衣類である。
【０００６】
ヒートポンプ装置を用いることによって、衣類１９に当たった後の乾燥用空気から顕熱および潜熱を吸熱器１２で回収し、放熱器１３において再び乾燥用空気を加熱するための熱量に利用できるため、より少ない入力で所定量の衣類１９の乾燥が可能となる。なお、矢印Ａは乾燥用空気の流れを示している。
【０００７】
次に、その動作を説明する。まず、乾燥すべき衣類１９を回転ドラム２内に置く。次に、モータ３を回転させると、回転ドラム２及び送風機７が回転して乾燥用空気の流れＡが生じる。乾燥用空気は、回転ドラム２内の衣類１９から水分を奪って多湿となった後、送風機７により循環ダクト６内を通ってヒートポンプ装置の吸熱器１２へ運ばれる。
【０００８】
吸熱器１２で低温の冷媒に熱を奪われた乾燥用空気は除湿され、更に放熱器１３へ運ばれ、前記吸熱器１２で吸熱された熱量に、圧縮機１４からの熱量が加わって高温となった冷媒からの放熱で加熱され、再び回転ドラム２内へと循環される。以上の繰り返しで衣類１９は乾燥していく。
【０００９】
ここで、ヒートポンプ装置における冷媒の冷凍サイクルを考えると、放熱器１３から乾燥用空気へ放出される熱量は、吸熱器１２にて乾燥用空気から奪う熱量に、圧縮機１４が消費する電力にほぼ相当する分だけ多くなるため、乾燥用空気をそのまま循環すると、乾燥用空気全体の持つ熱量が増えるとともに、ヒートポンプ装置内の冷媒の持つ熱量が増え、その圧力が高くなる。
【００１０】
より高温高圧となった冷媒を圧縮するため、圧縮機１４のモータ負荷が増えて、やがて限度を超える恐れがあるため、通常は過負荷防止装置（図示せず）が作動して圧縮機１４が停止する。過負荷防止装置が復帰するには時間がかかるため、その間ヒートポンプ装置が作動せず、乾燥が進まない。
【００１１】
したがって、ヒートポンプ装置を安全に安定して運転するには、乾燥用空気の熱量の一部を本体１外へ排出しつつ乾燥を行わなくてはならない。従来例によれば、放熱器１３から出た高温低湿の乾燥用空気の一部を排気口１７から本体１の外へ排出し、外部に最小限の水分しか漏らさずに熱を逃がすことで、安全で安定したヒートポンプ装置の運転を実現している。
【００１２】
【特許文献１】
特開平７−１７８２８９号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、放熱器１３で加熱した高温低湿の乾燥用空気の一部を外部に排気するため、結果的には、衣類乾燥に必要な熱量以上の熱量を、放熱器１３において乾燥用空気に与えることになる。より多くの熱量を放出する分、放熱器１３の能力も大きくする必要がある。具体的には、より放熱面積が広くなるように放熱器１３の大きさが大きくなる。あるいは、乾燥用空気へ多くの熱量を移動させるために温度差を確保するように冷媒温度を高くするなど、乾燥に必要な熱量という観点からは、ムダな熱量を扱う構成になっている。
【００１４】
また、衣類に当たって、衣類１９から水分を奪った乾燥用空気は、衣類１９に顕熱を十分に与えて、乾燥で発生する水蒸気を含んで、相対湿度１００％になることはなく、温度（顕熱）はまだ高い。従って、吸熱器１２において、衣類１９から蒸発した水分を全て結露水として回収するには、乾燥用空気からまず顕熱を奪い、さらに、水蒸気の持つ潜熱を奪わなければならない。吸熱器１２では、顕熱と潜熱のトータルの熱量（エンタルピ）を奪う必要があり、必要能力が大きくなる。
【００１５】
熱量について、具体的な例を示して説明する。所定量の衣類を所定時間で乾燥するために必要な熱量が２２００ワットで、圧縮機１４で冷媒に加わる熱量が６００ワット相当の場合、放熱器１３での放熱量は２８００ワットになる。放熱器１３を通過後の乾燥用空気の一部を排気口１７から外部に排気した後、乾燥用空気の熱量が２２００ワットとなり、衣類１９に当たる。衣類１９の水分を蒸発させるため乾燥用空気の温度（顕熱）は低下するが、同量の熱量（潜熱）を有する水蒸気が空気に含まれる。
【００１６】
衣類に当たる前と同等の熱量（エンタルピ）２２００ワットを有する乾燥空気が吸熱器１２に送られる。この乾燥用空気を冷却して、衣類１９から蒸発した水分を結露水として回収するには、吸熱器１２で２２００ワットの吸熱が必要となる。吸熱器１２で２２００ワット、放熱器１３で２８００ワットの熱量の吸放熱が必要となる。
【００１７】
本発明は、洗濯乾燥機において、上記従来の衣類乾燥機の課題を解決するもので、十分な除湿を実現して、水分の放出を抑えながら熱を外部に放出し、安全で安定したヒートポンプ装置の運転が実現できるとともに、放熱器および吸熱器で扱う熱量を少なく抑えることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、ヒートポンプ装置と、衣類を入れる内槽と、前記内槽を回転自在に支持し前記内槽を囲むように設けて洗濯時には洗濯水を溜めて乾燥時には乾燥用空気の通路となる外槽と、前記放熱器から前記内槽と前記外槽を経て前記吸熱器へと循環する乾燥用空気を導く風路と、乾燥用空気を送風する送風機と、前記内槽内の衣類に接触後、前記吸熱器に至るまでに乾燥用空気の熱を外部に放出する冷却手段を備え、前記冷却手段は、前記外槽と前記吸熱器の間に設けた風路を冷却用風路として、前記冷却用風路および前記外槽の外壁に冷却用空気を送る冷却用送風機と、冷却用空気の風量増減手段を有し、前記風量増減手段は、冷却用空気の風路を開閉する風路開閉弁と前記風路開閉弁を駆動する弁駆動手段を有し、乾燥開始初期は前記風路開閉弁を閉じるようにしたものである。これにより、吸熱器の上流で乾燥用空気の熱を冷却手段によってあらかじめ外部に放出し、吸熱器でさらに冷却して十分に除湿する。
【００１９】
また、乾燥開始初期等で冷却が必要でないときは、風路開閉弁を閉じるように動作させることにより、冷却用送風機が動作しても冷却用空気が送風されないようにすることができる。特に、冷却用送風機と送風機の駆動用モータを１台で兼用する構成の場合には、乾燥用空気の風量を変えることなく、冷却用空気の風量をコントロールすることが可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、圧縮機と圧縮後の高温高圧の冷媒の熱を放熱する放熱器と高圧の冷媒の圧力を減圧するための絞り手段と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とを冷媒が循環するように管路で連結したヒートポンプ装置と、衣類を入れる内槽と、前記内槽を回転自在に支持し前記内槽を囲むように設けて洗濯時には洗濯水を溜めて乾燥時には乾燥用空気の通路となる外槽と、前記放熱器から前記内槽と前記外槽を経て前記吸熱器へと循環する乾燥用空気を導く風路と、乾燥用空気を送風する送風機と、前記内槽内の衣類に接触後、前記吸熱器に至るまでに乾燥用空気の熱を外部に放出する冷却手段を備え、前記冷却手段は、前記外槽と前記吸熱器の間に設けた風路を冷却用風路として、前記冷却用風路および前記外槽の外壁に冷却用空気を送る冷却用送風機と、冷却用空気の風量増減手段を有し、前記風量増減手段は、冷却用空気の風路を開閉する風路開閉弁と前記風路開閉弁を駆動する弁駆動手段を有し、乾燥開始初期は前記風路開閉弁を閉じるようにしたものであり、吸熱器の前で衣類を通過後の乾燥用空気の熱をあらかじめ外部に放出し、吸熱器でさらに冷却して除湿する。衣類通過後の乾燥用空気の熱量、特に、顕熱をあらかじめ外部に放出することによって、吸熱器では乾燥用空気から必要な熱量を奪うだけで十分な除湿が実現できる。従って、外部に湿気を放出することなく、乾燥空気を循環させることができるものである。
【００２１】
また、放熱器から衣類までは外部に熱を積極的に放出することがなく、放熱器から与えられたほぼ全ての熱量をもって乾燥用空気が衣類に当たる。従って、安全で安定したヒートポンプ装置の運転が実現できるとともに、放熱器および吸熱器で扱う熱量を少なく抑えることを可能とするもので、放熱器や吸熱器のサイズなどを小さくすることができる。
【００２２】
また、冷却用空気の風路を開閉する風路開閉弁と弁駆動手段を有したものであり、乾燥用空気の送風機のモータと冷却用空気の送風機のモータを兼用している場合のように、送風機のモータを制御して冷却用空気のみ送風量をコントロールすることができない場合に有効である。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、冷媒は、超臨界状態で作用する冷媒を用いたものであり、放熱器における冷媒の温度を高く設定することが可能であり、よって、放熱器を通過する乾燥用空気も高温にできる。所定の乾燥能力の空気を得るために温度を高くした分は風量を少なくすることができるため、乾燥用空気が通過する部材や風路の圧力損失が少なくなる。従って、吸熱器の上流で乾燥用空気の熱を外部に放出するために設けた熱交換器などの冷却手段による圧力損失の増加分を軽減することができ、乾燥用空気を送風する送風機などが、より少ない能力や小型の送風機を使用することが可能になるなど、冷却手段を含んだ構成がより容易に実現可能になる。よって、吸熱器の上流側で、乾燥用空気の熱量、特に、顕熱をあらかじめ外部に放出することによって、吸熱器では乾燥用空気から必要な熱量を奪うだけで十分な除湿が実現できる。従って、水分の放出がなく熱を外部に放出して乾燥用空気を循環させることができる。
【００２４】
また、放熱器から衣類までは外部に熱を積極的に放出することがなく、放熱器から与えられたほぼ全ての熱量をもって乾燥用空気が衣類に当たる。従って、安全で安定したヒートポンプ装置の運転が実現できるとともに、放熱器および吸熱器で扱う熱量を少なく抑えることを可能とするものである。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、従来例と同じ構成のものは同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２６】
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例の洗濯乾燥機の構成を示す要部断面図である。図１において、２０は圧縮機、２１は圧縮後の高温高圧の冷媒の熱を放熱する放熱器、２２は高圧の冷媒の圧力を減圧するための膨張弁、もしくは、キャピラリーチューブからなる絞り手段、２３は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であり、圧縮機２０、放熱器２１、絞り手段２２、吸熱器２３を順に接続して再び圧縮機２０に冷媒が循環するように管路２４で連結したヒートポンプ装置を具備している。
【００２７】
２８は乾燥用空気の風路で、衣類を入れる内槽３５と、内槽３５を回転自在に支持し内槽３５を囲むように設けられ洗濯時には洗濯水を溜めて乾燥時には乾燥用空気の通路となる外槽３４と、前記放熱器から内槽３５と外槽３４を経て前記吸熱器２３へと循環する乾燥用空気を導く。２９は風路２８に設けた送風機で、乾燥用空気を送風する。３０は内槽３５と吸熱器２３の間に設けた冷却手段で、波形プレートの直交型熱交換器５０と冷却用送風機５１を有し、乾燥用空気の熱を外部に放出する。３１は乾燥用空気の冷却によって発生した結露水の排水口である。なお、矢印Ｂは乾燥用空気の流れを示している。
【００２８】
筐体３２は、内部に複数のサスペンション３３によって弾性的に吊り下げた外槽３４を設け、脱水時の振動をサスペンション３３によって吸収する構成としている。外槽３４の内部に内槽３５を、洗濯・脱水軸３６を中心に回転可能に配設し、内槽３５の内底部には衣類１９を撹拌する回転翼３７を回転自在に配設している。また、内槽３５の周壁には小孔３８を多数設けている。上方には流体バランサ３９を設けている。
【００２９】
モータ（駆動手段）４０は、外槽３４の底部に取り付けられ、その回転力はクラッチ４１を切り換えることによって洗濯・脱水軸３６に伝達される。洗濯軸３６ａは回転翼３７と、脱水軸３６ｂは内槽３５に連結されている。回転翼３７は外周部に外周方向に高くなる略鍋型の形状をし、衣類撹拌用の突出リブを有している。乾燥行程においては、回転翼３７の回転による遠心力と突出リブの撹拌力によって衣類１９を上方へと舞い上げる。
【００３０】
送風機２９は、放熱器２１によって加熱された乾燥用空気を、伸縮自在の上部蛇腹状ホース４２を通して吐出口４３から内槽３５内に送風するもので、筐体３２の略上方に設けている。乾燥用空気は、内槽３５および外槽３４を通過して、外槽３４の下部の排出口４４に接続した下部蛇腹状ホース４５を通り、冷却手段３０を通過する。
【００３１】
４６は排水弁で、外槽３４の底部に位置している。外槽３４からの排水と下部蛇腹状ホース４５からの結露水は、排水管４７を通して排水弁４６に導かれ、排水口３１から機外へ排水される。外槽カバー４８は外槽３４の上面を略気密的に覆うもので、この外槽カバー４８に中蓋４９を開閉自在に設け、衣類１９の出し入れを可能にしている。
【００３２】
上記構成において動作を説明する。乾燥行程では、モータ４０を駆動して回転翼３７を回転させ、衣類１９に遠心力を与えることにより、衣類１９を外へはね飛ばすように衣類１９を撹拌する。この撹拌を繰り返しながら、送風機２９と圧縮機２０が作動する。送風機２９によって乾燥用空気が循環する。放熱器２１からの放熱で乾燥用空気を加熱し、温風にして、上部蛇腹状ホース４２を通して乾燥庫となる内槽３５内へと送り込む。
【００３３】
この乾燥用空気は、内槽３５内で衣類１９と接触した乾燥用空気は衣類１９から水分を奪って衣類１９を乾燥する。衣類１９の水分を奪った後、内槽３５から外槽３４の内側へ出た後、下部蛇腹状ホース４５、風路２８を通過して、冷却手段３０へ至る。
【００３４】
冷却手段３０において主に顕熱を放出して冷えた乾燥用空気は、さらに吸熱器２３において冷却され、結露して除湿される。結露水は、閉じていた排水弁４６が所定時間開かれ、下部蛇腹状ホース４５、排水管４７、排水弁４６を通過して排水口３１から排水される。
【００３５】
一方、ヒートポンプ装置では、圧縮機２０で圧縮された高温高圧の冷媒の熱が放熱器２１で放熱される。さらに、高圧の冷媒が絞り手段２２で減圧されて低圧低温となり、吸熱器２３で乾燥用空気から熱を奪い再び圧縮機２０に戻る。
【００３６】
本発明の衣類乾燥装置の乾燥用空気の温湿度と、ヒートポンプ装置での吸熱・放熱の熱量について、具体的な例を示して、その作用と効果を説明する。
【００３７】
衣類乾燥に必要な熱量が２２００ワットで、ヒートポンプ装置での安全で安定した放熱量も２２００ワットとすると、圧縮機２０で冷媒に加わる熱量が６００ワット相当の場合、放熱量を２２００ワット相当の熱量に抑えるには、吸熱器２１での吸熱量は１６００ワットにする必要がある。
【００３８】
一方、乾燥用空気においては、例えば、加熱前の乾燥用空気の温湿度が２０℃で１００％（相対湿度）の場合、放熱器２１で２２００ワットで加熱されると、乾燥用空気は、風量が１分間当たり２立方メートルの場合、約７４℃、６％となる。この乾燥用空気を衣類１９に当てて、１０分間で２１２グラムの水分を衣類１９から奪うと、乾燥用空気は約５２℃、２８％になる。
【００３９】
この空気を冷却手段３０で予め冷却せずに吸熱器２３で冷却した場合、もとの２０℃、１００％の状態にもどすには、吸熱器２３で２２００ワットの熱量を奪う必要がある。
【００４０】
しかし、本発明のように、冷却手段３０で予め６００ワット相当の熱を奪うと、乾燥用空気は約３７℃、５９％となり、これを吸熱器２３で１６００ワットの吸熱を行うと、乾燥用空気は約２０℃、１００％となる。これは、衣類１９から奪った水分を１００％除湿したことになる。
【００４１】
以上のように、乾燥用空気の熱量、特に、顕熱を冷却手段３０によってあらかじめ外部に放出することで、吸熱器２３では乾燥用空気から必要な熱量１６００ワットを奪うだけで十分な除湿が実現できる。
【００４２】
また、放熱器２１から衣類１９までは外部に熱を積極的に放出することがなく、放熱器２１から与えられたほぼ全ての熱量２２００ワットをもった乾燥用空気が衣類に当たる。従って、安全で安定したヒートポンプ装置の運転が実現できるとともに、放熱器２１および吸熱器２３で扱う熱量を少なく抑えることを可能とするものである。
【００４３】
また、洗濯乾燥機は、洗濯から乾燥まで連続して実行することができ、さらに、乾燥庫である内槽３５が上部に開口しており、衣類１９の取り出しが容易である。
【００４４】
なお、本実施例で示す放熱器２１および吸熱器２３は、フィンチューブ型の熱交換器を図示しているが、その他チューブ管同士を連続接続した形状の熱交換器などでも同様であり、熱交換器の形状を限定するものではない。
【００４５】
また、本発明の各実施例では、衣類乾燥装置を搭載した機器として、槽への投入口が上方を向いて回転軸が略垂直のいわゆる縦型洗濯乾燥機を例に説明したが、槽への投入口が横方向を向いて回転軸が略水平のいわゆるドラム式洗濯乾燥機の場合でも同様である。
【００４６】
（実施例２）
図２は本発明の第２の実施例の洗濯乾燥機の構成を示す要部断面図である。実施例１と同じ構成のものは同一符号を付して詳細な説明は省略する。図２に示すように、冷却手段３０は、外槽３４と吸熱器２３の間に設けた風路を冷却用風路５２として、該冷却用風路５２および外槽３４の外壁に冷却用空気を送る冷却用送風機５１を有している。なお、矢印Ｃは冷却用空気の流れを示している。
【００４７】
衣類１９と接触後の乾燥用空気が通過する外槽３４と冷却用風路５２を通過する間に、冷却用送風機５１から強制的に送風される外部の冷却用空気によって冷却することができる。吸熱器２３の前で乾燥用空気の熱をあらかじめ外部に放出し、吸熱器２３でさらに冷却除湿する。乾燥用空気の熱量、特に、顕熱をあらかじめ外部に放出することによって、吸熱器２３では乾燥用空気から必要な熱量を奪うだけで十分な除湿が実現できる。従って、水分の放出がなく熱を外部に放出して乾燥用空気を循環させることができる。
【００４８】
また、放熱器２１から衣類１９まで外部に熱を積極的に放出することがなく、放熱器２１から与えられたほぼ全ての熱量をもって乾燥用空気が衣類１９に当たる。従って、安全で安定したヒートポンプ装置の運転が実現できるとともに、放熱器２１および吸熱器２３で扱う熱量を少なく抑えることを可能とするものである。
【００４９】
（実施例３）
図３は本発明の第３の実施例の洗濯乾燥機の構成を示す要部断面図である。実施例１、２と同じ構成のものは同一符号を付して詳細な説明は省略する。図３に示すように、外槽３４もしくは冷却用風路５２は、波形状に形成もしくは複数のリブを設けた外壁５３を有しており、波形状やリブによって外壁５３の放熱面積が広がっており、特別な熱交換器を必要とせずに、冷却用空気と乾燥用空気の熱交換を効率よく行うことができる。
【００５０】
吸熱器２３の前で乾燥用空気の熱をあらかじめ外部に放出し、吸熱器２３でさらに冷却除湿する。乾燥用空気の熱量、特に、顕熱をあらかじめ外部に放出することによって、吸熱器２３では乾燥用空気から必要な熱量を奪うだけで十分な除湿が実現できる。従って、水分の放出をなく熱を外部に放出して乾燥用空気を循環させることができる。
【００５１】
また、放熱器２１から衣類までは外部に熱を積極的に放出することがなく、放熱器２１から与えられたほぼ全ての熱量をもって乾燥用空気が衣類に当たる。従って、安全で安定したヒートポンプ装置の運転が実現できるとともに、放熱器２１および吸熱器２３で扱う熱量を少なく抑えることを可能とするものである。
【００５２】
（実施例４）
本発明の第４の実施例の洗濯乾燥機は、冷却手段３０が、冷却用空気の風量増減手段（図示せず）と、乾燥開始後の所定時間は冷却用空気を流さない制御を行う制御手段（図示せず）を有するもので、風量増減手段は、実施例１〜３に記載した冷却用送風機５１に対して、制御手段が行う駆動電圧制御などによる運転制御で実現するものである。
【００５３】
図４は、本発明の第４の実施例の風量増減手段を制御して、冷却手段３０を制御する場合のフローチャートである。図４のフローチャートで、制御手段５５の（図５に図示）動作を説明する。ただし、説明は、衣類乾燥の制御に関連する部分だけであり、洗濯・脱水工程などに関する部分は含まないものである。
【００５４】
乾燥が開始されると、ステップＳ１で経過時間を測るため計時を開始し、ステップＳ２、Ｓ３で送風機２９を作動して乾燥用空気を流し、圧縮機２０も作動して、乾燥が始まる。ステップＳ４で所定時間が経過したかを判定する。乾燥工程の開始直後では、放熱器２１の放熱が少なくて加熱が十分でないため、乾燥用空気は所定温度に到達していない。
【００５５】
ステップＳ５で風量増減手段を制御して冷却用空気の送風を停止、もしくは、風量減少を行う。ステップＳ６でその他の通常制御を行い、ステップＳ４での判定を繰り返す。所定時間になればステップＳ７に移行する。ステップＳ７では、風量増減手段を制御して冷却用空気の風量増加を行う。以降、ステップＳ８で通常の制御を行って乾燥を継続する。
【００５６】
以上のように、乾燥開始後、乾燥用空気や冷媒の温度が低く、冷却手段３０によって熱を放出しなくても、ヒートポンプ装置の負荷が限度を超える恐れがないので、制御手段５５により風量増減手段を制御し、所定時間は冷却用空気の風量をゼロ、もしくは、少量にコントロールすることができる。冷却手段３０での放熱を制限する分、乾燥用空気の温度上昇が速くなり、乾燥が速く進む。
【００５７】
所定時間経過後は、冷却用空気の風量を増やすことによって、吸熱器２３の上流で乾燥用空気の熱を外部に放出し、吸熱器２３でさらに冷却除湿することができる。乾燥用空気の熱量、特に、顕熱をあらかじめ外部に放出することによって、吸熱器２３では乾燥用空気から必要な熱量を奪うだけで十分な除湿が実現できる。
【００５８】
また、放熱器２１から衣類までは外部に熱を積極的に放出することがなく、放熱器２１から与えられたほぼ全ての熱量をもって乾燥用空気が衣類１９に当たる。従って、安全で安定したヒートポンプ装置の運転が実現できるとともに、放熱器２１および吸熱器２３で扱う熱量を少なく抑えることを可能とするものである。
【００５９】
（実施例５）
図５は本発明の第５の実施例の洗濯乾燥機の風量増減手段５８を示す構成図である。実施例１〜４と同じ構成のものは同一符号を付して詳細な説明は省略する。図５において、風量増減手段５８は、冷却用空気の吸気口を開閉する風路開閉弁５６と、この風路開閉弁５６を駆動する弁駆動手段５７を有する。冷却手段３０で冷却するには、弁駆動手段５７を作動して風路開閉弁５６を図５に示す位置に移動する。
【００６０】
前記実施例４に記載のように、乾燥開始初期等で冷却が必要でないときは、風路開閉弁５６を閉じるように動作させることにより、冷却用送風機５１が動作しても冷却用空気が送風されないようにすることができる。特に、冷却用送風機５１と送風機２９の駆動用モータを１台で兼用する構成の場合には、乾燥用空気の風量を変えることなく、冷却用空気の風量をコントロールすることが可能である。
【００６１】
なお、実施例では風路開閉弁５６を吸気側に設けたが吐出側でも同様であり、特に限定するものではない。
【００６２】
（実施例６）
本発明の第６の実施例の洗濯乾燥機は、冷却手段３０が、冷却用空気の風量増減手段５８と、サーミスタなどの温度検知手段５９（図５に図示）を有し、乾燥用空気が所定温度に到達するまでは、風量増減手段５８をコントロールして冷却用空気を流さないように制御を行う制御手段５５（図５に図示）を有するものである。
【００６３】
温度検知手段５９は、乾燥用空気が流れる風路２８内に配設し、放熱器２１を通過した直後の温度を検知する。ただし、風路２８内の乾燥用空気の温度は、送風機２９の吹き出し口、外槽３４の出口など、それぞれの箇所で互いに相関があり、また、管路２４を流れる冷媒温度にも相関があるため、温度検知位置を放熱器２１直後の空気温度に限定するものではない。また、風量増減手段は、前記実施例４に記載したような、冷却用送風機５１に対して、制御手段が行う駆動電圧制御などによる運転制御で実現するものであってもよい。
【００６４】
図６は、本発明の第６の実施例の風量増減手段５８を制御して、冷却手段３０を制御する場合のフローチャートである。図６のフローチャートで、制御手段５５の動作を説明する。ただし、説明は、乾燥時の制御に関連する部分だけであり、洗濯・脱水工程などに関する部分は含まないものである。
【００６５】
乾燥が開始されると、ステップＳ１１、Ｓ１２で送風機２９を作動して乾燥用空気を流し、圧縮機２０も作動して、乾燥が始まる。ステップＳ１３で温度検知を開始し、ステップＳ１４で所定温度に到達したかを判定する。乾燥工程の開始直後では、放熱器２１の放熱が少なくて加熱が十分でないため、乾燥用空気や冷媒は所定温度に到達していない。ステップＳ１５で風量増減手段５８を制御して冷却用空気の送風を停止、もしくは、風量減少を行う。
【００６６】
ステップＳ１６でその他の通常制御を行い、ステップＳ１３での温度検知とステップＳ１４での判定を繰り返す。所定温度になればステップＳ１７に移行する。ステップＳ１７では、風量増減手段５８を制御して冷却用空気の風量増加を行う。以降、ステップＳ１８で通常の制御を行って乾燥を継続する。
【００６７】
以上のように、乾燥開始後、または、冬期で本体周囲温度が低いために、乾燥用空気や冷媒の温度が低く、冷却手段３０によって熱を放出しなくても、ヒートポンプ装置の負荷が限度を超える恐れがないので、温度検知手段５９からの情報を基に、制御手段５５によって風量増減手段５４もしくは５８を制御し、所定温度範囲では冷却用空気の風量をゼロ、もしくは、少量にコントロールすることができる。
【００６８】
冷却手段３０での放熱を制限する分、乾燥用空気の温度上昇が速くなり、乾燥が速く進む。所定温度到達後は、冷却用空気の風量を増やすことによって、吸熱器２３の上流で乾燥用空気の熱を外部に放出し、吸熱器２３でさらに冷却除湿することができる。乾燥用空気の熱量、特に顕熱をあらかじめ外部に放出することによって、吸熱器２３では乾燥用空気から必要な熱量を奪うだけで十分な除湿が実現できる。
【００６９】
また、放熱器２１から衣類までは外部に熱を積極的に放出することがなく、放熱器２１から与えられたほぼ全ての熱量をもって乾燥用空気が衣類１９に当たる。従って、安全で安定したヒートポンプ装置の運転が実現できるとともに、放熱器２１および吸熱器２３で扱う熱量を少なく抑えることを可能とするものである。
【００７０】
（実施例７）
本発明の実施例７では、冷媒を二酸化炭素のように超臨界状態で作用するものを用いる。従来、冷媒のＲ２２やＲ１３４ａなどフルオロカーボン系のように、高圧側条件を臨界圧力未満のサイクルで用いるヒートポンプ装置では、冷媒の凝縮が発生するため、空気との熱交換を行う領域において冷媒の温度が凝縮温度で一定となる部分が多く、空気との熱交換においても、凝縮温度近辺が上限温度となり、通常は、臨界温度よりも２０〜３０℃低い温度で設計される。上記に挙げた従来の冷媒では、通常６０〜６５℃以下で使用される。従って、この冷媒と熱交換を行う乾燥用空気の放熱器２１を通過後の温度は６０〜６５℃程度が上限となる。
【００７１】
図７は、上記臨界温度以下で使用する場合の冷媒温度６０と空気温度６１の変化を示す。矢印は冷媒および空気の流れ方向である。例えばＲ１３４ａの冷媒では、高圧側約１．６８ＭＰａで、凝縮温度６０℃となる。放熱器２１に入る前後の冷媒温度は通常これよりも高い温度であるが、放熱器２１においては、空気側に放熱されて温度が下がり、冷媒の状態が気体から液体に変わる二相域領域になり、凝縮温度の６０℃で一定となる。この間、冷媒からは凝縮熱が放熱され、乾燥用空気が温められる。乾燥用空気の温度は、放熱器手前の温度が例えば２０℃として、冷媒から熱をもらって温度を上昇させる。冷媒が気相の状態では６０℃よりも高温となっているが、熱の移動には温度差が必要であり、空気の温度上昇は６０℃程度となる。
【００７２】
しかし、二酸化炭素などを冷媒として用いて、超臨界状態で作用するようなサイクルのヒートポンプ装置の場合には、凝縮温度の制限を超えた温度での熱交換が可能である。従って、放熱器２１を通過後の乾燥用空気の温度が実施例１で示したような７５℃になるように設計することも可能である。
【００７３】
図８は、冷媒として二酸化炭素を超臨界で使用する場合の冷媒温度６２と空気温度６３の変化を示す。例えば高圧側約１１．５ＭＰａで、冷媒の温度は約９０℃から３０℃に変化する。この間、冷媒から放熱され、乾燥用空気が温められる。乾燥用空気の温度は、放熱器手前の温度が例えば２０℃として、冷媒から熱をもらって温度を上昇させる。冷媒の温度が９０℃と高温のため、空気の温度上昇は７５℃程度となる。
【００７４】
以上のように、超臨界状態で作用する冷媒を用いてヒートポンプ装置のサイクルを設計すれば、放熱器２１における冷媒の温度を高く設定することが可能であり、よって、放熱器２１を通過する乾燥用空気も高温にできる。所定の乾燥能力の空気を得るために温度を高くした場合は風量を少なくすることができる。例えば６０℃で風量が１分間当たり２．７立方メートル必要であったものが、７５℃では、風量が１分間当たり、２立方メートルでよいことになる。
【００７５】
風量を少なくすることができれば、乾燥用空気が通過する熱交換器などの部材や風路の圧力損失が少なくなる。従って、吸熱器２３の上流で乾燥用空気の熱を外部に放出するために設けた熱交換器などの冷却手段３０による圧力損失の増加分を軽減することができ、乾燥用空気を送風する送風機２９などが、より少ない能力や小型の送風機を使用することが可能になるなど、冷却手段３０を含んだ構成がより容易に実現可能になる。
【００７６】
よって、吸熱器２１の上流で、乾燥用空気の熱量、特に顕熱をあらかじめ外部に放出することによって、吸熱器２３では乾燥用空気から必要な熱量を奪うだけで十分な除湿が実現できる。従って、水分の放出を少なく抑えながら熱を外部に放出することができる。
【００７７】
また、放熱器２１から衣類までは外部に熱を積極的に放出することがなく、放熱器２１から与えられたほぼ全ての熱量をもって乾燥用空気が衣類に当たる。従って、安全で安定したヒートポンプ装置の運転が実現できるとともに、放熱器２１および吸熱器２３で扱う熱量を少なく抑えることを可能とするものである。
【００７８】
【発明の効果】
以上のように発明によれば、冷却手段によって、乾燥用空気の熱量、特に、顕熱をあらかじめ外部に放出することができる。したがって、吸熱器では所定の吸熱量で潜熱を奪って十分な除湿が実現でき、また、放熱器では乾燥に必要な熱量以上に放熱する必要がなくなり、安全で安定したヒートポンプ装置の運転が実現できるとともに、放熱器および吸熱器で扱う熱量を少なく抑える効果が得られる。また、乾燥用空気の送風機のモータと冷却用空気の送風機のモータを兼用し、送風機のモータを制御して冷却用空気のみ送風量をコントロールすることができない場合でも、乾燥用空気の風量を変えることなく、冷却用空気の風量をコントロールすることができ、風路開閉弁を閉じることで乾燥開始初期での冷却を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例の洗濯乾燥機の要部断面図
【図２】 本発明の第２の実施例の洗濯乾燥機の要部断面図
【図３】 本発明の第３の実施例の洗濯乾燥機の要部断面図
【図４】 本発明の第４の実施例の洗濯乾燥機の制御を示すフローチャート
【図５】 本発明の第５の実施例の洗濯乾燥機の要部断面図
【図６】 本発明の第６の実施例の洗濯乾燥機の制御を示すフローチャート
【図７】 従来の衣類乾燥機におけるヒートポンプ装置の放熱器における冷媒と空気の温度変化を示す図
【図８】 本発明の第７の実施例の洗濯乾燥機におけるヒートポンプ装置の放熱器における冷媒と空気の温度変化を示す図
【図９】 従来の衣類乾燥機を示す断面図
【符号の説明】
２０ 圧縮機
２１ 放熱器
２２ 絞り手段
２３ 吸熱器
２４ 管路
２８ 風路
２９ 送風機
３０ 冷却手段
３４ 外槽
３５ 内槽
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般家庭で使用される洗濯と乾燥を同一槽で行う洗濯乾燥機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、衣類を乾燥する機器としてはヒータを熱源にするもの以外に、ヒートポンプ装置を熱源に用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図９は、前記公報に記載された従来の衣類乾燥機の構成を示すものである。図９において、１は衣類乾燥機本体、２は本体１内にて回転自在に設けられた乾燥庫として使用される回転ドラムで、モータ３によってドラムベルト４を介して駆動される。５は本体１の前面に設けた衣類投入口、６は循環ダクトで乾燥用空気を導く通路である。７は乾燥用空気を回転ドラム２から循環ダクト６へ送るための送風機であり、モータ３によってファンベルト８を介して駆動される。９は送風機７のケーシングであり、回転ドラム２の後面に設けられ、中央部には吸気口１０を有している。１１は回転ドラム２及び送風機７を回転自在に支持する軸である。
【０００４】
１２は冷媒を蒸発させ乾燥用空気を冷却除湿する吸熱器、１３は冷媒を凝縮させ乾燥用空気を加熱する放熱器、１４は冷媒を圧縮する圧縮機、１５は冷媒の圧力を減圧して冷媒の圧力差を維持するためのキャピラリチューブ等の絞り手段、１６は冷媒が通る配管であり、上記吸熱器１２、放熱器１３、圧縮機１４、絞り手段１５、これらを連結する配管１６でヒートポンプ装置を構成している。
【０００５】
１７は放熱器１３で加熱された乾燥用空気の一部を本体１外へ排出するための排気口である。１８はこの循環ダクト６の途中の吸熱器１２の近くに設けた排水口であり、吸熱器１２での熱交換で発生した乾燥用空気の結露水を排出する。１９は乾燥すべき衣類である。
【０００６】
ヒートポンプ装置を用いることによって、衣類１９に当たった後の乾燥用空気から顕熱および潜熱を吸熱器１２で回収し、放熱器１３において再び乾燥用空気を加熱するための熱量に利用できるため、より少ない入力で所定量の衣類１９の乾燥が可能となる。なお、矢印Ａは乾燥用空気の流れを示している。
【０００７】
次に、その動作を説明する。まず、乾燥すべき衣類１９を回転ドラム２内に置く。次に、モータ３を回転させると、回転ドラム２及び送風機７が回転して乾燥用空気の流れＡが生じる。乾燥用空気は、回転ドラム２内の衣類１９から水分を奪って多湿となった後、送風機７により循環ダクト６内を通ってヒートポンプ装置の吸熱器１２へ運ばれる。
【０００８】
吸熱器１２で低温の冷媒に熱を奪われた乾燥用空気は除湿され、更に放熱器１３へ運ばれ、前記吸熱器１２で吸熱された熱量に、圧縮機１４からの熱量が加わって高温となった冷媒からの放熱で加熱され、再び回転ドラム２内へと循環される。以上の繰り返しで衣類１９は乾燥していく。
【０００９】
ここで、ヒートポンプ装置における冷媒の冷凍サイクルを考えると、放熱器１３から乾燥用空気へ放出される熱量は、吸熱器１２にて乾燥用空気から奪う熱量に、圧縮機１４が消費する電力にほぼ相当する分だけ多くなるため、乾燥用空気をそのまま循環すると、乾燥用空気全体の持つ熱量が増えるとともに、ヒートポンプ装置内の冷媒の持つ熱量が増え、その圧力が高くなる。
【００１０】
より高温高圧となった冷媒を圧縮するため、圧縮機１４のモータ負荷が増えて、やがて限度を超える恐れがあるため、通常は過負荷防止装置（図示せず）が作動して圧縮機１４が停止する。過負荷防止装置が復帰するには時間がかかるため、その間ヒートポンプ装置が作動せず、乾燥が進まない。
【００１１】
したがって、ヒートポンプ装置を安全に安定して運転するには、乾燥用空気の熱量の一部を本体１外へ排出しつつ乾燥を行わなくてはならない。従来例によれば、放熱器１３から出た高温低湿の乾燥用空気の一部を排気口１７から本体１の外へ排出し、外部に最小限の水分しか漏らさずに熱を逃がすことで、安全で安定したヒートポンプ装置の運転を実現している。
【００１２】
【特許文献１】
特開平７−１７８２８９号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、放熱器１３で加熱した高温低湿の乾燥用空気の一部を外部に排気するため、結果的には、衣類乾燥に必要な熱量以上の熱量を、放熱器１３において乾燥用空気に与えることになる。より多くの熱量を放出する分、放熱器１３の能力も大きくする必要がある。具体的には、より放熱面積が広くなるように放熱器１３の大きさが大きくなる。あるいは、乾燥用空気へ多くの熱量を移動させるために温度差を確保するように冷媒温度を高くするなど、乾燥に必要な熱量という観点からは、ムダな熱量を扱う構成になっている。
【００１４】
また、衣類に当たって、衣類１９から水分を奪った乾燥用空気は、衣類１９に顕熱を十分に与えて、乾燥で発生する水蒸気を含んで、相対湿度１００％になることはなく、温度（顕熱）はまだ高い。従って、吸熱器１２において、衣類１９から蒸発した水分を全て結露水として回収するには、乾燥用空気からまず顕熱を奪い、さらに、水蒸気の持つ潜熱を奪わなければならない。吸熱器１２では、顕熱と潜熱のトータルの熱量（エンタルピ）を奪う必要があり、必要能力が大きくなる。
【００１５】
熱量について、具体的な例を示して説明する。所定量の衣類を所定時間で乾燥するために必要な熱量が２２００ワットで、圧縮機１４で冷媒に加わる熱量が６００ワット相当の場合、放熱器１３での放熱量は２８００ワットになる。放熱器１３を通過後の乾燥用空気の一部を排気口１７から外部に排気した後、乾燥用空気の熱量が２２００ワットとなり、衣類１９に当たる。衣類１９の水分を蒸発させるため乾燥用空気の温度（顕熱）は低下するが、同量の熱量（潜熱）を有する水蒸気が空気に含まれる。
【００１６】
衣類に当たる前と同等の熱量（エンタルピ）２２００ワットを有する乾燥空気が吸熱器１２に送られる。この乾燥用空気を冷却して、衣類１９から蒸発した水分を結露水として回収するには、吸熱器１２で２２００ワットの吸熱が必要となる。吸熱器１２で２２００ワット、放熱器１３で２８００ワットの熱量の吸放熱が必要となる。
【００１７】
本発明は、洗濯乾燥機において、上記従来の衣類乾燥機の課題を解決するもので、十分な除湿を実現して、水分の放出を抑えながら熱を外部に放出し、安全で安定したヒートポンプ装置の運転が実現できるとともに、放熱器および吸熱器で扱う熱量を少なく抑えることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、ヒートポンプ装置と、衣類を入れる内槽と、前記内槽を回転自在に支持し前記内槽を囲むように設けて洗濯時には洗濯水を溜めて乾燥時には乾燥用空気の通路となる外槽と、前記放熱器から前記内槽と前記外槽を経て前記吸熱器へと循環する乾燥用空気を導く風路と、乾燥用空気を送風する送風機と、前記内槽内の衣類に接触後、前記吸熱器に至るまでに乾燥用空気の熱を外部に放出する冷却手段を備え、前記冷却手段は、前記外槽と前記吸熱器の間に設けた風路を冷却用風路として、前記冷却用風路および前記外槽の外壁に冷却用空気を送る冷却用送風機と、冷却用空気の風量増減手段を有し、前記風量増減手段は、冷却用空気の風路を開閉する風路開閉弁と前記風路開閉弁を駆動する弁駆動手段を有し、乾燥開始初期は前記風路開閉弁を閉じるようにしたものである。これにより、吸熱器の上流で乾燥用空気の熱を冷却手段によってあらかじめ外部に放出し、吸熱器でさらに冷却して十分に除湿する。
【００１９】
また、乾燥開始初期等で冷却が必要でないときは、風路開閉弁を閉じるように動作させることにより、冷却用送風機が動作しても冷却用空気が送風されないようにすることができる。特に、冷却用送風機と送風機の駆動用モータを１台で兼用する構成の場合には、乾燥用空気の風量を変えることなく、冷却用空気の風量をコントロールすることが可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、圧縮機と圧縮後の高温高圧の冷媒の熱を放熱する放熱器と高圧の冷媒の圧力を減圧するための絞り手段と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とを冷媒が循環するように管路で連結したヒートポンプ装置と、衣類を入れる内槽と、前記内槽を回転自在に支持し前記内槽を囲むように設けて洗濯時には洗濯水を溜めて乾燥時には乾燥用空気の通路となる外槽と、前記放熱器から前記内槽と前記外槽を経て前記吸熱器へと循環する乾燥用空気を導く風路と、乾燥用空気を送風する送風機と、前記内槽内の衣類に接触後、前記吸熱器に至るまでに乾燥用空気の熱を外部に放出する冷却手段を備え、前記冷却手段は、前記外槽と前記吸熱器の間に設けた風路を冷却用風路として、前記冷却用風路および前記外槽の外壁に冷却用空気を送る冷却用送風機と、冷却用空気の風量増減手段を有し、前記風量増減手段は、冷却用空気の風路を開閉する風路開閉弁と前記風路開閉弁を駆動する弁駆動手段を有し、乾燥開始初期は前記風路開閉弁を閉じるようにしたものであり、吸熱器の前で衣類を通過後の乾燥用空気の熱をあらかじめ外部に放出し、吸熱器でさらに冷却して除湿する。衣類通過後の乾燥用空気の熱量、特に、顕熱をあらかじめ外部に放出することによって、吸熱器では乾燥用空気から必要な熱量を奪うだけで十分な除湿が実現できる。従って、外部に湿気を放出することなく、乾燥空気を循環させることができるものである。
【００２１】
また、放熱器から衣類までは外部に熱を積極的に放出することがなく、放熱器から与えられたほぼ全ての熱量をもって乾燥用空気が衣類に当たる。従って、安全で安定したヒートポンプ装置の運転が実現できるとともに、放熱器および吸熱器で扱う熱量を少なく抑えることを可能とするもので、放熱器や吸熱器のサイズなどを小さくすることができる。
【００２２】
また、冷却用空気の風路を開閉する風路開閉弁と弁駆動手段を有したものであり、乾燥用空気の送風機のモータと冷却用空気の送風機のモータを兼用している場合のように、送風機のモータを制御して冷却用空気のみ送風量をコントロールすることができない場合に有効である。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、冷媒は、超臨界状態で作用する冷媒を用いたものであり、放熱器における冷媒の温度を高く設定することが可能であり、よって、放熱器を通過する乾燥用空気も高温にできる。所定の乾燥能力の空気を得るために温度を高くした分は風量を少なくすることができるため、乾燥用空気が通過する部材や風路の圧力損失が少なくなる。従って、吸熱器の上流で乾燥用空気の熱を外部に放出するために設けた熱交換器などの冷却手段による圧力損失の増加分を軽減することができ、乾燥用空気を送風する送風機などが、より少ない能力や小型の送風機を使用することが可能になるなど、冷却手段を含んだ構成がより容易に実現可能になる。よって、吸熱器の上流側で、乾燥用空気の熱量、特に、顕熱をあらかじめ外部に放出することによって、吸熱器では乾燥用空気から必要な熱量を奪うだけで十分な除湿が実現できる。従って、水分の放出がなく熱を外部に放出して乾燥用空気を循環させることができる。
【００２４】
また、放熱器から衣類までは外部に熱を積極的に放出することがなく、放熱器から与えられたほぼ全ての熱量をもって乾燥用空気が衣類に当たる。従って、安全で安定したヒートポンプ装置の運転が実現できるとともに、放熱器および吸熱器で扱う熱量を少なく抑えることを可能とするものである。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、従来例と同じ構成のものは同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２６】
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例の洗濯乾燥機の構成を示す要部断面図である。図１において、２０は圧縮機、２１は圧縮後の高温高圧の冷媒の熱を放熱する放熱器、２２は高圧の冷媒の圧力を減圧するための膨張弁、もしくは、キャピラリーチューブからなる絞り手段、２３は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であり、圧縮機２０、放熱器２１、絞り手段２２、吸熱器２３を順に接続して再び圧縮機２０に冷媒が循環するように管路２４で連結したヒートポンプ装置を具備している。
【００２７】
２８は乾燥用空気の風路で、衣類を入れる内槽３５と、内槽３５を回転自在に支持し内槽３５を囲むように設けられ洗濯時には洗濯水を溜めて乾燥時には乾燥用空気の通路となる外槽３４と、前記放熱器から内槽３５と外槽３４を経て前記吸熱器２３へと循環する乾燥用空気を導く。２９は風路２８に設けた送風機で、乾燥用空気を送風する。３０は内槽３５と吸熱器２３の間に設けた冷却手段で、波形プレートの直交型熱交換器５０と冷却用送風機５１を有し、乾燥用空気の熱を外部に放出する。３１は乾燥用空気の冷却によって発生した結露水の排水口である。なお、矢印Ｂは乾燥用空気の流れを示している。
【００２８】
筐体３２は、内部に複数のサスペンション３３によって弾性的に吊り下げた外槽３４を設け、脱水時の振動をサスペンション３３によって吸収する構成としている。外槽３４の内部に内槽３５を、洗濯・脱水軸３６を中心に回転可能に配設し、内槽３５の内底部には衣類１９を撹拌する回転翼３７を回転自在に配設している。また、内槽３５の周壁には小孔３８を多数設けている。上方には流体バランサ３９を設けている。
【００２９】
モータ（駆動手段）４０は、外槽３４の底部に取り付けられ、その回転力はクラッチ４１を切り換えることによって洗濯・脱水軸３６に伝達される。洗濯軸３６ａは回転翼３７と、脱水軸３６ｂは内槽３５に連結されている。回転翼３７は外周部に外周方向に高くなる略鍋型の形状をし、衣類撹拌用の突出リブを有している。乾燥行程においては、回転翼３７の回転による遠心力と突出リブの撹拌力によって衣類１９を上方へと舞い上げる。
【００３０】
送風機２９は、放熱器２１によって加熱された乾燥用空気を、伸縮自在の上部蛇腹状ホース４２を通して吐出口４３から内槽３５内に送風するもので、筐体３２の略上方に設けている。乾燥用空気は、内槽３５および外槽３４を通過して、外槽３４の下部の排出口４４に接続した下部蛇腹状ホース４５を通り、冷却手段３０を通過する。
【００３１】
４６は排水弁で、外槽３４の底部に位置している。外槽３４からの排水と下部蛇腹状ホース４５からの結露水は、排水管４７を通して排水弁４６に導かれ、排水口３１から機外へ排水される。外槽カバー４８は外槽３４の上面を略気密的に覆うもので、この外槽カバー４８に中蓋４９を開閉自在に設け、衣類１９の出し入れを可能にしている。
【００３２】
上記構成において動作を説明する。乾燥行程では、モータ４０を駆動して回転翼３７を回転させ、衣類１９に遠心力を与えることにより、衣類１９を外へはね飛ばすように衣類１９を撹拌する。この撹拌を繰り返しながら、送風機２９と圧縮機２０が作動する。送風機２９によって乾燥用空気が循環する。放熱器２１からの放熱で乾燥用空気を加熱し、温風にして、上部蛇腹状ホース４２を通して乾燥庫となる内槽３５内へと送り込む。
【００３３】
この乾燥用空気は、内槽３５内で衣類１９と接触した乾燥用空気は衣類１９から水分を奪って衣類１９を乾燥する。衣類１９の水分を奪った後、内槽３５から外槽３４の内側へ出た後、下部蛇腹状ホース４５、風路２８を通過して、冷却手段３０へ至る。
【００３４】
冷却手段３０において主に顕熱を放出して冷えた乾燥用空気は、さらに吸熱器２３において冷却され、結露して除湿される。結露水は、閉じていた排水弁４６が所定時間開かれ、下部蛇腹状ホース４５、排水管４７、排水弁４６を通過して排水口３１から排水される。
【００３５】
一方、ヒートポンプ装置では、圧縮機２０で圧縮された高温高圧の冷媒の熱が放熱器２１で放熱される。さらに、高圧の冷媒が絞り手段２２で減圧されて低圧低温となり、吸熱器２３で乾燥用空気から熱を奪い再び圧縮機２０に戻る。
【００３６】
本発明の衣類乾燥装置の乾燥用空気の温湿度と、ヒートポンプ装置での吸熱・放熱の熱量について、具体的な例を示して、その作用と効果を説明する。
【００３７】
衣類乾燥に必要な熱量が２２００ワットで、ヒートポンプ装置での安全で安定した放熱量も２２００ワットとすると、圧縮機２０で冷媒に加わる熱量が６００ワット相当の場合、放熱量を２２００ワット相当の熱量に抑えるには、吸熱器２１での吸熱量は１６００ワットにする必要がある。
【００３８】
一方、乾燥用空気においては、例えば、加熱前の乾燥用空気の温湿度が２０℃で１００％（相対湿度）の場合、放熱器２１で２２００ワットで加熱されると、乾燥用空気は、風量が１分間当たり２立方メートルの場合、約７４℃、６％となる。この乾燥用空気を衣類１９に当てて、１０分間で２１２グラムの水分を衣類１９から奪うと、乾燥用空気は約５２℃、２８％になる。
【００３９】
この空気を冷却手段３０で予め冷却せずに吸熱器２３で冷却した場合、もとの２０℃、１００％の状態にもどすには、吸熱器２３で２２００ワットの熱量を奪う必要がある。
【００４０】
しかし、本発明のように、冷却手段３０で予め６００ワット相当の熱を奪うと、乾燥用空気は約３７℃、５９％となり、これを吸熱器２３で１６００ワットの吸熱を行うと、乾燥用空気は約２０℃、１００％となる。これは、衣類１９から奪った水分を１００％除湿したことになる。
【００４１】
以上のように、乾燥用空気の熱量、特に、顕熱を冷却手段３０によってあらかじめ外部に放出することで、吸熱器２３では乾燥用空気から必要な熱量１６００ワットを奪うだけで十分な除湿が実現できる。
【００４２】
また、放熱器２１から衣類１９までは外部に熱を積極的に放出することがなく、放熱器２１から与えられたほぼ全ての熱量２２００ワットをもった乾燥用空気が衣類に当たる。従って、安全で安定したヒートポンプ装置の運転が実現できるとともに、放熱器２１および吸熱器２３で扱う熱量を少なく抑えることを可能とするものである。
【００４３】
また、洗濯乾燥機は、洗濯から乾燥まで連続して実行することができ、さらに、乾燥庫である内槽３５が上部に開口しており、衣類１９の取り出しが容易である。
【００４４】
なお、本実施例で示す放熱器２１および吸熱器２３は、フィンチューブ型の熱交換器を図示しているが、その他チューブ管同士を連続接続した形状の熱交換器などでも同様であり、熱交換器の形状を限定するものではない。
【００４５】
また、本発明の各実施例では、衣類乾燥装置を搭載した機器として、槽への投入口が上方を向いて回転軸が略垂直のいわゆる縦型洗濯乾燥機を例に説明したが、槽への投入口が横方向を向いて回転軸が略水平のいわゆるドラム式洗濯乾燥機の場合でも同様である。
【００４６】
（実施例２）
図２は本発明の第２の実施例の洗濯乾燥機の構成を示す要部断面図である。実施例１と同じ構成のものは同一符号を付して詳細な説明は省略する。図２に示すように、冷却手段３０は、外槽３４と吸熱器２３の間に設けた風路を冷却用風路５２として、該冷却用風路５２および外槽３４の外壁に冷却用空気を送る冷却用送風機５１を有している。なお、矢印Ｃは冷却用空気の流れを示している。
【００４７】
衣類１９と接触後の乾燥用空気が通過する外槽３４と冷却用風路５２を通過する間に、冷却用送風機５１から強制的に送風される外部の冷却用空気によって冷却することができる。吸熱器２３の前で乾燥用空気の熱をあらかじめ外部に放出し、吸熱器２３でさらに冷却除湿する。乾燥用空気の熱量、特に、顕熱をあらかじめ外部に放出することによって、吸熱器２３では乾燥用空気から必要な熱量を奪うだけで十分な除湿が実現できる。従って、水分の放出がなく熱を外部に放出して乾燥用空気を循環させることができる。
【００４８】
また、放熱器２１から衣類１９まで外部に熱を積極的に放出することがなく、放熱器２１から与えられたほぼ全ての熱量をもって乾燥用空気が衣類１９に当たる。従って、安全で安定したヒートポンプ装置の運転が実現できるとともに、放熱器２１および吸熱器２３で扱う熱量を少なく抑えることを可能とするものである。
【００４９】
（実施例３）
図３は本発明の第３の実施例の洗濯乾燥機の構成を示す要部断面図である。実施例１、２と同じ構成のものは同一符号を付して詳細な説明は省略する。図３に示すように、外槽３４もしくは冷却用風路５２は、波形状に形成もしくは複数のリブを設けた外壁５３を有しており、波形状やリブによって外壁５３の放熱面積が広がっており、特別な熱交換器を必要とせずに、冷却用空気と乾燥用空気の熱交換を効率よく行うことができる。
【００５０】
吸熱器２３の前で乾燥用空気の熱をあらかじめ外部に放出し、吸熱器２３でさらに冷却除湿する。乾燥用空気の熱量、特に、顕熱をあらかじめ外部に放出することによって、吸熱器２３では乾燥用空気から必要な熱量を奪うだけで十分な除湿が実現できる。従って、水分の放出をなく熱を外部に放出して乾燥用空気を循環させることができる。
【００５１】
また、放熱器２１から衣類までは外部に熱を積極的に放出することがなく、放熱器２１から与えられたほぼ全ての熱量をもって乾燥用空気が衣類に当たる。従って、安全で安定したヒートポンプ装置の運転が実現できるとともに、放熱器２１および吸熱器２３で扱う熱量を少なく抑えることを可能とするものである。
【００５２】
（実施例４）
本発明の第４の実施例の洗濯乾燥機は、冷却手段３０が、冷却用空気の風量増減手段（図示せず）と、乾燥開始後の所定時間は冷却用空気を流さない制御を行う制御手段（図示せず）を有するもので、風量増減手段は、実施例１〜３に記載した冷却用送風機５１に対して、制御手段が行う駆動電圧制御などによる運転制御で実現するものである。
【００５３】
図４は、本発明の第４の実施例の風量増減手段を制御して、冷却手段３０を制御する場合のフローチャートである。図４のフローチャートで、制御手段５５の（図５に図示）動作を説明する。ただし、説明は、衣類乾燥の制御に関連する部分だけであり、洗濯・脱水工程などに関する部分は含まないものである。
【００５４】
乾燥が開始されると、ステップＳ１で経過時間を測るため計時を開始し、ステップＳ２、Ｓ３で送風機２９を作動して乾燥用空気を流し、圧縮機２０も作動して、乾燥が始まる。ステップＳ４で所定時間が経過したかを判定する。乾燥工程の開始直後では、放熱器２１の放熱が少なくて加熱が十分でないため、乾燥用空気は所定温度に到達していない。
【００５５】
ステップＳ５で風量増減手段を制御して冷却用空気の送風を停止、もしくは、風量減少を行う。ステップＳ６でその他の通常制御を行い、ステップＳ４での判定を繰り返す。所定時間になればステップＳ７に移行する。ステップＳ７では、風量増減手段を制御して冷却用空気の風量増加を行う。以降、ステップＳ８で通常の制御を行って乾燥を継続する。
【００５６】
以上のように、乾燥開始後、乾燥用空気や冷媒の温度が低く、冷却手段３０によって熱を放出しなくても、ヒートポンプ装置の負荷が限度を超える恐れがないので、制御手段５５により風量増減手段を制御し、所定時間は冷却用空気の風量をゼロ、もしくは、少量にコントロールすることができる。冷却手段３０での放熱を制限する分、乾燥用空気の温度上昇が速くなり、乾燥が速く進む。
【００５７】
所定時間経過後は、冷却用空気の風量を増やすことによって、吸熱器２３の上流で乾燥用空気の熱を外部に放出し、吸熱器２３でさらに冷却除湿することができる。乾燥用空気の熱量、特に、顕熱をあらかじめ外部に放出することによって、吸熱器２３では乾燥用空気から必要な熱量を奪うだけで十分な除湿が実現できる。
【００５８】
また、放熱器２１から衣類までは外部に熱を積極的に放出することがなく、放熱器２１から与えられたほぼ全ての熱量をもって乾燥用空気が衣類１９に当たる。従って、安全で安定したヒートポンプ装置の運転が実現できるとともに、放熱器２１および吸熱器２３で扱う熱量を少なく抑えることを可能とするものである。
【００５９】
（実施例５）
図５は本発明の第５の実施例の洗濯乾燥機の風量増減手段５８を示す構成図である。実施例１〜４と同じ構成のものは同一符号を付して詳細な説明は省略する。図５において、風量増減手段５８は、冷却用空気の吸気口を開閉する風路開閉弁５６と、この風路開閉弁５６を駆動する弁駆動手段５７を有する。冷却手段３０で冷却するには、弁駆動手段５７を作動して風路開閉弁５６を図５に示す位置に移動する。
【００６０】
前記実施例４に記載のように、乾燥開始初期等で冷却が必要でないときは、風路開閉弁５６を閉じるように動作させることにより、冷却用送風機５１が動作しても冷却用空気が送風されないようにすることができる。特に、冷却用送風機５１と送風機２９の駆動用モータを１台で兼用する構成の場合には、乾燥用空気の風量を変えることなく、冷却用空気の風量をコントロールすることが可能である。
【００６１】
なお、実施例では風路開閉弁５６を吸気側に設けたが吐出側でも同様であり、特に限定するものではない。
【００６２】
（実施例６）
本発明の第６の実施例の洗濯乾燥機は、冷却手段３０が、冷却用空気の風量増減手段５８と、サーミスタなどの温度検知手段５９（図５に図示）を有し、乾燥用空気が所定温度に到達するまでは、風量増減手段５８をコントロールして冷却用空気を流さないように制御を行う制御手段５５（図５に図示）を有するものである。
【００６３】
温度検知手段５９は、乾燥用空気が流れる風路２８内に配設し、放熱器２１を通過した直後の温度を検知する。ただし、風路２８内の乾燥用空気の温度は、送風機２９の吹き出し口、外槽３４の出口など、それぞれの箇所で互いに相関があり、また、管路２４を流れる冷媒温度にも相関があるため、温度検知位置を放熱器２１直後の空気温度に限定するものではない。また、風量増減手段は、前記実施例４に記載したような、冷却用送風機５１に対して、制御手段が行う駆動電圧制御などによる運転制御で実現するものであってもよい。
【００６４】
図６は、本発明の第６の実施例の風量増減手段５８を制御して、冷却手段３０を制御する場合のフローチャートである。図６のフローチャートで、制御手段５５の動作を説明する。ただし、説明は、乾燥時の制御に関連する部分だけであり、洗濯・脱水工程などに関する部分は含まないものである。
【００６５】
乾燥が開始されると、ステップＳ１１、Ｓ１２で送風機２９を作動して乾燥用空気を流し、圧縮機２０も作動して、乾燥が始まる。ステップＳ１３で温度検知を開始し、ステップＳ１４で所定温度に到達したかを判定する。乾燥工程の開始直後では、放熱器２１の放熱が少なくて加熱が十分でないため、乾燥用空気や冷媒は所定温度に到達していない。ステップＳ１５で風量増減手段５８を制御して冷却用空気の送風を停止、もしくは、風量減少を行う。
【００６６】
ステップＳ１６でその他の通常制御を行い、ステップＳ１３での温度検知とステップＳ１４での判定を繰り返す。所定温度になればステップＳ１７に移行する。ステップＳ１７では、風量増減手段５８を制御して冷却用空気の風量増加を行う。以降、ステップＳ１８で通常の制御を行って乾燥を継続する。
【００６７】
以上のように、乾燥開始後、または、冬期で本体周囲温度が低いために、乾燥用空気や冷媒の温度が低く、冷却手段３０によって熱を放出しなくても、ヒートポンプ装置の負荷が限度を超える恐れがないので、温度検知手段５９からの情報を基に、制御手段５５によって風量増減手段５４もしくは５８を制御し、所定温度範囲では冷却用空気の風量をゼロ、もしくは、少量にコントロールすることができる。
【００６８】
冷却手段３０での放熱を制限する分、乾燥用空気の温度上昇が速くなり、乾燥が速く進む。所定温度到達後は、冷却用空気の風量を増やすことによって、吸熱器２３の上流で乾燥用空気の熱を外部に放出し、吸熱器２３でさらに冷却除湿することができる。乾燥用空気の熱量、特に顕熱をあらかじめ外部に放出することによって、吸熱器２３では乾燥用空気から必要な熱量を奪うだけで十分な除湿が実現できる。
【００６９】
また、放熱器２１から衣類までは外部に熱を積極的に放出することがなく、放熱器２１から与えられたほぼ全ての熱量をもって乾燥用空気が衣類１９に当たる。従って、安全で安定したヒートポンプ装置の運転が実現できるとともに、放熱器２１および吸熱器２３で扱う熱量を少なく抑えることを可能とするものである。
【００７０】
（実施例７）
本発明の実施例７では、冷媒を二酸化炭素のように超臨界状態で作用するものを用いる。従来、冷媒のＲ２２やＲ１３４ａなどフルオロカーボン系のように、高圧側条件を臨界圧力未満のサイクルで用いるヒートポンプ装置では、冷媒の凝縮が発生するため、空気との熱交換を行う領域において冷媒の温度が凝縮温度で一定となる部分が多く、空気との熱交換においても、凝縮温度近辺が上限温度となり、通常は、臨界温度よりも２０〜３０℃低い温度で設計される。上記に挙げた従来の冷媒では、通常６０〜６５℃以下で使用される。従って、この冷媒と熱交換を行う乾燥用空気の放熱器２１を通過後の温度は６０〜６５℃程度が上限となる。
【００７１】
図７は、上記臨界温度以下で使用する場合の冷媒温度６０と空気温度６１の変化を示す。矢印は冷媒および空気の流れ方向である。例えばＲ１３４ａの冷媒では、高圧側約１．６８ＭＰａで、凝縮温度６０℃となる。放熱器２１に入る前後の冷媒温度は通常これよりも高い温度であるが、放熱器２１においては、空気側に放熱されて温度が下がり、冷媒の状態が気体から液体に変わる二相域領域になり、凝縮温度の６０℃で一定となる。この間、冷媒からは凝縮熱が放熱され、乾燥用空気が温められる。乾燥用空気の温度は、放熱器手前の温度が例えば２０℃として、冷媒から熱をもらって温度を上昇させる。冷媒が気相の状態では６０℃よりも高温となっているが、熱の移動には温度差が必要であり、空気の温度上昇は６０℃程度となる。
【００７２】
しかし、二酸化炭素などを冷媒として用いて、超臨界状態で作用するようなサイクルのヒートポンプ装置の場合には、凝縮温度の制限を超えた温度での熱交換が可能である。従って、放熱器２１を通過後の乾燥用空気の温度が実施例１で示したような７５℃になるように設計することも可能である。
【００７３】
図８は、冷媒として二酸化炭素を超臨界で使用する場合の冷媒温度６２と空気温度６３の変化を示す。例えば高圧側約１１．５ＭＰａで、冷媒の温度は約９０℃から３０℃に変化する。この間、冷媒から放熱され、乾燥用空気が温められる。乾燥用空気の温度は、放熱器手前の温度が例えば２０℃として、冷媒から熱をもらって温度を上昇させる。冷媒の温度が９０℃と高温のため、空気の温度上昇は７５℃程度となる。
【００７４】
以上のように、超臨界状態で作用する冷媒を用いてヒートポンプ装置のサイクルを設計すれば、放熱器２１における冷媒の温度を高く設定することが可能であり、よって、放熱器２１を通過する乾燥用空気も高温にできる。所定の乾燥能力の空気を得るために温度を高くした場合は風量を少なくすることができる。例えば６０℃で風量が１分間当たり２．７立方メートル必要であったものが、７５℃では、風量が１分間当たり、２立方メートルでよいことになる。
【００７５】
風量を少なくすることができれば、乾燥用空気が通過する熱交換器などの部材や風路の圧力損失が少なくなる。従って、吸熱器２３の上流で乾燥用空気の熱を外部に放出するために設けた熱交換器などの冷却手段３０による圧力損失の増加分を軽減することができ、乾燥用空気を送風する送風機２９などが、より少ない能力や小型の送風機を使用することが可能になるなど、冷却手段３０を含んだ構成がより容易に実現可能になる。
【００７６】
よって、吸熱器２１の上流で、乾燥用空気の熱量、特に顕熱をあらかじめ外部に放出することによって、吸熱器２３では乾燥用空気から必要な熱量を奪うだけで十分な除湿が実現できる。従って、水分の放出を少なく抑えながら熱を外部に放出することができる。
【００７７】
また、放熱器２１から衣類までは外部に熱を積極的に放出することがなく、放熱器２１から与えられたほぼ全ての熱量をもって乾燥用空気が衣類に当たる。従って、安全で安定したヒートポンプ装置の運転が実現できるとともに、放熱器２１および吸熱器２３で扱う熱量を少なく抑えることを可能とするものである。
【００７８】
【発明の効果】
以上のように発明によれば、冷却手段によって、乾燥用空気の熱量、特に、顕熱をあらかじめ外部に放出することができる。したがって、吸熱器では所定の吸熱量で潜熱を奪って十分な除湿が実現でき、また、放熱器では乾燥に必要な熱量以上に放熱する必要がなくなり、安全で安定したヒートポンプ装置の運転が実現できるとともに、放熱器および吸熱器で扱う熱量を少なく抑える効果が得られる。また、乾燥用空気の送風機のモータと冷却用空気の送風機のモータを兼用し、送風機のモータを制御して冷却用空気のみ送風量をコントロールすることができない場合でも、乾燥用空気の風量を変えることなく、冷却用空気の風量をコントロールすることができ、風路開閉弁を閉じることで乾燥開始初期での冷却を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例の洗濯乾燥機の要部断面図
【図２】 本発明の第２の実施例の洗濯乾燥機の要部断面図
【図３】 本発明の第３の実施例の洗濯乾燥機の要部断面図
【図４】 本発明の第４の実施例の洗濯乾燥機の制御を示すフローチャート
【図５】 本発明の第５の実施例の洗濯乾燥機の要部断面図
【図６】 本発明の第６の実施例の洗濯乾燥機の制御を示すフローチャート
【図７】 従来の衣類乾燥機におけるヒートポンプ装置の放熱器における冷媒と空気の温度変化を示す図
【図８】 本発明の第７の実施例の洗濯乾燥機におけるヒートポンプ装置の放熱器における冷媒と空気の温度変化を示す図
【図９】 従来の衣類乾燥機を示す断面図
【符号の説明】
２０ 圧縮機
２１ 放熱器
２２ 絞り手段
２３ 吸熱器
２４ 管路
２８ 風路
２９ 送風機
３０ 冷却手段
３４ 外槽
３５ 内槽
Claims (2)
- 圧縮機と圧縮後の高温高圧の冷媒の熱を放熱する放熱器と高圧の冷媒の圧力を減圧するための絞り手段と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とを冷媒が循環するように管路で連結したヒートポンプ装置と、衣類を入れる内槽と、前記内槽を回転自在に支持し前記内槽を囲むように設けて洗濯時には洗濯水を溜めて乾燥時には乾燥用空気の通路となる外槽と、前記放熱器から前記内槽と前記外槽を経て前記吸熱器へと循環する乾燥用空気を導く風路と、乾燥用空気を送風する送風機と、前記内槽内の衣類に接触後、前記吸熱器に至るまでに乾燥用空気の熱を外部に放出する冷却手段を備え、前記冷却手段は、前記外槽と前記吸熱器の間に設けた風路を冷却用風路として、前記冷却用風路および前記外槽の外壁に冷却用空気を送る冷却用送風機と、冷却用空気の風量増減手段を有し、前記風量増減手段は、冷却用空気の風路を開閉する風路開閉弁と前記風路開閉弁を駆動する弁駆動手段を有し、乾燥開始初期は前記風路開閉弁を閉じるようにした洗濯乾燥機。
- 冷媒は、超臨界状態で作用する冷媒を用いた請求項１記載の洗濯乾燥機。
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