JP5268527B2 - ヒートポンプ式乾燥機 - Google Patents

Description

本発明は、被乾燥物を収容する収容室を備え、該収容室内において被乾燥物の乾燥運転を実行するヒートポンプ式乾燥機に関する。

一般に、被乾燥物を収容する回転ドラムと、圧縮機、放熱器、膨張手段及び蒸発器等から冷媒回路が構成されたヒートポンプとを備え、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器、膨張手段、蒸発器へと流すと共に、放熱器から回転ドラム内を経て蒸発器に空気を循環させることにより、回転ドラム内で被乾燥物を乾燥させるヒートポンプ式乾燥機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−７５２１７

しかしながら、従来の構成では、乾燥運転の開始時に、一般的に、回転ドラムの温度が室温にほぼ等しく、ドラム出口空気の温度が例えば２０℃程度と低いため、蒸発器で冷却（５〜１０℃程度）すると、放熱器において空気の温度を上げ難くなり、乾燥運転の立ち上がり性能が低下するという問題があった。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、乾燥運転の立ち上がり性能を向上したヒートポンプ式乾燥機を提供することにある。

上記課題を解消するため、本発明は、被乾燥物を収容する収容室と、圧縮機、放熱器、膨張手段及び蒸発器等から冷媒回路が構成されたヒートポンプとを備え、前記圧縮機から吐出された冷媒を放熱器、膨張手段、蒸発器へと流すと共に、前記放熱器から収容室内を経て蒸発器に空気を循環させることにより、前記収容室内で前記被乾燥物を乾燥させるヒートポンプ式乾燥機において、前記膨張手段及び前記蒸発器と並列に、第二膨張手段を介して第二蒸発器を接続すると共に、前記第二蒸発器を、空気循環経路内に設けた蓄冷槽に収容し、前記空気循環経路で開閉して前記第二蒸発器が設けられた空間への空気の流入を制御する空気ダンパを設け、運転段階に応じて、前記蒸発器または前記第二蒸発器のいずれかに択一的に冷媒を循環することを特徴とする。
この場合において、前記蓄冷槽を前記蒸発器の空気上流側に配置してもよい。
また、乾燥序盤において、前記膨張手段を閉じ前記蒸発器への冷媒供給を停止し、前記第二膨張手段の弁開度を制御して、前記第二蒸発器に冷媒供給してもよい。
さらに、前記蓄冷槽が市水で充填されていてもよい。

本発明では、例えば乾燥序盤の運転段階で、膨張手段を閉じ蒸発器への冷媒供給を停止し、第二膨張手段の弁開度を制御して、第二蒸発器に冷媒供給すれば、蒸発器に冷媒が流れず、空気が蒸発器をパスしても冷却されず、放熱器に至る空気の温度低下は少なくなり、放熱器で空気温度を高温にでき、運転序盤の立ち上がり性能が向上する。
この場合、冷媒回路側では、例えば蓄冷槽で製氷し、蓄冷水の凝固潜熱を使用すると、小さな蓄熱槽の容積で放熱器での大きな熱量が得られる。
該ヒートポンプ式乾燥機で、例えば圧縮機入力３ｋＷ、加熱能力６ｋＷ、冷凍能力３ｋＷ、乾燥時間７０ｍｉｎに設定すると、従来方式の立ち上がりに要する時間は約１０ｍｉｎ程度である。本構成では、多少のロスを考慮しても、上記性能の改善によって、立ち上がりに要する時間が５〜６ｍｉｎとなり、蓄熱材としては１０Ｋｇ以下で足り、蓄熱槽は１０リットル以下で構成できる。
また、蓄冷槽が市水で充填されていれば、乾燥序盤の運転段階において、冷媒回路側では、蓄冷槽で製氷して、蓄冷水の凝固潜熱を使用し、小さな容積で大きな熱量が得られるため、小型化が図れる。

本発明では、膨張手段及び蒸発器と並列に、第二膨張手段を介して第二蒸発器を接続すると共に、第二蒸発器を、空気循環経路内に設けた蓄冷槽に収容し、運転段階に応じて、蒸発器または第二蒸発器のいずれかに、択一的に冷媒を循環するため、例えば乾燥序盤の段階で、膨張手段を閉じ蒸発器への冷媒供給を停止し、第二膨張手段の弁開度を制御して、第二蒸発器に冷媒供給すれば、蒸発器に冷媒が流れず、冷却において空気は蒸発器をパスし、放熱器に至る空気の温度低下が少なくなり、放熱器で空気温度を高温にでき、運転序盤の立ち上がり性能が向上する。

以下、図面に基づき本発明の一実施の形態を詳述する。

図１は本発明を適用した乾燥機の一実施の形態を示している。図１において、１はヒートポンプ式乾燥機であり、２は周壁に多数の透孔を形成した円筒形の回転ドラムであり、このドラム２内の収容室２Ａにおいて衣類の乾燥が行われる。このドラム２は図示しないドラムモータによって回転される。

３はヒートポンプ装置であり、冷媒回路４で構成される。冷媒回路４は圧縮機５、放熱器としてのガスクーラ９、膨張手段（電動膨張弁）１０、蒸発器１１等から構成されている。圧縮機５は、内部中間圧型多段圧縮式のロータリコンプレッサであり、図示しない密閉容器内に電動要素と、この電動要素にて駆動される第１の回転圧縮要素（１段目）及び第２の回転圧縮要素（２段目）が設けられる。冷媒導入管１６から圧縮機５の第１の回転圧縮要素に低圧冷媒が導入され、第２の回転圧縮要素で圧縮された高温高圧の冷媒が圧縮機５から冷媒吐出管１７に吐出される。

本構成では、上記冷媒回路４に対し、電動膨張弁１０及び蒸発器１１と並列に、第二膨張手段（第二電動膨張弁）１９を介して第二蒸発器２１が接続されている。この第二蒸発器２１は蓄冷槽２３に収容され、この蓄冷槽２３は蒸発器１１の空気上流側に設けられている。この蓄冷槽２３には給水管２４を介して蓄冷材（市水）が供給される。２５はオーバーフロー管、２６は排水管、２７は排水バルブである。冷媒回路４内には二酸化炭素（ＣＯ₂）冷媒が封入されている。

一方、図中において空気循環経路１８は、ドラム２内に乾燥用の空気を循環するためのものであり、回転ドラム２から、ファン２８、蓄冷槽２３または蒸発器１１、ガスクーラ９を順次経て回転ドラム２に帰還する空気経路を構成している。ファン２８の空気上流側には、外気導入ダンパ４１が設けられ、適宜タイミングで開放し、ドラム出口の空気と室内の空気との空気置換（排熱）が行われる。
上記ファン２８の空気下流側であって、蓄冷槽２３との間には空気ダンパ２９が設けられている。蓄冷槽２３は、空気ダンパ２９と、仕切り壁３０，３１とで画成された空間Ａ内に収容されており、平板状で、循環する空気に対し、斜めになるように配置されている。この空気ダンパ２９が実線位置に起立した状態（図１、図２の状態）では、ファン２８からの空気が、ほぼ全量、蒸発器１１に向けて流れ、空気ダンパ２９が破線位置に倒れた場合には、例えば図３、図４に示すように、ファン２８からの空気が、蓄冷槽２３を経てから、蒸発器１１に向けて流れる。ファン２８が運転されると、回転ドラム２内の空気が吸引されて蓄冷槽２３、あるいは蒸発器１１に至り、そこで熱交換した後、ガスクーラ９と熱交換して回転ドラム２内に吹き出される循環を繰り返す。

図５は、上記ヒートポンプ式乾燥機の外観図である。
筐体５０内の、略中央に回転ドラム２が回転自在に支持されている。回転ドラム２の真上には上仕切り板５１が設けられ、この上仕切り板５１の正面視左側にガスクーラ９が配置されている。回転ドラム２の真下には下仕切り板５２が配置され、この下仕切り板５２の下側には、上記蒸発器１１及びファン２８が配置されている。また、下仕切り板５２の下側の右奥には上記圧縮機５が収納され、下仕切り板５２の下側の左側には上記蓄熱槽２３が配置され、コンパクトに収容されている。
乾燥空気の循環経路としては、矢印Ｋから、ガスクーラ９に至り、ここから回転ドラム２に入り、下仕切り板５２に設けた開口５２ａを経て、下仕切り板５２の下側の空間に流入し、蒸発器１１あるいは蓄熱槽２３に至り、筐体５１の背面側に設けた空気経路（不図示）を通って上昇し、矢印Ｋに戻る。

つぎに、図６を参照して、ヒートポンプ式乾燥機１の動作を説明する。
本実施の形態では、乾燥序盤、乾燥中盤、乾燥終盤（１）（２）に分けてヒートポンプ式乾燥機１の乾燥運転が行われる。
そして、ヒートポンプ式乾燥機１の運転段階に応じて、図１乃至図４に示すように、蓄冷槽２３及び空気ダンパ２９が活用される。

（乾燥序盤）
ステップＳ１；
まず、図７に示すように、第１の膨張機構（電動膨張弁１０）が全閉にされ、第２の膨張機構（第二電動膨張弁１９）の弁開度が初期開度に制御され、空気ダンパ２９が、図１に示すように、実線位置に起立される（以下、全閉という。）。この場合に、圧縮機５からの冷媒は、図１に実線矢印で示すように、ガスクーラ９に至り、ここから第二電動膨張弁１９、第二蒸発器２１、圧縮機５の順に循環する。
ステップＳ２；
ついで、ヒートポンプ装置３を制御し、ファン２８を運転し、回転ドラム２を回転する。ファン２８が運転されると、空気循環経路１８内の空気が蒸発器１１を経てガスクーラ９に順次送られる。
このガスクーラ９には、冷媒回路４の高温・高圧冷媒が循環されるので、空気はここで熱交換して加熱され、温度が上昇した後、回転ドラム２内に吹き出される。この高温の空気によって、回転ドラム２内の衣類から洗浄水を蒸発させる。回転ドラム２内で洗浄水を蒸発させた空気は回転ドラム２内からファン２８により吸引され、蒸発器１１に送られる循環を繰り返す。

ところで、乾燥開始時には、回転ドラム２の温度が室温にほぼ等しく、ドラム出口空気の温度が２０℃程度と低い。この場合に、蒸発器１１で冷却（５〜１０℃程度）すると、ガスクーラ９において空気の温度を上げ難い。
本実施の形態では、乾燥序盤において、電動膨張弁１０が閉じるため、蒸発器１１に冷媒が流れず、空気は蒸発器１１をパスしても冷却されない。従って、ガスクーラ９に至る空気の温度低下が従来よりも少なくなり、ガスクーラ９において空気温度を高温にでき、立ち上がり性能が向上する。また、冷媒回路４側では、蓄冷槽２３で製氷して、蓄冷水の凝固潜熱を使用し、小さな容積で大きな熱量が得られる。製氷時に、水の体積増加が出ても、オーバーフロー管２５から空気あるいは溢れた水をオーバーフローできるため、蓄冷槽２３の変形を防止できる。

ステップＳ３；
条件（１）を満たすか否かが判定される。条件（１）は、条件Ａ〜Ｄのいずれか一つを満たすことである。
Ａ．ドラム入口の空気温度が第一所定温度（例えば８０℃）に到達した。
Ｂ．圧縮機５の冷媒吐出温度が第一所定温度（例えば１１０℃）に到達した。
Ｃ．圧縮機５のケース温度が第一所定温度（例えば８０℃）に到達した。
Ｄ．冷媒の高圧圧力が第一所定圧力（例えば１２ＭＰａ）に到達した。
各温度、圧力のすべてが、条件Ａ〜Ｄを満たさず、すなわち、第一所定温度、第一所定圧力に到達しない（条件（１）を満たさない）場合、乾燥中盤の制御に移行しない。この段階で、後述する乾燥中盤の制御に移行して、蒸発器１１に冷媒を流すと、ガスクーラ９に至る空気が冷却し、ガスクーラ９で温度上昇し難くなるからである。

（乾燥中盤）
ステップＳ４；
各温度、圧力のいずれか一つが、条件Ａ〜Ｄを満たし、すなわち、各温度、圧力のいずれか一つが、第一所定温度、第一所定圧力に到達した（条件（１）を満たす）場合に、図２に示すように、空気ダンパ２９を実線の位置に起立維持しながら、まず、電動膨張弁１０を所定開度に制御する。
ステップＳ５；
ついで、第二電動膨張弁１９を全閉とする。
各膨張弁１０，１９は、図７に示すように、短時間で全面切り換えしてもよいが、図８に示すように、Ａ〜Ｄの所定温度を維持できるように、例えば乾燥中盤の時間一杯を使って、少しずつ切り換えてもよい。

電動膨張弁１０を開くことで、圧縮機５からの冷媒は、図２に実線矢印で示すように、ガスクーラ９に至り、電動膨張弁１０、蒸発器１１、圧縮機５の順に循環する。こうなると、空気循環経路１８内を循環する空気が、蒸発器１１で除湿し冷やされ、条件Ａ〜Ｄが徐々に緩和され、過加熱が防止できる。

ステップＳ６；
条件（２）を満たすか否かが判定される。条件（２）は、条件Ｅ〜Ｈのいずれか一つでも満たせないことである。
Ｅ．ドラム入口の空気温度が第二所定温度（例えば９０℃）以下。
Ｆ．圧縮機５の冷媒吐出温度が第二所定温度（例えば１２０℃）以下。
Ｇ．圧縮機５のケース温度が第二所定温度（例えば９０℃）以下。
Ｈ．冷媒の高圧圧力が第二所定圧力（例えば１３ＭＰａ）以下。
各温度、圧力のすべてが、第二所定温度以下、第二所定圧力以下となり、条件（２）を満たさない場合には、乾燥終盤（１）の制御に移行しない。

（乾燥終盤（１））
ステップＳ７；
各温度、圧力のいずれか一つでも、第二所定温度以下、第二所定圧力以下とならず、条件（２）を満たす場合、図３に示すように、空気ダンパ２９が実線位置に倒れたか（以下、全開という。）否かが判定される。
ステップＳ８、Ｓ９；
空気ダンパ２９が全閉であれば、所定の開度、開いて運転し、遅延タイマーによって、その運転時間を計時する。
乾燥終盤（１）では、図７に示すように、電動膨張弁１０を開いて、第二電動膨張弁１９を閉じたままである。

圧縮機５からの冷媒は、図３に実線矢印で示すように、ガスクーラ９に至り、電動膨張弁１０、蒸発器１１、圧縮機５の順に循環する。
空気ダンパ２９を全開にすることで、ドラム出口の空気は、空間Ａに入り、蓄冷槽２３の外表面に接触して冷やされてから、蒸発器１１に至る。上記構成では、空気ダンパ２９の開度を制御自在とし、Ｅ〜Ｈの条件の所定温度をぎりぎり維持できるような、空気ダンパ２９開度に制御することが望ましい。
各膨張弁１０，１９は、図９に示すように、条件Ｅ〜Ｈの所定温度を維持すべく、例えば乾燥中盤の後半から乾燥終盤（１）の時間一杯を使って切り換えてもよい。蓄冷槽２３が平板状で、空間Ａを循環する空気に対し、斜めになるように配置されているため、空気接触による熱交換効率が向上する。

（乾燥終盤（２））
ステップＳ１０；
ステップＳ９において、タイマー計時した、乾燥終盤（１）の運転時間が経過し、ステップＳ６において、条件（２）を満たし、ステップＳ７で、空気ダンパ２９が全開の場合には、上述した外気導入ダンパ４１が開かれて、ドラム出口の空気と室内の空気との空気置換（排熱）が行われる。
すなわち、蓄冷槽２３内の冷熱が徐々に失われて、乾燥サイクルが、条件Ｅ〜Ｈを維持できなくなった場合には、乾燥終盤（２）に移行する。乾燥サイクルは、図３に示す態様と同じであるが、この場合、図４に示すように、ドラム出口の空気と室内の空気との空気置換（排熱）が行われる。この排熱動作は従来方式でも必要であったが、本構成では、蓄冷槽２３で空気冷却を行う分、空気置換における排熱量を少なくでき、従来よりも室内への湿気の放出を抑制できる。

ステップＳ１１、Ｓ１２；
乾燥終了したか否かが判定される。終了した場合には、空気ダンパ２９が起立の状態にされ、空間Ａへの空気流入が停止されると共に、ヒートポンプ装置３、ファン２８、回転ドラム２の運転を停止する。
この場合、蓄熱槽２３の水温は、ドラム出口の空気温度に近い例えば５０℃程度にまで上昇しているため、これに連続する２回目の乾燥運転は、室温の２０℃からのスタートと比べ、加熱能力を大きくできる。

図１０は、乾燥序盤〜乾燥終盤に至るドラム入口及びドラム出口の空気温度の変化を示している。乾燥運転の１回目では、実線で示すように、運転開始時の温度が室温の２０℃程度であるが、これに連続する乾燥運転の２回目以降では、破線で示すように、運転開始時の温度が４０〜５０℃と高いため、安定温度に到達するまでに必要な時間を短くできる、等の効果が得られる。

以上、一実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本実施の形態では、蓄熱槽２３を蒸発器１１の空気上流側に設けたが、これに限定されず、蓄熱槽２３をガスクーラ９と蒸発器１１の間に設けてもよい。また、蓄熱槽２３には市水を貯留したが、それ以外の蓄熱材でもよい。本実施の形態では、ヒートポンプ装置を用いた乾燥機を説明したが、図示しない洗浄液循環路を設けたドライクリーナにも適用が可能である。本実施の形態では、冷媒に、二酸化炭素冷媒を用いたが、これ以外の例えばＲ１３４ａ等でもよい。

ドライクリーナの概略構成図である。 ドライクリーナの概略構成図である。 ドライクリーナの概略構成図である。 ドライクリーナの概略構成図である。 ドライクリーナの外観図である。 制御処理フローを示すフローチャートである。 乾燥序盤から乾燥終盤までのタイムチャートである。 乾燥序盤から乾燥終盤までのタイムチャートである。 乾燥序盤から乾燥終盤までのタイムチャートである。 乾燥序盤から乾燥終盤までの空気温度変化を示す図である。

符号の説明

１ ドライクリーナ
２ 回転ドラム
２Ａ 収容室
３ ヒートポンプ装置
４冷媒回路
５ 圧縮機
９ ガスクーラ（放熱器）
１０ 電動膨張弁（膨張手段）
１１ 蒸発器
１８ 空気循環経路
１９ 第二電動膨張弁（第二膨張手段）
２１ 第二蒸発器
２３ 蓄冷槽
２８ ファン
２９ 空気ダンパ

Claims (4)

1. 被乾燥物を収容する収容室と、圧縮機、放熱器、膨張手段及び蒸発器等から冷媒回路が構成されたヒートポンプとを備え、前記圧縮機から吐出された冷媒を放熱器、膨張手段、蒸発器へと流すと共に、前記放熱器から収容室内を経て蒸発器に空気を循環させることにより、前記収容室内で前記被乾燥物を乾燥させるヒートポンプ式乾燥機において、
   前記膨張手段及び前記蒸発器と並列に、第二膨張手段を介して第二蒸発器を接続すると共に、前記第二蒸発器を、空気循環経路内に設けた蓄冷槽に収容し、前記空気循環経路で開閉して前記第二蒸発器が設けられた空間への空気の流入を制御する空気ダンパを設け、
   運転段階に応じて、前記蒸発器または前記第二蒸発器のいずれかに択一的に冷媒を循環することを特徴とするヒートポンプ式乾燥機。
2. 前記蓄冷槽を前記蒸発器の空気上流側に配置したことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式乾燥機。
3. 乾燥序盤において、前記膨張手段を閉じ前記蒸発器への冷媒供給を停止し、前記第二膨張手段の弁開度を制御して、前記第二蒸発器に冷媒供給することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヒートポンプ式乾燥機。
4. 前記蓄冷槽が市水で充填されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のヒートポンプ式乾燥機。

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