JP5617602B2 - 除湿加温装置および同装置を備えた衣類乾燥機 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ装置を用いた除湿加温装置、および同装置を備えた衣類等の乾燥をおこなう衣類乾燥機に関するものである。

従来、この種の除湿加温装置を備えた衣類乾燥機は、図３に示すような構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。図３は、特許文献１に記載された衣類乾燥装置の系統図を示したものである。図３において、圧縮機５１、凝縮器５２、排熱器５３、絞り手段５４および蒸発器５５を冷媒が循環する管路５６で連結し、ヒートポンプ装置５７を構成している。乾燥用空気を流す風回路５８は、乾燥用空気を加熱する凝縮器５２と、乾燥させる衣類等を入れる乾燥庫５９と、乾燥用空気を冷却し除湿する蒸発器５５を乾燥用空気が流れる風路によって連結するように構成している。

排熱器５３は、凝縮器５２と絞り手段５４との間に設置されるとともに、風回路５８とは別の風回路６０に配設され、送風機６１で送風された外気と排熱器５３を流れる冷媒が熱交換し、冷媒の熱の一部を放出させるものであり、冷媒の温度上昇を低減するようにしている。ヒートポンプ装置５７の状態を検知する検知手段６２は、圧縮機５１から冷媒が吐出する管路５６に設けたサーミスタ６３により冷媒吐出温度を検知し、圧縮機５１と送風機６１を制御する。

なお、矢印Ａは、風回路５８を流れる乾燥用空気の流れを示し、矢印Ｂは、風回路６０を流れる冷却用の外気の流れを示し、矢印Ｃは、管路５６を流れる冷媒の流れを示している。

次に、上記衣類乾燥装置の動作について説明する。乾燥運転を開始すると、圧縮機５１と風回路５８に設けた送風機６４が作動し、送風機６４によって風回路５８に乾燥用空気が送風される。乾燥用空気は、凝縮器５２からの放熱で加熱され、温風となって乾燥庫５９に導入される。乾燥庫５９内で衣類と接触した乾燥用空気は、湿った衣類から水分を奪って衣類を乾燥させる。

乾燥用空気は、蒸発のための熱量として顕熱を与えられるため温度が低下するが、衣類から放出されたほぼ同等の潜熱を有する水蒸気を含んで高湿となる。衣類と接触する前後の乾燥用空気のエンタルピはほぼ一定である。高湿となった乾燥用空気は、蒸発器５５で冷却され、潜熱を奪われ結露して除湿される。除湿されて絶対温度が低下した乾燥用空気は、再び凝縮器５２で加熱される。

一方、ヒートポンプサイクルは、圧縮機５１で圧縮された高温高圧のガス冷媒が凝縮器５２で乾燥用空気に熱を奪われ凝縮し液化する。凝縮器５２を出た冷媒は排熱器５３に入り、送風機６１で送風された外気と熱交換し、冷媒の熱の一部を排熱する。次に、高圧の冷媒が絞り手段５４で減圧され、低温低圧となって蒸発器５５で乾燥用空気から熱を奪い圧縮機５１に戻る。

冷媒によって蒸発器５５で奪った熱量に、圧縮機５１の入力から得られる熱量を加えた熱量が、凝縮器５２から放出されるが、排熱器５３によって圧縮機５１の入力に相当する熱量を予め外部に放熱し、凝縮器５２からの放熱量を一定の値でバランスするようにしている。

特開２００４−２３９５４９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、冷媒の熱の一部を排熱するため、排熱用の風回路６０を設けて排熱器５３を配設し、凝縮器５２から排熱器５３までの冷媒用管路の配管、および、排熱器５３から絞り手段５４までの冷媒用管路の配管が必要であり、ヒートポンプ装置５７が大型化するという問題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、冷媒の熱の一部を効果的に放出し、コンパクトな除湿加温装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の除湿加温装置は、凝縮器に設けた加熱部と蒸発器を配設し、前記蒸発器と前記加熱部に送風する第１の送風手段を有した第１の風回
路と、前記凝縮器に設けた排熱部を配設し、前記排熱部に送風する第２の送風手段を有した第２の風回路とを備え、前記第１の風回路と前記第２の風回路とを隣接して形成し、前記第１の風回路によって除湿加温し、前記第２の風回路によって前記凝縮器の熱を排出するようにするとともに、前記凝縮器の前記加熱部と前記排熱部とを１つのフィンチューブ型の熱交換器で構成したものである。

これによって、凝縮器の一部を排熱部として利用するため、余分な配管がいらず、除湿加温装置をコンパクトに構成することができる。

本発明の除湿加温装置は、冷媒の熱の一部を効果的に放出し、除湿加温装置をコンパクトに構成することができる。

本発明の実施の形態１における除湿加温装置の系統図 同除湿加温装置を備えた衣類乾燥機の系統図 従来の除湿加温装置を備えた衣類乾燥装置の系統図

第１の発明は、圧縮機、加熱部と排熱部とを有する凝縮器、絞り手段、および蒸発器等を冷媒が循環する管路により連結したヒートポンプ装置と、前記凝縮器に設けた前記加熱部と前記蒸発器を配設し、前記蒸発器と前記加熱部に送風する第１の送風手段を有した第１の風回路と、前記凝縮器に設けた前記排熱部を配設し、前記排熱部に送風する第２の送風手段を有した第２の風回路とを備え、前記第１の風回路と前記第２の風回路とを隣接して形成し、前記第１の風回路によって除湿加温し、前記第２の風回路によって前記凝縮器の熱を排出するようにするとともに、前記凝縮器の前記加熱部と前記排熱部とを１つのフィンチューブ型の熱交換器で構成したことにより、凝縮器に排熱部を構成することができ、冷媒の熱の一部を効果的に外部へ放出することができるとともに、別途排熱器を設ける必要がなく、排熱器を繋ぐ配管が不要となり、除湿加温装置をコンパクトに構成することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の凝縮器に加熱部と排熱部を設け、前記加熱部を前記排熱部より大きくしたことにより、乾燥用空気の加熱量を排熱量より大きくすることができ、乾燥用空気の加熱を不足なく最適におこなうことができるとともに、加熱部と排熱部での熱交換がバランスよくおこなえるようになり、除湿加温装置のコンパクト化が図れる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の凝縮器は、一定間隔で平行に並べられ相互間を空気が流動するフィンと、前記フィンと接し内部に冷媒が流動する伝熱管とからなるフィンチューブ型の熱交換器であり、加熱部と排熱部を前記伝熱管の管軸方向に配設したことにより、排熱部内の冷媒は液だけでなく蒸気や気液二相状態となり、凝縮過程を伴った効率のよい排熱ができるため、排熱部を小型化でき、さらにコンパクトな除湿加温装置を提供することができる。

第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明の凝縮器は、第１の風回路内に設置された加熱部の空気流入面と、第２の風回路内に設置された排熱部の空気流入面を同一面上に構成したことにより、排熱部の風の流れ方向を加熱部の風の流れ方向と同じにして、加熱部と同様の高効率な熱交換効率を得ることができ、さらに排熱部をコンパクトにすることができる。

第５の発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの発明の除湿加温装置を備えた衣類乾燥機であり、コンパクトな衣類乾燥機を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における除湿加温装置の系統図、図２は、同除湿加温装置を備えた衣類乾燥機の系統図である。

図１および図２において、ヒートポンプ装置１は、冷媒を圧縮する圧縮機２と、圧縮後の高温高圧の冷媒の熱を放熱する凝縮器３と、高圧の冷媒の圧力を減圧するためのキャピラリーチューブからなる絞り手段４と、減圧されて低圧となった冷媒が周囲から熱を奪う蒸発器５を冷媒が循環するように管路６で連結している。

凝縮器３は、一定間隔で平行に並べられ、相互間を空気が流動するフィン３ａと、このフィン３ａと接し内部に冷媒が流動する管路６としての伝熱管３ｂとからなる一般的なフィンチューブ型の熱交換器で構成されており、伝熱管３ｂの管軸方向に加熱部７と排熱部８が設けられている。フィン３ａは、アルミニウム等の薄板で形成し、管路６を構成する伝熱管３ｂは、銅管で形成している。

加熱部７は、第１の風回路９内に設置されており、第１の送風機（第１の送風手段）１０で送風された空気は蒸発器５を通過した後、加熱部７を通過する。排熱部８は、第１の風回路９に隣接して形成された第２の風回路１１内に設置されており、第２の送風機（第２の送風手段）１２で送風された空気が通過する。

凝縮器３に構成した加熱部７は排熱部８より大きく、第１の風回路９内に設置された加熱部７の通風断面積イは、第２の風回路１１内に設置された排熱部８の通風断面積ロより大きく形成している。また、加熱部７の空気流入面と、排熱部８の空気流入面は同一面上にあり、加熱部７と排熱部８ともに空気は冷媒の流れ方向に対して相対的に対向流となるように流れている。

なお、矢印Ａは、第１の風回路９を流れる空気の流れを示し、矢印Ｂは、第２の風回路１１を流れる冷却用の外気の流れを示し、矢印Ｃは、管路６を流れる冷媒の流れを示している。

以上のように構成された除湿加温装置は、凝縮器３の一部を加熱部７とし、他の部分を排熱部８としているので、別途排熱器を設ける必要がなく、排熱器を繋ぐ配管がなくなり、除湿加温装置をコンパクトに構成することができる。

また、凝縮器３内を流れる冷媒は過熱蒸気の状態で流入し、温度を下げて気液二相状態となり飽和温度で流動し、完全に液化するとさらに温度を下げて過冷却状態となり、凝縮器３から流出する。凝縮器３内では、このような温度変化がおこるため、空気の流れ方向を冷媒の流れ方向と相対的に対向流とすることにより、空気と冷媒の平均温度差を大きくとることができるため効率よく熱交換でき、さらに、加熱部７と排熱部８をコンパクトに構成することができる。

次に、このように構成された除湿加温装置を衣類乾燥機に用いた場合の動作について説明する。加熱部７を設置した第１の風回路９は、衣類等の乾燥対象を収容する乾燥庫１３と連結され、第１の送風機１０で送風された空気が循環する循環風路を形成している。排熱部８を設置した第２の風回路１１は、第２の送風機１２で外気を吸い込み、排熱部８を通過して外部に排気する。

乾燥運転を開始すると圧縮機２および第１の送風機１０が作動する。第１の送風機１０によって乾燥用空気が加熱部７を通過し、加熱部７からの放熱で加熱されて温風となり、乾燥庫１３に送られる。乾燥庫１３内で衣類と接触した乾燥用空気は、衣類から水分を奪って衣類を乾燥する。

乾燥用空気は、蒸発のための熱量として顕熱を与えられるため温度が低下するが、衣類から放出されたほぼ同等の潜熱を有する水蒸気を含んで高湿の空気となる。衣類と接触する前後の乾燥空気のエンタルピはほぼ一定である。高湿となった乾燥用空気は、蒸発器５において冷却され、潜熱を奪われ結露して除湿される。除湿されて絶対湿度が低下した乾燥用空気は再び加熱部７で加熱される。

一方、ヒートポンプサイクルは、圧縮機２で圧縮された高温高圧のガス冷媒が加熱部７で乾燥用空気に熱を与え凝縮するとともに、排熱部８で一部の熱を外部空気に排出し凝縮する。この際、乾燥運転開始直後等、加熱量が多く必要な場合は、第２の送風機１２を停止、もしくは回転数を低減することにより排熱量を低減し、加熱量を増やすことができる。

次に、高圧の冷媒が絞り手段４で減圧され、低温低圧となり、蒸発器５で乾燥用空気から熱を奪い再び圧縮機２に戻る。冷媒によって蒸発器５で奪った熱量に圧縮機２の入力から得られる熱量を加えた熱量が、凝縮器３から放熱されるが、排熱部８によって圧縮機２の入力に相当する熱量を予め外部に放出するため、加熱部７からの加熱量は一定の値でバランスしている。

ここで、圧縮機２の入力に相当する熱量、つまり、排熱部８から排出する熱量と、乾燥用空気を加熱する熱量、つまり、加熱部７で乾燥用空気に与える熱量では、後者の方が大きいため、加熱部７を排熱部８より大きくすることにより、加熱と排熱をバランスよくおこなえるため、除湿加温装置をコンパクトにすることができる。

以上のように、凝縮器３に設けた加熱部７と蒸発器５を配設し、蒸発器５と加熱部７に送風する第１の送風機１０を有した第１の風回路９と、凝縮器３に設けた排熱部８を配設し、排熱部８に送風する第２の送風機１２を有した第２の風回路１１とを備え、第１の風回路９によって除湿加温し、第２の風回路１１によって凝縮器３の熱を排出するようにしたものであり、凝縮器３の一部を加熱部７とし、他の部分を排熱部８としたため、凝縮器３の一部を排熱部８として利用することができ、別途排熱器を設ける必要がなく、排熱器を繋ぐ配管がなくなり、除湿加温装置をコンパクトに構成することができる。

また、凝縮器３に加熱部７と排熱部８を設け、加熱部７の通風断面積イを排熱部８の通風断面積ロより大きくしたことにより、乾燥用空気の加熱量を排熱量より大きくすることができ、乾燥用空気の加熱を不足なく最適におこなうことができるとともに、加熱部７と排熱部８での熱交換がバランスよくおこなえるようになり、除湿加温装置のコンパクト化が図れる。

また、凝縮器３は、一定間隔で平行に並べられ、相互間を空気が流動するフィン３ａと、このフィン３ａと接し内部に冷媒が流動する伝熱管３ｂとからなり、加熱部７と排熱部８とを伝熱管３ｂの管軸方向に設置したものであり、従来技術では凝縮器を出た後に排熱器を設けているため、液冷媒と熱交換し排熱させることとなり、効率よく排熱させることができず排熱器を大きくする必要があるのに対し、管軸方向に加熱部７と排熱部８を設けたことにより、排熱部８内の冷媒は液だけでなく、蒸気や気液二相状態となり、凝縮過程を伴った効率のよい排熱ができるため、排熱部８を小型化でき、さらにコンパクトな除湿加温装置を提供することができる。

また、第１の風回路９内に設置された加熱部７の空気流入面と、第２の風回路１１内に設置された排熱部８の空気流入面とを同一面上に構成したものであり、排熱部８の風の流れ方向を加熱部７と同方向にすることにより、加熱部７と同様の高効率な熱交換効率を得ることができ、さらに排熱部８をコンパクトにすることができる。

また、衣類乾燥機に本発明の除湿加温装置を搭載することにより、衣類乾燥機の小型化を促進することができる。

以上のように、本発明にかかる除湿加温装置は、冷媒の熱の一部を効果的に放出し、除湿加温装置をコンパクトに構成することができるので、除湿加温装置および衣類乾燥機として有用である。

１ ヒートポンプ装置
２ 圧縮機
３ 凝縮器
４ 絞り手段
５ 蒸発器
６ 管路
７ 加熱部
８ 排熱部
９ 第１の風回路
１０ 第１の送風機（第１の送風手段）
１１ 第２の風回路
１２ 第２の送風機（第２の送風手段）

Claims (5)

1. 圧縮機、加熱部と排熱部とを有する凝縮器、絞り手段、および蒸発器等を冷媒が循環する管路により連結したヒートポンプ装置と、前記凝縮器に設けた前記加熱部と前記蒸発器を配設し、前記蒸発器と前記加熱部に送風する第１の送風手段を有した第１の風回路と、前記凝縮器に設けた前記排熱部を配設し、前記排熱部に送風する第２の送風手段を有した第２の風回路とを備え、前記第１の風回路と前記第２の風回路とを隣接して形成し、前記第１の風回路によって除湿加温し、前記第２の風回路によって前記凝縮器の熱を排出するようにするとともに、前記凝縮器の前記加熱部と前記排熱部とを１つのフィンチューブ型の熱交換器で構成した除湿加温装置。
2. 凝縮器に加熱部と排熱部を設け、前記加熱部を前記排熱部より大きくした請求項１記載の除湿加温装置。
3. 凝縮器は、一定間隔で平行に並べられ相互間を空気が流動するフィンと、前記フィンと接し内部に冷媒が流動する伝熱管とからなるフィンチューブ型の熱交換器であり、加熱部と排熱部を前記伝熱管の管軸方向に配設した請求項１または２に記載の除湿加温装置。
4. 凝縮器は、第１の風回路内に設置された加熱部の空気流入面と、第２の風回路内に設置された排熱部の空気流入面を同一面上に構成した請求項１〜３のいずれか１項に記載の除湿加温装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の除湿加温装置を備えた衣類乾燥機。

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