JP6509527B2 - 乾燥機 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、乾燥機に関する。

近年、乾燥用の温風の加熱方式にヒートポンプ方式を採用した乾燥機が増えている。ヒートポンプ式の乾燥機は、熱交換器としての蒸発器及び凝縮器、冷媒を供給する圧縮機などで構成されたヒートポンプユニットを備えている。ヒートポンプ式の乾燥機は、被乾燥物である衣類等が収容される乾燥室内と熱交換器との間が循環風路で繋がれている。そして、ヒートポンプ式の乾燥機は、ヒートポンプユニットによる冷凍サイクルを運転し、循環風路を介して乾燥室内と熱交換器との間で空気を循環させる。この循環空気は、乾燥室内の衣類等から湿気を奪った後、熱交換器で除湿及び加熱されて低湿度の温風となり、再び乾燥室へ供給される。これにより、乾燥室内の衣類の乾燥が行われる。
しかしながら、従来構成では、冷凍サイクルの効率が十分とは言えず、改善の余地があった。

特開２００８−３０７２９１号公報

そこで、冷凍サイクルの効率の向上を図ることができる乾燥機を提供する。

本実施形態の乾燥機は、排気口及び給気口を有し衣類が収容される乾燥室と、前記乾燥室外に設けられ前記排気口と前記給気口とを繋ぐ循環風路と、前記循環風路内の空気を除湿及び加熱するヒートポンプユニットと、を備える。前記ヒートポンプユニットは、前記循環風路内に設けられた凝縮器と、前記凝縮器から吐出した冷媒を、気体状態の冷媒と液体状態の冷媒とに分離する気液分離器と、前記循環風路内において前記凝縮器の上流側に設けられ前記気液分離器で分離された前記液体状態の冷媒が流入する蒸発器と、前記蒸発器から流出した冷媒が流入する第１圧縮機と、前記第１圧縮機から吐出された冷媒と前記気液分離器で分離された前記気体状態の冷媒とが流入する第２圧縮機と、前記循環風路内において前記蒸発器の上流側にあって前記凝縮器と前記気液分離器との間に設けられた中間蒸発器と、を有している。

また、乾燥機のヒートポンプユニットは、前記循環風路内に設けられた凝縮器と、前記凝縮器から流出した冷媒の圧力を減圧する主減圧装置と、前記凝縮器から流出した冷媒を前記主減圧装置から流出する冷媒の圧力よりも高い圧力に減圧する中間減圧装置と、前記循環風路内において前記凝縮器の上流側に設けられ前記主減圧装置から流出した冷媒が流入する主蒸発器と、前記循環風路内において前記凝縮器の上流側であって前記主蒸発器の上流側に設けられ前記中間減圧装置から流出した冷媒が流入する中間蒸発器と、前記中間蒸発器から流出した冷媒が流入する第１圧縮機と、前記第１圧縮機から吐出された冷媒と前記中間蒸発器から流出した冷媒とが流入する第２圧縮機と、を有している。

第１実施形態による洗濯乾燥機について、外箱を外した状態で後方から見た状態を示す斜視図 洗濯乾燥機の構成の一例を模式的に示す図 洗濯乾燥機の電気的構成を示すブロック図 ヒートポンプユニットによる冷凍サイクルのモリエル線図を示す図 第２実施形態による図２相当図 第２実施形態による図４相当図 第３実施形態による図２相当図 第３実施形態による図４相当図 第４実施形態による図２相当図 第５実施形態による図２相当図 第５実施形態の他の例を示す図

以下、複数の実施形態による乾燥機について、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

（第１実施形態）
まず、洗濯乾燥機１０の概略構成について説明する。洗濯乾燥機１０は、図１に示すように、水槽１１、サスペンション１２、基台１３、及び洗濯機モータ１４を備えている。水槽１１は、円筒状に形成され、この円筒状の中心軸は水平に対して傾斜している。サスペンション１２は、左右一対で構成されて基台１３上に設けられている。サスペンション１２は、水槽１１を、前上がりの傾斜状態になるように弾性的に支持している。洗濯機モータ１４は、水槽１１の背部に取り付けられている。洗濯機モータ１４は、例えば直流のブラシレスモータであって、アウターロータ形である。洗濯機モータ１４の図示しない回転軸は、水槽１１の背部を貫いて水槽１１の内部に挿入されている。

洗濯乾燥機１０は、図２に示すようにドラム１５を備えている。ドラム１５は、衣類を収容する回転槽を構成するものであり、水槽１１内に収容されて回転可能に設けられている。ドラム１５の軸方向は、水槽１１の軸方向に一致している。水槽１１内に挿入された洗濯機モータ１４の回転軸は、ドラム１５に接続されている。これにより、ドラム１５は、洗濯機モータ１４の回転に伴って回転される。

ドラム１５は、周壁部および後部に形成された多数の孔部と、周壁部の内側に設けられた複数のバッフルと、を有している。この多数の孔部は、ドラム５内の水及び空気を通すことができる。また、バッフルは、ドラム１５の回転時に、ドラム１５内の衣類を掻き上げるためのものである。ドラム１５内には、洗濯物である衣類が出し入れ可能に収容される。したがって、ドラム１５は、洗濯時には洗濯槽として、脱水時には脱水槽として、そして乾燥時には乾燥槽として機能する。この場合、水槽１１及びドラム１５は、乾燥時に衣類を収容する乾燥室として機能する。

洗濯乾燥機１０は、図３に示すように、制御装置１６、給水装置１７、及び排水装置１８等を備えている。制御装置１６は、マイクロコンピュータなどから構成されており、洗濯乾燥機１０の作動全般を制御する。給水装置１７は、詳細は図示しないが、例えば制御装置１６の制御に基づいて開閉される給水弁を有している。そして、給水装置１７は、例えば水道等の外部の水源に接続されており、給水弁の開閉によって、その外部の水源から水槽１１内へ給水する。排水装置１８は、例えば制御装置１６の制御に基づいて開閉される排水弁を有している。そして、排水装置１８は、例えば下水等に接続されており、排水弁を閉状態にすることで水槽１１内に水を貯水可能な状態にし、排水弁を開状態にすることで、水槽１１内に溜まった水を洗濯乾燥機１０の機外へ排水する。

水槽１１は、図２に示すように、排気口１１１及び給気口１１２を有している。排気口１１１及び給気口１１２は、水槽１１の内部と外部とを連通させている。また、洗濯乾燥機１０は、循環風路２０を備えている。循環風路２０は、水槽１１の外側において、排気口１１１と給気口１１２とを接続している。循環風路２０は、排気ダクト２１、熱交換部２２、フィルタ装置２３、及び給気ダクト２４を有している。

排気ダクト２１は、水槽１１の排気口１１１と熱交換部２２の上流側とを接続している。フィルタ装置２３は、排気口１１１と熱交換部２２との間において排気ダクト２１の途中部分に設けられている。フィルタ装置２３は、排気口１１１から排気された空気中に含まれるリント等の異物を捕集するためのものである。給気ダクト２４は、熱交換部２２の下流側と水槽１１の給気口１１２とを接続している。

洗濯乾燥機１０は、循環ファン２５を備えている。循環ファン２５は、例えばシロッコファンなどであって、循環風路２０内に設けられている。この場合、循環ファン２５は、熱交換部２２の下流側つまり熱交換部２２と給気ダクト２４との接続部分の近傍に設けられている。循環ファン２５は、熱交換部２２側の空気を吸い込み、給気ダクト２４側へ吐出する。これにより、循環ファン２５が駆動されると、図２の白抜き矢印で示すように、水槽１１及び循環風路２０を循環する空気の流れが生じる。この場合、循環風路２０内の空気の流れについて見ると、排気口１１１が最上流側となり、給気口１１２が最下流側となる。

洗濯乾燥機１０は、ヒートポンプユニット３０を備えている。ヒートポンプユニット３０は、循環風路２０内の空気を除湿及び加熱して、水槽１１内に収容された衣類を乾燥させるための温風を生成する。ヒートポンプユニット３０は、凝縮器３１及び蒸発器３２を有している。凝縮器３１は、熱交換部２２内において下流側つまり給気ダクト２４側に設けられている。蒸発器３２は、熱交換部２２内において凝縮器３１の上流側つまり排気ダクト２１側に設けられている。熱交換部２２内を通る空気は、蒸発器３２によって冷却されて除湿される。蒸発器３２によって除湿された空気は、その後、凝縮器３１によって加熱されて温風になる。

乾燥運転時に循環ファン２５及びヒートポンプユニット３０が駆動されると、熱交換部２２内で除湿及び加熱された温風は、循環ファン２５の送風作用により、給気ダクト２４を介して給気口１１２から水槽１１内へ供給される。その後、温風は、ドラム１５内へ入り、ドラム１５内の洗濯物から湿気を奪った後、ドラム１５に形成された複数の孔部からドラム１５の外側へ出る。そして、湿気を含んだ空気は、排気口１１１から循環風路２０に吸い込まれる。循環風路２０に吸い込まれた空気は、排気ダクト２１及びフィルタ装置２３を通過した後、熱交換部２２へ流れる。このように、乾燥運転は、水槽１１と循環風路２０との間で空気を循環させ、その空気を循環風路２０内で除湿及び加熱することによって行われる。

次に、ヒートポンプユニット３０について説明する。ヒートポンプユニット３０は、図２に示すように、凝縮器３１及び蒸発器３２に加え、アキムレータ３３、第１圧縮機３４、第２圧縮機３５、第１電子膨張弁３６、第２電子膨張弁３７、及び気液分離器３８を有している。アキムレータ３３、第１圧縮機３４、第２圧縮機３５、第１電子膨張弁３６、第２電子膨張弁３７、及び気液分離器３８は、それぞれ熱交換部２２の外側に設けられている。凝縮器３１、蒸発器３２、アキムレータ３３、第１圧縮機３４、第２圧縮機３５、第１電子膨張弁３６、第２電子膨張弁３７、及び気液分離器３８は、冷媒管によって環状に接続されている。

凝縮器３１及び蒸発器３２は、例えば微小な間隔で設けられた多数のフィンを有する管で構成されており、この管の内部に冷媒を流すことで、フィン間を通る空気と冷媒との熱交換を行う。凝縮器３１及び蒸発器３２は、熱交換器として機能する。アキムレータ３３は、第１圧縮機３４の吸込口３４１側に設けられている。アキムレータ３３は、第１圧縮機３４に流入する液状の冷媒の圧力変動を抑制するためのものである。

第１圧縮機３４と第２圧縮機３５とのうち、第１圧縮機３４は、低圧側つまり低段側の圧縮機であり、第２圧縮機３５は、高圧側つまり高段側の圧縮機である。第１圧縮機３４は、吸込口３４１から吸い込んだ冷媒を圧縮して、吐出口３４２側から吐出する。第１圧縮機３４の吐出口３４２は、第２圧縮機３５の吸込口３５１に接続されている。第２圧縮機３５は、吸込口３５１から吸い込んだ冷媒を圧縮して、吐出口３５２から吐出する。第２圧縮機３５の吐出口３５２は、凝縮器３１の流入側に接続されている。凝縮器３１には、第１圧縮機３４及び第２圧縮機３５で圧縮された高温高圧の冷媒が流入する。そのため、凝縮器３１内の冷媒と凝縮器３１周辺の空気との熱交換が行われ、これにより凝縮器３１周辺の空気が加熱される。凝縮器３１の流出側は、第１電子膨張弁３６の流入側に接続されている。

第１圧縮機３４及び第２圧縮機３５は、制御装置１６によって駆動制御される。この場合、洗濯乾燥機１０は、第１インバータ電源３９及び第２インバータ電源４０を備えている。第１インバータ電源３９は、第１圧縮機３４に駆動用の電力を供給するためのものである。第２インバータ電源４０は、第２圧縮機３５に駆動用の電源を供給するためのものである。第１インバータ電源３９及び第２インバータ電源４０は、制御装置１６に接続されている。

制御装置１６は、第１インバータ電源３９から第１圧縮機３４に供給される交流電源の周波数を制御することで、第１圧縮機３４の駆動周波数つまり冷媒の吐出圧力を制御することができる。同様に、制御装置１６は、第２インバータ電源４０から第２圧縮機３５に供給される交流電源の周波数を制御することで、第２圧縮機３５の駆動周波数つまり冷媒の吐出圧力を制御することできる。

第２圧縮機３５の吐出圧力は、第１圧縮機３４の吐出圧力よりも高くなるように設定されている。この場合、第１圧縮機３４の排除容積と、第２圧縮機３５の排除容積とは、同一であってもよいし異なっていてもよい。制御装置１６は、第１圧縮機３４と第２圧縮機３５との駆動周波数を個別に制御することで、第１圧縮機３４から吐出される冷媒の質量流量と、第２圧縮機３５から吐出される冷媒の質量流量との均衡を極力保つようにしている。

第１電子膨張弁３６及び第２電子膨張弁３７は、凝縮器３１と蒸発器３２との間に直列に設けられている。第１電子膨張弁３６及び第２電子膨張弁３７は、冷媒を減圧膨張させるための減圧装置である。第１電子膨張弁３６は、第２電子膨張弁３７よりも冷媒の流れの上流側つまり凝縮器３１側に設けられている。第１電子膨張弁３６と第２電子膨張弁３７とのうち、第１電子膨張弁３６は高圧側つまり高段側の減圧装置であり、第２電子膨張弁３７は低圧側つまり低段側の減圧装置である。

第１電子膨張弁３６及び第２電子膨張弁３７は、液体状態の冷媒を減圧して気液混合状態にする。この場合、第１電子膨張弁３６及び第２電子膨張弁３７は、例えば電子制御により開度の調整が可能な絞り装置であり、制御装置１６に接続されている。制御装置１６は、減圧装置３６、３７の開度を調整することで、減圧装置３６、３７から流出する冷媒の圧力を調整することができる。なお、ヒートポンプユニット３０は、第１電子膨張弁３６及び第２電子膨張弁３７に換えて、例えば制御装置１６によって制御することができないキャピラリーチューブや膨張弁などを有していてもよい。

気液分離器３８は、凝縮器３１と蒸発器３２との間、この場合、第１電子膨張弁３６と第２電子膨張弁３７との間に設けられている。気液分離器３８は、凝縮器３１から吐出されて第１電子膨張弁３６によって気液混合状態になった冷媒を、気体状態の冷媒と液体状態の冷媒とに分離する。気液分離器３８は、流入口３８１、気体流出口３８２、及び液体流出口３８３を有している。流入口３８１は、第１電子膨張弁３６の流出側に接続されている。気体流出口３８２は、接続管３０１を介して第１圧縮機３４と第２圧縮機３５との間部分に接続されている。液体流出口３８３は、第２電子膨張弁３７の流入側に接続されている。

第１電子膨張弁３６から流出した気液混合状態の冷媒は、流入口３８１から気液分離器３８内に流入する。そして、気液分離器３８で気液分離された気体状態の冷媒は、気体流出口３８２から流出し、接続管３０１を通って吸込口３５１から第２圧縮機３５内へ吸い込まれる。つまり、第２圧縮機３５には、第１圧縮機３４から吐出された冷媒と気液分離器３８で分離された気体状態の冷媒とが流入する。

一方、第２電子膨張弁３７の流出側は、蒸発器３２の流入側に接続されている。蒸発器３２の流出側は、アキムレータ３３を介して第１圧縮機３４の吸込口３４１に接続されている。そのため、気液分離器３８で気液分離された液体状態の冷媒は、液体流出口３８３から流出して、第２電子膨張弁３７内へ流入する。そして、第２電子膨張弁３７内へ流入した冷媒は、第２電子膨張弁３７で減圧されて蒸発器３２内へ流入し、蒸発器３２内で気化する。このとき、蒸発器３２内の冷媒と蒸発器３２周辺の空気との熱交換が行われて、これにより蒸発器３２周辺の空気が冷却される。そして、蒸発器３２から流出した冷媒は、アキムレータ３３を通って、第１圧縮機３４に吸い込まれる。

この場合、ヒートポンプユニット３０による冷凍サイクルを循環する冷媒の経路は、第１経路と第２経路との２つがある。第１経路は、気液分離器３８で分離された液体状態の冷媒が通る経路である。すなわち、第１経路は、図２の矢印Ａで示すように、凝縮器３１と、第１電子膨張弁３６と、気液分離器３８と、第２電子膨張弁３７と、蒸発器３２と、第１圧縮機３４と、第２圧縮機３５と、を順に通る経路である。第２経路は、気液分離器３８で分離された気体状態の冷媒が通る経路である。すなわち、第２経路は、図２の矢印Ｂで示すように、凝縮器３１と、第１電子膨張弁３６と、気液分離器３８と、第２圧縮機３５と、を順に通る経路である。

洗濯乾燥機１０は、図２及び図３に示すように、給気口温度センサ４１、排気口温度センサ４２、吐出温度センサ４３、中央温度センサ４４、蒸発器入口温度センサ４５、蒸発器出口温度センサ４６、中間温度センサ４７、及び第２圧縮機吸込口温度センサ４８を備えている。給気口温度センサ４１、排気口温度センサ４２、吐出温度センサ４３、中央温度センサ４４、蒸発器入口温度センサ４５、蒸発器出口温度センサ４６、中間温度センサ４７、及び第２圧縮機吸込口温度センサ４８は、それぞれヒートポンプユニット３０の温度を直接又は間接的に検出する温度検出手段として機能し、それぞれ制御装置１６に接続されている。

給気口温度センサ４１、排気口温度センサ４２、及び中央温度センサ４４は、図２に示すように、循環風路２０内に設けられ、循環風路２０内の空気の温度を検出する。このうち、給気口温度センサ４１は、凝縮器３１と給気口１１２との間であって、給気口１１２の近傍に設けられている。給気口温度センサ４１は、給気ダクト２４を通って乾燥室である水槽１１及びドラム１５内へ供給される空気、つまり熱交換部２２で熱せられて乾燥室内へ供給される空気の温度を検出する。排気口温度センサ４２は、蒸発器３２と排気口１１１との間であって、排気口１１１の近傍に設けられている。排気口温度センサ４２は、乾燥室である水槽１１及びドラム１５から排気されて排気ダクト２１内を通る空気の温度を検出する。

吐出温度センサ４３は、第２圧縮機３５の吐出口３４２側の冷媒管に設けられ、第２圧縮機３５から吐出される冷媒の温度つまり第２圧縮機３５の温度を検出する。中央温度センサ４４は、熱交換部２２において蒸発器３２と凝縮器３１との間に設けられ、熱交換部２２の中央部の空気の温度を検出する。蒸発器入口温度センサ４５は、蒸発器３２に対し冷媒の入口側に設けられ、蒸発器３２の入口側部分の温度を検出する。蒸発器出口温度センサ４６は、蒸発器３２に対し冷媒の出口側に設けられ、蒸発器３２の出口側部分の温度を検出する。中間温度センサ４７は、第１電子膨張弁３６の出口側の冷媒管に設けられ、第１電子膨張弁３６から流出する冷媒の温度、つまり第１電子膨張弁３６と第２電子膨張弁３７との間における中間温度を検出する。第２圧縮機吸込口温度センサ４８は、第２圧縮機３５の吸込口３５１の近傍に設けられ、第２圧縮機３５に吸い込まれる冷媒の温度を検出する。

次に、ヒートポンプユニット３０による冷凍サイクルの作用について、図４も参照して説明する。なお、以下の説明において、第１圧縮機３４に圧縮される前の冷媒の圧力つまり蒸発器３２から流出した冷媒の圧力を低圧とし、第２圧縮機３５に圧縮される前の冷媒の圧力を中圧とし、第２圧縮機３５で圧縮された後の冷媒の圧力つまり凝縮器３１に流入する前の冷媒の圧力を高圧とする。すなわち、第１圧縮機３４は、低圧の冷媒を圧縮して中圧にするように設定されている。第２圧縮機３５は、中圧の冷媒を圧縮して高圧にするように設定されている。この場合、低圧、中圧、高圧は、いずれもある一定の圧力を示すものではなく、ある程度の範囲の幅が許容される。また、図２に示すＡ１〜Ａ８と、図４に示すＡ１〜Ａ８とは、それぞれ対応している。また、以下の説明において、圧縮時の熱損失や配管での圧力損失は考慮しないものとする。

第２圧縮機３５から吐出された高温高圧の冷媒は、凝縮器３１を通過する際に、循環風路２０内を流れる空気との熱交換により放熱する（Ａ１からＡ２）。これにより、凝縮器３１を通過した冷媒は、中温高圧の液体状態になって、比エンタルピが減少する。その後、凝縮器３１を通過した冷媒は、第１電子膨張弁３６で減圧膨張されて、中圧の気液混合状態になる（Ａ２からＡ３）。そして、中圧の気液混合状態の冷媒は、気液分離器３８で気体状態の冷媒と液体状態の冷媒とに分離される。

気液分離器３８で分離された液体状態の冷媒は、上述した第１経路を流れる。すなわち、気液分離器３８で分離された液体状態の冷媒は、第２電子膨張弁３７でさらに減圧膨張されて、低圧の気液混合状態になる（Ａ４からＡ５）。その後、低圧で気液混合状態の冷媒は、蒸発器３２を通過する際に、循環風路２０内を流れる空気との熱交換により吸熱する（Ａ５からＡ６）。これにより、蒸発器３２を通過した冷媒の比エンタルピが上昇する。そして、蒸発器３２を通過した冷媒は、第１圧縮機３４によって中圧に圧縮されて、第１圧縮機３４の吐出口３４２から吐出される（Ａ６からＡ７）。

一方、気液分離器３８で分離された気体状態の冷媒は、上述した第２経路を流れる。すなわち、気液分離器３８で分離された気体状態の冷媒は、矢印Ｂで示すように、接続管３０１を通って、第１圧縮機３４で圧縮された冷媒と合流する（Ａ３からＡ８）。このとき、温度差を有する冷媒が合流することで、合流した冷媒の比エンタルピが減少する。そして、第１圧縮機３４で圧縮された冷媒、及び気液分離器３８で分離された気体状態の冷媒は、共に第２圧縮機３５に吸い込まれて圧縮され、高温高圧の気体状態になる。その後、第２圧縮機３５から吐出された冷媒は、再び凝縮器３１に流入する。このようにして、冷媒は、第１経路及び第２経路を循環する。

図４の破線は、気液分離器３８を備えておらず１つの圧縮機及び１つの減圧装置で構成された場合の冷凍サイクルを示している。この場合、冷媒を圧縮機によって目的の圧力まで圧縮しようとすると、図４のＡ６からＣ１に示すように、圧力の上昇に比例して比エンタルピ及び温度が上昇する。これに対し、本実施形態の構成では、第１圧縮機３４から吐出された中温で高比エンタルピ状態の冷媒に、気液分離器３８で分離された温度の低い低比エンタルピ状態の冷媒が混合される。これにより、図４のＡ８に示すように、第２圧縮機３５に吸い込まれる冷媒の比エンタルピ及び温度を低下させることができる。したがって、本実施形態によれば、１つの圧縮機で構成された場合に比べて、目的の圧力に到達させるまでの仕事量、つまり図４に示すＣ１における比エンタルピとＡ１における比エンタルピとの差分に相当する仕事量を低減することができる。その結果、ヒートポンプユニット３０による冷凍サイクルが高効率化し、省エネ性能の向上が図られる。

また、気液分離器３８を備えておらず１つの減圧装置で構成された冷凍サイクルの場合、図４のＡ２からＣ２に示すように、目的の圧力まで減圧させた冷媒つまり蒸発器３２に流入する冷媒の比エンタルピは、凝縮器３１から流出したＡ２における比エンタルピに等しい。これに対し、本実施形態によれば、ヒートポンプユニット３０は、気液分離器３８で分離された液体状態の冷媒を、さらに第２電子膨張弁３７で減圧膨張させる。これにより、蒸発器３２に流入する冷媒の比エンタルピを、Ｃ２における比エンタルピよりも低下させることができる。したがって、本実施形態によれば、気液分離器３８を備えておらず１つの減圧装置で構成された場合に比べて、Ｃ２における比エンタルピとＡ７における比エンタルピとの差分に相当する仕事量を低減することができる。その結果、ヒートポンプユニット３０による冷凍サイクルが高効率化し、省エネ性能の向上が図られる。

ここで、圧縮機から吐出される冷媒の質量流量は、冷凍サイクルの乾燥負荷の変動等によって容易に変動する。第１圧縮機３４と第２圧縮機３５との２つの圧縮機によって、冷媒を２段階で圧縮する場合、第１圧縮機３４から吐出される冷媒の質量流量と、第２圧縮機３５から吐出される冷媒の質量流量との均衡が崩れると、過圧縮や過膨張などによる損失が生じて、理想的な冷凍サイクルの効率が得られない。

そこで、本実施形態において、洗濯乾燥機１０は、冷媒の状態に応じて圧縮機３４、３５の回転数を個別に制御するとともに減圧装置３６、３７の開度を個別に制御することで、第１圧縮機３４から吐出される冷媒の質量流量と、第２圧縮機３５から吐出される冷媒の質量流量との均衡を図るようにしている。すなわち、制御装置１６は、第１圧縮機３４から吐出されて第２圧縮機３５に吸い込まれる冷媒の質量流量と、気液分離器３８から流出して第２圧縮機３５に吸い込まれる冷媒の質量流量との合計が、第２圧縮機３５から吐出される冷媒の質量流量に近づくように、圧縮機３４、３５の回転数及び減圧装置３６、３７の開度を制御する。

具体的には、制御装置１６は、蒸発器入口温度センサ４５や蒸発器出口温度センサ４６の検出温度に基づいて、リキッドバック（液戻り）の発生やスーパーヒート（過熱度）を検出する。そして、制御装置１６は、その検出結果に基づいて、蒸発器３２から流出する冷媒の温度が予め設定した目標温度となるように、第２圧縮機３５の回転数を調整する。また、制御装置１６は、第２圧縮機吸込口温度センサ４８の検出温度が予め設定した温度になるように、第１圧縮機３４の回転数を調整する。

また、制御装置１６は、中間温度センサ４７の検出温度が予め設定した温度になるように、第１電子膨張弁３６の開度を調整する。同様に、制御装置１６は、蒸発器入口温度センサ４５の検出温度が予め設定した温度になるように、第２電子膨張弁３７の開度を調整する。このようにして、制御装置１６は、各温度センサ４１〜４８の検出温度に基づいて、圧縮機３４、３５の回転数及び減圧装置３６、３７の開度を調整する。これにより、ヒートポンプユニット３０は、冷凍サイクルを循環する冷媒の状態を、理想状態に近づけるようにすることができ、その結果、安定した損失の少ない冷凍サイクルを実現することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について図５及び図６を参照して説明する。
第２実施形態の洗濯乾燥機１０は、第１実施形態のヒートポンプユニット３０に換えて、ヒートポンプユニット５０を備えている。ヒートポンプユニット５０は、第１実施形態における第１圧縮機３４及び第２圧縮機３５に換えて、２段圧縮機５１を有している。２段圧縮機５１は、第１圧縮部５１１と第２圧縮部５１２とを、１つのケース５１３内に収納したものである。この場合、第１圧縮部５１１は、第１圧縮機に相当し、第２圧縮部５１２は、第２圧縮機に相当する。

第２圧縮部５１２は、第１圧縮部５１１で中圧に圧縮された冷媒を更に圧縮して高圧にする。第１圧縮部５１１及び第２圧縮部５１２には、１つのインバータ電源５２が接続されている。このインバータ電源５２は、制御装置１６に接続されている。制御装置１６は、インバータ電源５２から出力する交流電源の周波数を制御することで、第１圧縮部５１１と第２圧縮部５１２とを同一の周波数で駆動するように制御する。なお、第１圧縮部５１１と第２圧縮部５１２とを、それぞれ別体の２つの圧縮機とし、この２つの圧縮機を、１つのインバータ電源５２で駆動させる構成でもよい。

ヒートポンプユニット５０は、第１実施形態における第１電子膨張弁３６及び第２電子膨張弁３７に換えて、第１キャピラリーチューブ５３及び第２キャピラリーチューブ５４を有している。第１キャピラリーチューブ５３及び第２キャピラリーチューブ５４は、冷媒を、予め設定した一定の圧力に減圧膨張させるための減圧装置である。なお、ヒートポンプユニット５０も、キャピラリーチューブ５３、５４ではなく、第１実施形態のヒートポンプユニット３０と同様に電子膨張弁３６、３７を有していてもよい。

ヒートポンプユニット５０は、中間蒸発器５５を有している。中間蒸発器５５は、第１キャピラリーチューブ５３と気液分離器３８との間に設けられている。すなわち、中間蒸発器５５の流入側は、第１キャピラリーチューブ５３の流出側に接続されている。中間蒸発器５５の流出側は、気液分離器３８の流入側に接続されている。中間蒸発器５５は、熱交換部２２内において蒸発器３２の上流側に設けられている。中間蒸発器５５の伝熱面積つまり熱交換に寄与する面積は、蒸発器３２の伝熱面積よりも大きく設定されている。

気液分離器３８の気体流出口３８２は、第１実施形態のヒートポンプユニット３０と同様に、接続管３０１を介して、第１圧縮部５１１と第２圧縮部５１２との間部分に接続されている。気液分離器３８の液体流出口３８３は、第２キャピラリーチューブ５４の流入側に接続されている。第２キャピラリーチューブ５４の流出側は、蒸発器３２の流入側に接続されている。

この場合、第２圧縮部５１２に流入する冷媒の流量質量と第２圧縮部５１２から流出する冷媒の流量質量とが等しくなるように、第１圧縮部５１１の排除容積と第２圧縮部５１２の排除容積とが設定されている。すなわち、第１圧縮部５１１から吐出されて第２圧縮部５１２に吸い込まれる冷媒の質量流量及び気液分離器３８から流出して第２圧縮部５１２に吸い込まれる冷媒の質量流量の合計と、第２圧縮部５１２から吐出される冷媒の質量流量とが等しくなるように、第１圧縮部５１１及び第２圧縮部５１２の排除容積が設定されている。

ヒートポンプユニット５０による冷凍サイクルにおいて、第１経路は、図５の矢印Ｄで示すように、凝縮器３１と、第１キャピラリーチューブ５３と、中間蒸発器５５と、気液分離器３８と、第２キャピラリーチューブ５４と、蒸発器３２と、２段圧縮機５１の第１圧縮部５１１と、２段圧縮機５１の第２圧縮部５１２と、を順に通る経路である。また、第２経路は、図５の矢印Ｅで示すように、凝縮器３１と、第１キャピラリーチューブ５３と、中間蒸発器５５と、気液分離器３８と、２段圧縮機５１の第２圧縮部５１２と、を順に通る経路である。

この構成において、２段圧縮機５１から吐出された高温高圧の冷媒は、凝縮器３１を通過する際に放熱し（図６のＤ１からＤ２）、これにより、中温高圧の液体状態になって、比エンタルピが減少する。その後、凝縮器３１を通過した冷媒は、第１キャピラリーチューブ５３で減圧膨張されて、中圧の気液混合状態になる（Ｄ２からＤ３）。中圧の気液混合状態の冷媒は、中間蒸発器５５を通過する際に吸熱し、比エンタルピが上昇する（Ｄ３からＤ４）。その後、高比エンタルピで気液混合状態の冷媒は、気液分離器３８で気体状態の冷媒と液体状態の冷媒とに分離される。

気液分離器３８で分離された液体状態の冷媒は、上述した第１経路を流れる。すなわち、気液分離器３８で分離された液体状態の冷媒は、第２キャピラリーチューブ５４でさらに減圧膨張されて、低圧の気液混合状態になる（Ｄ５からＤ６）。その後、低圧で気液混合状態の冷媒は、蒸発器３２を通過する際に、循環風路２０内を流れる空気との熱交換により吸熱する（Ｄ６からＤ７）。これにより、蒸発器３２を通過した冷媒の比エンタルピが上昇する。そして、蒸発器３２を通過した冷媒は、２段圧縮機５１の第１圧縮部５１１によって中圧に圧縮される（Ｄ７からＤ８）。

一方、気液分離器３８で分離された気体状態の冷媒は、上述した第２経路を流れる。すなわち、気液分離器３８で分離された気体状態の冷媒は、矢印Ｅで示すように、接続管３０１を通って、２段圧縮機５１の第１圧縮部５１１で圧縮された冷媒と合流する（Ｄ９）。このとき、温度差を有する冷媒が合流するため、合流した冷媒の比エンタルピが減少する（Ｄ８からＤ９）。そして、第１圧縮部５１１で圧縮された冷媒、及び気液分離器３８で分離された気体状態の冷媒は、共に第２圧縮部５１２で圧縮され、高温高圧の気体状態になる。その後、２段圧縮機５１から吐出された冷媒は、再び凝縮器３１に流入する。このようにして、冷媒は、第１経路及び第２経路を循環する。

これによっても、上記第１実施形態と同様の作用効果が得られる。すなわち、この場合、第１圧縮部５１１から吐出された中温で高比エンタルピ状態の冷媒に、気液分離器３８で分離された温度の低い低比エンタルピ状態の冷媒が混合される。これにより、図６のＤ９に示すように、第２圧縮部５１２に吸い込まれる冷媒の比エンタルピ及び温度を低下させることができる。したがって、本実施形態によっても、ヒートポンプユニットを１つの圧縮機で構成した場合に比べて、目的の圧力に到達させるまでの仕事量、つまり図６に示すＣ１における比エンタルピとＤ１における比エンタルピとの差分に相当する仕事量を低減することができる。その結果、ヒートポンプユニット５０による冷凍サイクルが高効率化し、省エネ性能の向上が図られる。

また、本実施形態のヒートポンプユニット５０も、気液分離器３８で分離された液体状態の冷媒を、第２キャピラリーチューブで減圧膨張させる。これにより、第１実施形態と同様に、蒸発器３２に流入する冷媒の比エンタルピを、Ｃ２における比エンタルピよりも低下させることができる。したがって、本実施形態によっても、気液分離器３８を備えていない構成に比べて、Ｃ２における比エンタルピとＤ６における比エンタルピとの差分に相当する仕事量を低減することができる。その結果、ヒートポンプユニット３０による冷凍サイクルが高効率化し、省エネ性能の向上が図られる。

また、この場合、第２圧縮部５１２に流入する冷媒の流量質量と第２圧縮部５１２から流出する冷媒の流量質量とが等しくなるように、第１圧縮部５１１の排除容積と第２圧縮部５１２の排除容積とが設定されている。これにより、第１圧縮部５１１と第２圧縮部５１２とを同一の回転周波数で駆動させても、質量流量の均衡が崩れにくい。したがって、１つのインバータ電源５２で２つの圧縮部５１１、５１２を駆動させる構成であっても、安定した冷凍サイクルの運転を実現することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について図７及び図８を参照して説明する。
第３実施形態のヒートポンプユニット６０は、第２実施形態のヒートポンプユニット５０における第１キャピラリーチューブ５３及び第２キャピラリーチューブ５４に換えて、蒸発器用電子膨張弁６１及び中間蒸発器用電子膨張弁６２を有している。蒸発器用電子膨張弁６１及び中間蒸発器用電子膨張弁６２は、第１実施形態の電子膨張弁３６、３７と同様に、例えば電子制御により開度の調整が可能な絞り装置であり、制御装置１６に接続されている。

蒸発器用電子膨張弁６１は、凝縮器３１と蒸発器３２との間に設けられている。中間蒸発器用電子膨張弁６２は、凝縮器３１と中間蒸発器５５との間に設けられている。冷媒は、凝縮器３１から流出した後、２つに分岐する。そして、２つに分岐した冷媒の一方は、蒸発器用電子膨張弁６１を通って蒸発器３２に流入し、他方は、中間蒸発器用電子膨張弁６２を通って中間蒸発器５５に流入する。

制御装置１６は、中間蒸発器用電子膨張弁６２から流出する冷媒の圧力が、蒸発器用電子膨張弁６１から流出する冷媒の圧力よりも高くなるように、蒸発器用電子膨張弁６１と中間蒸発器用電子膨張弁６２との開度を調整する。この場合、蒸発器用電子膨張弁６１は、凝縮器３１から流出した冷媒の圧力を減圧する主減圧装置として機能する。中間蒸発器用電子膨張弁６２は、凝縮器３１から流出した冷媒を、蒸発器用電子膨張弁６１から流出する冷媒の圧力よりも高い圧力に減圧する中間減圧装置として機能する。また、蒸発器３２は、循環風路２０内において凝縮器３１の上流側に設けられ、蒸発器用電子膨張弁６１から流出した冷媒が流入する主蒸発器として機能する。

本実施形態において、第１経路は、図７の矢印Ｆで示すように、凝縮器３１と、蒸発器用電子膨張弁６１と、蒸発器３２と、２段圧縮機５１の第１圧縮部５１１及び第２圧縮部５１２と、を通る経路である。また、第２経路は、図７の矢印Ｇで示すように、凝縮器３１と、中間蒸発器用電子膨張弁６２と、中間蒸発器５５と、２段圧縮機５１の第２圧縮部５１２と、を通る経路である。

この構成において、２段圧縮機５１から吐出された高温高圧の冷媒は、凝縮器３１を通過する際に放熱し（図８のＦ１からＦ２）、これにより、中温高圧の液体状態になって、比エンタルピが減少する。その後、凝縮器３１を通過した冷媒は２つに分岐され、一方は第１経路を流れ、他方は第２経路を流れる。すなわち、凝縮器３１を通過して２つに分岐された冷媒の一方は、蒸発器用電子膨張弁６１で減圧膨張されて、低圧の気液混合状態になる（Ｆ２からＦ３）。この低圧の気液混合状態の冷媒は、蒸発器３２を通過する際に吸熱し、比エンタルピが上昇する（Ｆ３からＦ４）。その後、蒸発器３２を通過した冷媒は、２段圧縮機５１の第１圧縮部５１１によって中圧に圧縮される（Ｆ４からＦ５）。

凝縮器３１を通過して２つに分岐された冷媒の他方は、中間蒸発器用電子膨張弁６２で減圧膨張されて、中圧の気液混合状態になる（Ｆ２からＧ１）。この中圧の気液混合状態の冷媒は、中間蒸発器５５を通過する際に吸熱し、比エンタルピが上昇する（Ｇ１からＦ６）。そして、中間蒸発器５５を通過した冷媒は、２段圧縮機５１の第１圧縮部５１１で圧縮された冷媒と合流する（Ｆ６）。このとき、温度の異なる冷媒が合流するため、合流した冷媒の比エンタルピが減少する（Ｆ６）。そして、第２圧縮部５１２の手前で合流した冷媒は、第２圧縮部５１２で圧縮されて、高温高圧の気体状態になる。その後、２段圧縮機５１から吐出された冷媒は、再び凝縮器３１に流入する。このようにして、冷媒は、第１経路及び第２経路を循環する。

これによっても、上記各実施形態と同様の作用効果が得られる。すなわち、この場合も、第１圧縮部５１１から吐出された中温で高比エンタルピ状態の冷媒に、中間蒸発器５５を通過して温度の低い低比エンタルピ状態の冷媒が混合される。これにより、図８のＦ６に示すように、第２圧縮部５１２に吸い込まれる冷媒の比エンタルピ及び温度を低下させることができる。したがって、本実施形態によっても、ヒートポンプユニットを１つの圧縮機で構成した場合に比べて、目的の圧力に到達させるまでの仕事量、つまり図８に示すＣ１における比エンタルピとＦ１における比エンタルピとの差分に相当する仕事量を低減することができる。その結果、ヒートポンプユニット６０による冷凍サイクルが高効率化し、省エネ性能の向上が図られる。

なお、本実施形態においても、第１圧縮部５１１と第２圧縮部５１２とを、それぞれ別体の２つの圧縮機とし、この２つの圧縮機を、１つのインバータ電源５２で駆動させてもよい。
また、蒸発器用電子膨張弁６１及び中間蒸発器用電子膨張弁６２を、キャピラリーチューブで代用してもよい。この場合、蒸発器用電子膨張弁６１に代わるキャピラリーチューブは、中間蒸発器用電子膨張弁６２に代わるキャピラリーチューブよりも、低い圧力に冷媒を減圧するように設定されている。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について図９を参照して説明する。
第４実施形態のヒートポンプユニット７０は、第１実施形態のヒートポンプユニット３０の構成に加えて、放熱器７１を有している。放熱器７１は、内部を流れる冷媒と外部の空気との熱交換を行ういわゆる空気熱交換器であり、第１圧縮機３４から吐出した冷媒の熱を放熱するためのものである。放熱器７１は、例えば冷媒が通る管の周囲に多数の薄い放熱用のフィンを設けたものである。放熱器７１は、第１圧縮機３４と第２圧縮機３５との間に設けられている。この場合、放熱器７１は、熱交換部２２内における循環風路２０上にあって、蒸発器３２と凝縮器３１との間、つまり蒸発器３２の下流側でかつ凝縮器３１の上流側に設けられている。

これによれば、放熱器７１によって、第１圧縮機３４から吐出された冷媒の温度を下げることで、その冷媒の比エンタルピを減少させることができる。すなわち、放熱器７１によって、第２圧縮機３５に流入する冷媒の比エンタルピを減少させることができる。したがって、本実施形態によれば、第１実施形態の構成に比べて、目的の圧力に到達させるまでの仕事量をさらに低減することができる。その結果、ヒートポンプユニット７０による冷凍サイクルが高効率化し、更なる省エネ性能の向上が図られる。

更に、放熱器７１は、熱交換部２２内において蒸発器３２と凝縮器３１との間に設けられている。これによれば、蒸発器３２で冷却除湿された空気を、放熱器７１と凝縮器３１とによって加熱することができる。したがって、本実施形態によれば、蒸発器３２で冷却除湿された空気を凝縮器３１のみで加熱するものに比べて、冷凍サイクルの熱効率が向上される。その結果、ヒートポンプユニット７０による冷凍サイクルが高効率化し、更なる省エネ性能の向上が図られる。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について図１０を参照して説明する。
第５実施形態のヒートポンプユニット８０は、第１実施形態のヒートポンプユニット３０の構成に加えて、緩衝部８１を有している。緩衝部８１は、第１圧縮機３４から吐出された気体状の冷媒の圧力脈動を抑制するためのものである。緩衝部８１は、例えば内部に空間が形成された容器である。緩衝部８１の断面積は、第１圧縮機３４と緩衝部８１との繋ぐ配管３０２の断面積よりも大きい。すなわち、緩衝部８１の単位長さ当たりの容積は、第１圧縮機３４と緩衝部８１との繋ぐ配管３０２の単位長さ当りの容積よりも大きい。

第１圧縮機３４から吐出された気体状態の冷媒は、配管３０２よりも大きな空間である緩衝部８１内の空間に一旦吐出されることで、緩衝部８１内に圧力が蓄積される。これにより、第１圧縮機３４から吐出された気体状態の冷媒の脈動が抑制されることで、ヒートポンプユニット８０による冷凍サイクルの安定性を向上させることができる。そして、冷凍サイクルの安定性を向上させることで、第１圧縮機３４や第２圧縮機３５に対する不要な制御を抑制し、その結果、省エネ性能を更に向上させることができる。

また、例えば図１１（ａ）に示すように、緩衝部８１の下流側に、接続管３０１を接続してもよい。これによっても、上記第５実施形態と同様の作用効果が得られる。また、図１１（ｂ）に示すように、緩衝部８１を、第２圧縮機３５の下流側に設けてもよい。これによれば、上記第５実施形態と同様に、第２圧縮機３５から吐出された気体状態の冷媒の脈動を抑制して、冷凍サイクルの安定性を向上させ、ひいては省エネ性能を向上させることができる。

なお、上記各実施形態は、水平に対して傾斜した軸を有するいわゆる斜めドラム式の洗濯乾燥機１０に限られず、水平方向の回転軸を有するドラム式の洗濯乾燥機であってもよい。
また、上記各実施形態は、洗濯機能を備えたものに限られず、洗濯機能を備えていない乾燥機であってもよい。
また、上記各実施形態において、第１圧縮機３４及び第２圧縮機３５と、２段圧縮機５１と、を相互に入れ替えたり、電子膨張弁３６、３７と、キャピラリーチューブ５３、５４とを相互に入れ替えたりすることもできる。

以上、本発明の複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１０は洗濯乾燥機（乾燥機）、１１は水槽（乾燥室）、１１１は排気口、１１２は給気口、１５はドラム（乾燥室）、１６は制御装置、２０は循環風路、３０はヒートポンプユニット、３１は凝縮器、３２は蒸発器、３４は第１圧縮機、３５は第２圧縮機、３８は気液分離器、５０はヒートポンプユニット、５１１は第１圧縮部（第１圧縮機）、５１２は第２圧縮部（第２圧縮機）、６０はヒートポンプユニット、６１は蒸発器用電子膨張弁（主減圧装置）、６２は中間蒸発器用電子膨張弁（中間減圧装置）、７０はヒートポンプユニット、７１は放熱器、８０はヒートポンプユニット、８１は緩衝部を示す。

Claims (7)

1. 排気口及び給気口を有し衣類が収容される乾燥室と、
   前記乾燥室外に設けられ前記排気口と前記給気口とを繋ぐ循環風路と、
   前記循環風路内の空気を除湿及び加熱するヒートポンプユニットと、を備え、
   前記ヒートポンプユニットは、
   前記循環風路内に設けられた凝縮器と、
   前記凝縮器から吐出した冷媒を、気体状態の冷媒と液体状態の冷媒とに分離する気液分離器と、
   前記循環風路内において前記凝縮器の上流側に設けられ前記気液分離器で分離された前記液体状態の冷媒が流入する蒸発器と、
   前記蒸発器から流出した冷媒が流入する第１圧縮機と、
   前記第１圧縮機から吐出された冷媒と前記気液分離器で分離された前記気体状態の冷媒とが流入する第２圧縮機と、
   前記循環風路内において前記蒸発器の上流側にあって前記凝縮器と前記気液分離器との間に設けられた中間蒸発器と、
   を有している乾燥機。
2. 前記第１圧縮機と前記第２圧縮機とは回転数を個別に設定して制御することが可能であり、
   前記第２圧縮機に流入する冷媒の流量質量と前記第２圧縮機から流出する冷媒の流量質量とが等しくなるように前記第１圧縮機の回転数と前記第２圧縮機の回転数とを制御することができる制御装置を更に備えている請求項１に記載の乾燥機。
3. 前記第１圧縮機と前記第２圧縮機とは同一の回転数で制御されるものであり、
   前記第２圧縮機に流入する冷媒の流量質量と前記第２圧縮機から流出する冷媒の流量質量とが等しくなるように前記第１圧縮機の排除容積と前記第２圧縮機の排除容積とが設定されている請求項１に記載の乾燥機。
4. 前記凝縮器と前記気液分離器との間に設けられ電子制御によって開度を調整することができる第１電子膨張弁と、
   前記気液分離器と前記蒸発器との間に設けられ電子制御によって開度を調整することができる第２電子膨張弁と、
   前記第１膨張弁及び前記第２膨張弁の開度を調整することができる制御装置と、
   を更に備えている請求項１から３のいずれか一項に記載の乾燥機。
5. 前記第１圧縮機と前記第２圧縮機との間に、前記第１圧縮機から吐出した冷媒の熱を放熱する放熱器が設けられている請求項１から４のいずれか一項に記載の乾燥機。
6. 前記第１圧縮機と前記第２圧縮機との間に、前記第１圧縮機から吐出された冷媒の圧力脈動を抑制するための緩衝部が設けられている請求項１から５のいずれか一項に記載の乾燥機。
7. 排気口及び給気口を有し衣類が収容される乾燥室と、
   前記乾燥室外に設けられ前記排気口と前記給気口とを繋ぐ循環風路と、
   前記循環風路内の空気を除湿及び加熱するヒートポンプユニットと、を備え、
   前記ヒートポンプユニットは、
   前記循環風路内に設けられた凝縮器と、
   前記凝縮器から流出した冷媒の圧力を減圧する主減圧装置と、
   前記凝縮器から流出した冷媒を前記主減圧装置から流出する冷媒の圧力よりも高い圧力に減圧する中間減圧装置と、
   前記循環風路内において前記凝縮器の上流側に設けられ前記主減圧装置から流出した冷媒が流入する主蒸発器と、
   前記循環風路内において前記凝縮器の上流側であって前記主蒸発器の上流側に設けられ前記中間減圧装置から流出した冷媒が流入する中間蒸発器と、
   前記中間蒸発器から流出した冷媒が流入する第１圧縮機と、
   前記第１圧縮機から吐出された冷媒と前記中間蒸発器から流出した冷媒とが流入する第２圧縮機と、を有している乾燥機。

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