WO2010140334A1 - 乾燥装置 - Google Patents

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WO2010140334A1
WO2010140334A1 PCT/JP2010/003625 JP2010003625W WO2010140334A1 WO 2010140334 A1 WO2010140334 A1 WO 2010140334A1 JP 2010003625 W JP2010003625 W JP 2010003625W WO 2010140334 A1 WO2010140334 A1 WO 2010140334A1
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WO
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heat
heat exchanger
drying
upstream
downstream
Prior art date
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PCT/JP2010/003625
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English (en)
French (fr)
Inventor
西田博史
倉掛敏之
Original Assignee
パナソニック株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/06—Controlling, e.g. regulating, parameters of gas supply
    • F26B21/08—Humidity
    • F26B21/086—Humidity by condensing the moisture in the drying medium, which may be recycled, e.g. using a heat pump cycle
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F58/00—Domestic laundry dryers
    • D06F58/20—General details of domestic laundry dryers 
    • D06F58/206—Heat pump arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B23/00—Heating arrangements
    • F26B23/001—Heating arrangements using waste heat
    • F26B23/002—Heating arrangements using waste heat recovered from dryer exhaust gases
    • F26B23/005—Heating arrangements using waste heat recovered from dryer exhaust gases using a closed cycle heat pump system ; using a heat pipe system
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/52—Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Definitions

  • the present invention relates to a drying apparatus using a heat pump.
  • FIG. 13 is a schematic view of a drying apparatus using a conventional heat pump. That is, the drying apparatus includes a heat pump including a compressor 101, a condenser 102, and an evaporator 103. The heat released from the condenser 102 is given to the air as hot air, and the hot air is supplied to the drying chamber 105 by the blower 104. Send it in.
  • the clothes 106 and the like that are the objects to be dried in the drying chamber 105 are heated and dried by applying hot air.
  • the warm hot air that has passed through the clothing 106 is deprived of heat through the evaporator 103 of the heat pump, and when the temperature falls below the dew point, the water is condensed and recovered as drain water.
  • the wind that has passed through the evaporator 103 is again introduced into the condenser 102 and heated to dry the clothes 106 as dry hot air.
  • the drying apparatus repeatedly performs cooling (dehumidification) and heating of the drying air to remove moisture from the object to be dried while circulating (for example, see Patent Document 1).
  • the warm air that has passed through the object to be dried and is cooled to a dew point or less is heated again to obtain a dry warm air. Therefore, it is necessary to move a lot of heat, and the burden on the compressor of the heat pump is so much that it is difficult to reduce the size of the compressor. In addition, there is a problem that a large amount of energy is required to drive the compressor.
  • the drying device of the present invention is connected by a drying chamber for storing an object to be dried, a fan for blowing drying air to the drying chamber, a circulation air passage connected to the drying chamber, and a drying chamber and a circulation air passage.
  • a heat pump, the heat pump compressing the refrigerant, an evaporator connected to the circulation air path for cooling the drying air, a condenser for heating the drying air cooled in the evaporator, and the pressure of the refrigerant Upstream heat that exchanges heat with the drying air that is placed in the pressure reducing valve, the compressor, the evaporator, the condenser, the conduit that flows the refrigerant to the pressure reducing valve, and the circulation air passage between the drying chamber and the evaporator
  • the drying air flowing through the circulation air passage has a temperature difference between the upstream heat exchanger and the downstream heat exchanger. Then, a part of the heat amount on the upstream heat exchanger side flows to the downstream heat exchanger side, and the amount of heat transfer that the compressor carries is reduced, so that energy efficiency is improved. That is, the upstream heat exchanger through which the warm air passes is warmed, and the downstream heat exchanger through which the wind after being cooled by the evaporator passes is cooled. Thus, a temperature difference is generated between the upstream heat exchanger and the downstream heat exchanger.
  • the heat medium in the heat transfer section that circulates between the upstream heat exchanger and the downstream heat exchanger moves so that there is no temperature difference, and the heat quantity on the upstream heat exchanger side is downstream. Move to the side heat exchanger side. Since the amount of heat transferred is not the heat transferred by the compressor, the burden on the compressor can be reduced.
  • FIG. 1 is a schematic diagram in which the drying apparatus according to Embodiment 1 of the present invention is a clothes dryer.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a main part of the heat pump of the drying apparatus.
  • FIG. 3 is a schematic side view of an upstream heat exchanger and a downstream heat exchanger of the drying apparatus.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a drying apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a drying apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic side view of the upstream heat exchanger of the drying apparatus.
  • FIG. 7 is a schematic side view of the downstream heat exchanger of the drying apparatus.
  • FIG. 1 is a schematic diagram in which the drying apparatus according to Embodiment 1 of the present invention is a clothes dryer.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a main part of the heat pump of the drying apparatus.
  • FIG. 3 is a schematic side view of an upstream
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a drying apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic side view of the upstream heat exchanger of the drying apparatus.
  • FIG. 10 is a schematic side view of a downstream heat exchanger of the drying apparatus.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of a drying apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic diagram of a main part of the heat pump of the drying apparatus.
  • FIG. 13 is a schematic view of a drying apparatus using a conventional heat pump.
  • FIG. 1 is a schematic diagram in which the drying apparatus according to Embodiment 1 of the present invention is a clothes dryer
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a main part of a heat pump of the drying apparatus
  • FIG. 3 is an upstream heat exchanger of the drying apparatus. It is a side surface schematic diagram of a downstream heat exchanger.
  • the drying chamber 1 accommodates an object to be dried such as clothing 20.
  • the heat pump 2 is connected to the drying chamber 1 by a circulation air path 3.
  • the circulation air passage 3 is connected to the drying chamber 1.
  • the drying chamber 1 is provided with an air supply port 4 through which drying air is supplied from the circulation air passage 3 and an exhaust port 5 through which the drying air is discharged.
  • the heat pump 2 includes a compressor 6, an evaporator 8, a condenser 7, a pipe line 9, and a pressure reducing valve 10.
  • the compressor 6 compresses the refrigerant.
  • the evaporator 8 connected to the circulation air passage 3
  • the drying air flowing through the circulation air passage 3 is cooled.
  • the condenser 7 the drying air cooled in the evaporator 8 is heated.
  • the pressure reducing valve 10 reduces the pressure of the refrigerant.
  • the pipeline 9 connects the compressor 6, the evaporator 8, the condenser 7, and the pressure reducing valve 10, and the refrigerant flows.
  • the evaporator 8 and the condenser 7 are provided in the circulation air path 3 so as to pass circulating drying air.
  • the drying air is blown into the drying chamber 1 by a fan 11 constituting a blower.
  • An upstream heat exchanger 12 and a downstream heat exchanger 13 are disposed on both sides of the evaporator 8 in the circulation air passage 3. That is, the upstream heat exchanger 12 is disposed in the circulation air passage 3 between the drying chamber 1 and the evaporator 8 and exchanges heat with the drying air.
  • the downstream heat exchanger 13 is disposed between the evaporator 8 and the condenser 7 and exchanges heat with the drying air.
  • the upper parts and the lower parts of the upstream heat exchanger 12 and the downstream heat exchanger 13 are connected to each other by a heat exchange pipe 14a constituting the heat transfer unit.
  • a heat medium (not shown) provided inside the heat exchange pipe 14 a circulates between the upstream heat exchanger 12 and the downstream heat exchanger 13. Therefore, the heat medium flows in the upstream heat exchanger 12 while rising from the bottom to the top, and enters the downstream heat exchanger 13 through the upper heat exchange pipe 14a. In the downstream heat exchanger 13, the heat medium flows while descending from the top to the bottom, and is introduced into the upstream heat exchanger 12 through the lower heat exchange pipe 14a. As a result, an efficient circulation path is formed, a large amount of heat transfer is obtained, and the amount of heat transfer carried by the compressor 6 is reduced, so that energy efficiency is improved.
  • the heat exchange pipe (heat transfer part) 14 a bypasses the evaporator 8 and connects the upstream heat exchanger 12 and the downstream heat exchanger 13 outside the circulation air passage 3.
  • the upstream heat exchanger 12 and the downstream heat exchanger 13 are configured such that a heat exchange pipe 14 is provided between the fins 15 on which a large number of thin metal plates (for example, aluminum) having good heat conductivity are stacked. They are arranged meandering in the vertical direction.
  • the operation and action of the drying apparatus configured as described above will be described below.
  • the user stores the clothes 20 dehydrated after washing in the drying chamber 1.
  • a start switch (not shown) is pressed, the compressor 6 is activated, and the fan 11 starts blowing and drying is started.
  • the compressor 6 compresses the refrigerant and sends it to the condenser 7 through the conduit 9.
  • the refrigerant condenses, releases heat, and heats the drying air flowing through the circulation air path 3.
  • the refrigerant is depressurized by the pressure reducing valve 10, evaporates in the evaporator 8, absorbs heat, and cools the drying air flowing through the circulation air passage 3.
  • the condenser 7 and the evaporator 8 are constituted by a pipe line 9 through which the refrigerant passes and laminated fins (not shown), and the drying air flowing through the circulation air passage 3 and the refrigerant exchange heat. ing.
  • the drying apparatus according to Embodiment 1 of the present invention moves the amount of heat of the drying air from the upstream heat exchanger 12 to the downstream heat exchanger 13 through the heat medium.
  • the output of the compressor 6 is adjusted so that the outlet temperature of the condenser 7 becomes 75 ° C.
  • this moist air returns directly to the evaporator 8.
  • the drying air passes through the upstream heat exchanger 12 before the evaporator 8, and gives the heat of the drying air to the upstream heat exchanger 12.
  • the upstream heat exchanger 12 is configured such that the heat exchange pipes 14 meander in the vertical direction (up and down in the vertical direction) on the paper surface, and fins 15 are stacked between the heat exchange pipes 14. Yes.
  • the drying air passing between the fins 15 and the heat medium in the heat exchange pipe 14 exchange heat, and heat is applied to the heat medium from the drying air. As a result, the temperature of the drying air is lowered to 30 ° C. to 40 ° C.
  • the heat medium in the heat exchange pipe 14 is an aqueous solution made of one of sodium chloride, calcium chloride, potassium chloride, ethanol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, propylene glycol, and the like. These aqueous solutions have a heat medium freezing prevention effect and are inexpensive. In Embodiment 1 of the present invention, a 10% calcium chloride aqueous solution was used.
  • the heat exchange pipe 14 is provided to meander to the upstream heat exchanger 12 in the vertical direction. Therefore, the temperature of the internal heat medium heated in the upstream heat exchanger 12 gradually increases.
  • the heat medium whose temperature has risen passes through the upper side of the heat exchange pipe 14 in FIG. 1, flows in the upward direction 22, and moves to the downstream heat exchanger 13.
  • the drying air flowing in the direction of the arrow in FIG. 1 through the circulation air passage 3 passes through the upstream heat exchanger 12 and is then introduced into the evaporator 8.
  • the evaporator 8 takes the heat of the drying air and lowers the temperature. When the temperature falls below the dew point, condensation occurs and water is drained from a drain (not shown).
  • the drying air exiting the evaporator 8 reaches a temperature of about 20 ° C. to 30 ° C. and is introduced into the downstream heat exchanger 13.
  • the downstream heat exchanger 13 has a structure in which the heat exchange pipes 14 meander in the vertical direction on the paper surface of FIG. 3 and the fins 15 are stacked therebetween.
  • the drying air passing between the fins 15 and the heat medium inside the heat exchange pipe 14 exchange heat, and heat is applied from the heat medium to the drying air. That is, the heat medium inside the downstream heat exchanger 13 is cooled.
  • the heat exchange pipe 14 in the downstream heat exchanger 13 is also meandering in the vertical direction, the cooled internal heat medium gradually descends. As a result, the flow of the heat medium flowing in the upstream heat exchanger 12 and the downstream heat exchanger 13 becomes smoother and faster, so that the amount of heat transfer is increased and the heat exchange efficiency with the heat medium is improved. The amount of movement can be increased.
  • the downstream heat exchanger 13 is arranged at a higher position in the vertical direction than the upstream heat exchanger 12 as shown in FIG. Therefore, the heat medium that is warmed and raised in the upstream heat exchanger 12 can be efficiently flowed to the downstream heat exchanger 13. Further, the heat medium cooled and lowered in the downstream heat exchanger 13 can be efficiently flowed to the upstream heat exchanger 12.
  • the part between the heat exchange piping 14a and the upstream heat exchanger 12, and the part between the downstream heat exchangers 13 it is desirable to insulate the outer periphery of the heat exchange piping 14 with glass wool or the like. That is, the heat transfer unit covers the exposed portions from the upstream heat exchanger 12 and the downstream heat exchanger 13 with a heat insulating material. As a result, heat radiation from the heat exchange pipe 14a can be suppressed, and a decrease in the amount of heat transfer due to the heat medium can be reduced.
  • the drying air that flows through the circulation air passage 3 and is cooled by the evaporator 8 is warmed in the downstream heat exchanger 13, and the temperature becomes 30 ° C. to 40 ° C.
  • This heat (enthalpy) is part of the heat originally contained in the air introduced into the upstream heat exchanger 12, and this heat bypasses the evaporator 8 and is sent to the condenser 7.
  • the temperature of the drying air introduced into the upstream heat exchanger 12 is 40 ° C. to 50 ° C. and passes through the upstream heat exchanger 12. Decrease to 30-40 ° C. Thereafter, when it passes through the evaporator 8, it is further cooled to 20 ° C to 30 ° C. Then, after passing through the downstream heat exchanger 13, it is heated to 30 ° C. to 40 ° C. and finally heated to 75 ° C. in the condenser 7.
  • the evaporator 8 only needs to cool air of 30 ° C. to 40 ° C. to 20 ° C. to 30 ° C.
  • the burden on the evaporator 103 is increased accordingly.
  • the drying air at 30 ° C. to 40 ° C. is heated to 75 ° C.
  • air of 20 ° C. to 30 ° C. must be heated to 75 ° C., and the burden on the condenser 102 is large accordingly.
  • the cooling capacity (dehumidifying capacity) of the evaporator 103 is about 1800 W in the steady state (a time period in which drying is stable for 1 to 2 hours after the start of drying), and the heating capacity (drying capacity) of the condenser 102. ) was about 2400 W and the power consumption of the compressor 101 was about 600 W, and the drying test was performed with the configuration shown in FIG. As a result, the cooling capacity of the evaporator 8 was about 1700 W, the heating capacity of the condenser 7 was about 2300 W, and the power consumption of the compressor 6 was about 570 W.
  • the heat transport amount flowing between the upstream heat exchanger 12 and the downstream heat exchanger 13 was about 180 W when calculated from the flow rate of the heat medium, the temperature difference, and the specific heat. That is, the cooling capacity is 1880 W of 1700 W + 180 W, and the heating capacity is 2480 W of 2300 W + 180 W. Even if only the heating capacity is taken, in the conventional configuration, the power consumption is 600 W and the heating capacity is 2400 W. However, the configuration of the first embodiment has a heating capacity of 2480 W with a power consumption of 570 W, and the efficiency is increased by 9%.
  • the result of the drying test in the conventional configuration is that the dry weight per power consumption is 1.28 (g / Wh), whereas the result of the drying test in the configuration of the first embodiment is 1.36 (g / Wh), and the efficiency increased by 7%.
  • the value that is slightly smaller than the energy balance result is the calculation result when the energy balance is steady, and the drying capacity calculation is the calculation result of the time zone of all processes from the start of drying to the end of drying. This is probably due to the difference.
  • Embodiment 1 of the present invention the burden on the compressor 6 can be reduced and the drying efficiency can be increased.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a drying apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof will be omitted, and different points will be described.
  • a circulation pump 16 is provided in the circulation path of the heat exchange pipe (heat transfer section) 14a, and the heat medium is transferred to the upstream heat exchanger 12 and the downstream heat exchanger 13 by the circulation pump 16. It tries to circulate. This point is different from the first embodiment of the present invention.
  • the circulation pump 16 sucks the heat medium from the lower heat exchange pipe 14 a of the downstream heat exchanger 13 and pumps the heat medium to the lower heat exchange pipe 14 a of the upstream heat exchanger 12. Simultaneously with the start of drying, the circulation pump 16 operates and has a flow rate of 1 to 2 (L / min).
  • a magnetic coupling centrifugal pump using a DC brushless motor was used as the circulation pump.
  • the energy balance of the drying apparatus is that the cooling capacity of the evaporator 8 is about 1600 W, the heating capacity of the condenser 7 is about 2150 W, and the power consumption of the compressor 6 is It became about 540W. Further, the heat transport amount flowing between the upstream heat exchanger 12 and the downstream heat exchanger 13 was about 400 W when calculated from the flow rate of the heat medium, the temperature difference, and the specific heat. That is, the cooling capacity is 1600 W + 400 W, 2000 W, and the heating capacity is 2150 W + 400 W, 2550 W.
  • the conventional configuration has a heating capacity of 2400 W at a power consumption of 600 W
  • the second embodiment has a heating capacity of 2550 W at a power consumption of 540 W, and the efficiency is increased by 18%.
  • the drying efficiency is considerably improved, but the circulation pump also consumes electric power. Therefore, it is necessary to subtract that amount for evaluation.
  • Embodiment 2 a 25 W circulating pump was used, and the decrease in drying efficiency was about 3%. That is, in the drying capacity, the drying efficiency is 10% higher than that of the conventional configuration.
  • the second embodiment uses a circulation pump, which is a costly method.
  • the heat transfer amount can be easily set, and the running cost is excellent.
  • FIG. 5 is a schematic diagram in which the drying device according to the third embodiment of the present invention is a clothes dryer
  • FIG. 6 is a schematic side view of an upstream heat exchanger of the drying device
  • FIG. 7 is a downstream side of the drying device. It is a side surface schematic diagram of a heat exchanger.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof will be omitted, and different points will be described.
  • Embodiment 3 of the present invention is different from Embodiment 1 in that a heat pipe 26 is used as a heat transfer unit. That is, the upstream side heat exchanger 12 and the downstream side heat exchanger 13 connected by the four heat pipes 26 constituting the heat transfer unit are arranged on both sides of the evaporator 8 in the circulation air passage 3.
  • the heat pipe (heat transfer part) 26 is inclined so that the upstream heat exchanger 12 side is low and the downstream heat exchanger 13 side is high.
  • One end on the lower side of the heat pipe 26 is penetrated into the upstream heat exchanger 12, and the other end on the higher side is penetrated into the downstream heat exchanger 13.
  • the heat pipe 26 bypasses the evaporator 8 and connects the upstream heat exchanger 12 and the downstream heat exchanger 13 outside the circulation air path 3. That is, the heat absorption side of the heat pipe 26 is connected to the upstream heat exchanger 12, and the heat dissipation side of the heat pipe 26 is connected to the downstream heat exchanger 13.
  • the upstream heat exchanger 12 is inclined so that the heat pipe 26 rises obliquely as shown in FIG. 6, and the fins 15 are stacked therebetween. It is a configuration.
  • the drying air passing between the fins 15 and the heat pipe 26 exchange heat, and heat is applied to the heat pipe 26 from the drying air at 40 ° C. to 50 ° C.
  • the heat pipe 26 is a heat transport device in which a working fluid such as water enters, and transports heat at a high speed by the phase change of the working fluid.
  • the working fluid boils on the high temperature side (heat absorption side) of the heat pipe 26 and condenses when the vapor reaches the low temperature side (heat radiation side).
  • the working fluid that has returned to the liquid returns to the heat absorption side by gravity and capillary force, and transports heat while circulating inside. Therefore, when the heat absorption side is located below the heat dissipation side, the reflux rate due to gravity increases, so the amount of heat transport increases.
  • the heat pipe 26 of the third embodiment uses four heat pipes having a heat transport amount of 100 W, and the heat absorption side has an inclination angle inside the upstream heat exchanger 12 as shown in FIG. Arrange it so that it is easy. Further, as shown in FIG. 5, the introduction portion from the upstream heat exchanger 12 to the downstream heat exchanger 13 is also inclined at a predetermined angle so that the downstream heat exchanger 13 side becomes higher. . As shown in FIG. 7, the downstream heat exchanger 13 also inclines the heat pipe 26.
  • the drying air passes through the evaporator 8 and is then cooled to a low temperature. Therefore, the heat pipe 26 has a lower temperature on the downstream heat exchanger 13 side than on the upstream heat exchanger 12 side.
  • heat transport starts, so that heat is supplied from the drying air to the heat pipe 26 in the upstream heat exchanger 12.
  • the working fluid boils, and the steam passes through the heat pipe 26 and reaches the downstream heat exchanger 13, where it is radiated as described later.
  • the temperature of the drying air of 40 ° C. to 50 ° C. is lowered to 30 ° C. to 40 ° C. by passing through the upstream heat exchanger 12.
  • the drying air passes through the upstream heat exchanger 12 and is then introduced into the evaporator 8.
  • the evaporator 8 takes the heat of the drying air and lowers the temperature. When the temperature falls below the dew point, the evaporator 8 becomes condensed and drained from a drain (not shown).
  • the drying air exiting the evaporator 8 has a temperature of 20 ° C. to 30 ° C. and is introduced into the downstream heat exchanger 13.
  • the heat pipes 26 are arranged at an oblique angle, and the fins 15 are laminated therebetween.
  • the drying air passing between the fins 15 and the heat pipe 26 exchange heat, and heat is applied from the heat pipe 26 to the drying air. That is, the working fluid is condensed inside the heat pipe 26, and the working fluid becomes a liquid and flows back into the upstream heat exchanger 12 through the heat pipe 26 by gravity.
  • the heat pipe 26 absorbs heat in the upstream heat exchanger 12 and dissipates heat in the downstream heat exchanger 13. Then, the working fluid circulates inside the heat pipe 26 while repeating the phase change between the vapor and the liquid, so that the heat of the upstream heat exchanger 12 is transported to the downstream heat exchanger 13.
  • the drying air is warmed in the downstream heat exchanger 13, and the temperature becomes 30 ° C. to 40 ° C.
  • This heat (enthalpy) is part of the heat originally possessed by the drying air introduced into the upstream heat exchanger 12, and this heat bypasses the evaporator 8 and is sent to the condenser 7.
  • the temperature of the drying air introduced into the upstream heat exchanger 12 is 40 ° C. to 50 ° C., and when passing through the upstream heat exchanger 12, the temperature is 30 ° C. to 40 ° C. descend. Thereafter, when it passes through the evaporator 8, it is further cooled to 20 ° C to 30 ° C. After passing through the downstream heat exchanger 13, it is heated to 30 ° C. to 40 ° C. and heated to 75 ° C. in the condenser 7.
  • the evaporator 8 only needs to cool the air of 30 ° C. to 40 ° C. to 20 ° C. to 30 ° C.
  • the burden on the evaporator 103 is increased accordingly.
  • the drying air of 30 ° C. to 40 ° C. is heated to 75 ° C.
  • the air of 20 ° C. to 30 ° C. must be heated to 75 ° C.
  • the burden on the condenser 102 is large accordingly.
  • the heat pipe 26 since the heat pipe 26 uses four heat transport forces of 100 W, there should be a heat transport amount of 400 W. However, the heat transport amount calculated from the result of the drying test is about 200 W, and the heat transport efficiency is about 50%. This is considered because the heat exchange efficiency and the heat insulation efficiency are not 100%.
  • the burden on the compressor 6 can be reduced and the drying efficiency can be increased.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a drying apparatus according to Embodiment 4 of the present invention
  • FIG. 9 is a schematic side view of an upstream heat exchanger of the drying apparatus
  • FIG. 10 is a schematic side view of a downstream heat exchanger of the drying apparatus. It is.
  • the same components as those in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof will be omitted, and different points will be described.
  • Embodiment 4 of the present invention the upstream heat exchanger 12 is disposed below the downstream heat exchanger 13. And the point which has connected the upstream heat exchanger 12 and the downstream heat exchanger 13 with the six heat pipes (heat transfer part) 26 differs from Embodiment 3.
  • FIG. 4 the point which has connected the upstream heat exchanger 12 and the downstream heat exchanger 13 with the six heat pipes (heat transfer part) 26 differs from Embodiment 3.
  • the number of heat pipes 26 can be increased while maintaining the inclination angle of the heat pipes 26.
  • the heat exchange area between the upstream heat exchanger 12 and the heat absorption side of the heat pipe 26 penetrating the upstream heat exchanger 12 can be increased.
  • the heat radiation side of the heat pipe 26 is located above the heat absorption side, it is possible to increase the heat exchange area between the downstream heat exchanger 13 and the heat radiation side of the heat pipe 26 that penetrates the downstream heat exchanger 13. it can. Therefore, more heat of the drying air flowing through the circulation air passage 3 can be moved by the heat pipe 26, and energy efficiency can be improved.
  • the result of the drying test in the conventional configuration is that the dry weight per power consumption is 1.28 (g / Wh), whereas the result of the drying test in the configuration of the fourth embodiment is 1.37 (g / Wh), and the drying efficiency was increased by 7%. Since the efficiency increase in the third embodiment is 5%, there is an effect of increasing the number of heat pipes 26.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of a drying apparatus according to Embodiment 5 of the present invention
  • FIG. 12 is a schematic side view of a heat pipe unit of the drying apparatus.
  • the same components as those in the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof will be omitted, and different points will be described.
  • the fifth embodiment of the present invention is different from the third embodiment in that the upstream heat exchanger 12, the downstream heat exchanger 13, and the heat pipe (heat transfer part) 26 are integrated as a heat pipe unit. .
  • the fifth embodiment is basically the same as the third embodiment with respect to the flow of drying air and the heat balance.
  • the wet warm air coming out of the drying chamber 1 gives a part of the heat in the upstream heat exchanger 12 and is cooled and dehumidified in the evaporator 8.
  • the heat transported from the upstream heat exchanger 12 is given again to the air and further heated in the condenser 7 to produce dry hot air.
  • the circulation air passage 3 is formed so as to be folded upward in a substantially U shape.
  • the circulation air passage 3 is separated into a lower circulation air passage 3a and an upper circulation air passage 3b by a partitioning portion 28.
  • the heat pipe unit 17 is configured by passing a plurality of upright heat pipes 26 through a large number of fins 15 stacked in the horizontal direction.
  • the lower part of the heat pipe unit 17 has a function as the upstream heat exchanger 12 and is located in the lower circulation air passage 3a.
  • the upper part of the heat pipe unit 17 has a function as the downstream heat exchanger 13, and is located in the upper circulation air path 3b. That is, the upstream heat exchanger 12 is positioned below the downstream heat exchanger 13 in the vertical direction.
  • the warm air coming out of the drying chamber 1 first passes through the lower circulation air passage 3a and reaches the lower portion of the heat pipe unit 17, that is, the upstream heat exchanger 12, and the heat of the drying air is heat-exchanged to form a heat pipe. Heat is applied to the lower part (endothermic part) of 26. This heat reaches the upper part of the heat pipe unit 17 through the inside of the heat pipe 26 and is radiated. This heat is given to the drying air passing through the evaporator 8 and passing through the upper circulation air passage 3b.
  • the heat pipe 26 stands upright in the vertical direction as shown in FIG. 12, so that the working fluid inside the heat pipe 26 is easily recirculated by gravity, and the heat transport amount is increased. be able to.
  • the upstream heat exchanger 12, the downstream heat exchanger 13, and the heat pipe 26 are integrated. For this reason, there is no portion that does not contribute to the heat action between the heat absorbing portion of the heat pipe 26 and the heat radiating portion, so there is no loss due to heat dissipation, and the heat transport efficiency is further increased.
  • the heat pipe 26 stands upright, it is possible to realize a layout in which there is no useless space inside the heat pipe unit 17 constituted by the lateral fins 15. That is, since the heat pipe 26 is not inclined, the heat pipe 26 can be arranged without any gaps in the fins 15 and the heat exchange efficiency can be improved. In the fifth embodiment, a total of nine heat pipes 26 (three rows in the horizontal direction and three rows in the depth direction) can be arranged.
  • the dry weight per power consumption is 1.51 (g / Wh).
  • the heat transporting amount calculated from the result of the drying test is about It is 680W.
  • the heat transport efficiency is about 75%, and the fact that the heat transport efficiency is higher than in the third and fourth embodiments is considered to be an effect of the heat pipe unit 17 having an integral structure.
  • the present invention is useful as a drying device using a heat pump.

Abstract

乾燥室と、ファンと、循環風路と、ヒートポンプとを備え、ヒートポンプはコンプレッサーと、蒸発器と、凝縮器と、減圧弁と、管路と、乾燥室と蒸発器との間の循環風路に配置され乾燥用空気と熱交換する上流側熱交換器と、蒸発器と凝縮器との間に配置され乾燥用空気と熱交換する下流側熱交換器と、上流側熱交換器と下流側熱交換器とに熱媒体を循環させる熱移動部とを有し、熱媒体を介して乾燥用空気の熱量を上流側熱交換器から下流側熱交換器へ移動させるようにした乾燥装置。

Description

乾燥装置
　本発明は、ヒートポンプを用いた乾燥装置に関する。
　図１３は、従来のヒートポンプを用いた乾燥装置の模式図である。すなわち乾燥装置は、コンプレッサー１０１、凝縮器１０２、および蒸発器１０３からなるヒートポンプを備え、凝縮器１０２から放出される熱を空気に与え温風とし、送風装置１０４によってその温風を乾燥室１０５に送り込む。乾燥室１０５内の被乾燥物である衣類１０６などは、温風があてられ加熱乾燥される。衣類１０６を通過し湿った温風は、ヒートポンプの蒸発器１０３を通って熱が奪われ、露点以下になると水分が凝縮しドレン水となって回収される。蒸発器１０３を通った風は再び凝縮器１０２に導入されて加熱され、乾燥した温風となって衣類１０６を乾燥する。このように乾燥装置は、乾燥用空気の冷却（除湿）と加熱とを繰り返し、循環しながら被乾燥物から水分を奪って乾燥をおこなう（例えば、特許文献１参照）。
　しかしながら、従来の乾燥装置では、被乾燥物を通過し湿った温風を露点以下まで冷却し、再び加熱して乾燥した温風としている。そのため、多くの熱を移動させる必要があり、それだけヒートポンプのコンプレッサーにかかる負担が大きく、コンプレッサーの小型化を困難にしている。また、コンプレッサーを駆動するために大きなエネルギーを必要とするという課題があった。
特開平７－１７８２８９号公報
　本発明の乾燥装置は、被乾燥物を収容する乾燥室と、乾燥室に乾燥用空気を送風するファンと、乾燥室に接続された循環風路と、乾燥室と循環風路により連結されたヒートポンプとを備え、ヒートポンプは冷媒を圧縮するコンプレッサーと、循環風路に連結され乾燥用空気を冷却する蒸発器と、蒸発器において冷却された乾燥用空気を加熱する凝縮器と、冷媒の圧力を減圧する減圧弁と、コンプレッサー、蒸発器、凝縮器、および減圧弁に冷媒を流す管路と、乾燥室と蒸発器との間の循環風路に配置され乾燥用空気と熱交換する上流側熱交換器と、蒸発器と凝縮器との間に配置され乾燥用空気と熱交換する下流側熱交換器と、上流側熱交換器と下流側熱交換器とに熱媒体を循環させる熱移動部とを有し、ヒートポンプは熱媒体を介して乾燥用空気の熱量を上流側熱交換器から下流側熱交換器へ移動する。
　このような乾燥装置では、循環風路を流れる乾燥用空気は、上流側熱交換器と下流側熱交換器とにおいて温度差がある。そして上流側熱交換器側の熱量の一部が、下流側熱交換器側へ流れることになり、コンプレッサーが担う熱移動の量が軽減されてエネルギー効率は向上する。つまり、温風が通過する上流側熱交換器は暖められ、蒸発器によって冷却された後の風が通過する下流側熱交換器は冷やされる。このように上流側熱交換器と、下流側熱交換器とに温度差が発生する。そのため、上流側熱交換器と下流側熱交換器とを循環するように通っている熱移動部の中の熱媒体は、温度差が無くなるよう移動し、上流側熱交換器側の熱量が下流側熱交換器側へ移動する。この熱量の移動分は、コンプレッサーによる熱移動ではないので、コンプレッサーへの負担を軽減することができる。
図１は、本発明の実施の形態１の乾燥装置を衣類乾燥機とした模式図である。 図２は、同乾燥装置のヒートポンプの要部を示す模式図である。 図３は、同乾燥装置の上流側熱交換器および下流側熱交換器の側面模式図である。 図４は、本発明の実施の形態２の乾燥装置の模式図である。 図５は、本発明の実施の形態３の乾燥装置の模式図である。 図６は、同乾燥装置の上流側熱交換器の側面模式図である。 図７は、同乾燥装置の下流側熱交換器の側面模式図である。 図８は、本発明の実施の形態４の乾燥装置の模式図である。 図９は、同乾燥装置の上流側熱交換器の側面模式図である。 図１０は、同乾燥装置の下流側熱交換器の側面模式図である。 図１１は、本発明の実施の形態５の乾燥装置の模式図である。 図１２は、同乾燥装置のヒートポンプの要部の模式図である。 図１３は、従来のヒートポンプを用いた乾燥装置の模式図である。
　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、本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は本発明の実施の形態１の乾燥装置を衣類乾燥機とした模式図、図２は同乾燥装置のヒートポンプの要部を示す模式図、図３は同乾燥装置の上流側熱交換器および下流側熱交換器の側面模式図である。
　図１～図３において、乾燥室１は衣類２０等の被乾燥物を収容する。ヒートポンプ２は、乾燥室１と循環風路３により連結されている。ここで循環風路３は、乾燥室１に接続されている。乾燥室１には循環風路３から乾燥用空気が供給される給気口４と、乾燥用空気が排出される排気口５とが設けられている。ヒートポンプ２は、コンプレッサー６と、蒸発器８と、凝縮器７と、管路９と、減圧弁１０とを有している。ここでコンプレッサー６は、冷媒を圧縮する。循環風路３に連結された蒸発器８では、循環風路３を流れる乾燥用空気が冷却される。凝縮器７では、蒸発器８において冷却された乾燥用空気を加熱する。減圧弁１０は、冷媒の圧力を減圧する。管路９はコンプレッサー６、蒸発器８、凝縮器７、および減圧弁１０を接続し冷媒が流れる。蒸発器８および凝縮器７は、循環風路３に設けられ、循環する乾燥用空気を通過するようにしている。
　乾燥用空気は、送風装置を構成するファン１１によって乾燥室１に送風される。循環風路３における蒸発器８の両隣には上流側熱交換器１２と、下流側熱交換器１３とが配置されている。すなわち上流側熱交換器１２は、乾燥室１と蒸発器８との間の循環風路３に配置され、乾燥用空気と熱交換する。また下流側熱交換器１３は、蒸発器８と凝縮器７との間に配置され、乾燥用空気と熱交換する。熱移動部を構成する熱交換配管１４ａによって、上流側熱交換器１２と下流側熱交換器１３との上部同士、および下部同士が接続されている。そして熱交換配管１４ａの内部に設けた熱媒体（図示せず）が上流側熱交換器１２と、下流側熱交換器１３とを循環するように構成されている。そのため、上流側熱交換器１２内では熱媒体が下から上へ上昇しながら流れ、上部の熱交換配管１４ａを通って下流側熱交換器１３に入る。また下流側熱交換器１３内では熱媒体は上から下へ下降しながら流れ、下部の熱交換配管１４ａを通って上流側熱交換器１２へ導入される。その結果、効率の良い循環経路が形成されて多くの熱移動量が得られ、コンプレッサー６が担う熱移動量が軽減されるのでエネルギー効率が向上する。
　熱交換配管（熱移動部）１４ａは、蒸発器８を迂回し、循環風路３外において上流側熱交換器１２と下流側熱交換器１３とを結んでいる。上流側熱交換器１２および下流側熱交換器１３は、多数の良熱伝導性の金属製薄板（例えば、アルミニウム等）が積層されたフィン１５の間を熱交換配管１４が図３の紙面の上下方向に蛇行させて配設している。
　以上のように構成された乾燥装置について、以下その動作、作用を説明する。使用者は、乾燥室１に洗濯後脱水された衣類２０を収納する。図示していないスタートスイッチが押されると、コンプレッサー６が起動し、ファン１１の送風が始まり乾燥が開始される。
　コンプレッサー６は、冷媒を圧縮し管路９を通して凝縮器７に送り込む。凝縮器７では、冷媒が凝縮して熱を放出し、循環風路３に流れる乾燥用空気を加熱する。冷媒は、減圧弁１０において減圧され、蒸発器８において蒸発して熱を吸収し循環風路３を流れる乾燥用空気を冷却する。
　このサイクルを繰り返して、凝縮器７の温度は上昇し、蒸発器８の温度は低下する。凝縮器７および蒸発器８は、冷媒が通る管路９と、積層されたフィン（図示せず）とから構成され、循環風路３を流れる乾燥用空気と冷媒とが熱交換するようになっている。そして本発明の実施の形態１の乾燥装置は、熱媒体を介して乾燥用空気の熱量を、上流側熱交換器１２から下流側熱交換器１３へ移動させるようにしている。
　ファン１１により送風された乾燥用空気が凝縮器７を通ると乾燥用空気の温度が上昇し、蒸発器８を通ると乾燥用空気の温度が低下する。本実施の形態１においては、凝縮器７の出口温度が７５℃になるようコンプレッサー６の出力を調整する。
　乾燥開始後約３０分で凝縮器７の出口温度が７５℃となると、乾燥室１には約７０℃の温風が給気口４から導入される。そして温風は衣類２０を加熱し水分を奪って、４０℃～５０℃の湿った空気となって排気口５から循環風路３に入り蒸発器８へ戻る。
　従来の衣類乾燥機であれば、この湿った空気（乾燥用空気）は直接蒸発器８へ戻る構成である。しかし、本発明の実施の形態１では乾燥用空気は、蒸発器８の前に上流側熱交換器１２を通過し、乾燥用空気の熱を上流側熱交換器１２へ与える。上流側熱交換器１２は、図３に示すように、熱交換配管１４が紙面の上下方向（鉛直方向の上下）に蛇行して配置され、熱交換配管１４の間をフィン１５が積層している。フィン１５の間を通った乾燥用空気と、熱交換配管１４内部の熱媒体とが熱交換し、乾燥用空気から熱媒体に熱が与えられる。これによって乾燥用空気の温度は、３０℃～４０℃まで低下する。
　熱交換配管１４内の熱媒体は、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化カリウム、エタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール等のうちの１つからなる水溶液が用いられる。これらの水溶液は、熱媒体の凍結防止効果を有し、安価である。本発明の実施の形態１では、塩化カルシウム１０％水溶液を用いた。
　熱交換配管１４は、上流側熱交換器１２に鉛直方向に蛇行して設けられている。そのため、上流側熱交換器１２において温められた内部の熱媒体は、徐々に温度が上昇する。温度の上昇した熱媒体は、図１の熱交換配管１４の上部側を通り、上方向２２方向へ流れて、下流側熱交換器１３へ移動する。
　一方、循環風路３を図１の矢印方向へ流れる乾燥用空気は、上流側熱交換器１２を通った後、蒸発器８に導入される。前述のように蒸発器８は、乾燥用空気の熱を奪って温度を低下させる。その温度が露点以下になると結露し、水となって排水口（図示せず）から排水される。蒸発器８を出た乾燥用空気は、温度が２０℃～３０℃ほどになって下流側熱交換器１３に導入される。
　下流側熱交換器１３は上流側熱交換器１２と同様に、熱交換配管１４が図３の紙面の上下方向に蛇行して配置され、その間をフィン１５が積層している構成である。フィン１５の間を通った乾燥用空気と、熱交換配管１４内部の熱媒体とが熱交換して、熱媒体から乾燥用空気に熱が与えられる。つまり、下流側熱交換器１３内部の熱媒体は冷やされることになる。
　下流側熱交換器１３における熱交換配管１４も鉛直方向に蛇行して配置されているので、冷やされた内部の熱媒体は徐々に下降する。その結果、上流側熱交換器１２および下流側熱交換器１３内に流れる熱媒体の流れがスムーズになり速くなるので、熱移動量が多くなり、熱媒体との熱交換効率をよくして熱移動量を増加することができる。
　一方、上流側熱交換器１２から上部の熱交換配管１４ａを通って熱媒体が流れてくるので、熱媒体は上流側熱交換器１２の中を上昇し、上流側熱交換器１２から上部の熱交換配管１４ａを通って下流側熱交換器１３へ流れる。そして熱媒体は下流側熱交換器１３の中を下降し、熱交換配管１４ａの下部を通り下方向２４方向へ流れて、再び上流側熱交換器１２へ流れるという循環経路が形成される。
　本実施の形態１では、図１のように下流側熱交換器１３を上流側熱交換器１２より鉛直方向において高い位置に配置している。そのため、上流側熱交換器１２において温められて上昇する熱媒体を効率よく下流側熱交換器１３へ流すことができる。また、下流側熱交換器１３において冷やされて下降する熱媒体を効率よく上流側熱交換器１２へ流すことができるようになる。熱交換配管１４ａと上流側熱交換器１２との間の部分、および下流側熱交換器１３との間の部分は、熱交換配管１４の外周をグラスウールなどにより断熱することが望ましい。すなわち熱移動部は、上流側熱交換器１２および下流側熱交換器１３からの露出部を断熱材により被覆している。その結果、熱交換配管１４ａからの放熱を抑えることができ、熱媒体による熱移動量の減少を少なくすることができる。
　循環風路３を流れ蒸発器８により冷却された乾燥用空気は、下流側熱交換器１３において温められ、その温度は３０℃～４０℃になる。この熱（エンタルピー）はもともと上流側熱交換器１２に導入される空気が持っていた熱の一部であり、この熱が蒸発器８を迂回して凝縮器７へ送られることになる。
　循環風路３を流れる乾燥用空気の温度の変化を見ると、上流側熱交換器１２に導入される乾燥用空気の温度は４０℃～５０℃であり、上流側熱交換器１２を通過すると３０℃～４０℃に低下する。その後蒸発器８を通過すると、さらに冷却され、２０℃～３０℃となる。そして、下流側熱交換器１３を通過すると３０℃～４０℃に加熱されて、最後には凝縮器７において７５℃まで加熱される。
　本実施の形態１において、蒸発器８では３０℃～４０℃の空気を２０℃～３０℃まで冷却すればよいことになる。しかし、従来構成では４０℃～５０℃の空気を２０℃～３０℃に冷却しているので、それだけ蒸発器１０３の負担が大きいことになる。
　また、本実施の形態１の凝縮器７では、３０℃～４０℃の乾燥用空気を７５℃まで加熱する。しかし、従来構成では２０℃～３０℃の空気を７５℃まで加熱しなければならず、それだけ凝縮器１０２の負担が大きい。
　エネルギー収支の観点から説明する。従来の構成では、定常時（乾燥開始後１時間～２時間の乾燥が安定している時間帯）における蒸発器１０３の冷却能力（除湿能力）が約１８００Ｗ、凝縮器１０２の加熱能力（乾燥能力）が約２４００Ｗ、コンプレッサー１０１の消費電力が約６００Ｗである衣類乾燥機を、図１の構成にして乾燥試験をおこなった。その結果、蒸発器８の冷却能力は約１７００Ｗ、凝縮器７の加熱能力は約２３００Ｗ、コンプレッサー６の消費電力が約５７０Ｗとなった。
　また、上流側熱交換器１２と下流側熱交換器１３との間を流れる熱輸送量は、熱媒体の流量と温度差と比熱から算出すると約１８０Ｗであった。つまり、冷却能力は、１７００Ｗ＋１８０Ｗの１８８０Ｗであり、加熱能力は、２３００Ｗ＋１８０Ｗの２４８０Ｗである。加熱能力だけをとっても、従来構成では、消費電力６００Ｗで２４００Ｗの加熱能力である。しかし、本実施の形態１の構成では、消費電力５７０Ｗで２４８０Ｗの加熱能力があり、効率が９％アップしている。
　また、実際の乾燥能力を比較する。従来の構成における乾燥試験の結果は、消費電力あたりの乾燥重量が１．２８（ｇ／Ｗｈ）であるのに対し、本実施の形態１の構成における乾燥試験の結果は、１．３６（ｇ／Ｗｈ）であり、効率が７％アップしていた。エネルギー収支の結果より少し小さい値を示しているのは、エネルギー収支計算が定常時の計算結果であり、乾燥能力計算は乾燥開始から乾燥終了までの全工程の時間帯の計算結果であることの違いによるものと考えられる。
　以上のように本発明の実施の形態１によれば、コンプレッサー６の負担を軽くして乾燥効率を高めることができる。
　（実施の形態２）
　図４は、本発明の実施の形態２の乾燥装置の模式図である。本発明の実施の形態２では、実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、異なる点を説明する。
　本発明の実施の形態２では、熱交換配管（熱移動部）１４ａの循環経路に循環ポンプ１６を設け、循環ポンプ１６により熱媒体を上流側熱交換器１２と下流側熱交換器１３とに循環させるようにしている。この点が、本発明の実施の形態１と異なる。
　循環ポンプ１６は、下流側熱交換器１３の下部の熱交換配管１４ａから熱媒体を吸引し、上流側熱交換器１２の下部の熱交換配管１４ａへ熱媒体を圧送する。乾燥開始と同時に循環ポンプ１６は作動し、１～２（Ｌ／ｍｉｎ）の流量である。循環ポンプは、ＤＣブラシレスモータによるマグネットカップリング遠心ポンプを用いた。
　図１の装置に循環ポンプ１６を取り付けて乾燥試験をした結果、乾燥装置のエネルギー収支は、蒸発器８の冷却能力が約１６００Ｗ、凝縮器７の加熱能力が約２１５０Ｗ、コンプレッサー６の消費電力が約５４０Ｗとなった。また、上流側熱交換器１２と下流側熱交換器１３との間を流れる熱輸送量は、熱媒体の流量と温度差と比熱から算出すると約４００Ｗであった。つまり、冷却能力が１６００Ｗ＋４００Ｗの、２０００Ｗであり、加熱能力は２１５０Ｗ＋４００Ｗの２５５０Ｗである。加熱能力だけをとっても、従来構成では消費電力６００Ｗで２４００Ｗの加熱能力であるのに対し、本実施の形態２では、消費電力５４０Ｗで２５５０Ｗの加熱能力があり、効率が１８％アップしている。
　また、実際の乾燥能力を比較する。従来の構成における乾燥試験の結果は、消費電力あたりの乾燥重量が１．２８（ｇ／Ｗｈ）であるのに対し、本実施の形態２の構成における乾燥試験の結果は、１．４５（ｇ／Ｗｈ）であり、乾燥効率が１３％アップする。エネルギー収支の結果より少し小さい値を示しているのは、実施の形態１と同じ理由によるものと考えられる。
　本実施の形態２ではかなり乾燥効率が向上しているが、循環ポンプも電力を消費するので、その分を差し引いて評価する必要がある。本実施の形態２においては２５Ｗの循環ポンプを用い、乾燥効率の低下分は約３％であった。つまり乾燥能力において、従来構成よりも１０％高い乾燥効率となる。
　実施の形態１と比較したとき、本実施の形態２では循環ポンプを用いているので、その分コストのかかる方式であるが、熱移動量の設定を容易にでき、ランニングコストの面では優れた方法となる。
　（実施の形態３）
　図５は本発明の第３の実施の形態の乾燥装置を衣類乾燥機とした模式図、図６は同乾燥装置の上流側熱交換器の側面模式図、図７は同乾燥装置の下流側熱交換器の側面模式図である。本発明の実施の形態３では、実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、異なる点を説明する。
　本発明の実施の形態３では、熱移動部としてヒートパイプ２６を用いる点が実施の形態１と異なる。すなわち循環風路３における蒸発器８の両隣には、熱移動部を構成する４本のヒートパイプ２６によりつながれた上流側熱交換器１２と下流側熱交換器１３とが配置されている。ヒートパイプ（熱移動部）２６は上流側熱交換器１２側が低く、下流側熱交換器１３側が高くなるように傾斜させている。ヒートパイプ２６の低位側の一端は上流側熱交換器１２の内部に貫通され、高位側の他端は下流側熱交換器１３の内部に貫通されている。ヒートパイプ２６は、蒸発器８を迂回し、循環風路３外において上流側熱交換器１２と、下流側熱交換器１３とを接続している。すなわち上流側熱交換器１２にヒートパイプ２６の吸熱側を接続し、下流側熱交換器１３にヒートパイプ２６の放熱側を接続している。
　以上のように実施の形態３の乾燥装置では、上流側熱交換器１２は、図６に示すように、ヒートパイプ２６が斜めに上昇するよう傾斜配置され、その間をフィン１５が積層している構成である。フィン１５の間を通った乾燥用空気と、ヒートパイプ２６とが熱交換して、４０℃～５０℃の乾燥用空気からヒートパイプ２６に熱が与えられる。
　ヒートパイプ２６は、内部に水などの作動流体が入った熱輸送デバイスであり、作動流体の相変化によって熱を高速に輸送させる。ヒートパイプ２６の高温側（吸熱側）では作動流体が沸騰し、その蒸気が低温側（放熱側）に達すると凝縮をおこす。液体に戻った作動流体は、重力や毛細管力によって吸熱側へ還流し、内部において循環しながら熱を輸送する。従って、吸熱側が放熱側より下部に位置する方が、重力による還流速度が速まるので熱輸送量は高まる。
　本実施の形態３のヒートパイプ２６は、熱輸送量１００Ｗのものを４本用いて、その吸熱側を図６のように上流側熱交換器１２の内部において傾斜角度をもたせて重力還流を起こしやすいように配置する。また図５に示すように、上流側熱交換器１２から下流側熱交換器１３への導入部分も、下流側熱交換器１３側が高位となるように所定の角度を有して傾斜させている。また図７に示すように、下流側熱交換器１３もヒートパイプ２６を傾斜させている。
　下流側熱交換器１３内部においては、乾燥用空気が蒸発器８を通った後、冷却されて低温となっている。従ってヒートパイプ２６は、上流側熱交換器１２の側よりも下流側熱交換器１３の側が低温となる。ヒートパイプ２６において温度差が発生すると熱輸送が始まるので、上流側熱交換器１２において乾燥用空気から熱がヒートパイプ２６に与えられる。
　ヒートパイプ２６内部では作動流体の沸騰がおこり、蒸気がヒートパイプ２６内部を通って下流側熱交換器１３内に達し、後述するようにそこで放熱される。これによって４０℃～５０℃の乾燥用空気の温度は、上流側熱交換器１２を通ることによって３０℃～４０℃まで低下する。
　乾燥用空気は上流側熱交換器１２を通った後、蒸発器８に導入される。蒸発器８は乾燥用空気の熱を奪って温度を低下させ、その温度が露点以下となると結露し水となって排水口（図示せず）から排水される。蒸発器８を出た乾燥用空気は、温度が２０℃～３０℃になり、下流側熱交換器１３に導入される。
　下流側熱交換器１３は図７に示すように、ヒートパイプ２６が斜めの角度をもって配置され、その間をフィン１５が積層している。フィン１５の間を通った乾燥用空気と、ヒートパイプ２６とが熱交換して、ヒートパイプ２６から乾燥用空気に熱が与えられる。つまり、ヒートパイプ２６内部において作動流体の凝縮がおこり、作動流体が液体となって重力によってヒートパイプ２６内部を通って、上流側熱交換器１２内部へ還流する。
　このようにヒートパイプ２６は、上流側熱交換器１２内において吸熱し、下流側熱交換器１３内において放熱する。そして作動流体が、ヒートパイプ２６内部を蒸気と液体との相変化を繰り返しながら循環することによって、上流側熱交換器１２の熱が下流側熱交換器１３へ輸送される。
　このようにして下流側熱交換器１３において乾燥用空気は温められ、その温度は３０℃～４０℃になる。この熱（エンタルピー）は、もともと上流側熱交換器１２に導入される乾燥用空気が持っていた熱の一部であり、この熱が蒸発器８を迂回して凝縮器７へ送られる。
　乾燥用空気の温度の変化を見ると、上流側熱交換器１２に導入される乾燥用空気の温度は４０℃～５０℃であり、上流側熱交換器１２を通過すると３０℃～４０℃に低下する。その後蒸発器８を通過すると、さらに冷却され、２０℃～３０℃となる。そして、下流側熱交換器１３を通過すると３０℃～４０℃に加熱されて、凝縮器７において７５℃まで加熱される。
　本実施の形態３において、蒸発器８では３０℃～４０℃の空気を２０℃～３０℃まで冷却するだけでよい。しかし、従来構成では４０℃～５０℃の空気を２０℃～３０℃に冷却しているので、それだけ蒸発器１０３の負担が大きいことになる。また、本実施の形態３の凝縮器７では、３０℃～４０℃の乾燥用空気を７５℃まで加熱するのに対し、従来構成では２０℃～３０℃の空気を７５℃まで加熱しなければならず、それだけ凝縮器１０２の負担が大きい。
　また、実際の乾燥能力を比較する。従来の構成における乾燥試験の結果は、消費電力あたりの乾燥重量が１．２８（ｇ／Ｗｈ）であるのに対し、本実施の形態３における乾燥試験の結果は、１．３４（ｇ／Ｗｈ）であり、乾燥効率が５％近くアップした。
　本実施の形態３において、ヒートパイプ２６は熱輸送力１００Ｗを４本用いているので、４００Ｗの熱輸送量があるはずである。しかし、乾燥試験の結果から算出される熱輸送量は約２００Ｗであり、熱輸送効率は５０％ほどである。これは、熱交換効率および断熱効率などが１００％ではないためと考えられる。
　以上のように本実施の形態３によれば、コンプレッサー６の負担を軽くして乾燥効率を高めることができる。
　（実施の形態４）
　図８は本発明の実施の形態４の乾燥装置の模式図、図９は同乾燥装置の上流側熱交換器の側面模式図、図１０は同乾燥装置の下流側熱交換器の側面模式図である。本発明の実施の形態４では、実施の形態１～３と同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、異なる点を説明する。
　本発明の実施の形態４では、上流側熱交換器１２を下流側熱交換器１３より下方に配設している。そして上流側熱交換器１２と、下流側熱交換器１３とを６本のヒートパイプ（熱移動部）２６により接続している点が、実施の形態３と異なる。
　上流側熱交換器１２を下流側熱交換器１３より下方に配設することにより、ヒートパイプ２６の傾斜角度を維持してヒートパイプ２６の数を増加させることができる。そして上流側熱交換器１２と、上流側熱交換器１２を貫通するヒートパイプ２６の吸熱側との熱交換面積を大きくとることができる。また、ヒートパイプ２６の放熱側が吸熱側より上方に位置するので、下流側熱交換器１３と、下流側熱交換器１３を貫通するヒートパイプ２６の放熱側との熱交換面積を大きくとることができる。そのため、循環風路３を流れる乾燥用空気の熱をより多くヒートパイプ２６によって移動させることができ、エネルギー効率を向上することができる。
　乾燥能力を比較すると、従来の構成における乾燥試験の結果は、消費電力あたりの乾燥重量が１．２８（ｇ／Ｗｈ）であるのに対し、本実施の形態４の構成における乾燥試験の結果は、１．３７（ｇ／Ｗｈ）であり、乾燥効率が７％アップした。実施の形態３の効率アップが５％であったことから、ヒートパイプ２６の本数を増やす効果はある。
　（実施の形態５）
　図１１は本発明の実施の形態５の乾燥装置の模式図、図１２は同乾燥装置のヒートパイプユニットの側面模式図である。本発明の実施の形態５では、実施の形態１～４と同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、異なる点を説明する。
　本発明の実施の形態５では、上流側熱交換器１２、下流側熱交換器１３、およびヒートパイプ（熱移動部）２６をヒートパイプユニットとして一体構造としている点が、実施の形態３と異なる。
　本実施の形態５は、乾燥用空気の流れと熱の収支とについて、実施の形態３と基本的に同じである。すなわち、乾燥室１から出てきた湿った温風は、上流側熱交換器１２においてその熱の一部を与え、蒸発器８において冷却、除湿される。下流側熱交換器１３において、上流側熱交換器１２から輸送されてきた熱は、空気に再び与えられ、凝縮器７においてさらに加熱して乾いた温風を作り出す。
　図１１において、循環風路３は上方へ略Ｕ字状に折り返すように形成されている。また循環風路３は、仕切り部２８によって下部循環風路３ａと、上部循環風路３ｂとに分離されている。ヒートパイプユニット１７は、横方向に積層された多数のフィン１５に複数の直立したヒートパイプ２６を貫通させて構成されている。
　ヒートパイプユニット１７の下部が上流側熱交換器１２としての機能を有し、下部循環風路３ａに位置している。また、ヒートパイプユニット１７の上部が下流側熱交換器１３としての機能を有し、上部循環風路３ｂに位置している。すなわち上流側熱交換器１２は、下流側熱交換器１３の鉛直方向下方に位置するようにしている。
　乾燥室１から出てきた温風は、下部循環風路３ａを通って最初にヒートパイプユニット１７の下部、すなわち上流側熱交換器１２に達し、乾燥用空気の熱が熱交換されてヒートパイプ２６の下部（吸熱部）に熱を与える。この熱はヒートパイプ２６の内部を通ってヒートパイプユニット１７の上部に達し、放熱される。この熱は、蒸発器８を通り上部循環風路３ｂを通る乾燥用空気に与えられる。
　本実施の形態５のように、ヒートパイプ２６が図１２のように鉛直方向に直立していることによって、ヒートパイプ２６内部の作動流体が重力により還流しやすい構成となり、熱輸送量を増加させることができる。また上流側熱交換器１２と、下流側熱交換器１３と、ヒートパイプ２６とを一体構造としている。そのため、ヒートパイプ２６の吸熱部分と、放熱部分との間に熱作用の寄与しない部位が存在しないので、放熱によるロスがなくなり、より熱輸送効率が増加する。
　また、ヒートパイプ２６が直立していることにより、横方向のフィン１５により構成されたヒートパイプユニット１７内部に無駄なスペースがないレイアウトが実現できる。つまり、ヒートパイプ２６が傾斜していないので、フィン１５の中に隈なくヒートパイプ２６を配置することができ、熱交換効率を高めることができる。本実施の形態５では、ヒートパイプ２６を計９本（横方向に３列、奥行き方向に３列）配置できる。
　以上のように、熱輸送量が増大した本実施の形態５における実際の乾燥試験の結果は、消費電力あたりの乾燥重量が１．５１（ｇ／Ｗｈ）であった。
　また、本実施の形態５において、熱輸送力１００Ｗのヒートパイプ２６を９本用いているので、９００Ｗの熱輸送量があるはずであるが、乾燥試験の結果から算出される熱輸送量は約６８０Ｗである。熱輸送効率は約７５％であり、実施の形態３、４よりも熱輸送効率が高まったのは、一体構造としたヒートパイプユニット１７の効果と考えられる。
　以上のように本発明は、ヒートポンプを利用した乾燥装置として有用である。
１　　乾燥室
２　　ヒートポンプ
３　　循環風路
３ａ　　下部循環風路
３ｂ　　上部循環風路
４　　給気口
５　　排気口
６　　コンプレッサー
７　　凝縮器
８　　蒸発器
９　　管路
１０　　減圧弁
１１　　ファン
１２　　上流側熱交換器
１３　　下流側熱交換器
１４　　熱交換配管
１４ａ　　熱交換配管（熱移動部）
１５　　フィン
１６　　循環ポンプ
１７　　ヒートパイプユニット
２０　　衣類
２２　　上方向
２４　　下方向
２６　　ヒートパイプ
２８　　仕切り部

Claims (9)

  1. 被乾燥物を収容する乾燥室と、
    前記乾燥室に乾燥用空気を送風するファンと、
    前記乾燥室に接続された循環風路と、
    前記乾燥室と前記循環風路により連結されたヒートポンプとを備え、
    前記ヒートポンプは、
    　冷媒を圧縮するコンプレッサーと、
    　前記循環風路に連結され前記乾燥用空気を冷却する蒸発器と、
    　前記蒸発器において冷却された前記乾燥用空気を加熱する凝縮器と、
    　前記冷媒の圧力を減圧する減圧弁と、
    前記コンプレッサー、前記蒸発器、前記凝縮器、および前記減圧弁に前記冷媒を流す管路と、
    　前記乾燥室と前記蒸発器との間の前記循環風路に配置され前記乾燥用空気と熱交換する上流側熱交換器と、
    　前記蒸発器と前記凝縮器との間に配置され前記乾燥用空気と熱交換する下流側熱交換器と、
    　前記上流側熱交換器と前記下流側熱交換器とに熱媒体を循環させる熱移動部とを有し、
    前記ヒートポンプは前記熱媒体を介して前記乾燥用空気の熱量を前記上流側熱交換器から前記下流側熱交換器へ移動することを特徴とする乾燥装置。
  2. 前記熱移動部は、前記上流側熱交換器の上部から前記下流側熱交換器の上部へ前記熱媒体が流れ、前記下流側熱交換器の下部から前記上流側熱交換器の下部へ前記熱媒体が流れることを特徴とする請求項１記載の乾燥装置。
  3. 前記熱移動部はヒートパイプであり、前記上流側熱交換器に前記ヒートパイプの吸熱側を接続し、前記下流側熱交換器に前記ヒートパイプの放熱側を接続したことを特徴とする請求項２記載の乾燥装置。
  4. 前記上流側熱交換器は、前記下流側熱交換器より下方に配設したことを特徴とする請求項３記載の乾燥装置。
  5. 仕切り部によって前記循環風路を、下部循環風路と上部循環風路とに分離するとともに、前記上流側熱交換器と前記下流側熱交換器と前記ヒートパイプとを一体に構成し、前記上流側熱交換器を前記下部循環風路に配置し、前記下流側熱交換器を前記上部循環風路に配置し、前記上流側熱交換器を前記下流側熱交換器の鉛直方向下方に位置することを特徴とする請求項４記載の乾燥装置。
  6. 前記上流側熱交換器あるいは前記下流側熱交換器は鉛直方向上下に前記熱媒体が流れる熱交換配管を蛇行させて配置したことを特徴とする請求項１記載の乾燥装置。
  7. 前記熱移動部に循環ポンプを設けたことを特徴とする請求項１記載の乾燥装置。
  8. 前記熱媒体は、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化カリウム、エタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコールのうちの少なくとも１つからなる水溶液としたことを特徴とする請求項１記載の乾燥装置。
  9. 前記熱移動部は、前記上流側熱交換器および前記下流側熱交換器からの露出部を断熱材により被覆したことを特徴とする請求項１記載の乾燥装置。
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