JP2008183298A - 衣類乾燥装置および同装置を備えた洗濯乾燥機 - Google Patents

Abstract

【課題】コストアップをすることなく、冷凍サイクルが定常状態になるまでの時間を短縮する。
【解決手段】モータにより駆動される圧縮機３５と放熱器３６と絞り手段３７と吸熱器３８とを冷媒が循環するように管路３９で連結して構成したヒートポンプ装置５１と、乾燥用空気を送風する送風手段４３と、冷媒の圧力を検知する冷媒圧力検知手段を備え、冷媒圧力が所定の値より低い場合にはモータ内からの発熱量を増やすためにモータの効率が最大とならないように制御するもので、コストアップすることなく冷凍サイクルが定常状態になるまでの時間を短縮することができる。
【選択図】図１

Description

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や、乾燥のみを行う衣類乾燥機に搭載される衣類乾燥装置に関するものである。

従来、この種の衣類乾燥装置として、ヒータを熱源とするものや、ヒートポンプ装置を熱源に用いたものがあるが、ヒートポンプ装置を熱源に用いたものでは、特に雰囲気温度が低い場合などに、ヒータを熱源とするものに比べ、冷凍サイクルが定常状態になるまで時間がかかるという問題があった。

これに対し、冷媒管路絞り手段から圧縮機までの配管の少なくとも一部を乾燥用空気の循環風路内に設けるとともに、循環経路内に加熱手段を設け、圧縮機停止中に加熱手段により冷媒を加熱する、というものがある（例えば、特許文献１参照）。

以下、上記特許文献１に開示された従来の衣類乾燥装置を搭載した乾燥機について図４用いて説明する。図４は、前記特許文献１に記載された従来の乾燥機の模式図である。

図４において、乾燥機１００は、被乾燥物を収容する乾燥室１１０と、圧縮機として内部中間圧の２段圧縮式コンプレッサ１２０と、放熱器としてガスクーラ１３０と、減圧装置としての膨張弁１４０と、吸熱器としてエバポレータ１５０と、コンプレッサ１２０、ガスクーラ１３０、膨張弁１４０及びエバポレータ１５０を環状に接続し、冷媒として二酸化炭素を用いる冷媒回路１６０と、乾燥室１１０の空気が循環する空気循環経路１７０と、この空気を循環させる空気循環手段としてターボファン１８０と、冷凍サイクルの起動時に冷媒を加熱すると同時に空気循環経路１７０を循環する空気を加熱する加熱手段として電気ヒータ１９０とを備えている。

次に、上記従来の乾燥機の作用について説明する。冷凍サイクルが停止している場合、雰囲気温度が低い状態では、冷媒は気液混合状態で冷媒回路１６０中に保持されるため、冷凍サイクルの起動時において、冷媒が液体の状態でコンプレッサ１２０に吸入される、所謂、液バック現象が起こり、コンプレッサ１２０が損傷してしまう虞がある。そこで、冷凍サイクルを起動する前に、ターボファン１８０と電気ヒータ１９０とを起動させ空気循環経路１７０中の空気を温める。

本構成の乾燥機において、冷媒回路１６０の配管の大半は、空気循環経路１７０中を通るように配設されているので、電気ヒータ１９０によって空気を温めることによって、被乾燥物の予備乾燥を行うと同時に、冷媒回路１６０中の冷媒も温められる。冷媒が二酸化炭素の場合、内部圧力が約４〜７ＭＰａにおいて、温度が約３０℃以上であれば気体となるので、液バック現象が起こる可能性を回避することができ、同時に、冷凍サイクルが起動してから定常状態になるまでの時間が短縮できる、というものである。
特開２００６−１１６００４号公報

しかしながら、前記従来の衣類乾燥装置の構成では、ヒートポンプ装置の他に電気ヒータ等の加熱手段を備える必要があるため、コストアップになるという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、コストアップをすることなく、冷凍サイクルが定常状態になるまでの時間を短縮することができる衣類乾燥装置を提供することを目的とするものである。

上記従来の課題を解決するために、本発明の衣類乾燥装置は、圧縮機と圧縮された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絞り手段と減圧されて低圧となった冷媒で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て構成したヒートポンプ装置と、冷媒の圧力を検知する冷媒圧力検知手段と、衣類を収容する乾燥庫と、乾燥用空気を送風する送風手段と、前記乾燥用空気を前記放熱器と前記乾燥庫を経て前記吸熱器へと導き再び放熱器に戻す循環風路と、前記モータの動作を制御する制御手段を具備し、前記制御手段は、前記冷媒圧力検知手段により検知した冷媒圧力が所定の値より低い場合には前記モータの効率が最大とならないよう制御するものである。

これにより、冷媒圧力が低い場合にはモータの効率が最大とならないよう設定して熱ロスを増加させ、発生した熱で冷媒を加熱して圧力を上昇させることにより、コストアップをすることなく、冷凍サイクルが定常状態になるまでの時間を短縮することができる衣類乾燥装置を実現することができる。

本発明の衣類乾燥装置は、コストアップをすることなく、冷凍サイクルが定常状態になるまでの時間を短縮することができる。

第１の発明は、圧縮機と圧縮された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絞り手段と減圧されて低圧となった冷媒で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て構成したヒートポンプ装置と、冷媒の圧力を検知する冷媒圧力検知手段と、衣類を収容する乾燥庫と、乾燥用空気を送風する送風手段と、前記乾燥用空気を前記放熱器と前記乾燥庫を経て前記吸熱器へと導き再び放熱器に戻す循環風路と、前記モータの動作を制御する制御手段を具備し、前記制御手段は、前記冷媒圧力検知手段により検知した冷媒圧力が所定の値より低い場合には前記モータの効率が最大とならないよう制御することとしたもので、冷媒圧力が低い場合にはモータの効率が最大とならないよう設定して熱ロスを増加させ、発生した熱で冷媒を加熱して圧力を上昇させることにより、コストアップをすることなく、冷凍サイクルが定常状態になるまでの時間を短縮することができる衣類乾燥装置を実現することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の制御手段は、前記冷媒圧力検知手段により検知した冷媒圧力が所定の値より低い場合には前記モータ内からの発熱量を増やすよう前記モータの電流位相を最大効率点より小さい値に制御するもので、冷媒圧力が低い場合にはモータ電流の位相の進角をモータ効率が悪くなるよう設定して熱ロスを増加させ、発生した熱で冷媒を加熱して圧力を上昇させることにより、コストアップをすることなく、冷凍サイクルが定常状態になるまでの時間を短縮することができる衣類乾燥装置を実現することができる。

第３の発明は、特に、第１の発明の制御手段は、前記冷媒圧力検知手段により検知した冷媒圧力が所定の値より低い場合には前記モータ内からの発熱量を増やすよう前記モータの電流位相を最大効率点より大きい値に制御するもので、冷媒圧力が低い場合にはモータ電流の位相の進角をモータ効率が悪くなるよう設定して熱ロスを増加させ、発生した熱で冷媒を加熱して圧力を上昇させることにより、コストアップをすることなく、冷凍サイクルが定常状態になるまでの時間を短縮することができる衣類乾燥装置を実現することができる。

第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明の制御手段は、前記冷媒圧力検知手段により検知した冷媒圧力が、所定の値より低い状態から高い状態に遷移した場合には、前記モータの効率が最大になるよう制御するもので、冷凍サイクルが定常状態になるまでの時間を短縮し、定常運転時は効率よくヒートポンプ装置を駆動することができる衣類乾燥装置を実現することができる。

第５の発明は、特に、第４の発明の制御手段は、モータの電流位相を段階的に変化させることとしたもので、モータの電流位相を急変させることがなく、安定して運転することのできる衣類乾燥装置を実現することができる。

第６の発明は、特に、第１〜第５のいずれか１つの発明の冷媒圧力検知手段は、冷媒温度検知手段であるとするもので、冷媒温度から冷媒圧力を推定することにより、コストアップをすることなく、安定的に運転できる衣類乾燥装置を実現することができる。

第７の発明は、特に、第１〜第５のいずれか１つの発明の冷媒圧力検知手段は、乾燥用空気温度検知手段であるとするもので、乾燥用空気温度から冷媒圧力を推定することにより、コストアップをすることなく、安定的に運転できる衣類乾燥装置を実現することができる。

第８の発明は、特に、第１〜第７のいずれか１つの発明の衣類乾燥装置を備えた洗濯乾燥機であり、コストアップすることなく冷凍サイクルが定常状態になるまでの時間を短縮することができるため、乾燥時間を短縮することができる。

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、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、本発明の第１の実施の形態における衣類乾燥装置を搭載した洗濯乾燥機を背面から見た斜視図、図２は、同洗濯乾燥機の側断面図である。図１において、本実施の形態における洗濯乾燥機の洗濯乾燥機本体２５（以下「本体２５」という）内には、洗濯槽２６があり、ドラム用モータ２７が取り付けられている。洗濯槽２６は両側面のサスペンション２９と上方部のサスペンション３０によって支えられて本体２５に取り付けられている。

本体２５は、気化した冷媒を圧縮する圧縮機３５と、圧縮後の高温高圧の冷媒の熱を放熱する放熱器３６と、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３７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３８を順に接続して再び圧縮機３５に冷媒が循環するように管路３９で連結して構成したヒートポンプ装置５１を具備している。圧縮機３５は、図示しないモータを内包している。

風路４０は、乾燥用空気を冷却する除湿手段としての前記吸熱器３８と乾燥用空気を加熱する加熱手段としての前記放熱器３６とを連通するように構成されている。洗濯槽２６と風路４０は、フレキシブルホース４１、４２によって接続されている。風路４０には送風手段４３が設けられている。洗濯槽２６内部とフレキシブルホース４１とを連通するダクト４４は、洗濯槽２６の外壁に設けられている。以上のように、フレキシブルホース４２と、後述の回転ドラム２８を収納する洗濯槽２６と、ダクト４４と、フレキシブルホース４１と、風路４０とで乾燥空気が循環する循環風路５３が形成されている。矢印Ｂはダクト４４と風路４０内の乾燥用空気の流れを示している。

図２において、衣類３１を収容する乾燥庫となる回転ドラム２８は、ドラム用モータ２７の軸２７ａに直結して洗濯槽２６内に回転自在に取り付けられている。洗濯槽２６と回転ドラム２８の前面開口部に対応した位置には衣類３１を投入するためのドア３２が設けられている。本体２５と洗濯槽２６の間の隙間はベローズ３３とドアパッキング３４によって空気が本体２５内部や機外に漏れないように略密封されている。回転ドラム２８の側壁および底面部には洗濯水や乾燥用空気が出入りする複数の孔４５と開口部４６が設けられている。開口部５６は、洗濯槽２６内壁に設けられており、洗濯槽２６とダクト４４との風路を連通している。矢印Ｃは洗濯槽２６と回転ドラム２８内の乾燥用空気の流れを示している。

洗濯排水路４７は、洗濯時の排水を流すものである。乾燥時に吸熱器３８で発生した結露水は、水溜６７で受けられる。水溜６７の最底部６９には、途中にポンプ６８を有する結露排水路４８の一端が接続され、結露排水路４８の他端と洗濯排水路４７とが一つの排水管４９につながれている。

排水管４９の先端５０は、機外の大気中に開口している。洗濯排水路４７には１つの排水弁６０が設けられ、洗濯槽からの排水を制御している。結露排水路４８は、排水弁６０よりも下流側で洗濯排水路４７と合流しており、結露水の排水は、ポンプ６８によってのみ制御されている。

冷媒温度検知手段７１は、圧縮機３５から放熱器３６の入口までの間の管路３９上に近接して備えられ、冷媒の温度を検知する。乾燥用空気温度検知手段７２は循環風路５３内に設置され、乾燥用空気の温度を検知する。制御手段７３は、圧縮機３５に内包されるモータの動作を制御する。

以上のように構成された洗濯乾燥機について、以下、その動作、作用を説明する。洗濯、すすぎ、脱水までの洗濯工程で、水を溜める場合は、排水弁６０により、洗濯排水路４７側を閉じ、水供給バルブ（図示せず）から洗濯槽２６に水が供給され、図２の水位Ｄの位置まで水が溜められる。

回転ドラム２８がプログラムされた回転数で連続または間欠的に回転し、洗浄やすすぎが行なわれる。この間、衣類３１は回転ドラム２８の回転によって持ち上げられ落下する。排水する場合は、排水弁６０により、洗濯排水路４７側が開かれ、洗濯槽１４の水が、洗濯排水路４７と排水弁６０を通過して排水管４９から機外に排水される。

乾燥工程では、排水弁６０により洗濯排水路４７側が閉じられ、圧縮機３５、送風手段４３及び回転ドラム２８を駆動するモータ２７が運転される。送風手段４３の運転によって、乾燥用空気が、洗濯槽２６、ダクト４４、フレキシブルホース４１、風路４０、フレキシブルホース４２の内部を通って循環する。衣類３１は、あらかじめ設定された回転数で連続又は間欠的に回転する回転ドラム２８によって撹拌される。

圧縮機３５の運転によって、管路３９内を冷媒が循環して、放熱器３６で高温高圧の冷媒の熱を放熱して循環する乾燥用空気を加熱する。加熱された乾燥用空気は、図２の矢印Ｃのように、洗濯槽２６内に送り込まれ、回転ドラム２８の底面部に設けた開口部４６を通過して衣類３１に当たり、衣類３１から水分を奪って、多湿の空気となって回転ドラム２８の側壁に設けた多数の孔４５を通過して、洗濯槽２６の開口部５６を経てダクト４４へと送られる。ダクト４４を通過した乾燥用空気は、矢印Ｂに示すように、フレキシブルホース４１を通過して風路４０に設けた除湿手段としての吸熱器３８で、冷却除湿される。除湿された乾燥用空気は再び送風手段４３によって放熱器３６に送られて加熱される。

乾燥運転中は、乾燥用空気の温度が所定温度Ｔで一定になるよう制御手段７３によりモータの運転を制御する。

本体２５が室温に馴染んだ状態で乾燥運転を開始した場合、ヒートポンプ装置５１も室温であるため、圧縮機３５に内包されたモータに入力される電力により冷媒を加熱し、そのエネルギーをもとに乾燥用空気を加熱することになるが、冷媒の温度が低いと冷媒の圧力も低く、そのためモータが必要とするトルクも少ないため、入力電力も少なくなる。

このため、通常の室温で使用した場合も、乾燥用空気を所望の温度まで加熱するために要する時間は、ヒータを用いて加熱する場合より長くかかる。また、冬季など、本体２５の雰囲気温度が低い場合は、より長い時間を要することになる。

これを改善するため、モータの電流位相を適切に制御する。モータの電流位相は、ロータの位置に対する電流の通電タイミングを表したものである。ここで、図３に示すように、モータ損失を電流位相の関数として表すことができる。モータ損失が小さくなると、入力された電力の中で、モータの回転に使われる電力が多くなるため、モータ効率が大きくなる。そのため、最もモータ損失の小さい点を最大効率点と呼ぶ。最大効率点では、同一出力トルクでは、モータ効率が最も高くなる。この時のモータ損失をＬｍｉｎとする。最大効率点以外、例えば電流位相値をゼロの場合を考えると、同一出力トルクでは最大効率点よりも多くのモータ損失Ｌａを生じる。

モータ損失はモータ内部で熱量に変換されるため、通常のモータを制御する場合は、ここで発生した熱量は大気に放出され、文字通り損失となるが、圧縮機に内包されたモータの場合、この熱量は冷媒が回収するため、冷媒の温度を上昇させるために使用される。

これにより、乾燥用空気の温度が所定温度Ｔになるまでの時間が短縮されるため、全体として乾燥運転時間が短縮されることとなる。

また、乾燥用空気の温度が所定温度Ｔに達した後は、温度を一定に保つようモータの回転数を制御する。例えば、ある回転数Ｒで回転している場合に乾燥用空気の温度が所定温度Ｔより高くなった場合は回転数を下げ、逆に、乾燥用空気の温度が所定温度Ｔより低くなった場合は回転数を上げる、といった制御である。ここで、前述のモータ損失を考えると、モータ損失はモータで熱量に変換されて冷媒を加熱し、結果として乾燥用空気を加熱することになり、上記制御によると回転数を下げる方向に寄与する。

ヒートポンプを用いた乾燥システムでは、モータの回転数が高いほど吸熱器３８の吸熱量が多くなり、乾燥能力も高くなるので、モータから発生する熱量が少ないほど、乾燥能力が高くなる。そのため、乾燥用空気の温度が所定温度Ｔに達した後は、モータ損失を最小限に抑えるため、モータの電流位相を最大効率点とすると、よりいっそう乾燥運転時間を短縮することができる。

なお、電流位相を変更する際（本実施の形態の場合はゼロから最大効率点へ）、短時間で変化させると、モータが脱調し、圧縮機３５の運転が停止するおそれがある。この場合の変化は段階的に行うとよく、乾燥用空気の温度が上昇し、所定温度Ｔに近づくにつれて電流位相も最大効率点Ｔへ近づけてよう制御するとよい。

以上のように、本実施の形態によれば、乾燥用空気温度検知手段７２により検知した乾燥用空気の温度が、所定温度Ｔより低い場合には圧縮機３５に内包されたモータ内からの発熱量を増やすよう前記モータの電流位相を最大効率点より小さい値に制御することにより、乾燥用空気の温度が低い場合には、モータ電流の位相の進角を、モータ効率が悪くなるよう設定してモータ損失を増加させ、発生した熱で冷媒を加熱し、結果として乾燥用空気を加熱することにより、コストアップをすることなく、冷凍サイクルが定常状態になるまでの時間を短縮することができる衣類乾燥装置を提供することができる。

なお、本実施の形態では、乾燥用空気の温度を検知し、所定温度Ｔで一定になるよう制御するとしているが、乾燥用空気の温度と冷媒の温度は高い相関性があるため、冷媒の温度を検知し、第２の所定温度Ｔ２で一定になるよう制御するとしても同様の効果を得ることができる。

また、冷媒の温度は冷媒圧力と高い相関性があるので、乾燥用空気温度検知手段７２や冷媒温度検知手段７１を用いて、容易かつ安価に冷媒圧力検知手段を構成することができる。

また、本実施の形態では、モータ損失を増加させるために乾燥運転初期の電流位相の進角をゼロに制御することとしたが、図３より明らかなように、最大効率点を超える点、例えば６０と設定することによっても同様の効果が得られることは言うまでもない。

また、上記実施の形態では、放熱器３６や吸熱器３８を形成する熱交換器として、プレートフィン付きチューブ型熱交換器を示しているが、特にその形態を限定するものではない。

また、本実施の形態では洗濯乾燥機を例に説明したが、衣類の乾燥のみを行う衣類乾燥機に於いても同様の効果が得られるのは、言うまでも無い。

以上のように、本発明にかかる衣類乾燥装置は、コストアップをすることなく、冷凍サイクルが定常状態になるまでの時間を短縮することができるもので、一般家庭で使用される洗濯と乾燥を同一槽で行う乾燥機能付き洗濯機や乾燥のみを行う衣類乾燥機に広く適用できる。

本発明の第１の実施の形態における衣類乾燥装置を搭載した洗濯乾燥機を背面から見た斜視図 同洗濯乾燥機の側断面図 同洗濯乾燥機に搭載した圧縮機に内包されたモータのモータ損失の特性図 従来の衣類乾燥装置を搭載した洗濯乾燥機の模式図

符号の説明

２６ 洗濯槽
２８ 回転ドラム（乾燥庫）
３１ 衣類
３５ 圧縮機
３６ 放熱器
３７ 絞り手段
３８ 吸熱器
３９ 管路
４０ 風路
４３ 送風手段
５１ ヒートポンプ装置
５３ 循環風路
７１ 冷媒温度検知手段
７２ 乾燥用空気温度検知手段
７３ 制御手段

Claims (8)

1. モータと、前記モータにより駆動される圧縮機と圧縮された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絞り手段と減圧されて低圧となった冷媒で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て構成したヒートポンプ装置と、冷媒の圧力を検知する冷媒圧力検知手段と、衣類を収容する乾燥庫と、乾燥用空気を送風する送風手段と、前記乾燥用空気を前記放熱器と前記乾燥庫を経て前記吸熱器へと導き再び放熱器に戻す循環風路と、前記モータの動作を制御する制御手段を具備し、前記制御手段は、前記冷媒圧力検知手段により検知した冷媒圧力が所定の値より低い場合には前記モータの効率が最大とならないよう制御することを特徴とする衣類乾燥装置。
2. 制御手段は、前記冷媒圧力検知手段により検知した冷媒圧力が所定の値より低い場合には前記モータの電流位相を最大効率点より小さい値に制御することを特徴とする請求項１記載の衣類乾燥装置。
3. 制御手段は、前記冷媒圧力検知手段により検知した冷媒圧力が所定の値より低い場合には前記モータの電流位相を最大効率点より大きい値に制御することを特徴とする請求項１記載の衣類乾燥装置。
4. 制御手段は、前記冷媒圧力検知手段により検知した冷媒圧力が、所定の値より低い状態から高い状態に遷移した場合には、前記モータの効率が最大になるよう制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の衣類乾燥装置。
5. 制御手段は、前記モータの電流位相を段階的に変化させることを特徴とした請求項４記載の衣類乾燥装置。
6. 冷媒圧力検知手段は、冷媒温度検知手段であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の衣類乾燥装置。
7. 冷媒圧力検知手段は、乾燥用空気温度検知手段であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の衣類乾燥装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の衣類乾燥装置を備えたことを特徴とする洗濯乾燥機。