TWI381077B - 熱泵乾衣機及熱泵乾衣機之控制方法 - Google Patents

Description

熱泵乾衣機及熱泵乾衣機之控制方法

本發明是有關於一種乾衣機及乾衣機之控制方法，且特別是有關於一種熱泵乾衣機及熱泵乾衣機之控制方法。

人們在洗滌衣物後，可以透過陽光及風力來晾乾衣物。然而，在下雨天時，往往無法順利晾乾衣物，造成人們生活上的困擾。

乾衣機的問世，使得人們在下雨天也能烘乾衣物，帶給人們相當大得便利性。然而傳統排熱式乾衣機直接將高溫高濕空氣直接排放至大氣中，不但能源使用效率偏低，而且造成環境濕度的增加。熱泵乾衣機不但以優異的性能表現係數(Coefficient of performance)達到節能的目的，而且有效捕捉空氣中的水分，使環境的濕度不致受到嚴重的影響。以日本公開號第2006-212265號專利為例，熱泵乾衣機的運作原理係透過氣體通道及冷媒通道的熱交換，來烘乾衣物。

一般而言，熱泵乾衣機根據架構區分，可分為開放式與封閉式。從PRASERTSAN等人所發表的文獻結果顯示，當乾燥效率(Dryer efficiency)較高時，開放式熱泵乾衣機的能源效率比封閉式熱乾衣機好；當乾燥效率較低時，封閉式熱泵乾衣機的能源效率比開放式熱乾衣機好。然而，對批次式裝載衣物的乾衣機而言，乾衣機的乾燥效率並不會保持一定，而是隨著乾燥程序的進行而逐漸下降。換言之，不管採用哪一個形式的熱泵乾衣機架構，都會有乾衣機效能較差的情形出現。因此，如何在乾衣後期增加熱泵乾衣機的能源使用效率，實為目前重要發展方向之一。

本發明係有關於一種熱泵乾衣機及熱泵乾衣機之控制方法，其利用開放式風道與封閉式風道的切換，大幅增進熱泵乾衣機的能源使用效率。

根據本發明之一方面，提出一種熱泵乾衣機之控制方法。熱泵乾衣機之控制方法包括以下步驟。提供一乾燥腔體。乾燥腔體具有一入口及一出口。入口具有一入口絕對濕度(inlet humidity ratio)。出口具有一出口絕對濕度(outlet humidity ratio)及一出口飽和絕對濕度(outlet saturation humidity ratio)。控制由乾燥腔體離開之一氣體排出熱泵乾衣機之外。依據入口絕對濕度、出口絕對濕度及出口飽和絕對濕度，判斷乾燥腔體之運作是否符合一預定條件。若乾燥腔體之運作符合預定條件，則控制由乾燥腔體離開之氣體回流至乾燥腔體。

根據本發明之另一方面，提出一種熱泵乾衣機。熱泵乾衣機包括一乾燥腔體、一切換單元及一控制單元。乾燥腔體具有一入口及一出口。入口具有一入口絕對濕度(inlet humidity ratio)。出口具有一出口絕對濕度(outlet humidity ratio)及一出口飽和絕對濕度(outlet saturation humidity ratio)。第一切換單元用以切換由乾燥腔體離開之一氣體排出熱泵乾衣機之外或回流至乾燥腔體。控制單元依據入口絕對濕度、出口絕對濕度及出口飽和絕對濕度判斷乾燥腔體之運作是否符合一預定條件。其中，若乾燥腔體之運作未符合預定條件，則控制單元控制第一切換單元，使得由乾燥腔體離開之氣體排出熱泵乾衣機之外。若乾燥腔體之運作符合預定條件，則控制單元控制第一切換單元，使得由乾燥腔體離開之氣體回流至乾燥腔體。

為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

以下係提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並不會限縮本發明欲保護之範圍。此外，實施例中之圖式係省略不必要之元件，以清楚顯示本發明之技術特點。

第一實施例

請參照第1圖，其繪示第一實施例之熱泵乾衣機1000之示意圖。本實施例之熱泵乾衣機1000包括一供氣單元110、一排氣單元150、一乾燥腔體120、一循環風扇130、一切換單元140、一控制單元210、一壓縮單元310、一冷凝單元320、一膨脹單元330、一蒸發單元340、一第一量測單元410、一第二量測單元420及一第三量測單元430。一氣體通道P1連接供氣單元110、第一量測單元410、乾燥腔體120、第二量測單元420、循環風扇130、切換單元140及排氣單元150。一冷媒通道P2連接壓縮單元310、冷凝單元320、第三量測單元430、膨脹單元330及蒸發單元340。

供氣單元110用以提供一氣體進入熱泵乾衣機1000。排氣單元150用以將氣體排出於熱泵乾衣機1000之外。乾燥腔體120用以容置衣物，以進行乾燥。乾燥腔體120例如是水平滾筒式腔體、斜取滾筒式腔體或直立式腔體。切換單元140係為一三通風門，用以切換氣體在氣體通道P1內的流向。循環風扇130用以增進氣體於氣體通道P1內的流通性。控制單元210用以進行各種運算程序及判斷程序，並用以控制熱泵乾衣機1000之各項元件的運作。

壓縮單元310用以壓縮一冷媒。冷凝單元320用以冷凝已壓縮之冷媒。膨脹單元330用以減壓已冷凝之冷媒。蒸發單元340用以蒸發已減壓之冷媒。

第一量測單元410設置於乾燥腔體120之一入口120a處，第二量測單元420設置於乾燥腔體120之一出口120b處。第三量測單元430則設置於冷凝單元320及膨脹單元330之間。第一～第三量測單元410～430用以針對氣體或冷媒進行各種數值之量測。

就熱泵乾衣機1000之乾燥方式而言，外界之乾燥氣體進入氣體通道P1後，在冷凝單元320進行熱交換，而形成高溫乾燥氣體。此高溫乾燥氣體由入口120a進入乾燥腔體120後，可帶走衣物的水氣，並由出口120b輸出高溫潮濕氣體。

為了避免高溫潮濕氣體造成外界的熱污染，由乾燥腔體120排出之高溫潮濕氣體可以在蒸發單元340進行熱交換，而吸收部份熱量及冷凝部份水氣。

當切換單元140將氣體通道P1切換成流向D1時，氣體通道P1形成一開放式風道。當切換單元140將氣體通道P1切換成流向D2時，氣體通道P1形成一封閉式風道。

在熱泵乾衣機1000剛開始運作時，乾燥腔體120內外潮濕程度差異大，水氣濃度梯度較大，此時可以採用開放式風道，以利用外界較乾燥的氣體來帶走乾燥腔體120內的水氣。

在熱泵乾衣機1000運作一段時間後，乾燥腔體120內外潮濕程度差異不大，此時可以採用封閉式風道，以使內部已增溫之氣體回流至乾燥腔體120，不直接排放至外界環境之中，以減少能源的浪費。

控制單元210所進行之控制程序及判斷程序與「絕對濕度(humidity ratio)」、「飽和絕對濕度(saturation humidity ratio)」或「相對濕度(relative humidity)」有關。絕對濕度係為含水氣體之水質量與氣體質量的比值。飽和絕對濕度為含水氣體在飽和狀態之絕對濕度。相對濕度則為絕對濕度與飽和絕對濕度之比值。絕對濕度及相對濕度隨著含水程度不同而改變。飽和濕度在某一溫度及某一壓力下，則為固定值。

控制單元210依據絕對濕度、飽和濕度或相對濕度等資訊可以判斷出何時最適合由開放式風道切換為封閉式風道。請參照第2圖，其繪示乾燥效率η_dryer 與乾燥速率MER之關係圖。乾燥效率η_dryer 等於出口絕對濕度ω _out 減去入口絕對濕度ω _in 之差值除以出口飽和絕對濕度ω _{sat , out} 減去入口絕對濕度ω _in 之差值，即以下第(1)式

簡單來說，相同條件下，出口絕對濕度ω _out 與入口絕對濕度ω _in 差距越大時，乾燥效率η_dryer 越大。反之，相同條件下，出口絕對濕度ω _out 與入口絕對濕度ω _in 差距越小時，乾燥效率η_dryer 越小。熱泵乾衣機1000剛開始運轉時，出口絕對濕度ω _out 與入口絕對濕度ω _in 差距通常較大。隨著乾燥腔體120內的衣物越來越乾燥時，出口絕對濕度ω _out 與入口絕對濕度ω _in 差距也會越來越小。所以，隨著熱泵乾衣機1000的運轉，乾燥效率η_dryer 將會逐漸降低。

乾燥速率MER係為乾燥腔體120係為每小時所提出之水質量。承上所述，隨著熱泵乾衣機1000的運轉，乾燥效率η_dryer 將會逐漸降低。如第2圖所示，乾燥效率η_dryer 逐漸降低時，乾燥速率MER也隨之降低。

從第2圖可以得知，預定效率值η^* 是個分界線。當乾燥效率η_dryer 高於預定效率值η^* 時，熱泵乾衣機1000的乾燥速率MER以較為平緩之方式遞減；當乾燥效率η_dryer 低於預定效率值η^* 時，熱泵乾衣機1000之乾燥速率MER以較為急遽之方式遞減。

換言之，當乾燥效率η_dryer 高於預定效率值η^* 時，採用開放式風道，讓內部氣體排出於熱泵乾衣機1000外，可充分利用開放式風道高乾燥能力的好處。當乾燥效率η_dryer 低於預定效率值η^* 時，採用封閉式風道，讓內部之高溫氣體回流，可保有較佳之能源利用率。

此外，預定效率值η^* 會隨著不同季節與不同環境等因素的影響而變化。熱泵乾衣機1000可以在出廠前依據使用需求來調整預定效率值η^* ，使得熱泵乾衣機1000不僅能夠獲得高乾燥能力，也能保有較佳之能源利用率。

以下更以數張流程圖詳細說明本實施例之熱泵乾衣機1000之運作方式，然而本發明所述技術領域中具有通常知識者均可瞭解，本實施例之熱泵乾衣機1000之運作方式並不侷限於以下流程圖之說明。

請參照第3圖，其繪示第一實施例之氣體通道P1之控制方法的流程圖。首先，在步驟S301中，提供乾燥腔體120。

接著，在步驟S303中，控制單元210控制切換單元140將氣體通道P1調整為流向D1，使得由乾燥腔體120離開之氣體排出熱泵乾衣機1000之外，而形成開放式風道。

然後，在步驟S305中，以第一量測單元410量測入口120a處之一入口溫度及一入口相對濕度(inlet relative humidity)。目前常用的濕度計所量測之數值為相對濕度，而透過溫度及相對濕度的換算，即可以獲得絕對濕度。

接著，在步驟S307中，以第二量測單元420量測出口120b處之一出口溫度及一出口相對濕度(outlet relative humidity)。

然後，在步驟S309中，控制單元210依據入口溫度及入口相對濕度計算入口絕對濕度ω_in ，並依據出口溫度及出口相對濕度計算出口絕對濕度ω _out ，並依據出口溫度計算出口飽和絕對濕度ω _{sat , ou t} 。

接著，在步驟S311中，控制單元210依據入口絕對濕度ω_in 、出口絕對濕度ω _{ou t} 及出口飽和絕對濕度ω _{sat , out} 計算乾燥效率η_dryer 。

然後，在步驟S313中，控制單元210判斷乾燥腔體120之運作是否符合一預定條件。在此步驟中，控制單元210係依據入口絕對濕度ω_in 、出口絕對濕度ω _{ou t} 及出口飽和絕對濕度ω _{sat , out} 所計算出之乾燥效率η_dryer 來進行判斷。在本實施例中，若乾燥效率η_dryer 低於預定效率值η^* ，則乾燥腔體120之運作符合此預定條件。若乾燥效率η_dryer 不低於預定效率值η^* ，則乾燥腔體120之運作不符合此預定條件。

若乾燥腔體120之運作符合於預定條件，則進入步驟S315；若乾燥腔體120之運作不符合預定條件，則回至步驟S305。

接著，在步驟S315中，控制單元210控制切換單元140將氣體通道P1調整為流向D2，使得由乾燥腔體120離開之氣體回流至乾燥腔體120，而形成封閉式風道。

其中，步驟S305～S313係間隔一預定時間(例如是30秒鐘)執行一次。

在熱泵乾衣機1000採用封閉式風道時，冷媒可能過熱，導致系統不穩定。本實施例更透過第三量測單元430量測已冷凝之冷媒之一冷媒溫度。控制單元210更用以判斷冷媒溫度是否大於一預定溫度值。若冷媒溫度不大於預定溫度值，則控制單元210維持壓縮單元310之運作。若冷媒溫度大於預定溫度值，則控制單元210停止壓縮單元310之運作。如此一來，可以避免熱泵乾衣機1000採用封閉式風道時，冷媒溫度可能過高導致系統跳機之現象。

第二實施例

請參照第4圖，其繪示第二實施例之熱泵乾衣機2000之示意圖。本實施例之熱泵乾衣機2000與第一實施例之熱泵乾衣機1000不同之處在於本實施例之熱泵乾衣機2000係以散熱單元350及切換單元360來改善冷媒過熱之情況。

散熱單元350用以散熱已冷凝之冷媒。本實施例之散熱單元350可以採用自然對流為散熱機制之被動式散熱器，例如是加大散熱鰭片的散熱器。或者，本實施例之散熱單元350亦可採用加裝對流風扇，以強制對流為散熱機制之主動式散熱器。

切換單元360用以切換已冷凝之冷媒先流經散熱單元350再流向膨脹單元330，或直接流向膨脹單元330。切換單元360例如是一三通閥。

若冷媒溫度不大於預定溫度值，則控制單元210控制切換單元360將冷媒通道P2切換成流向D3，使得已冷凝之冷媒直接流向膨脹單元330。

若冷媒溫度大於預定溫度值，則控制單元210控制切換單元360將冷媒通道P2切換成流向D4，使得已冷凝之冷媒先流經散熱單元350再流向膨脹單元330。如此一來，可以避免熱泵乾衣機2000採用封閉式風道時，冷媒溫度可能過高之現象。

綜上所述，雖然本發明已以諸項實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1000、2000．．．熱泵乾衣機

110．．．供氣單元

120．．．乾燥腔體

120a．．．入口

120b．．．出口

130．．．循環風扇

140、360．．．切換單元

150．．．排氣單元

210．．．控制單元

310．．．壓縮單元

320．．．冷凝單元

330．．．膨脹單元

340．．．蒸發單元

350．．．散熱單元

410．．．第一量測單元

420．．．第二量測單元

430．．．第三量測單元

D1、D2．．．氣體通道之流向

D3、D4．．．冷媒通道之流向

P1．．．氣體通道

P2．．．冷媒通道

S301～S315．．．流程步驟

第1圖繪示第一實施例之熱泵乾衣機之示意圖；

第2圖繪示乾燥效率與乾燥速率之關係圖；

第3圖繪示第一實施例之氣體通道之控制方法的流程圖；以及

第4圖繪示第二實施例之熱泵乾衣機之示意圖。

S301～S315．．．流程步驟

Claims (8)

1. 一種熱泵乾衣機之控制方法，包括：提供一乾燥腔體，該乾燥腔體具有一入口及一出口，該入口具有一入口絕對濕度(inlet humidity ratio)，該出口具有一出口絕對濕度(outlet humidity ratio)及一出口飽和絕對濕度(outlet saturation humidity ratio)；控制由該乾燥腔體離開之一氣體排出該熱泵乾衣機之外；依據該入口絕對濕度、該出口絕對濕度及該出口飽和絕對濕度，判斷該乾燥腔體之運作是否符合一預定條件；其中該判斷該乾燥腔體之運作是否符合該預定條件的步驟是依據一乾燥效率判斷該乾燥腔體之運作是否符合該預定條件，該乾燥效率等於該出口絕對濕度減去該入口絕對濕度的差值除以該出口飽和絕對濕度減去該入口絕對濕度的差值，若該乾燥效率低於一預定效率值，則該乾燥腔體之運作符合該預定條件，若該乾燥效率高於該預定效率值，則該乾燥腔體之運作未符合該預定條件；若該乾燥腔體之運作未符合該預定條件，則採用開放式風道，控制該乾燥腔體內部氣體排出於該熱泵乾衣機外；以及若該乾燥腔體之運作符合該預定條件，則採用封閉式風道，控制由該乾燥腔體離開之該氣體回流至該乾燥腔體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之熱泵乾衣機之控制 方法，更包括：量測該入口處之一入口溫度及一入口相對濕度(inlet relative humidity)；量測該出口處之一出口溫度及一出口相對濕度(outlet relative humidity)；以及依據該入口溫度及該入口相對濕度計算該入口絕對濕度，並依據該出口溫度及該出口相對濕度計算該出口絕對濕度，並依據該出口溫度計算該出口飽和絕對濕度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之熱泵乾衣機之控制方法，其中該判斷之步驟係間隔一預定時間執行一次。
4. 一種熱泵乾衣機，包括：一乾燥腔體，具有一入口及一出口，該入口具有一入口絕對濕度(inlet humidity ratio)，該出口具有一出口絕對濕度(outlet humidity ratio)及一出口飽和絕對濕度(outlet saturation humidity ratio)；一第一切換單元，用以切換由該乾燥腔體離開之一氣體排出該熱泵乾衣機之外或回流至該乾燥腔體；以及一控制單元，依據該入口絕對濕度、該出口絕對濕度及該出口飽和絕對濕度判斷該乾燥腔體之運作是否符合一預定條件；其中該判斷該乾燥腔體之運作是否符合該預定條件的步驟是依據一乾燥效率判斷該乾燥腔體之運作是否符合該預定條件，該乾燥效率等於該出口絕對濕度減去該入口絕對濕度的差值除以該出口飽和絕對濕度減去該入口絕對濕度的差值，若該乾燥效率低於一預定效率值，則該乾燥腔體之運作符合該預定條件，若該乾燥效 率高於該預定效率值，則該乾燥腔體之運作未符合該預定條件；其中，若該乾燥腔體之運作未符合該預定條件，則採用開放式風道，該控制單元控制該第一切換單元，使得由該乾燥腔體離開之該氣體排出該熱泵乾衣機之外；若該乾燥腔體之運作符合該預定條件，則採用封閉式風道，該控制單元控制該第一切換單元，使得由該乾燥腔體離開之該氣體回流至該乾燥腔體。
5. 如申請專利範圍第4項所述之熱泵乾衣機，更包括：一第一量測單元，用以量測該入口處之該入口溫度及一入口相對濕度(inlet relative humidity)；以及一第二量測單元，用以量測該出口處之該出口溫度及一出口相對濕度(outlet relative humidity)；其中該控制單元係依據該入口溫度及該入口相對濕度計算該入口絕對濕度，並依據該出口溫度及該出口相對濕度計算該出口絕對濕度，並依據該出口溫度計算出該出口飽和絕對濕度。
6. 如申請專利範圍第4項所述之熱泵乾衣機，其中該控制單元係間隔一預定時間執行一次。
7. 如申請專利範圍第4項所述之熱泵乾衣機，更包括：一壓縮單元，用以壓縮一冷媒；一冷凝單元，用以冷凝已壓縮之該冷媒；一膨脹單元，用以減壓已冷凝之該冷媒； 一蒸發單元，用以蒸發已減壓之該冷媒；以及一第三量測單元，用以量測已冷凝之該冷媒之一冷媒溫度；其中，該控制單元更用以判斷該冷媒溫度是否大於一預定溫度值；若該冷媒溫度不大於該預定溫度值，則該控制單元維持該壓縮單元之運作；若該冷媒溫度大於該預定溫度值，則該控制單元停止該壓縮單元之運作。
8. 如申請專利範圍第4項所述之熱泵乾衣機，更包括：一壓縮單元，用以壓縮一冷媒；一冷凝單元，用以冷凝已壓縮之該冷媒；一膨脹單元，用以減壓已冷凝之該冷媒；一蒸發單元，用以蒸發已減壓之該冷媒；一散熱單元，用以散熱已冷凝之該冷媒；一第三量測單元，用以量測已冷凝之該冷媒之一冷媒溫度；以及一第二切換單元，用以切換已冷凝之該冷媒先流經該散熱單元再流向該膨脹單元，或直接流向該膨脹單元；以及其中，該控制單元更用以判斷該冷媒溫度是否大於一預定溫度值；若該冷媒溫度不大於該預定溫度值，則該控制單元控制該第二切換單元，使得已冷凝之該冷媒直接流向該膨脹 單元；若該冷媒溫度大於該預定溫度值，則該控制單元控制該第二切換單元，使得已冷凝之該冷媒先流經該散熱單元再流向該膨脹單元。