(57)【要約】【課題】ヒートポンプの圧縮機の小型化とエネルギー効率を向上する。【解決手段】蒸発器８の上流側に配設し循環風路３を流れる乾燥用空気と熱交換する上流側熱交換器１２と、蒸発器８の下流側に配設し循環風路３を流れる乾燥用空気と熱交換する下流側熱交換器１３と、上流側熱交換器１２と下流側熱交換器１３に熱媒体（図示せず）を循環する熱移動手段１４とを有し、熱媒体を介して蒸発器８の上流側の乾燥用空気の熱を蒸発器８の下流側の乾燥用空気へ移動させるようにしたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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、前記乾燥室と循環風路で連結し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、前記循環風路を流れる乾燥用空気を冷却する蒸発器と、前記蒸発器で冷却された乾燥用空気を加熱する凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器に冷媒を流す管路と、冷媒の圧力を減圧する減圧弁と、前記蒸発器の上流側に配設し前記循環風路を流れる乾燥用空気と熱交換する上流側熱交換器と、前記蒸発器の下流側に配設し前記循環風路を流れる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に熱媒体を循環する熱移動手段とを有し、前記熱媒体を介して前記蒸発器上流側の乾燥用空気の熱を前記蒸発器下流側の乾燥用空気へ移動させるようにした乾燥装置。
【請求項２】
熱移動手段は、上流側熱交換器の上部から下流側熱交換器の上部へ熱媒体が流れるように設けるとともに、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熱媒体が流れるように構成した請求項１記載の乾燥装置。
【請求項３】
熱移動手段は、上流側熱交換器あるいは下流側熱交換器の中を上下方向に蛇行するように構成した請求項１または２記載の乾燥装置。
【請求項４】
上流側熱交換器は、下流側熱交換器より下方に配設した請求項１〜３のいずれか１項に記載の乾燥装置。
【請求項５】
熱移動手段に循環ポンプを設け、前記循環ポンプによって熱媒体を上流側熱交換器と下流側熱交換器に循環させるようにした請求項１記載の乾燥装置。
【請求項６】
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少なくとも１つからなる水溶液とした請求項１〜５のいずれか１項に記載の乾燥装置。
【請求項７】
熱移動手段は、上流側熱交換器および下流側熱交換器からの露出部を断熱材で被覆した請求項１〜６のいずれか１項に記載の乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプを用いて、衣類、浴室、室内などを乾燥する乾燥装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のヒートポンプを用いた乾燥装置は、図５に示すような構成が一般的である。すなわち、コンプレッサー１０１と凝縮器１０２と蒸発器１０３からなるヒートポンプを備え、凝縮器１０２から放熱される熱を空気に与え、送風装置１０４によって温風とし、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などに温風があたり加熱乾燥される。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再び衣類１０６を乾燥する。このように乾燥用空気の冷却（除湿）と加熱を繰り返し、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ものである（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１７８２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では、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ので、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圧縮機にかかる負担が大きく、圧縮機の小型化を困難にしている。また、圧縮機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問題があった。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、圧縮機にかかる負担を少なくしてエネルギー効率を向上したヒートポンプを用いた乾燥装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の乾燥装置は、蒸発器の上流側に配設し循環風路を流れる乾燥用空気と熱交換する上流側熱交換器と、前記蒸発器の下流側に配設し前記循環風路を流れる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に熱媒体を循環する熱移動手段とを有し、前記熱媒体を介して前記蒸発器上流側の乾燥用空気の熱を前記蒸発器下流側の乾燥用空気へ移動させるようにしたものである。
【０００７】
これによって、循環風路を流れる乾燥用空気は、蒸発器の前後で温度差があり、蒸発器の上流側の熱の一部は蒸発器の下流側へ流れることになり、圧縮機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、蒸発器の上流側では温風が通過するので上流側熱交換器が暖められ、蒸発器の下流側では蒸発器によって冷却された後の風が通過するので下流側熱交換器が冷やされる。ここに温度差が発生するので、これらの熱交換器を循環するように通っている熱移動手段の中の熱媒体は、温度差が無くなるよう移動するので蒸発器上流側の熱が蒸発器下流側へ移動し、この熱の移動分だけ圧縮機による熱移動ではないので、圧縮機への負担を軽減することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の乾燥装置は、ヒートポンプの圧縮機の負担を軽減することができ、圧縮機の小型化とエネルギー効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施の形態における乾燥装置の模式図
【図２】同乾燥装置のヒートポンプの要部を上から見た模式図
【図３】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
【図４】本発明の第２の実施の形態における乾燥装置の模式図
【図５】従来のヒートポンプを用いた乾燥装置の模式図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
第１の発明は、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、前記乾燥室と循環風路で連結し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、前記循環風路を流れる乾燥用空気を冷却する蒸発器と、前記蒸発器で冷却された乾燥用空気を加熱する凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器に冷媒を流す管路と、冷媒の圧力を減圧する減圧弁と、前記蒸発器の上流側に配設し前記循環風路を流れる乾燥用空気と熱交換する上流側熱交換器と、前記蒸発器の下流側に配設し前記循環風路を流れる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に熱媒体を循環する熱移動手段とを有し、前記熱媒体を介して前記蒸発器上流側の乾燥用空気の熱を前記蒸発器下流側の乾燥用空気へ移動させるようにしたことにより、蒸発器の上流側を流れる乾燥用空気の熱の一部を、蒸発器の下流側を流れる乾燥用空気へ移動させることができ、圧縮機が担う熱移動の量が軽減されてエネルギー効率を向上することができる。
【００１１】
第２の発明は、特に、第１の発明の熱移動手段は、上流側熱交換器の上部から下流側熱交換器の上部へ熱媒体が流れるように設けるとともに、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熱媒体が流れるように構成したことにより、上流側熱交換器内では熱媒体が下から上へ上昇しながら流れ、上部の熱交換配管を通って下流側熱交換器に入り、下流側熱交換器内では熱媒体は上から下へ下降しながら流れ、下部の熱交換配管を通って上流側熱交換器へ導入されるので、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、圧縮機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。
【００１２】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の熱移動手段は、上流側熱交換器あるいは下流側熱交換器の中を上下方向に蛇行するように構成したことにより、上流側熱交換器および下流側熱交換器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。
【００１３】
第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明の上流側熱交換器は、下流側熱交換器より下方に配設したことにより、上流側熱交換器で暖められた熱媒体は、比重が小さくなって上方に位置する下流側熱交換器へ移動しやすくなり、下流側熱交換器で冷やされた熱媒体は比重が大きくなって下方に位置する上流側熱交換器へ移動しやすくなる。したがって、熱媒体が上流側熱交換器と下流側熱交換器を循環して、熱を移動させることができる。
【００１４】
第５の発明は、特に、第１の発明の熱移動手段に循環ポンプを設け、前記循環ポンプによって熱媒体を上流側熱交換器と下流側熱交換器に循環させるようにしたことにより、熱移動量の設定を容易にすることができる。
【００１５】
第６の発明は、特に、第１〜第５のいずれか１つの発明の熱媒体は、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の少なくとも１つからなる水溶液としたことにより、熱媒体が凍結することがなく、安定した熱移動をおこなうことができる。
【００１６】
第７の発明は、特に、第１〜第６のいずれか１つの発明の熱移動手段は、上流側熱交換器および下流側熱交換器からの露出部を断熱材で被覆したことにより、熱交換配管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。
【００１７】
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。
【００１８】
（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上から見た模式図、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。
【００１９】
図１〜図３において、１は衣類Ａ等の被乾燥物を収容する乾燥室、２は乾燥室１と循環風路３で連結したヒートポンプで、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を設けている。ヒートポンプ２は、冷媒を圧縮するコンプレッサー６と、循環風路３を流れる乾燥用空気を冷却する蒸発器８と、蒸発器８で冷却された乾燥用空気を加熱する凝縮器７と、蒸発器８と凝縮器７に冷媒を流す管路９と、冷媒の圧力を減圧する減圧弁１０を有し、蒸発器８および凝縮器７は循環風路３に設けて循環する乾燥用空気が通過するようにしている。
【００２０】
乾燥用空気は送風装置を構成するファン１１によって送風され、蒸発器８の前後には上流側熱交換器１２と下流側熱交換器１３が配置され、熱移動手段を構成する熱交換配管１４によって上流側熱交換器１２と下流側熱交換器１３の上部と下部を結び、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を循環するように構成している。
【００２１】
熱交換配管（熱移動手段）１４は、蒸発器８を迂回して循環風路３外で上流側熱交換器１２と下流側熱交換器１３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）で積層されたフィン１５の間を熱交換配管１４が上下方向に蛇行するように配設している。
【００２２】
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Ａ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。
【００２３】
コンプレッサー６で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を流れる乾燥用空気を加熱する。冷媒は減圧弁１０で減圧されて蒸発器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。
【００２４】
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と蒸発器８は、冷媒が通る管路９と積層されたフィン（図示せず）から構成されており、循環風路３を流れる乾燥用空気と冷媒が熱交換するようになっている。
【００２５】
ファン１１で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。
【００２６】
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、衣類Ａを加熱し水分を奪って、温風は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。
【００２７】
従来の衣類乾燥機であれば、この湿った温風（乾燥用空気）は直接蒸発器８へ戻る構成であるが、本発明ではそ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。この上流側熱交換器１２は、図３のように、熱交換配管１４が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り、フィン１５の間を通った乾燥用空気と熱交換配管１４内部の熱媒体と熱交換して、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。
【００２８】
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水溶液が用いられ、熱媒体の凍結防止効果を有しており、安価でもあるので望ましい。本実施の形態では塩化カルシウム１０％水溶液を用いた。
【００２９】
熱交換配管１４は上流側熱交換器１２に上下方向に蛇行して設けているので、上流側熱交換器１２で暖められた内部の熱媒体は徐々に温度が上昇し、温度の上昇した熱媒体は、図１の熱交換配管１４の上部側を通り矢印イ方向へ流れて、下流側熱交換器１３へ導入される。
【００３０】
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１２を通った後、蒸発器８に導入され、前述のように乾燥用空気の熱を奪って温度を低下せしめ、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。
【００３１】
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り、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内部の熱媒体を冷やすことになる。
【００３２】
下流側熱交換器１３での熱交換配管１４も上下方向に蛇行して配置しているので、冷やされた内部の熱媒体は徐々に下降する。一方で上流側熱交換器１２から上部の熱交換配管１４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１４を通って下流側熱交換器１３へ流れ、下流側熱交換器１３の中を下降し、熱交換配管１４の下部を通り矢印ロ方向へ流れて、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。
【００３３】
本実施の形態では、図１のように下流側熱交換器１３を上流側熱交換器１２より上下方向で高い位置に配置しているので、上流側熱交換器１２で暖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とともに、下流側熱交換器１３で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。この熱交換配管１４の上流側熱交換器１２と下流側熱交換器１３の間の部分は、熱交換配管１４の外周をグラスウールなどで断熱することが望ましい。
【００３４】
循環風路３を流れ蒸発器８で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℃ほどになる。この熱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。
【００３５】
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。
【００３６】
本実施の形態において、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ことになるが、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。
【００３７】
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であるような衣類乾燥機を、本実施の形態の図１の構成にして乾燥試験をおこなったところ、蒸発器８の冷却能力が約１７００Ｗ、凝縮器７の加熱能力が約２３００Ｗ、コンプレッサー６の消費電力が約５７０Ｗとなった。
【００３８】
また、上流側熱交換器１２と下流側熱交換器１３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の加熱能力であるのに対し、本実施の形態の構成では、消費電力５７０Ｗで２４８０Ｗの加熱能力があるということで、効率が９％アップしていることになる。
【００３９】
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％アップするという結果であった。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思われる。
【００４０】
以上のように本発明によれば、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。
【００４１】
（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態における乾燥装置の模式図である。この構成の特徴は、熱交換配管（熱移動手段）１４の循環経路に循環ポンプ１６を設け、この循環ポンプ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に循環させるようにしたものである。他の構成は実施の形態１と同じであり、詳細な説明は実施の形態１のものを援用する。
【００４２】
循環ポンプ１６は、下流側熱交換器１３の下部の熱交換配管１４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１４へ熱媒体を圧送する構成である。乾燥開始と同時に循環ポンプ１６は作動し、１〜２（Ｌ／ｍｉｎ）ほどで送れば十分である。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。
【００４３】
第１の実施の形態の図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、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％アップしていることになる。
【００４４】
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、本実施の形態の構成における乾燥試験の結果は、１．４５（ｇ／Ｗｈ）であり、効率が１３％アップするという結果であった。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、第１の実施の形態と同じ理由によるものと思われる。
【００４５】
本実施の形態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。本実施の形態においては２５Ｗの循環ポンプを用い、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％高い乾燥効率という評価である。
【００４６】
第１の実施の形態と比較したとき、本実施の形態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、ランニングコストの面では優れた方法と言える。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明にかかる乾燥装置は、ヒートポンプの圧縮機の負担を軽減することができ、圧縮機の小型化とエネルギー効率を高めることができるので、ヒートポンプを利用した乾燥装置として有用である。
【符号の説明】
【００４８】
１  乾燥室
１１  ファン
３  循環風路
２  ヒートポンプ
６  コンプレッサー
８  蒸発器
７  凝縮器
９  管路
１０  減圧弁
１２  上流側熱交換器
１３  下流側熱交換器
１４  熱交換配管（熱移動手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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