(57)【要約】  【課題】  ヒートポンプ式乾燥機において、除湿性能の向上のために蒸発器の温度を低下させることによる蒸発器への着霜を抑制すること。  【解決手段】  ヒートポンプ式乾燥機１００において、ヒートポンプ１が冷媒を圧縮する圧縮機２と、前記圧縮機２で圧縮された冷媒を放熱する放熱器３と、前記放熱器３で放熱された冷媒を減圧する第１絞り装置４と、前記第１絞り装置４で減圧された冷媒を加熱する第１蒸発器５と、前記第１蒸発器５で加熱された冷媒を減圧する第２絞り装置６と、前記第２絞り装置６で減圧された冷媒を加熱する第２蒸発器７とを備え、乾燥用空気を前記第１蒸発器５で着霜温度以上の温度で冷却後、第２蒸発器７でさらに冷却することによって蒸発器への着霜量を抑制する。  【選択図】図１
2008142101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾燥室（３０）と、
前記乾燥室（３０）と連結され空気を循環させるダクト（２０）と、
冷媒を圧縮する圧縮機（２）、前記圧縮機（２）で圧縮された冷媒を放熱する放熱器（３）、前記放熱器（３）で放熱した冷媒を減圧する第１絞り装置（４）、前記第１絞り装置（４）で減圧された冷媒を加熱する第１蒸発器（５）、前記第１蒸発器（５）で加熱された冷媒を減圧する第２絞り装置（６）、前記第２絞り装置（６）で減圧された冷媒を加熱し前記圧縮機（２）に冷媒を送りだす第２蒸発器（７）を有するヒートポンプ（１）とを備え、
前記ダクト（２０）内に、前記乾燥室よりの空気を冷却する前記第１蒸発器（５）と、前記第１蒸発器（５）で冷却された空気をさらに冷却する前記第２蒸発器（７）と、前記第２蒸発器（７）で冷却された空気を加熱する前記放熱器（３）とを有し、前記放熱器（３）で過熱された空気を前記乾燥室（３０）に供給するように配置しているヒートポンプ式乾燥機（１００）。
【請求項２】
前記第１蒸発器（５）の冷媒温度を測定する冷媒温度センサ（９）と、
前記冷媒温度センサ（９）で測定された値を用いて、前記第１絞り装置（４）または前記第２絞り装置（６）の開度を制御する絞り装置制御部（８）とをさらに備えた請求項１記載のヒートポンプ式乾燥機（１００）。
【請求項３】
前記絞り装置制御部（８）が、
前記冷媒温度センサ（９）の温度測定値とあらかじめ設定された温度設定値を比較し、
前記温度設定値より前記温度測定値が大きい場合、前記第１絞り装置（４）の開度を狭め、かつ前記第２絞り装置（６）の開度を広げ、
前記温度設定値より前記温度測定値が小さい場合、前記第１絞り装置（４）の開度を広げ、かつ前記第２絞り装置（６）の開度を狭める制御をする請求項２記載のヒートポンプ式乾燥機（１００）。
【請求項４】
前記第１蒸発器（５）の冷媒圧力を測定する冷媒圧力センサ（１０）と、
前記冷媒圧力センサ（１０）で測定された値を用いて前記第１絞り装置（４）または前記第２絞り装置（６）の開度を制御する絞り装置制御部（８）とをさらに備えた請求項１記載のヒートポンプ式乾燥機（１００）。
【請求項５】
前記絞り装置制御部（８）が、
前記冷媒圧力センサ（１０）の圧力測定値とあらかじめ設定された圧力設定値を比較し、
前記圧力設定値より前記圧力測定値が大きい場合、前記第１絞り装置（４）の開度を狭め、かつ前記第２絞り装置（６）の開度を広げ、
前記圧力設定値より前記圧力測定値が小さい場合、前記第１絞り装置（４）の開度を広げ、かつ前記第２絞り装置（６）の開度を狭める制御をする請求項３記載のヒートポンプ式乾燥機（１００）。
【請求項６】
前記第１絞り装置（４）もしくは前記第２絞り装置（６）の開度を固定し、もう一方の固定されていない絞り装置のみ制御する請求項３または５記載のヒートポンプ式乾燥機（１００）。
【請求項７】
前記ヒートポンプ（１）は、高サイド圧力側が超臨界圧力で運転する請求項１から６いずれかに記載のヒートポンプ式乾燥機（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機、放熱器、絞り装置、蒸発器を接続して構成するヒートポンプを備えたヒートポンプ式乾燥機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般家庭にて使用される電気式の衣類乾燥機は、乾燥に必要な熱はヒータで電気エネルギーから変換されたものであり、家庭用のコンセントの電流容量からその熱量には限界があり、衣類乾燥時間短縮の障害となっていた。また、衣類乾燥に使用された熱は全て冷却用空気に奪われ再利用されることなく外部へ排出されていたのでエネルギー的に無駄が多いという課題があった。
【０００３】
従来の衣類乾燥機としては、ヒートポンプ装置を衣類乾燥の熱源として用いるとともに、乾燥用空気の一部を本体の外へ排出することで、低電力でかつ高除湿率の衣類乾燥機を提供するものがあった（例えば特許文献１参照）。図８は、前記特許文献１に記載された従来の衣類乾燥機を示すものである。
【０００４】
図８において、回転ドラム６２は、衣類乾燥機本体６１内にて回転自在に設けられた乾燥室として使用される。送風機６３は乾燥用空気を回転ドラム６２からフィルタ６４、回転ドラム側吸気口６５を通って循環ダクト６６へ送るためのものであり、モータ６７によってファンベルト６８を介して駆動される。蒸発器６９は冷媒を蒸発させ乾燥用空気を冷却除湿し、凝縮器７０は冷媒を凝縮させ乾燥用空気を加熱し、圧縮機７１は冷媒に圧力差を生じさせ、キャピラリチューブ等の膨張機構７２は冷媒の圧力差を維持し、冷媒は配管７３を通るものであり、６９〜７３でヒートポンプ装置を構成している。凝縮器７０で加熱された乾燥用空気の一部は、排気口７４から本体６１外へ排出される。尚、矢印Ｂは乾燥用空気の流れを示している。
【特許文献１】特開平７−１７８２８９号公報（第４−５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような乾燥機では、空気の除湿性能を高めるためにヒートポンプの蒸発器の温度を低くしたいという要求がある反面、蒸発器温度が0℃以下になると蒸発器に露結した水分が着霜し、蒸発器における熱交換効率が下がり安定した冷凍サイクル運転が出来なくなるという課題を有していた。
【０００６】
そこで、本発明は、蒸発器への着霜量の低減をし、冷却能力を確保しながら運転開始から乾燥が終了するまで安定した冷凍サイクル運転を行なうことが出来るヒートポンプ式乾燥機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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のヒートポンプ乾燥機は、乾燥室（３０）と、
前記乾燥室（３０）と連結され空気を循環させるダクト（２０）と、
冷媒を圧縮する圧縮機（２）、前記圧縮機（２）で圧縮された冷媒を放熱する放熱器（３）、前記放熱器（３）で放熱した冷媒を減圧する第１絞り装置（４）、前記第１絞り装置（４）で減圧された冷媒を加熱する第１蒸発器（５）、前記第１蒸発器（５）で加熱された冷媒を減圧する第２絞り装置（６）、前記第２絞り装置（６）で減圧された冷媒を加熱し前記圧縮機（２）に冷媒を送りだす第２蒸発器（７）を有するヒートポンプ（１）と
を備え、
前記ダクト（２０）内に、前記乾燥室（３０）よりの空気を冷却する前記第１蒸発器（５）と、前記第１蒸発器（５）で冷却された空気をさらに冷却する前記第２蒸発器（７）と、前記第２蒸発器（７）で冷却された空気を加熱する前記放熱器（３）とを有し、前記放熱器（３）で加熱された空気を前記乾燥室（３０）に供給するように配置している。
【０００８】
なお、本発明における絞り装置とは、冷媒を減圧する手段であり、膨張弁や膨張機を含むものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、ヒートポンプ式乾燥機（１００）に蒸発器を二つ設け、それぞれの蒸発器の前に第１絞り装置（４）、第２絞り装置（６）を備えることによって、第１蒸発器（５）及び第２蒸発器（７）の温度をそれぞれ設定することが可能となる。したがって、第１蒸発器（５）では、冷媒の着霜温度以上の温度で空気を冷却し、第２蒸発器（７）では第１蒸発器（５）によりある程度除湿された空気をさらに低温に冷却することによって、最終的な空気の除湿温度を上げることなく蒸発器への着霜量を低減することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式乾燥機（１００）の構成図を図１に示す。実施の形態１のヒートポンプ式乾燥機（１００）は、乾燥室（３０）と、ダクト（２０）と、ヒートポンプ（１）を備える。ヒートポンプ（１）は、冷媒を圧縮する圧縮機（２）と、圧縮機（２）で圧縮された冷媒を放熱する放熱器（３）と、放熱器（３）で放熱した冷媒を減圧する第１絞り装置（４）と、第１絞り装置（４）で減圧された冷媒を加熱する第１蒸発器（５）と、第１蒸発器（５）で加熱された冷媒を減圧する第２絞り装置（６）と、第２絞り装置（６）で減圧された冷媒を加熱する第２蒸発器（７）を備える。
【００１１】
ここで、ヒートポンプ式乾燥機（１００）の動作を、図１を参照しながら説明する。まず乾燥すべき対象物（４０）を乾燥室（３０）内に置く。次に送風機（５１）を回転することで、乾燥室（３０）−ダクト（２０）−乾燥室（３０）という乾燥用空気の流れが生じる。ダクト（２０）内の放熱器（３）で加熱された乾燥用空気が乾燥室（３０）内に送られる。乾燥用空気は、乾燥室（３０）内の対象物（４０）から水分を奪うことにより多湿となった後、ダクト（２０）内の第１蒸発器（５）へ運ばれる。第１蒸発器（５）に熱を奪われた乾燥用空気は冷却によって除湿され、第２蒸発器（７）でさらに冷却する。その後、放熱器（３）へ運ばれ加熱し、再び乾燥室（３０）内へ送られる。
【００１２】
また、ヒートポンプ（１）を用いて加熱と冷却を繰り返すと、乾燥機（３０）内の温度が上昇するため、乾燥室（３０）内の温度は冷却ファン（５０）を用いてヒートポンプ式乾燥機（１００）内の温度制御をする。以上の結果、対象物（４０）を乾燥させるしくみである。なお、ここで乾燥対象物（４０）は例えば衣類である。ただし、その他のものであっても良い。また、対象物が衣類であるときは、本装置は、洗濯機能を備えている洗濯乾燥機としても良い。
【００１３】
本実施形態の冷凍サイクル装置における冷媒のモリエル線図は図２のようになる。放熱器（３）で熱を奪われた冷媒を、第１絞り装置（４）で減圧し、第１蒸発器（５）に送る。第１蒸発器（５）では、空気の温度が比較的高いので、着霜が起きない程度の蒸発器温度で空気を冷却し、除湿する。次に、空気から熱を奪った冷媒を第２絞り装置（６）でさらに減圧し、第２蒸発器（７）に送る。第２蒸発器（７）では、第１蒸発器（５）で冷却された空気をさらに冷却する。空気は、第２蒸発器（７）ではかなり低温になるが、既に第１蒸発器（５）で除湿されているので、除湿量は少なく、着霜しにくい。次に、第２蒸発器（７）で空気からさらに熱を奪った冷媒を圧縮機（２）で圧縮し、放熱器（３）に送る。放熱器では、冷却された空気を再加熱し、乾燥室（３０）に送る。以上のサイクルを繰り返す。
【００１４】
以上説明したように、空気を第１蒸発器（５）での冷却によってある程度除湿するため、第２蒸発器（７）では着霜温度以下の蒸発器温度で空気を冷却しても、従来のような第１蒸発器（５）を介さずに冷却する場合と比べて着霜の発生を抑えることができる。
【００１５】
第１絞り装置（４）、第２絞り装置（６）の開度と第１蒸発器（５）、第２蒸発器（７）における冷媒圧力および温度の関係について図３、図４を用いて説明する。冷媒の圧力と温度は、絞り装置の開度に対して同様の変化をする。つまり、図３のように、第１絞り装置（４）は、開度を広げることによって第１蒸発器（５）と第２蒸発器（７）共に圧力と温度の両方を高くする効果がある。また、図４のように、第２絞り装置（６）は、開度を広げることによって第１蒸発器（５）の圧力と温度の両方を低くし、第２蒸発器（７）は圧力と温度の両方を高くする効果がある。従って、第２蒸発器（７）の温度と圧力を変化させずに第１蒸発器（５）の温度と圧力を制御するためには、第１絞り装置（４）と第２絞り装置（６）を相反する制御を行なえばよい。
【００１６】
また、図４に示すＡ点は、冷媒飽和温度が０℃に相当する冷媒圧力であり、第１蒸発器（５）に着霜が発生しないようにするためには、第２絞り装置（６）の開度をＢ点よりも閉の方向に制御すればよい。
【００１７】
本実施の形態の乾燥機は、図１に示すように第１蒸発器（５）の冷媒温度を測定する冷媒温度センサ（９）と冷媒温度に応じて第１絞り装置（４）と第２絞り装置（６）の開度を変化させる絞り装置制御部（８）を設けている。絞り装置制御部（８）は、冷媒温度センサ（９）によって、第１蒸発器（５）の温度を測定し、測定値に応じて第１絞り装置（４）と第２絞り装置（６）の開度を制御する。以下に、絞り装置制御部（８）の動作について、図５のフローチャートを用いて、具体的に説明する。
【００１８】
測定された冷媒温度Ｔevaとあらかじめ設定された設定温度Ｔｍ（例えば２℃）を比較する（Ｓ１０１）。ＴevaとＴmが等しい場合、第１絞り装置（４）、第２絞り装置（６）共に開度を維持し、制御を終了する。ＴevaとＴmの値が異なる場合、ＴevaとＴmの大小を比較する（Ｓ１０２）。ＴevaがＴmより小さい場合には、第１蒸発器（５）に着霜が発生する危険性が高いことを示しており、第１絞り装置（４）の開度を大きくなるように、かつ第２絞り装置（６）の開度を小さくなるように制御する（Ｓ１０３）。つまり、第１蒸発器（５）の冷媒圧力すなわち冷媒温度が上昇するので、着霜の発生を抑制することができる。第２蒸発器（７）の温度は、ほぼ一定である。この後、工程S１０１に戻る。また、工程Ｓ１０２で、ＴevaがＴｍより大きい場合は、第１絞り装置（４）の開度を小さくなるように、かつ第２絞り装置（６）の開度を大きくなるように制御する（Ｓ１０４）。このことによって、第１蒸発器（５）の温度は低下し、除湿能力は向上する。第２蒸発器（７）の温度は、ほぼ一定である。その後、工程S１０１に戻る。このように、工程Ｓ１０１〜工程Ｓ１０３（Ｓ１０４）を工程Ｓ１０１でＴevaとＴｍが等しくなるまで繰り返す。ＴevaとＴmが等しくなったとき、制御を終了する。なお、制御が終了後、一定時間経過する毎に再度制御を開始することによって安定性が高まる。
【００１９】
上記のように、第１蒸発器（５）の冷媒温度を測定し、第１絞り装置（４）および第２絞り装置（６）の開度を制御することによって、第１蒸発器（５）への着霜を抑制することができ、運転開始から安定した冷凍サイクル運転を行うことができる。また、一方の絞り装置の開度を大きくし、他方の絞り装置の開度を小さくするという制御によって、圧縮
機（２）の圧力負荷を概略一定に出来るという利点がある。また、本実施形態では第１、第２蒸発器（５、７）を用いているので、単一の蒸発器の場合に比べて、第２蒸発器（７）の着霜量を少なくすることができる。したがって、単一の蒸発器の場合に比べて、第２蒸発器（７）の温度をさらに下げることも可能であり、空気の除湿性能が高まり、乾燥時間の短縮が可能となり乾燥機の省エネルギー化ができる。
【００２０】
なお、設定温度Ｔmは一定の幅（例えば±０．５℃）を持たせて温度設定をしても良い。つまり工程Ｓ１０１において、Ｔevaがある一定の範囲のＴｍの値と等しくなったときに制御を終了してもよい。
【００２１】
また、工程Ｓ１０３又はＳ１０４において、一方の絞り装置の開度を固定化し、もう一方の絞り装置の開度を制御することでも、第１蒸発器（５）の温度制御は可能である。
【００２２】
また、冷媒温度センサ（９）は、第１蒸発器（５）に取り付けられ、第１蒸発器（５）配管の温度を測定するものであっても、冷媒流路に設けられ冷媒の温度を直接測定するものであっても良い。
【００２３】
また、冷媒としてフロン冷媒や自然冷媒などの種々の冷媒の利用が可能である。ただし、ヒートポンプ（１）の作動流体を高サイド圧力が超臨界状態となるような冷媒(例えば二酸化炭素)を用いると、次のような利点がある。従来のフロン冷媒は、放熱器において、空気と熱交換する際に、冷媒が過熱状態―気液二相状態―過冷却状態となる。対して、超臨界圧力で運転する場合は、相変化せずに熱交換を行うため、放熱器において空気の出口温度と冷媒入口温度の温度差は従来の冷媒を用いた場合よりも小さくすることができ、放熱器における空気の出口温度を高くすることが可能となる。
【００２４】
（実施の形態２）
実施の形態２のヒートポンプ式乾燥機（１００）は、図６に示すように、実施の形態１の冷媒温度センサの代わりに冷媒圧力センサ（１０）を備える。絞り装置制御部（８）は冷媒圧力の測定値に応じて、第１絞り装置（４）と第２絞り装置（６）の開度の制御をする。その他の点については、実施の形態１のヒートポンプ式乾燥機（１００）と同じである。以下は、相違点を中心に説明する。
【００２５】
絞り装置制御部（８）の動作について、図７のフローチャートを用いて、より具体的に説明する。冷媒圧力センサ（１０）は、第１蒸発器（５）の圧力Ｐevaを測定し、測定値に応じて絞り装置制御部（８）で以下の制御をする。
【００２６】
第１蒸発器（５）の圧力センサ（９）にて測定された冷媒圧力Pevaと、設定圧力Pm（例えば０．５MPa）を比較する（Ｓ２０１）。なお、Pmは着霜温度に対応する圧力よりも高い圧力に設定する。
【００２７】
PevaとPmがほぼ等しい場合、第１絞り装置（４）、第２絞り装置（６）共に開度を維持し、制御は終了する。
【００２８】
PevaとPmの値が異なる場合、PevaとPmの大小が比較される（Ｓ２０２）。PevaがPmより小さい場合には、第１蒸発器（５）に着霜が発生する危険性が高いことを示しており、第１絞り装置（４）の開度は大きくなるように、かつ第２絞り装置（６）の開度は小さくなるように制御する（Ｓ２０３）。その後、工程S２０１に戻る。つまり、第１蒸発器（５）の冷媒圧力に伴い冷媒温度が上昇するので、着霜の発生を抑制することができる。
【００２９】
また、PevaがPｍより大きい場合には、第１絞り装置（４）の開度は小さくなるように
、かつ第２絞り装置（６）の開度は大きくなるように制御する（Ｓ２０４）。その後、工程S２０１に戻る。このように、工程Ｓ２０１〜工程Ｓ２０３（Ｓ２０４）を工程Ｓ２０１でＰevaとＰｍが等しくなるまで繰り返す。ＰevaとＰmが等しくなったとき、制御を終了する。なお、制御が終了後、一定時間経過する毎に再度制御を開始することによって安定性が高まる。
【００３０】
このように、第１蒸発器（５）の冷媒圧力を測定し、第１絞り装置（４）および第２絞り装置（６）の開度を制御させることによって、実施の形態１と同様に第１蒸発器（５）への着霜の発生を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上説明したとおり、本発明はヒートポンプ式乾燥機の安定した運転と省エネルギー化を実現するものとして、多大な利用価値を有する。なお、衣類乾燥機だけではなく食器乾燥機や生ゴミ処理乾燥機などにも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１である乾燥機の構成図
【図２】本発明の実施の形態１である乾燥機のモリエル線図
【図３】本発明の実施の形態１である第１絞り装置開度と圧力の関係図
【図４】本発明の実施の形態１である第２絞り装置開度と圧力の関係図
【図５】本発明の実施の形態１である乾燥機の制御フローチャート
【図６】本発明の実施の形態２である乾燥機の構成図
【図７】本発明の実施の形態２である乾燥機の制御フローチャート
【図８】従来の衣類乾燥機の構成図
【符号の説明】
【００３３】
１：ヒートポンプ
２：圧縮機
３：放熱器
４：第１絞り装置
５：第１蒸発器
６：第２絞り装置
７：第２蒸発器
８：絞り装置制御部
９：冷媒温度センサ
１０：冷媒圧力センサ
２０：ダクト
３０：乾燥室
４０：乾燥対象物
５０：冷却ファン
５１：送風機
１００：ヒートポンプ式乾燥機
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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