(57)【要約】【課題】少ない消費電力で、衣類の洗浄効率及び乾燥効率を向上させることが可能な洗濯乾燥機を得ること。【解決手段】洗濯室および乾燥室である回転ドラム３が収容された水槽２と、圧縮機１４、凝縮器、絞り装置１６および蒸発器１７が冷媒回路で連結されたヒートポンプ装置とを備え、凝縮器は乾燥用熱交換器１５Ａと温水生成用熱交換器１５Ｂとが切り換え可能に並列配置されて構成されており、乾燥用熱交換器１５Ａ、回転ドラム３および蒸発器１７の間で空気を流通させる風路９と、水槽２内の水を温水生成用熱交換器１５Ｂを通して循環させる水路１０とを備えた洗濯乾燥機。【選択図】図１
2007143712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗濯室および乾燥室である回転ドラムが収容された水槽と、
圧縮機、凝縮器、絞り装置および蒸発器が冷媒回路で連結されたヒートポンプ装置とを備え、
前記凝縮器は乾燥用熱交換器と温水生成用熱交換器とが切り換え可能に並列配置されて構成されており、
前記乾燥用熱交換器、前記回転ドラムおよび前記蒸発器の間で空気を流通させる風路と、
前記水槽内の水を前記温水生成用熱交換器を通して循環させる水路と、
を備えたことを特徴とする洗濯乾燥機。
【請求項２】
前記温水生成用熱交換器を前記水槽の底部に設置したことを特徴とする請求項１記載の洗濯乾燥機。
【請求項３】
前記並列に設置した乾燥用熱交換器と温水生成用熱交換器とを切り換える流路切換装置を前記冷媒回路に備えたことを特徴とする請求項１または２記載の洗濯乾燥機。
【請求項４】
前記温水生成用熱交換器の冷媒出口側に逆流防止装置を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の洗濯乾燥機。
【請求項５】
前記水槽の水を加熱する際、前記温水生成用熱交換器を利用して前記ヒートポンプ装置の冷媒回路が構成され、前記水槽の水が前記水路を通して循環することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の洗濯乾燥機。
【請求項６】
前記衣類を乾燥する際、前記乾燥用熱交換器を利用して前記ヒートポンプ装置の冷媒回路が構成され、前記空気が前記風路を通して流れることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の洗濯乾燥機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は衣類の洗濯および乾燥を同一槽で行う洗濯機、乾燥機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
洗濯機の洗濯工程に用いられる水は、その水温を上げて洗濯を実行したほうが衣類の汚れを効率よく落とすことが知られている。このため近年の洗濯機には、温水生成用のヒータを設置し水温を上昇させて洗濯を行う洗濯機が存在する。
また、洗濯機に乾燥機を備えたものも普及しつつあり、その場合の乾燥工程の熱源には、ヒータやヒートポンプなどが利用されている（例えば、特許文献１，２）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１−２１２５９９号公報
【特許文献２】特開２００４−３２９７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ヒータは消費電力量が多く、ヒータを乾燥に利用した場合には、衣類に１００℃程度の温風をあてて乾燥させるため、衣類の劣化や縮みなどの課題が生じる。一方、ヒートポンプはヒータ式に比べ、冷媒の潜熱を用いて乾燥させるため効率が良く、消費電力量が小さい。また、ヒートポンプを乾燥に利用した場合には衣類にあたる温風もヒータ方式に較べて低く抑えることができ、衣類の劣化や縮みが少ない利点を有する。
【０００５】
本発明は上記の点を考慮してなされたもので、従来は乾燥用にのみ利用されていたヒートポンプを洗濯水の加熱にも利用して、少ない消費電力で、衣類の洗浄効率および乾燥効率を向上させることが可能な洗濯乾燥機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の洗濯乾燥機は、洗濯室および乾燥室である回転ドラムが収容された水槽と、圧縮機、凝縮器、絞り装置および蒸発器が冷媒回路で連結されたヒートポンプ装置とを備え、前記凝縮器は乾燥用熱交換器と温水生成用熱交換器とが切り換え可能に並列配置されて構成されており、前記乾燥用熱交換器、前記回転ドラムおよび前記蒸発器の間で空気を流通させる風路と、前記水槽内の水を前記温水生成用熱交換器を通して循環させる水路と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、洗濯工程時には、圧縮機、温水生成用熱交換器、絞り装置および蒸発器により構成されたヒートポンプ装置を駆動させ、温水生成用熱交換器で、ヒートポンプ装置の冷媒と上記水路を介して循環する水槽の水（洗濯水）とを熱交換させることで、水槽内の水の温度を洗濯に適した温度まで上げることができる。また、乾燥工程時には、圧縮機、乾燥用熱交換器、絞り装置および蒸発器により構成されたヒートポンプ装置を駆動させ、乾燥用熱交換器で、ヒートポンプ装置の冷媒と上記風路を通して流れる空気とを熱交換させることで、衣類の入った回転ドラムに温風または除湿空気を通すことができる。従って、本発明の洗濯乾燥機によれば、少ない消費電力で、衣類の洗浄効率および乾燥効率を向上させることが可能な洗濯乾燥機を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施形態１
（洗濯室および乾燥室）
図１は本発明の洗濯乾燥機の実施形態１に係る構成を示す側面断面図である。この洗濯乾燥機１は、その上部に、洗濯室および乾燥室である回転ドラム３が収容された水槽２を備え、洗濯乾燥機１の前面には、回転ドラム３の内部に通じる開口部（衣類投入口）５が形成され、その開口部５には開閉可能な扉５Ａが備えられている。回転ドラム３は排水や脱水時に水を通過させる多数の小孔３Ａをその外周に備えており、モータ４により駆動される。水槽２はダンパーとスプリングなどで構成されるサスペンション（図示せず）により弾性的に支持され、洗濯、脱水、乾燥時の振動が吸収されるように構成されている。なお、図１では、水槽２の給水系統および排水系統の図示を省略している。
【０００９】
（ヒートポンプ装置）
洗濯乾燥機１はその下部にヒートポンプ装置を備えている。このヒートポンプ装置は、圧縮機１４、凝縮器（乾燥用熱交換器１５Ａ、温水生成用熱交換器１５Ｂ）、絞り装置１６および蒸発器１７がパイプで順に連結されて、冷媒回路１３が構成されて成る。この冷媒回路１３は図２に示すように表すことができる。なお、冷媒としては、例えばＲ１３４ａ、Ｒ６００ａ(イソブタン)、ＣＯ2などの冷媒を使用することができる。
圧縮機１４はロータリタイプの圧縮構造を有し、インバータにより駆動するモータが内蔵してあり、ピストンの回転数を変えて圧縮能力を調整することができる。圧縮機１４はレシプロタイプやスクロールタイプなど他の形式でもかまわない。また、圧縮機１４に内蔵してあるモータもインバータタイプに限ることなく、一定の回転数で駆動するタイプでもよい。
【００１０】
凝縮器として作用する乾燥用熱交換器１５Ａと温水生成用熱交換器１５Ｂは、ヒートポンプ装置の冷媒回路１３に並列配置されて、それらの上流側に設けられた流路切換弁１８により切り換え可能とされている。流路切換弁１８の切り換えは手動によっても可能であるが、運転操作スイッチに連動して自動的に切り換わるようにしておくのが好ましい。
絞り装置１６は膨張弁であり、例えばオリフィスとニードルで構成されて、その開度を調整することが可能となっている。乾燥用熱交換器１５Ａおよび温水生成用熱交換器１５Ｂと絞り装置１６との間には、一方の熱交換器から他方の熱交換器への冷媒の逆流を防止する逆止弁１９Ａ，１９Ｂが設けられている。
【００１１】
なお、蒸発器１７の底面にはドレン水を受けるドレン皿が設置されており、衣類乾燥機１に設置されている排水経路に樹脂製のパイプ等で接続されている。また、乾燥用熱交換器１５Ａ、温水生成用熱交換器１５Ｂ、および蒸発器１７には温度検知装置が設置されている。これらのドレン皿、パイプ、温度検知装置については図示を省略している。
【００１２】
（空気風路）
水槽２の背面には給気口６が設けられ、その給気口６は小孔３Ａを介して回転ドラム３の内部と連通している。また、水槽２の前側上部には回転ドラム３の内部と連通している排気口７や、衣類から放出されたリントを捕獲するリントフィルタ８が設けられている。そして、乾燥用熱交換器１５Ａ、給気口６、回転ドラム３、排気口７、リントフィルタ８、および蒸発器１７がダクトを介して接続されて空気循環風路９を形成している。なお、空気循環風路９の乾燥用熱交換器１５Ａ近傍および蒸発器１７の近傍には、それぞれ送風機が設けられているが、図では乾燥用熱交換器１５Ａの近傍に配置した送風機２０のみ示している。
【００１３】
ところで、水槽２に設けられる給気口６は水槽２の底部に設け、乾燥用熱交換器１５Ａからの温風が回転ドラム３の下から上へ上昇するようにするのが好ましい。しかし、水槽２には洗濯水が貯えられるため、その洗濯水が給気口６から漏れ出さないようにする必要がある。そこでこの例では、図１に示すように、給気口６を水槽２の背面上部に設けるとともに、乾燥用熱交換器１５Ａからの温風を回転ドラム３の下方に向けて送り出す送風機２１を設けて対処している。なお、空気の流れの観点から、給気口６と排気口７は点対称の位置に配置した方が良い。その場合には、給気口６を回転ドラム３の背面下部に設け、そこに逆止弁を備える構成としても良い。
【００１４】
（洗濯水循環水路）
水槽２の下部には水槽２内の水を温水生成用熱交換器１５Ｂを介して循環させる洗濯水循環水路１０が形成されており、水槽２から水路１０への出口には水槽２内の水を循環させるポンプ１１が配置されている。これにより、水槽２の下端部より水槽２内の水をポンプ１１を介して温水生成用熱交換器１５Ｂに送り出し、そこで冷媒と熱交換して加熱された温水を、水槽２内へ戻すことができるようになっている。なお、温水生成用熱交換器１５Ｂは、加熱効率の観点から水槽２の底部に配置されているのが好ましい。
【００１５】
（乾燥洗濯機の洗濯動作）
続いて、乾燥洗濯機１の洗濯動作を図３を参照しながら説明する。利用者により洗濯運転が指示された場合、ヒートポンプ装置の冷媒回路１３は、流路切換弁３４により圧縮機１４と温水生成用熱交換器１５Ｂとが連通するように切り換わる。なお、この制御を含めて、乾燥洗濯機１内の各機器は制御基板３０により制御されているものとする。
また、水槽２内の回転ドラム３は駆動用のモータ４により回転し、数秒間運転する。このとき、モータ４にかかるトルクを電流と電圧より算出し、回転ドラム３内の乾燥負荷量を検知する。検知したトルクと負荷量の関係より、予め設定された回転ドラム３の回転数および必要水量決定する。これを基に水が注入され、さらにポンプ１６を起動し、洗濯水循環水路１０を利用して水槽２に蓄えられた洗濯水を、矢印Ｅのように循環させる。
次いでヒートポンプ装置を起動し、冷媒を矢印Ｆのように循環させる。この際、予め室温度検知装置（図示せず）により検知された冷媒温度を基に圧縮機１４の回転数を決定している。これにより、温水生成用熱交換器１５Ｂでは、洗濯水と冷媒との間で熱交換が行われ、洗濯水は加熱されて６０°程度の温水となって、水槽２内へその水面部付近から流れ込む。なお、洗濯水循環水路１０の温水生成用熱交換器１５Ｂ入口付近に温度検知手段（図示せず）を設置しておき、水温が予め設定された温度となった場合、ヒートポンプ装置による水の加熱運転を停止するように制御されるようにしている。
【００１６】
ここで、凝縮器として温水生成用熱交換器１５Ｂを利用したヒートポンプ装置の動作を、図５に示すＰ-ｈ線図を用いて説明する。図５のＰ-ｈ線図に破線で示されている線図中のアルファベットＡ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’の位置は、図２のヒートポンプ冷媒回路のアルファベットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの位置およびその位置での冷媒に対応している。
圧縮機１４により圧縮された冷媒は高温高圧の過熱蒸気冷媒(Ｂ)となって圧縮機１４を吐出し、温水生成用熱交換器１５Ｂに流れ込む。その冷媒（Ｂ）は、温水生成用熱交換器１５Ｂで水路１０を流れる洗濯水と熱交換を行い、冷却された凝縮液化冷媒(Ｃ)となって絞り装置１６に入る。冷媒は絞り装置１６で減圧され、低温二相の冷媒（Ｄ）となり、蒸発器１７に入る。蒸発器１７で、冷媒は回転ドラム３より流れ出た中温（室温）空気と熱交換を行って熱を奪い、蒸発気化する。そして蒸発気化した冷媒（Ａ）は再び圧縮機１４に入る。
【００１７】
以上のように、ヒートポンプ装置を用いて洗濯水を４０〜６０℃の温水に加熱すると、従来の電気ヒータを用いた加熱方式に比べて、消費電力量を５０％程度節約しながら、しかも洗浄効率を向上させることができる。
【００１８】
（乾燥洗濯機の乾燥動作）
次に、乾燥洗濯機１の乾燥動作を図４を参照しながら説明する。利用者により乾燥運転が指示された場合、ヒートポンプ装置の冷媒回路は、流路切換弁３４により圧縮機１４と乾燥用熱交換器１５Ａとが連通するように切り換わる。また、水槽２内の回転ドラム３が駆動用のモータ４により回転し、数秒間運転する。このとき、モータ４にかかるトルクを電流と電圧より算出し、回転ドラム３内の乾燥負荷量を検知する。検知したトルクと負荷量の関係より、予め設定された回転ドラム３の回転数および送風機２０，２１の回転数でそれぞれの運転を開始し、次いで圧縮機１４を駆動してヒートポンプ装置を動作させる。この際、予め室温度検知手段（図示せず）により検知された温度を基に圧縮機１４の回転数を決定している。
【００１９】
凝縮器として乾燥用熱交換器１５Ａを利用したヒートポンプ装置の動作を、図５に示すＰ-ｈ線図を用いて説明する。図５のＰ-ｈ線図に実線で示されている線図中のアルファベットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの位置は、図２のヒートポンプ冷媒回路のアルファベットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの位置およびその位置での冷媒に対応している。
圧縮機１４により圧縮された冷媒は高温高圧の過熱蒸気冷媒(Ｂ)となって圧縮機１４を吐出し、乾燥用熱交換器１５Ａに流れ込む。乾燥用熱交換器１５Ａで冷媒は、蒸発器１７を経て送られて来た空気（中温空気）と熱交換を行いその空気に熱を放出する。これにより加熱された空気は送風機２０を経て回転ドラム３に入り、衣類の乾燥に供される。一方、乾燥用熱交換器１５Ａを出た冷媒は凝縮液化(Ｃ)する。凝縮液化した冷媒（Ｃ）は絞り装置１６で減圧され、低温二相冷媒(Ｄ)となって蒸発器１７に流れ込む。蒸発器１７で冷媒は回転ドラム３から流出した空気（中温空気）により加熱され蒸発気化する。このとき、ドラム３から流出された空気は水分を奪われ温度も低下する。そして、この除湿空気が乾燥用熱交換器１５Ａを介して回転ドラム３に入ることで衣類の乾燥がさらに促進される。蒸発器１７で蒸発気化した冷媒は蒸気冷媒(Ａ)となって圧縮機１４に吸入されて再び圧縮される。この例の場合、以上のように、冷媒は冷媒回路１３を図４の矢印Ｇの方向に循環し、空気は風路９を図４の矢印Ｈの方向に循環する。
【００２０】
乾燥工程が進むと、回転ドラム３内の衣類はドラム内部全体で広がり回転ドラム内を通過する空気流量が低下する。このときヒートポンプ装置の凝縮温度が上昇し、圧縮機１４の運転範囲を超えようとする。この場合、乾燥用熱交換器１５Ａに設置された凝縮温度検知装置（図示せず）により検知された温度が、予め設定された値より大きくなった場合は、圧縮機１４の回転数を低下させるように制御されている。反対に、予め設定された温度より凝縮温度が低くなった場合は、圧縮機１４の回転数を大きくするように制御されている。
【００２１】
ヒートポンプ装置を用いた衣類乾燥機においては、循環空気による低温除湿乾燥のため衣類を損傷させることなく乾燥ができ、しかもヒータを使用した加熱乾燥に較べて時間も消費電力量も節約できる。
また、洗濯に用いる水を予めヒートポンプ装置を用いて４０℃〜６０℃の温水に加熱し、その温水を用いて洗濯を行うことにより、従来用いていた電気ヒータ方式に較べ消費電力量を５０％程度削減しつつ、洗浄効率を向上させることが可能となる。
【００２２】
実施形態２
図６は本発明の実施形態２に係る衣類乾燥機の側面断面図である。この衣類乾燥機１Ａは、風路の構成を除いて、図１に示した実施形態１に係る衣類乾燥機１と同様のものである。すなわち、実施形態１の風路は循環風路９であったのに対して、実施形態２の風路は図６に示すように、給気口２２Ａから衣類乾燥機１Ａ内に空気を取り込み、その空気を、乾燥用熱交換器１５Ａ、回転ドラム３、蒸発器１７および送風機２３を経由して、排気口２２Ｂから衣類乾燥機１Ａ外に排出するようにした、１パス風路２２となっている点である。また、ここでは、水槽２への給気口６を水槽２の背面下部に設けた例とした。
循環風路９の場合には、主として蒸発器１７の除湿分で衣類を乾燥させているのに対して、１パス風路２２の場合には、乾燥用熱交換器１５Ａの放熱分で衣類の乾燥を行う。従って、実施形態２の方が実施形態１の場合より、衣類の乾燥性能が良くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態１に係る衣類乾燥機の側面断面図。
【図２】図１に備えられているヒートポンプ装置の冷媒回路構成図。
【図３】図１の衣類乾燥機における冷媒の流れと洗濯水の流れを示す側面断面図。
【図４】図１の衣類乾燥機における冷媒の流れと乾燥空気の流れを示す側面断面図。
【図５】図１の衣類乾燥機のヒートポンプＰ−ｈ線図。
【図６】本発明の実施形態２に係る衣類乾燥機の側面断面図。
【符号の説明】
【００２４】
１，１Ａ  洗濯乾燥機、２  水槽、３  回転ドラム、４  モータ、５  開口部、５Ａ  開閉扉、６  給気口、７  排気口、８  リントフィルタ、９  空気循環風路、１０  洗濯水循環水路、１１  ポンプ、１３  冷媒回路、１４  圧縮機、１５Ａ  乾燥用熱交換器（凝縮器）、１５Ｂ  温水生成用熱交換器（凝縮器）、１６  絞り装置、１７  蒸発器、
１８  流路切換弁、１９Ａ，１９Ｂ  逆止弁、２０，２１  送風機、２２  １パス風路、２２Ａ  給気口、２２Ｂ  排気口、２３  送風機、３０  制御基板。
【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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