(57)【要約】  一実施形態では、洗濯乾燥システムは、電力および蒸気を生成するように構成された燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットから電力の供給を受けるように構成されたモータと、前記燃料電池ユニットから蒸気の供給を受け、加熱された空気および加熱された水を生成するように構成された熱交換器と、前記熱交換器から前記加熱された空気および前記加熱された水の少なくとも一方の供給を受けるように構成された回転可能なドラムと、前記モータおよび前記回転可能なドラムに結合された駆動シャフトと、を含む。一実施形態では、洗濯乾燥システムは、前記駆動シャフトおよび前記回転可能なドラムを所定の回転速度で回転させるように、前記モータの動作を制御する制御ユニットをさらに含む。一実施形態では、前記燃料電池ユニットは少なくとも１つの固体酸化物燃料電池を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力と蒸気を生成するように構成された燃料電池ユニットと、
前記燃料電池ユニットから電力の供給を受けるように構成されたモータと、
前記燃料電池ユニットから蒸気の供給を受け、加熱された空気と加熱された水を生成するように構成された熱交換器と、
前記熱交換器から前記加熱された空気および前記加熱された水の少なくとも一方の供給を受けるように構成された回転可能なドラムと、
前記モータと前記回転可能なドラムに結合された駆動シャフトと、
を備えたシステム。
【請求項２】
前記駆動シャフトおよび前記回転可能なドラムを所定の回転速度で回転させるように、前記モータの動作を制御する制御ユニットをさらに備える、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記燃料電池ユニットは、少なくとも１つの固体酸化物燃料電池チューブを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記燃料電池ユニットは、少なくとも１つの平板状の固体酸化物燃料電池を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記燃料電池ユニットは、少なくとも１つのプロトン交換膜燃料電池を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記燃料電池ユニットに使用するために、燃料を少なくとも水素ガスに改質するように構成された改質器をさらに備える、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
電力と蒸気を生成するように構成された燃料電池ユニットと、
前記燃料電池ユニットから前記電力の供給を受けるように構成されたモータと、
前記燃料電池ユニットから前記蒸気の供給を受け、加熱された空気と加熱された水を生成するように構成された熱交換器と、
乾燥サイクルの間、前記熱交換器から前記加熱された空気の供給を受け、洗濯サイクルの間、前記熱交換器から前記加熱された水の供給を受けるように構成された回転可能なドラムと、
前記モータと前記回転可能なドラムに結合された駆動シャフトと、
を備えたデュアルモード布地処理装置。
【請求項８】
前記駆動シャフトおよび前記回転可能なドラムを所定の回転速度で回転させるように、前記モータの動作を制御する制御ユニットをさらに備える、請求項７記載のデュアルモード布地処理装置。
【請求項９】
前記燃料電池ユニットは、少なくとも１つの固体酸化物燃料電池チューブを含む、請求項７記載のデュアルモード布地処理装置。
【請求項１０】
前記燃料電池ユニットは、少なくとも１つの平板状の固体酸化物燃料電池を含む、請求項７記載のデュアルモード布地処理装置。
【請求項１１】
前記燃料電池ユニットは、少なくとも１つのプロトン交換膜燃料電池を含む、請求項７記載のデュアルモード布地処理装置。
【請求項１２】
前記燃料電池ユニットに使用するために、燃料を少なくとも水素ガスに改質するように構成された改質器をさらに備える、請求項７記載のデュアルモード布地処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、洗濯乾燥システムに関し、より詳細には、燃料電池を含む高効率洗濯乾燥システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用または商用の洗濯機および乾燥機は、ホテル、レストラン、病院などの施設で使用され、一般に、家庭用モデルよりもはるかに大きな、布地にして約６０〜１６０ポンドの範囲の負荷を扱う。このような大型の機械は、洗濯サイクルにおける水の加熱、乾燥サイクルにおける空気の加熱、布地を保持するドラムを駆動するモータへの電力供給のために大量のエネルギーを必要とする。最新の高効率とされる産業用洗濯乾燥両用システムのエネルギー効率は、わずか３０〜４０％程度である。また、最新の産業用洗濯機は、通常、石炭、石油、天然ガスなどの伝統的な原料を用いる電力に依存し、窒素酸化物（ＮＯｘ）など、大気汚染の要因となる排出物も発生させる。このため、よりクリーンで、より高いエネルギー効率を有する洗濯乾燥システムが必要とされている。
【発明の概要】
【０００３】
一実施形態では、洗濯乾燥機システムは、燃料電池ユニットと、モータと、熱交換器と、回転可能なドラムと、駆動シャフトと、を含み、燃料電池ユニットは、電力および蒸気を生成するように構成され、モータは、燃料電池ユニットから電力の供給を受けるように構成され、熱交換器は、燃料電池ユニットから蒸気の供給を受け、加熱された空気および加熱された水を生成するように構成され、回転可能なドラムは、熱交換器から加熱された空気および加熱された水の少なくとも一方の供給を受けるように構成され、駆動シャフトは、モータおよび回転ドラムに結合される。一実施形態では、洗濯乾燥機システムは、制御ユニットをさらに含み、制御ユニットは、駆動シャフトおよび回転可能なドラムを所定の回転速度で回転させるように、モータの動作を制御する。一実施形態では、燃料電池ユニットは、少なくとも１つの固体酸化物燃料電池を含む。
【０００４】
一実施形態では、デュアルモード布地処理装置は、燃料電池ユニットと、モータと、熱交換器と、回転可能なドラムと、駆動シャフトと、を含み、燃料電池ユニットは、電力および蒸気を生成するように構成され、モータは、燃料電池ユニットから電力の供給を受けるように構成され、熱交換器は、燃料電池ユニットから蒸気の供給を受け、加熱された空気および加熱された水を生成するように構成され、回転可能なドラムは、乾燥サイクルの間に、熱交換器から加熱された空気の供給を受け、洗濯サイクルの間に、熱交換器から加熱された水の供給を受けるように構成され、駆動シャフトは、モータと回転可能なドラムとに結合される。一実施形態では、デュアルモード布地処理装置は、制御ユニットをさらに含み、制御ユニットは、駆動シャフトおよび回転ドラムを所定の回転速度で回転させるように、モータの動作を制御する。一実施形態では、燃料電池ユニットは、少なくとも１つの固体酸化物燃料電池を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】固体酸化物燃料電池の動作原理の図である。
【図２】本発明に係る高効率洗濯乾燥システムの一実施形態の図である。
【図３】本発明に係る高効率洗濯乾燥システムの一実施形態の図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図１は、固体酸化物燃料電池１００の動作原理の図である。燃料電池は、気体燃料を酸化剤と電気化学的に結合させ、気体燃料を電気エネルギーと熱に変換する。固体酸化物燃料電池１００は、アノード１１２、電解質１１４およびカソード１１６を含む。水素ガス（Ｈ２）、天然メタンガス（ＣＨ３）、および/または、一酸化炭素（ＣＯ）などの燃料がアノード１１２に導入され、酸素を含む空気などの酸化剤がカソード１１６に導入される。カソード１１６に供給された酸素分子は、外部回路１１８から入ってくる電子と反応して酸素イオンを形成する。酸素イオンは、イオン伝導性セラミック材料である電解質１１４を通ってアノード１１２に移動する。アノード１１２では、酸化物イオンが燃料中の水素および／またはＣＯと結合し、電子を解放しながら、水（蒸気）および／またはＣＯ２を形成する。電子は、アノード１１２から外部回路１１８を通ってカソード１１６に流れる。
【０００７】
固体酸化物燃料電池１００の内部における電気化学反応は、かなりの量の熱を生成する。例えば、固体酸化物燃料電池１００は、約６５０から１０００℃の範囲の動作温度を有することができる。発生した熱は、カソード１１２において燃料から生成された水を、固体酸化物燃料電池１００から蒸気として出力させる。
【０００８】
固体酸化物燃料電池のデザインは、チューブ状のデザインおよび平板状のデザインを含む。基本的なチューブ状のデザインでは、アノード、電解質、およびカソードの材料層は、チューブ状に形成される。酸化剤はチューブの中心を流れ、アノードに接触する。燃料はチューブの外側を流れ、カソードに接触する。基本的な平板状のデザインでは、陽極、電解質、および陰極材料は、長方形の板状の層に形成される。酸化剤は、平板のアノード側を流れ、燃料は、平板のカソード側を流れる。典型的な用途では、複数の燃料電池が直列に接続され、スタック（平板状セルの場合）またはバンドル（チューブ状セルの場合）を形成し、スタックまたはバンドルは、個々の燃料電池よりも高い出力電圧を生成する。
【０００９】
図２は、本発明に係る高効率洗濯乾燥機システム２００の一実施形態の図である。洗濯乾燥システム２００は、布地物品を洗濯および乾燥するための２つの動作モードを有する。本明細書で使用される「布地物品」という用語は、通常の洗濯プロセスで習慣的に洗濯される物品（衣料品、リネンおよびカーテン、衣料品の付属品、床カバー、および家具カバーを含む）を意味するが、これらに限定される訳ではない。洗濯乾燥機システム２００は、改質器２１０、燃料電池チューブ２１２、電源２３０、モータ２１４、熱交換器２１６、および洗濯／乾燥バレル２１８を含むが、これらに限定される訳ではない。改質器２１０は、燃料供給部２２０から燃料、好ましくは、メタンを含む天然ガスの供給を受け、蒸気供給部２２２からの蒸気の供給を受ける。別の実施形態では、改質器２１０は、それ自体、一体化された熱源と給水部からの水とを使用して蒸気を形成する。改質器２１０は、水素ガスと一酸化炭素とを形成するために燃料を水蒸気改質する。水素ガスおよび一酸化炭素は、コネクタ２４４を介して燃料電池チューブ２１２のアノード（図示せず）へ供給される。一実施形態では、燃料電池チューブ２１２は、約５００Ｗの定格電力の固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）チューブである。燃料電池チューブ２１２は、空気供給部２２４から空気の供給を受け、燃料と空気を電気化学的に反応させて電気エネルギーを生成し、電源２３０に供給する。燃料電池チューブ２１２は、蒸気および排出ガスも生成する。蒸気は、コネクタ２２８を介して熱交換器２１６に出力される。排出ガスは、一酸化炭素、二酸化炭素、および空気を含み、排気ポート２２６を介して放出される。洗濯乾燥システム２００の別の実施形態では、燃料電池チューブ２１２は、燃料を自己改質し、改質器２１０を必要としない。
【００１０】
電源２３０は、燃料電池チューブ２１２から供給された電気エネルギーを適切な電気信号に変換し、モータ２１４を動作させるために、バス２３２上に電気信号を出力する。モータ２１４は、洗濯／乾燥バレル２１８を回転させる駆動シャフト２３４に結合される。一実施形態では、モータ２１４は永久磁石モータであり、磁気誘導カプラを使用して駆動シャフト２３４に結合される。洗濯／乾燥バレル２１８の回転させることができる他のタイプのモータも、本発明の範囲内である。洗濯／乾燥バレル２１８は、洗濯および乾燥される布地物品を投入して回転させる穿孔ドラムであり、外ドラム２４６の内側に配置される。
【００１１】
熱交換器２１６は、空気供給部２３６から空気の供給を受け、給水部２３８から水の供給を受ける。熱交換器２１６は、燃料電池チューブ２１２から供給された蒸気を使用して流入した空気を加熱し、乾燥サイクルの間、洗濯／乾燥バレル２１８に、コネクタ２４０を介して加熱された空気を供給する。熱交換器２１６は、洗濯サイクルの間に適切な回数、コネクタ２４２を介してミキサー２５０に水を供給する。ミキサー２５０は、給水部２５２から加熱していない水の供給も受ける。特定の洗濯サイクル（例えば、高温洗濯／冷水リンスのサイクル）の仕様に応じて、ミキサー２５０は適切な温度の水を洗濯／乾燥バレル２１８に供給する。例えば、熱交換器２１６は、燃料電池チューブ２１２から供給された蒸気を使用して水を加熱し、混合器２５０に供給される熱水を生成する。熱水が必要な場合、ミキサー２５０は、熱水を洗濯／乾燥バレル２１８に供給する。温水が必要な場合、ミキサー２５０は、熱交換器２１６からの熱水と給水部２５２からの冷水を混合し、洗濯／乾燥バレル２１８に温水を供給する。冷水が必要な場合、ミキサー２５０は、給水部２５２から洗濯／乾燥バレル２１８に冷水を直接供給する。別の実施形態では、熱交換器２１６は、それ自体、洗濯／乾燥バレル２１８へ供給する水の温度を制御する機能を有する。
【００１２】
洗濯乾燥機システム２００は、有利に、燃料電池チューブ２１２を含み、モータ２１４へのクリーンな電気と、洗濯／乾燥バレル２１８における洗濯および乾燥サイクルのための熱の両方を提供する。実施形態に係る洗濯乾燥機システム２００は、約６０％以上のエネルギー効率を達成できる。燃料電池チューブを図２に示すが、固体酸化物燃料電池の、チューブ状のＳＯＦＣの束および平板上のＳＯＦＣのスタックを含むが、これらに限定されない他の構成は、本発明の範囲内にある。他のタイプの燃料電池、例えば、プロトン交換膜またはポリマー交換膜（ＰＥＭ）燃料電池も本発明の範囲に含まれるが、２００℃付近の温度で動作するＰＥＭ燃料電池では、洗濯乾燥機システムのＳＯＦＣとして、同じレベルのエネルギー効率を得られない場合もある。
【００１３】
図３は、本発明に係る高効率洗濯乾燥システム３００の一実施形態の図である。洗濯乾燥システム３００は、布地物品を洗濯および乾燥するために、２つの動作モードを有する。洗濯乾燥機システム３００は、改質器３１０、燃料電池チューブ３１２、電源３４２、モータ３１４、熱交換器３１６、洗濯／乾燥バレル３１８、水タンク３２０および水フィルタ３２２および制御ユニット３７０を含むが、これらに限定されない。改質器３１０は、燃料供給部３３６から燃料、好ましくはメタンを含む天然ガスの供給を受け、水タンク３２０からコネクタ３２６を介して水の供給を受ける。改質器３１０は、水素ガスおよび一酸化炭素を形成するために燃料を蒸気改質し、コネクタ３７４を介して燃料電池チューブ３１２のアノード（図示せず）へ、水素ガスおよび一酸化炭素を供給する。一実施形態では、燃料電池チューブ３１２は、約５００Ｗの定格電力の固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）チューブである。燃料電池チューブ３１２は、空気供給部３３８から空気の供給を受け、燃料と空気を電気化学的に反応させて電気エネルギーを生成し、電源３４２に供給する。燃料電池チューブ３１２は、蒸気も生成し、コネクタ３３４を介して熱交換器３１６に供給する。燃料電池チューブ３１２により生成された二酸化炭素などの排気ガスは、排気ポート３４０を介して放出される。洗濯乾燥システム３００の別の実施形態では、燃料電池チューブ３１２は、燃料を自己改質し、改質器３１０を必要としない。
【００１４】
電源３４２は、燃料電池チューブ３１２から供給された電気エネルギーを適切な電気信号に変換し、バス３４６を介して、モータ３１４、制御ユニット３７０、および薬剤ディスペンサ３４８に出力する。モータ３１４を動作させるために燃料電池チューブ３１２からの電気エネルギーの供給を必要としない場合（例えば、洗濯または乾燥サイクルを実行していないとき）、電源３４２は、洗濯乾燥機システム３００からコネクタ３４４を介して供給できる電気信号を生成するように構成される。コネクタ３４４からのエネルギー出力は、洗濯乾燥機システム３００と同じ敷地内にある他のシステム（例えば、照明、ＨＶＡＣ）に電力を供給するために使用するか、または、電力グリッドに供給することができる。
【００１５】
モータ３１４は、洗濯／乾燥バレル３１８を回転させる駆動シャフト３７２に結合される。一実施形態では、モータ３１４は、永久磁石モータであり、磁気誘導カプラを使用して駆動シャフト３７２に結合される。洗濯／乾燥バレル３１８を回転させることができる他の任意のタイプのモータは、本発明の範囲内にある。洗濯／乾燥バレル３１８は、洗濯および乾燥される布地物品を投入して回転させる穴あきドラムであり、外ドラム３７４の内側に位置する。排気ポート３５８は、乾燥サイクルの間、洗濯／乾燥バレル３１８からの空気の放出を可能にする。コネクタ３３２は、洗濯サイクルの間、洗濯／乾燥バレル３１８および外側ドラム３７４からの水の排出を可能にする。コネクタ３３２は、水タンク３２０に結合された水フィルタ３２２に洗濯水を排出し、再利用することを可能にする。別の実施形態では、洗濯／乾燥バレル３１８および外側ドラム３７４から排出された洗濯水は廃棄される。
【００１６】
熱交換器３１６は、空気供給部３６６からエアフィルタ３６８を介して空気の供給を受け、水タンク３２０からコネクタ３２８を介して水の供給を受ける。熱交換器３１６は、燃料電池チューブ３１２から供給を受けた蒸気を使用して流入する空気を加熱し、乾燥サイクルの間、加熱された空気を、コネクタ３６２を介して洗濯／乾燥バレル３１８に供給する。熱交換器３１６は、洗濯サイクルの間に適切な回数、コネクタ３６４を介してミキサー３６０に水を供給する。ミキサー３６０は、水タンク３２０からコネクタ３３０を介して加熱されていない水の供給も受ける。特定の洗濯サイクル（例えば、熱水洗濯／冷水リンスのサイクルもしくは温水洗濯／温水リンスのサイクル）の仕様に応じて、混合器３６０は適切な温度の水を洗濯／乾燥バレル３１８に供給する。例えば、熱交換器３１６は、燃料電池チューブ３１２から供給された蒸気を使用して水を加熱し、ミキサー３６０に供給する熱水を生成する。熱水が必要な場合、ミキサー３６０は、洗濯／乾燥バレル３１８に熱水を出力する。温水が必要な場合、ミキサー３６０は、熱交換器３１６から供給された熱水と水タンク３２０から供給された冷水とを混合し、洗濯／乾燥バレル３１８に温水を供給する。冷水が必要な場合、ミキサー３６０は、水タンク３２０から供給された冷水を、洗濯／乾燥バレル３１８に直接供給する。
【００１７】
制御ユニット３７０は、モータ３１４、薬剤ディスペンサ３４８、および、減圧器３５４の動作を制御するように構成されたマイクロプロセッサを含むプログラマブルデバイスであるが、これに限定さる訳ではない。例えば、一実施形態では、制御ユニット３７０は、 Raspberry Piなどの組み込みコンピューティングデバイスである。制御ユニット３７０は、モータ３１４にバス３５０を介して制御信号を送信し、洗濯／乾燥バレル３１８の回転開始、停止、および回転速度を制御する。制御ユニット３７０は、薬剤ディスペンサ３４８に制御信号を送信し、洗濯サイクルの間に適切な回数、洗剤、漂白剤、および柔軟剤などの薬剤を洗濯／乾燥バレル３１８に投入させる。制御ユニット３７０は、減圧器３５４に制御信号を送信し、乾燥サイクルの間、洗濯／乾燥バレル３１８の内部の空気圧を制御する。センサ３５６は、洗濯／乾燥バレル３１８に結合され、水位、温度、および空気圧の情報をバス３５２を介して制御ユニット３７０に与える。制御ユニット３７０は、ミキサー３６０に制御信号を送信し、洗濯サイクルの最新の状態に適合するように、洗濯／乾燥バレル３１８への熱水、温水または冷水の供給を制御する。また、制御ユニット３７０は、乾燥サイクルの間、洗濯／乾燥バレル３１８への空気の流入を制御し、洗濯サイクルの間、洗濯／乾燥バレル３１８からの排水を制御する。ユーザインタフェース３８０は、通信リンク３８２を介して制御ユニット３７０と通信する。ユーザインタフェース３８０は、オペレータが、洗濯／乾燥サイクルを開始および停止し、特定の洗濯／乾燥サイクル（例えば、熱水による通常の洗濯、漂白、高温乾燥）を選択できるようにする。また、ユーザインタフェース３８０により、オペレータは、洗濯乾燥機システム３００の最新のステータス情報、および、洗濯／乾燥サイクルの総数およびエネルギー使用量などの他の情報を得ることが可能になる。一実施形態では、ユーザインタフェース３８０は、洗濯乾燥機システム３００のハウジングに取り付けられたタッチスクリーンなどのディスプレイデバイスに表示される。別の実施形態では、ユーザインタフェース３８０は、ソフトウェアであり、制御ユニット３７０と通信するリモートコンピュータにおいて実行される。通信リンク３８２は、有線、無線、または、その組み合わせのネットワーク接続である。
【００１８】
水フィルタ３２２は、外部給水部３２４から水の供給を受け、洗濯／乾燥バレル３１８からコネクタ３３２を介して洗濯水を受け入れる。水フィルタ３２２によって濾過された水は、水タンク３２０に貯蔵される。一実施形態では、水フィルタ３２２は、水から不純物をろ過する活性炭を使用する。
【００１９】
洗濯乾燥システム３００は、モータ３１４へのクリーンな電気と、洗濯／乾燥バレル３１８における洗濯および乾燥サイクルのための熱の両方を供給する燃料電池チューブ３１２を有利に含む。洗濯乾燥システム３００の実施形態は、約６０％以上のエネルギー効率を達成することができる。燃料電池チューブは、図３に示されているが、固体酸化物燃料電池の、チューブ状のＳＯＦＣの束および平板上のＳＯＦＣのスタックを含むがこれらに限定されない他の構成、および、ＰＥＭ燃料電池などの他のタイプの燃料電池は、本発明の範囲内にある。
【００２０】
別の実施形態では、洗濯乾燥システム３００は、第２のモータ（図示せず）と、第２の洗濯／乾燥バレル（図示せず）と、を含む。第２のモータは、燃料電池チューブ３１２から電力供給を受け、第２の洗濯／乾燥バレルを駆動する。第２の洗濯／乾燥バレルは、熱交換器３１６から空気および水の供給を受ける。この実施形態では、燃料電池チューブ３１２は、両方のモータを同時に動作させるために十分な電力を生成する。
【００２１】
本発明は、上記の特定の実施形態を参照して記述されている。しかしながら、添付の特許請求の範囲に記載されている本発明のより広い思想および範囲から逸脱することなく、さまざまな修正および変更を加えることができることは明らかであろう。したがって、前述の説明および図面は、制限的ではなく例示的なものと見なされるべきである。
【図１】
2020517325.tif 000003
【図２】
2020517325.tif 000004
【図３】
2020517325.tif 000005
【国際調査報告】
2020517325.tif 000006