乾燥方法及び乾燥システム
【課題】高温の放熱を可能とするＣＯ２を冷媒とするヒートポンプ装置を乾燥機の温風発生装置として適用するに当り、ヒートポンプの熱バランスを常に良好に保持し、乾燥用空気の温度を精度良く制御する乾燥システムを実現する。
【解決手段】被乾燥物ｃを乾燥するための乾燥室１にＣＯ２を冷媒としたヒートポンプ装置を構成する加熱器（ガスクーラ）２３でＣＯ２冷媒を超臨界状態で運転させることにより加熱した乾燥用空気を導入するようにした乾燥方法において、加熱器２３に流入するＣＯ２冷媒の一部を該加熱器の上流側で分岐流路３１に必要放熱量に相当する流量だけ分岐させ、分岐したＣＯ２冷媒を熱交換器３９で外気ｏと熱交換させて外気に放熱することにより、乾燥室１に供給する乾燥用空気を精度良く設定温度に保持する。
【解決手段】被乾燥物ｃを乾燥するための乾燥室１にＣＯ２を冷媒としたヒートポンプ装置を構成する加熱器（ガスクーラ）２３でＣＯ２冷媒を超臨界状態で運転させることにより加熱した乾燥用空気を導入するようにした乾燥方法において、加熱器２３に流入するＣＯ２冷媒の一部を該加熱器の上流側で分岐流路３１に必要放熱量に相当する流量だけ分岐させ、分岐したＣＯ２冷媒を熱交換器３９で外気ｏと熱交換させて外気に放熱することにより、乾燥室１に供給する乾燥用空気を精度良く設定温度に保持する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯ２を冷媒とするヒートポンプを被乾燥物、特に衣類等の乾燥機の温風発生装置として用いるとともに、乾燥用空気の加熱温度を精度良く制御することができる乾燥方法及び乾燥システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
温風を用いた乾燥機は、クリーニングの乾燥工程、食品の製造プロセス、木材の乾燥工程、塗装やコーティングの乾燥工程など多岐に亘って用いられている。温風の発生源としては、ガスや重油などの燃料を用いたものや、電気ヒータが用いられている。
しかしながらガスや重油などの燃料や電気ヒータを使った場合、一度乾燥に供された熱はすべて外部に排出されて再利用されることがないため、熱効率が悪く、経済的でない。またガスや重油を使用する場合は、排ガスが発生して環境を悪化させる問題がある。
【０００３】
そのため特許文献１（特開平７−１７８２８９号公報）には、衣類乾燥機において、ヒートポンプ装置を衣類乾燥の熱源として用い、乾燥用空気を循環させ再利用することにより、外部に放出される熱量を回収し、エネルギーの有効利用を図るとともに、低電力でかつ高除湿率を狙った衣類乾燥機が開示されている。
【０００４】
特許文献１に開示された乾燥機は、乾燥機から取り出した乾燥用空気を再び乾燥機に戻す循環流路を形成し、該循環流路にヒートポンプ装置を構成する吸熱器（蒸発器）と放熱器（ガスクーラ）を介在させ、該吸熱器で乾燥用空気から熱を奪って除湿させた後、該乾燥用空気を放熱器で加熱して再び乾燥機に戻すようにしている。
【０００５】
しかし放熱器から乾燥用空気に放出される熱量は、吸熱器で乾燥用空気から奪う熱量に加えて、圧縮機が消費する電力にほぼ相当する分だけ多くなるため、乾燥用空気をそのまま循環し乾燥が進行するにつれ、乾燥用空気全体のもつ熱量が増え、その圧力が高くなる。また、吸熱器で乾燥用空気から奪う熱量と、放熱器から乾燥用空気に放出される熱量とのバランスが取れなくなり、効率的な運転が困難となる。
【０００６】
従ってヒートポンプ装置を効率的に安全に運転するためには、乾燥用空気の持つ熱量の一部を外部へ排出しつつ乾燥を行なわなくてはならない。特許文献１では、放熱器から出た高温低湿の乾燥用空気の一部を外部へ排出することで、外部に最小限の水分しか漏らさずに熱を逃がすことで、安全で安定したヒートポンプ装置の運転を実現している。
【０００７】
しかしながら特許文献１の構成では、放熱器で加熱した高温低湿の乾燥用空気の一部を衣類に当てる前に外部へ排出するために、結果的には、省エネ性を損ねているという問題がある。
そのため特許文献２（特開２００４−２３９５４９号公報）では、ヒートポンプ装置の冷媒の熱の一部を放熱器通過後に吸熱器までの間で外部に放出する熱バランス手段（具体的には、冷媒と外気とを熱交換して冷媒の保有熱を放出する。）を設けることによって、特許文献１のように放熱器から熱を得て高温となった乾燥用空気の一部を衣類に当てる前に外部に排出することをなくし、放熱量を最小にしている。
【０００８】
また特許文献２では、ＣＯ２冷媒を超臨界状態で運転することにより、放熱器の冷媒温度を上昇させ、これによって乾燥用空気を高温に加熱することができる利点もある。
特許文献２に開示されているように、ＣＯ２を熱媒とするヒートポンプは、自然の熱媒体であるＣＯ２を用いることにより安全であるとともに、高圧が超臨界状態となるため凝縮過程が存在せず、高圧側の熱交換器（ガスクーラ）により９０℃程度の高温水が容易に取り出せることから、現在ヒートポンプ式給湯機として普及がなされてきている。
【０００９】
【特許文献１】特開平７−１７８２８９号公報
【特許文献２】特開２００４−２３９５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら特許文献２では、ヒートポンプ装置の冷媒の熱の一部を放熱器通過後に吸熱器までの間で外部に放出する熱バランス手段（具体的には、特許文献２の図１に示す実施例１では、冷媒と外気とを熱交換して冷媒の保有熱を放出している。）を設けることによって、冷媒の保有熱の一部を放出しているが、特許文献２に添付された図５に示すように、放熱器通過後の冷媒の保有熱は、３０℃前後であり、外気と熱交換しても外気の温度とさほど変わらないため、熱交換率は低く、冷媒の放熱量を増加させることができない。
【００１１】
また特許文献２の図２に示す実施例２では、水タンク内に冷媒配管を配置させて冷媒の保有熱を冷却水に放熱しているが、かかる構成では、水タンクや給水管、排水管を必要とし、大掛かりな装置構成となってしまう問題点がある。
【００１２】
また特許文献２に開示された手段では、冷媒放熱量の制御は、前記実施例１では、熱交換器での外気の送風量を送風ファンの出力を変えて制御したり、前記実施例２では、水タンク内に供給する冷却水の量や温度を変えることにより行なうものであるが、いずれも冷媒の放熱量を正確に制御することは困難であり、従って乾燥用空気の加熱温度を精度良く制御することができないという問題点がある。
【００１３】
特に衣類は、コートや、スーツ、ワイシャツ、下着など大きさ、重量が異なる種々雑多な衣類が混ざっており、これらを大量に短時間で効率良く乾燥処理する場合は、乾燥用空気の温度を精度良く調整することが重要な要件となるが、前述のように従来方式ではかかる要件を満足することは困難である。
【００１４】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、高温の放熱を可能とするＣＯ２を冷媒とするヒートポンプ装置を乾燥機の温風発生装置として適用するに当り、ヒートポンプ内に蓄積する熱の外部への放出を簡単な構成で可能とし、かつ放熱量を正確に制御可能にし、もってヒートポンプの熱バランスを常に良好に保持し、乾燥用空気の温度を精度良く制御することができる乾燥システムを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するため、本発明の乾燥方法は、
被乾燥物を乾燥するための乾燥室にＣＯ２を冷媒としたヒートポンプ装置を構成するガスクーラでＣＯ２冷媒を超臨界状態で運転させることにより加熱した乾燥用空気を該乾燥室に導入するようにした乾燥方法において、
前記ガスクーラに流入するＣＯ２冷媒の一部を該ガスクーラの上流側で必要放熱量に相当する流量だけ分岐させ、
分岐したＣＯ２冷媒を外気と熱交換させて外気に放熱し、
その後分岐したＣＯ２冷媒を前記ガスクーラの下流側冷媒流路に戻すことにより、
前記乾燥室に供給する乾燥用空気を設定温度に保持するようにしたことを特徴とする。
【００１６】
本発明方法では、ガスクーラで超臨界状態のＣＯ２冷媒を乾燥用空気と熱交換させるため、高温の乾燥空気を製造可能であり、またガスクーラに流入するＣＯ２冷媒の一部を該ガスクーラの上流側で必要放熱量に相当する流量だけ分岐して外気と熱交換することにより、冷媒の放熱量を正確に設定することができる。
このように外気との熱交換器における冷媒の放熱量を正確に設定できるので、ヒートポンプ装置の熱バランスを常に良好に保持することができ、このため乾燥用空気の加熱温度を精度良く制御することができる。
【００１７】
また本発明方法においては、ガスクーラ上流側の高温高圧ガス状態のＣＯ２冷媒を外気との熱交換器に導入するため、冷媒と外気との温度差を大きく取ることができ、そのため冷媒と外気との熱交換率が良く、外気への放熱量が増大する。そのため放熱量の調整が容易になる。
【００１８】
本発明において、被乾燥物を搬送装置で移動させながら乾燥室内への搬入、該乾燥室内での乾燥処理及び該乾燥室からの搬送を行なう連続搬送乾燥方式や、被乾燥物を乾燥室に収容した後乾燥室を閉鎖して被乾燥物を乾燥し、乾燥処理後乾燥室から被乾燥物を搬出するようにした、いわゆるバッチ乾燥方式にも適用可能である。
【００１９】
例えば連続搬送乾燥方式の場合、被乾燥物が衣類である場合、衣類を搬送装置に取り付けたハンガーに掛けた状態で搬送しながら連続的に乾燥することができるし、食品や木材の場合であれば、ベルトコンベア等に載置したまま連続的に乾燥室内に搬入搬出してもよい。またバッチ乾燥方式の場合、被乾燥物を台車等で入口から乾燥室内に搬入し、搬入後入口を閉鎖して乾燥する。
【００２０】
前記連続搬送乾燥方式の場合、被乾燥物の搬入部付近から乾燥室内の低温高湿の空気を取り出し、前記ガスクーラで加熱した乾燥用空気を前記搬出部付近から乾燥室内に供給するようにして被乾燥物の搬送方向と逆方向に乾燥用空気流を形成すれば、被乾燥物に対する乾燥用空気の接触度が向上し、乾燥効率が良くなる。
また前記バッチ乾燥方式の場合、乾燥時間の経過とともにＣＯ２冷媒の分岐流量を増大させることにより、乾燥用空気の温度を低下させるようにすれば、乾燥に要する熱エネルギを節約することができる。
【００２１】
また本発明では、乾燥室から室内空気の一部を導出し該導出空気をガスクーラの温熱で加熱し、その後乾燥室内に戻す空気循環流路を形成してもよく、その場合好ましくは、該循環流路に介設した蒸発器と導出空気とを熱交換し、該蒸発器の冷熱によって前記導出空気を冷却して除湿した後で、該循環流路の蒸発器下流側に介設したガスクーラの温熱によって導出空気を加熱するようにするとよい。
こうすれば、１基のヒートポンプ装置により除湿と加熱の両方に対応できるため、ＣＯＰが格段に向上する。
また乾燥用空気の循環流路を形成すれば、乾燥用空気が外部に漏れないので、熱放出による熱ロスを防ぐことができ、またヒートポンプ装置の熱効率を向上させることができるとともに、導出空気を一旦除湿した後加熱するので、相対湿度を格段に低下することができる。
【００２２】
前記連続搬送乾燥方式に乾燥用空気の循環流路を組み合わせた実施形態では、被乾燥物の搬入位置付近の乾燥室から低温高湿度の室内空気の一部を導出し、該導出空気をガスクーラで加熱した後、被乾燥物の搬出位置付近の乾燥室内の高温低湿度空気中に戻す循環流路を形成すれば、乾燥室内に被乾燥物の入口から出口に向かって被乾燥物の搬送経路に沿って低温高湿度から徐々に高温低湿度になる雰囲気を形成することができるため、効率的な乾燥を行なうことができるとともに、乾燥時間や乾燥能力を適宜調整することができる。
【００２３】
また本発明方法は、外気をガスクーラの温熱で加熱した後乾燥室内に導入する方式、即ち空気循環方式でないものにも適用することができる。この場合ヒートポンプ装置を構成する蒸発器と乾燥室内からの排出された空気を熱交換し、該蒸発器の冷熱で該排出空気を冷却し除湿した後外部に排出すると、ヒートポンプ装置の熱効率を向上できるとともに、周囲環境を悪化させないで済む。
【００２４】
また外気を乾燥室からの導出空気と熱交換して予熱した後、ガスクーラの温熱で加熱するとともに、外気と熱交換後の前記導出空気を蒸発器の冷熱で冷却し除湿するようにすれば、乾燥室から導出した乾燥用空気の保有熱をより有効に利用することができる。
また外気を蒸発器の冷熱で冷却して除湿した後、乾燥室から導出した空気と熱交換して予熱し、その後該導出空気を外部へ排気するとともに、予熱した外気をガスクーラの温熱で加熱した後乾燥室内に導入するようにすれば、高温低湿度の乾燥用空気を得ることができる。
【００２５】
また前述のように乾燥室に乾燥用空気の閉ループ循環流路を形成する場合、ガスクーラ上流側で分岐したＣＯ２冷媒と外気との熱交換（冷媒の放熱）のみならず、蒸発器に流入するＣＯ２冷媒の一部を該蒸発器の上流側で必要吸熱量に相当する流量だけ分岐し、その後膨張機構を通して低圧とした後、外気と熱交換して外気から吸熱し（冷媒の吸熱）、その後前記蒸発器の下流側冷媒流路に戻すようにすれば、前記放熱操作及び吸熱操作を併用して前記ヒートポンプ装置の熱バランスをさらに良好に調整することができる。
【００２６】
この場合、蒸発器の上流側（ガスクーラ下流側）の高温高圧の冷媒を膨張機構を通すことによって低圧とし、外気との熱交換器で蒸発して外気から蒸発熱を奪うため、外気からの熱吸収効率が格段に向上する。
これによって乾燥室に供給する乾燥用空気の温度をさらに精度良く制御することができる。
【００２７】
次に本発明の乾燥システムは、
被乾燥物を乾燥する乾燥室と、ＣＯ２を冷媒とし、該ＣＯ２冷媒が圧縮機、ガスクーラ、膨張機構及び蒸発器の順に循環するヒートポンプ装置とを備え、
前記乾燥室に導入する乾燥用空気をＣＯ２冷媒を超臨界状態で運転する前記ガスクーラで加熱するように構成した衣類の乾燥システムにおいて、
ＣＯ２冷媒と外気とを熱交換する熱交換器と、
流量調整弁が介設され前記ガスクーラに流入するＣＯ２冷媒の一部を該ガスクーラの上流側で分岐して前記熱交換器に導く分岐流路と、
前記熱交換器で熱交換されたＣＯ２冷媒を前記ガスクーラの下流側冷媒流路に戻す戻り流路とを備え、
前記分岐流路に流れるＣＯ２冷媒量を調節することにより、前記乾燥室に供給する乾燥用空気の温度を設定温度に保持するようにしたことを特徴とする。
【００２８】
本発明の乾燥システムでは、分岐流路に介設された流量調整弁を調整することによってガスクーラの上流側でＣＯ２冷媒の一部を必要放熱量に相当する流量だけ外気との熱交換器に導入することができる。これによって該熱交換器における冷媒の放熱量を正確に設定できるので、ヒートポンプ装置の熱バランスを常に良好に保持することができ、このため乾燥用空気の加熱温度を精度良く制御することができる。
【００２９】
本発明システムにおいて、乾燥室から室内空気の一部を導出し該導出空気を前記乾燥室内に戻す循環流路を形成した場合には、
ヒートポンプ装置を構成して該循環流路に介設され前記導出空気から吸熱して除湿する蒸発器と、
前記循環流路に該蒸発器より下流側に介設された前記ガスクーラと、
第２の流量調整弁が介設され前記蒸発器に流入するＣＯ２冷媒の一部を該蒸発器の上流側で前記熱交換器に導く第２の分岐流路と、
前記第２の分岐流路において前記熱交換器の上流側に介設された膨張機構と、
前記熱交換器で熱交換されたＣＯ２冷媒を前記蒸発器の下流側冷媒流路に戻す第２の戻り流路とを備えるようにするとよい。
【００３０】
このように構成すれば、蒸発器の上流側でＣＯ２冷媒の一部を必要吸熱量に相当する流量だけ前記熱交換器に導入することができる。
かかる構成で、前記分岐流路又は第２の分岐流路に流れるＣＯ２冷媒量を調節することにより、乾燥室に供給する乾燥用空気の温度をさらに正確に設定温度に保持することができる。
【００３１】
これによってＣＯ２冷媒と外気との熱交換による冷媒の放熱量と吸熱量とを正確に設定できるので、ヒートポンプの熱バランスを常に所望の状態に保持することができ、これによって乾燥用空気の加熱温度を一層正確に設定値に制御することができる。
なお前記熱交換器は１台で吸熱用と放熱用とを兼用してもよいし、あるいは吸熱用と放熱用とを別個に設けてもよいが、１個のもので兼用したほうが装置構成を簡素化できる。
【００３２】
また本発明システムにおいて、被乾燥物を前記乾燥室内に連続的に搬入し、被乾燥物を前記乾燥室内で移動させながら前記乾燥室から搬出する搬送装置を設けて、被乾燥物を乾燥室に連続的に搬送しながら乾燥すれば、乾燥効率が向上する。例えば被乾燥物が衣類であれば、衣類を搬送装置に固定した複数のハンガーに掛けた状態で連続的に乾燥室に搬送することができる。被乾燥物が材木、食品等であれば、これらをベルトコンベア等に載置した状態で乾燥室内に搬送すればよい。
【００３３】
また好ましくは、ガスクーラの温熱で加熱された乾燥用空気の温度を検知するセンサと、該センサの温度検出値に基づいて前記流量調整弁又は前記第２の流量調整弁の開度を調整するコントローラとを備えるようにすれば、乾燥室に供給管する乾燥用空気の温度をさらに正確に制御することができる。
【００３４】
また前記連続乾燥方式の場合、被乾燥物の搬入位置付近の乾燥室から低温高湿度の室内空気の一部を導出し該導出空気を被乾燥物の搬出位置付近の乾燥室内の高温低湿度空気中に戻す循環流路を形成すれば、乾燥室内に被乾燥物の入口から出口に向かって被乾燥物の搬送路に沿って低温高湿度から徐々に高温低湿度に移行する雰囲気を形成することができるため、効率的な乾燥を行なうことができるとともに、乾燥時間や乾燥能力を適宜調整することができる。
【００３５】
またガスクーラの内部において、超臨界状態においてＣＯ２冷媒の分配の偏りが生じ難いという性質を生かし、超臨界状態のＣＯ２冷媒と乾燥用空気とが互いに対向流となるように両者の流路を形成するとともに、両者の流路を交互に分散配置すれば、ガスクーラ内でＣＯ２冷媒による均一な温度分布を形成できるとともに、ＣＯ２冷媒と乾燥用空気との接触面積を増加させ、熱交換効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の乾燥方法によれば、ガスクーラに流入するＣＯ２冷媒の一部を該ガスクーラの上流側で必要放熱量に相当する流量だけ分岐させ、分岐したＣＯ２冷媒を外気と熱交換させて外気に放熱することにより、該放熱量を精度良く設定することができ、これによってヒートポンプ装置の熱バランスを常に良好に保持することができるとともに、乾燥室に供給する乾燥用空気を精度良く設定温度に保持することができる。
またガスクーラ上流側の高温高圧液状の冷媒を外気と熱交換させるため、両者の温度差を大きく採ることができ、熱交換効率の良い放熱を行なうことができる。
【００３７】
従って特許文献２のように給水タンク等の大掛かりな装置を用いることなく、放熱量を増大させることができる。
特に大きさの異なる種々雑多な衣類を大量に乾燥する場合、乾燥処理を効率良く行なうためには、乾燥用空気の加熱温度を精度良く保持することが極めて重要であり、本発明をかかる場合に適用して好適である。
【００３８】
また好ましくは、被乾燥物を搬送装置で連続的に乾燥室内に搬入し被乾燥物を乾燥室内で移動させながら乾燥した後、被乾燥物を該搬送装置で乾燥室から搬出させるとともに、被乾燥物の搬入位置付近の乾燥室から低温高湿度の室内空気の一部を導出し、該導出空気を被乾燥物の搬出位置付近の前記乾燥室内の高温低湿度空気中に戻す循環流路を形成するようにすれば、乾燥用空気が外部に漏れないので、熱放出による熱ロスを防ぐことができ、ヒートポンプ装置のＣＯＰを向上させることができる。
また乾燥室内に被乾燥物の入口から出口に向かって低温高湿度から徐々に高温低湿度になる雰囲気を形成することができるため、乾燥時間や乾燥能力を適宜調整できて、計画的かつ効率的な乾燥を行なうことができる。
【００３９】
また外気を乾燥用空気として導入する場合、外気を乾燥室から導出する空気と熱交換して予熱した後、ガスクーラの温熱で加熱するとともに、外気と熱交換した前記導出空気を蒸発器の冷熱で冷却し除湿した後外部へ排出するようにすれば、乾燥室から導出した乾燥用空気の保有熱をより有効に利用することができる。
また外気を蒸発器の冷熱で冷却して除湿した後、前記乾燥室から導出した空気と熱交換して予熱し、その後該導出空気を外部へ排気するとともに、予熱した外気をガスクーラの温熱で加熱した後前記乾燥室内に導入するようにすれば、高温低湿度の乾燥用空気を得ることができる。
【００４０】
また乾燥室内の空気を導出して加熱した後乾燥室に戻す乾燥用空気の循環流路を形成する場合、ガスクーラ上流側で分岐したＣＯ２冷媒と外気との熱交換（冷媒の放熱）のみならず、蒸発器に流入するＣＯ２冷媒の一部を該蒸発器の上流側で必要吸熱量に相当する流量だけ分岐し,その後膨張機構を通して低圧とした後、外気と熱交換（冷媒の吸熱）することにより、前記放熱操作及び吸熱操作を併用して前記ヒートポンプ装置の熱バランスを調整するため、ヒートポンプ装置の熱バランス及び乾燥用空気の加熱温度をさらに精度良く制御することができる。
【００４１】
この場合、蒸発器の上流側（ガスクーラ下流側）の高温高圧液状の冷媒を膨張機構を通すことによって低圧とし、外気との熱交換器で蒸発して外気から蒸発熱を奪うため、熱吸収効率が格段に向上し、外気との間接的熱交換という簡単な方法で十分な吸熱量を得ることができる。
【００４２】
また本発明の乾燥システムによれば、ＣＯ２冷媒と外気とを熱交換する熱交換器と、流量調整弁が介設され前記ガスクーラに流入するＣＯ２冷媒の一部を該ガスクーラの上流側で分岐して前記熱交換器に導く分岐流路と、前記熱交換器で熱交換されたＣＯ２冷媒を前記ガスクーラの下流側冷媒流路に戻す戻り流路とを備え、流量調整弁によって分岐流路に流れるＣＯ２冷媒量を必要放熱量に相当する流量に調節することにより、冷媒放熱量を正確に設定できるので、ヒートポンプ装置の熱バランスを常に良好に保持することができるとともに、乾燥室に供給する乾燥用空気の温度を設定温度に精度良く保持することができる。
【００４３】
また乾燥室内の空気を導出し該導出空気をガスクーラで加熱した後乾燥室に供給する乾燥用空気の循環流路（閉ループ）を形成した場合は、ヒートポンプ装置を構成して該循環流路に介設され前記導出空気から吸熱して除湿する蒸発器と、前記循環流路に該蒸発器より下流側に介設された前記ガスクーラと、第２の流量調整弁が介設され前記蒸発器に流入するＣＯ２冷媒の一部を該蒸発器の上流側で前記熱交換器に導く第２の分岐流路と、前記第２の分岐流路において前記熱交換器の上流側に介設された膨張機構と、前記熱交換器で熱交換されたＣＯ２冷媒を前記蒸発器の下流側冷媒流路に戻す第２の戻り流路とを備え、前記分岐流路又は前記第２の分岐流路に流れるＣＯ２冷媒量を調節することにより、ＣＯ２冷媒の放熱量又は吸熱量を正確に設定できる。
【００４４】
これによってヒートポンプの熱バランスを常に所望の状態に保持することができるとともに、乾燥用空気の加熱温度を一層正確に設定値に制御することができる。
またガスクーラ上流側の高温状態の冷媒と外気とを熱交換させているので、外気との温度差を大きく取ることができ、あるいは蒸発器上流側の高温高圧液状の冷媒を膨張機構を通して低圧にし、低圧状態の冷媒を外気との熱交換器に導入し蒸発させてその蒸発潜熱を外気から奪っているので、放熱又は吸熱に際して熱交換率が良く、放熱量又は吸熱量ともに増大させることができる。従って熱交換器の装置構成が簡素化できる。
【００４５】
また好ましくは、ガスクーラの内部において、超臨界状態においてＣＯ２冷媒の分配の偏りが生じ難いという性質を生かし、超臨界状態のＣＯ２冷媒と乾燥用空気とが互いに対向流となるように両者の流路を形成するとともに、両者の流路を交互に分散配置すれば、ガスクーラ内でＣＯ２冷媒による均一な温度分布を形成できるとともに、ＣＯ２冷媒と乾燥用空気との接触面積を増加させ、熱交換効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
図１は、本発明の乾燥システムの第１実施例の全体構成図、図２は、前記第１実施例の制御系を示すブロック線図、図３は、第１実施例のように乾燥用空気循環方式であって連続搬送乾燥方式の乾燥システムに本発明を適用した模式図、図４は、別な変形例（外気導入方式であって連続搬送乾燥方式）に本発明を適用した模式図である。
【００４７】
図５は、さらに別な変形例（乾燥用空気循環方式であってバッチ乾燥方式）に本発明を適用した模式図、図６は、さらに別な変形例（外気導入方式であってバッチ乾燥方式）に本発明を適用した模式図、図７は、本発明の第２実施例による乾燥システムの全体構成図、図８は、本発明の第３実施例の全体構成図、図９は、前記第３実施例の一部を構成する温風発生器（ガスクーラ）の斜視図、図１０は、図８の温風発生器におけるＣＯ２熱媒及び乾燥用空気の温度曲線を示す線図、図１１は、前記第３実施例におけるヒートポンプ装置のモリエル線図、図１２は、本発明の第４実施例の全体構成図である。
【実施例１】
【００４８】
第１実施例を示す図１において、本実施例では、乾燥室１は、入口１ａ及び出口１ｂが開放されて、搬送装置に搬送された衣類ｃが連続的に搬入され、乾燥室１内で移動しながら乾燥され、そのまま乾燥室１外に搬出される方式のものである。本実施例において、搬送装置は、チェーン状のコンベア２と、該コンベア２に間隔をおいて取り付けられた複数のハンガー３で構成されている。
乾燥室１の下部には、乾燥室１内の空気を除湿及び加熱するヒートポンプ装置が収容された機械室１０が設置されている。
【００４９】
機械室１０において、乾燥室１の入口１ａ近傍に設けられた空気取入口１ｃから乾燥室１内の空気を取入れ、乾燥室１の出口１ｂ近傍に設けられた空気供給口１ｄに乾燥用空気を供給する循環流路１１が配設されている。
循環流路１１には、上流側から、フィルタ１２、矢印ｂ方向の空気流れを形成する送風ファン１３、除湿器（蒸発器）２６、加熱器（ガスクーラ）２３、及び送風ファン１４が介設されている。また加熱器２３の下流側の空気流路に温度センサ１５が配設されている。
【００５０】
ヒートポンプ装置２０は、ＣＯ２冷媒が循環する循環流路２１に、圧縮機２２、加熱器（ガスクーラ）２３、膨張弁２５、及び除湿器（蒸発器）２６が介設されて構成されている。
また循環流路２１の加熱器２３の上流側では、循環流路２１から分岐流路３１が分岐しており、分岐流路３１には流量調整弁３５が介設され、切替弁３７を経て熱交換器３９に接続され、その後戻り流路３３を経て循環流路２１に接続される。
【００５１】
また循環流路２１から分岐流路３２が分岐し、分岐流路３２には流量調整弁３６が介設され、切替弁３７、膨張弁３８を経て、熱交換器３９に接続され、その後戻り流路３４を経て、除湿器２６の下流側で循環流路２１に接続される。熱交換器３９は、機械室１０の外側に設置され、熱交換器３９の内部に配設された冷媒管路に外気ｏを当てるための送風ファン４０が設けられている。
【００５２】
かかる構成の乾燥システムにおいて、圧縮機２２により吸入されたＣＯ２冷媒を圧縮して高温高圧ガスとなったＣＯ２冷媒を加熱器（ガスクーラ）２３に送る。ＣＯ２冷媒は、加熱器２３で循環流路１１を流れる空気と熱交換して空気を加熱し、ＣＯ２冷媒は冷却され、膨張弁２５を経て低圧となり、除湿器２６で蒸発して空気から蒸発潜熱を奪い、ＣＯ２冷媒は低圧ガスとなる。空気は冷却されて除湿される。
【００５３】
除湿器２６を出た低圧ガス状のＣＯ２冷媒は、圧縮機２２に吸入されてヒートポンプサイクルをなす。
また乾燥室１内入口１ａ近傍の空気取入口１ｃから送風ファン１３及び１４によって取り出された低温多湿の空気（３５℃、８０％ＲＨ）は、フィルタ１２で塵埃を取り除かれ、その後除湿器２６に送られる。除湿器２６で空気を露点温度以下に冷却して除湿する。空気から除湿された排水ｗは、排水管路２６ａから排水される。
【００５４】
除湿器２６を出た低温高湿の空気（１５℃、９５％ＲＨ）は、加熱器２３で加熱され、絶対湿度を変えずに加熱して相対湿度を下げ、高温低湿となり（６０℃、８．２ＲＨ）、送風ファン１４を経て、乾燥室１の出口１ｂ近傍に開口した空気供給口１ｄから乾燥室１に戻される。
【００５５】
このような運転を行なっているときに、圧縮機２２が消費する電力に相当する分の熱量がＣＯ２冷媒に徐々に蓄積され、ＣＯ２冷媒が高温高圧となり、より高温高圧となった冷媒を圧縮するため、圧縮機２２の駆動モータ負荷が増え、過負荷状態となる。
そのため加熱器２３の出口空気温度が高くなったときは、その温度をセンサ１５により検知して、放熱すべき熱量に相当する流量のＣＯ２冷媒を分岐流路３１に流す。分岐流路３１に流す冷媒流量は、流量調整弁３５で調整する。
【００５６】
分岐流路３１を流れるＣＯ２冷媒は、切替弁３７を経て熱交換器３９に送られる。熱交換器３９で外気と熱交換され、熱を放出する。熱交換器３９で外気に放熱したＣＯ２冷媒は、戻り流路３３を経て循環流路２１に戻る。
一方加熱器２３の出口空気温度を温度センサ１５で検知して、設定温度より低い場合は、循環流路２１から分岐流路３２に一部のＣＯ２冷媒を分岐させる。分岐流路３２に流す冷媒の流量は、流量調整弁３６によって必要吸熱量に相当する流量に調整する。
【００５７】
かかる制御を行なうのが図２に示されたコントローラ４１である。コントローラ４１において、温度センサ１５の検出値が差動増幅器４３で参照電圧発生器４２から発信される設定値と比較され、設定値に対する検出値の大小を判定回路４４で判定し、検出値＞設定値のときは、スイッチ４５を経て流量調整弁３５のバルブ駆動部３５ａを作動させ、検出値＜設定値のときは、スイッチ４５を経て流量調整弁３６のバルブ駆動部３６ａを作動させる。
【００５８】
分岐流路３２を流れるＣＯ２冷媒は、切替弁３７及び膨張弁３８を経て熱交換器３９に送られる。切替弁３７では、分岐流路３１又は３２のどちらか一方から冷媒を流すように切り替えられる。ＣＯ２冷媒は、膨張弁３８を通ることによって低圧となり、熱交換器３９で蒸発して外気ｏから蒸発潜熱を吸収する。
外気ｏから吸熱した冷媒は、戻り流路３４を経て圧縮機２２の上流側循環流路２１に戻される。
【００５９】
このように操作することにより、ＣＯ２冷媒の高温高圧化を防ぎ、ヒートポンプ装置２０の熱バランスを正常な状態に保持できるとともに、加熱器２３の出口空気温度を設定値に保持することができ、乾燥室１に供給する乾燥用空気の温度を設定値に保持することができる。
コートから下着まで重量、大きさが種々雑多な衣類を乾燥する場合、乾燥室内の温度を設定値に制御することは困難である。本発明によれば、かかる場合でも乾燥室内の空気を精度良く設定値に保持することができる。
【００６０】
このように第１実施例によれば、加熱器２３の上流側の外気との温度差のある高温の冷媒を一部分岐流路３１に取り出し、外気ｏとの温度差を増大させて熱交換器３８で外気ｏと熱交換させ、あるいは加熱器２３を経た後の高圧液状態の冷媒を一部分岐流路３２に取り出し、膨張弁３８を経て低圧状態とした後で熱交換器３９に送ることにより、熱交換器３９で蒸発させて外気ｏから蒸発潜熱を奪うようにしてため、外気ｏとの良好な熱交換率を得ることができる。
【００６１】
従って熱交換器３９も冷媒と外気とを間接接触させるだけの簡単な構成のもので済み、特許文献２のような給水タンクを用いる必要がない。
また流量調整弁３５又は３６によって必要放熱量又は必要吸熱量に相当する分の冷媒量を分岐させるようにしているため、放熱量又は吸熱量を正確に制御することができる。
【００６２】
また乾燥室１内の空気を循環する閉回路の循環流路１１を構成するため、加熱乾燥時の給排気が不要になるとともに、加熱器２３で超臨界状態のＣＯ２冷媒を乾燥用空気と熱交換させるため、高温の乾燥空気を製造可能であり、１基のヒートポンプ装置２０により除湿と加熱の両方に対応できるため、ＣＯＰが格段に向上する。
また衣類ｃをコンベア２に搬送させながらハンガー３に吊られた状態で連続的に乾燥できるため、バッチ式等と比べ搬入、搬出の手間が省ける。
【００６３】
さらにヒータ、蒸気等を使用しないので、周囲をクリーンな環境の保持できて、安全であるとともに、乾燥用空気の温度コントロールが木目細かくできるため、衣類などにやさしい温風を供給することができる。
特に本実施例では、乾燥室１の入口１ａ付近の低温高湿な空気を取り込み、乾燥室１の出口１ｂ付近に高温低湿な空気を供給しているため、衣類ｃの搬送方向に対して逆方向の空気流を形成するため、衣類ｃと空気流との接触度が良く、乾燥効率が向上する。また乾燥室１内を入口から出口に向かって衣類ｃの搬送路に沿って低温高湿な雰囲気から徐々に高温低湿な雰囲気に移行する雰囲気を形成することができるため、乾燥効率を向上できるとともに、乾燥能率及び乾燥時間の調節をも可能とする。
【００６４】
また本実施例において、乾燥時間の経過とともにＣＯ２冷媒の分岐流路３１を流れる流量を増大させ、ＣＯ２冷媒の放熱量を増大させるようにし、これによって加熱器２３下流側の空気の温度を低下させるようにすれば、乾燥に要する熱エネルギを節約することができる。
【００６５】
図３から図６は、本発明が適用可能な乾燥システムの種々の変形例を示す模式図である。図３は、前記第１実施例と同様に、衣類ｃをコンベア２で搬送しながら連続的に乾燥を行う連続搬送乾燥方式であって、かつ乾燥室２内の空気を取り出し、除湿及び加熱した後乾燥室１内に戻す空気循環方式（閉ループ）を採用した例である。
図４は、図３と同じ連続搬送乾燥方式であるが、乾燥室１から取り出した空気を除湿器２６で冷却し除湿した後外部に排出し、一方外部から外気ｏを導入して加熱器２３で加熱した後乾燥室１に供給する非循環方式のものである。
【００６６】
図５は、乾燥室１が扉１ｅによって開閉可能な構造になっており、扉１ｅを開けて衣類ｃをハンガー３に吊り下げた状態の台車４を乾燥室１内に収容した後、扉１ｅを閉めて閉鎖し、この状態で衣類ｃの乾燥を行なう、いわゆるバッチ乾燥方式であり、乾燥室１内の空気を閉ループで循環させる点は図３と同様である。
図６は、乾燥用空気を図４と同一の外気導入方式で行い、衣類ｃの乾燥は、図５と同一のバッチ乾燥方式を採用している。本発明は、図３から６のいずれの方式にも適用可能である。
【実施例２】
【００６７】
次に本発明の第２実施例を図７に基づいて説明する。本実施例は、ＣＯ２を冷媒とするヒートポンプ装置により冷却又は加熱されたブラインにより乾燥室の乾燥用空気を冷却又は加熱する方式とした実施例である。図７において、乾燥室１、乾燥用空気の循環流路１１に配設された各機器類は、図１に示す第１実施例と同一であるので、図１と同一番号を付して、それら機器の説明を省略する。また制御系も図２に示す第１実施例の制御系と同一である。
【００６８】
ヒートポンプ装置８０は、ＣＯ２冷媒の循環ライン９０に、圧縮機８１、ガスクーラ８２、膨張機８３、及びブラインクーラ８４が介設されて構成されている。
【００６９】
ブラインクーラ８４と除湿器２６間には、ブラインポンプ１０１を介設したブライン循環ライン１００が設けられ、ブラインクーラ８４で冷却したブラインを除湿器２６に供給している。またガスクーラ８２と加熱器２３間にもブラインポンプ１１１を介設したブライン循環ライン１１０が設けられ、ガスクーラ８２で加熱したブラインを加熱器２３に供給している。
【００７０】
またブライン循環ライン１００には、流量調整弁１０４を介設した分岐ライン１０２及び戻りライン１０３が設けられ、分岐ライン１０２では切替弁１０５が介設され、切替弁１０５でブライン循環ライン１１０から分岐した分岐ライン１１２と切替可能に接続されている。また戻りライン１０３には切替弁１０６が介設され、切替弁１０６で循環ライン１１０に戻る戻りライン１１４が切替可能に接続されている。
【００７１】
分岐ライン１０２は、放熱コイル及び採熱コイルを具備する熱交換器３９に接続され、熱交換器３９では分岐ライン１０２から流れる低温ブラインを採熱コイルを通して外気ｏと熱交換して加温し、分岐ライン１１２から流れる高温ブラインを放熱コイルを通して外気ｏと熱交換して冷却する。熱交換器３９で加温されたブラインは戻りライン１０３を通ってブライン循環ライン１００に戻り、熱交換器３９で冷却されたブラインは戻りライン１１４を通ってブライン循環ライン１１０に戻る。なお循環ライン１００と戻り管１０３との合流部には膨張タンク１０７を設け、循環ライン１１０と戻り管１１４との合流部には膨張タンク１１５を設けている。
【００７２】
本実施例において乾燥室１から出た低温多湿の空気は、フィルタ１２で塵埃を取り除いた後、除湿器２６に送られる。ブラインクーラ８４で冷却されたブラインが除湿器２６に供給されて、循環流路１１を通る低温多湿空気を露点温度以下に冷却して除湿する。ガスクーラ８２で加温されたブラインが加熱器２３に供給されて、除湿器２６から出た高温低湿の空気を加熱して、絶対湿度を変えずに相対湿度を下げ、高温低湿の乾燥用空気をつくり乾燥室１に送る。加熱器２３の下流側には温度センサ１５が設けられ、乾燥用空気の温度を検出し、コントローラ４１では該検出値が設定値に制御されるように、流量調整弁１０４又は１１３の開度を調節する。
【００７３】
流量調整弁１０４又は１１３からブラインの一部が熱交換器３９に供給され、外気ｏとの熱交換により加熱又は冷却されてブライン循環ライン１００又は１１０に戻ることにより、循環ライン１００又は１１０を流れるブラインの温度が調節され、それによって乾燥用空気の温度が設定値に調節される。なおブラインには、ポリプロピレングリコールや水を使用し、これらに防錆剤を混入するとよい。
【００７４】
かかる構成の第２実施例によれば、分岐ライン１０２及び１１２に流れるブライン流量を調整することによって、除湿器２６での吸熱量及び加熱器２３での放熱量を正確に設定することができるため、乾燥室１に戻す乾燥用空気の温度及び相対湿度を正確に制御することができる点、その他前述の第１実施例と同様の作用効果を得ることができる。
さらに本実施例では、さらにヒートポンプ装置８０と除湿器２６又は加熱器２３との間にブライン循環ライン１００又は１１０を介設することにより、除湿器２６及び加熱器２３にＣＯ２冷媒が導入されていないので、除湿器２６及び加熱器２３の内部で熱交換部に破損が生じたとしても、ＣＯ２冷媒が空気循環流路１１や乾燥室１に放出して酸欠等の問題が発生することがないという長所がある。
【実施例３】
【００７５】
次に本発明の第２実施例を図８〜１１により説明する。本実施例は、外気ｏを乾燥システムに導入し加熱して乾燥用空気をつくり、それを乾燥室６１に供給するとともに、乾燥室６１で乾燥に供した空気を外部へ排気する非循環方式の実施例である。
図８において、ＣＯ２冷媒が循環する循環流路５１に、圧縮機５２、温風発生器（ガスクーラ）５３、膨張弁５４及び除湿器（蒸発器）５５が介設されてなるヒートポンプ装置５０が設けられている。
【００７６】
衣類等を乾燥するための乾燥室６１には温風発生器（ガスクーラ）５３で加熱された温風（乾燥用空気）ｈが供給され、乾燥室６１内で乾燥に供された乾燥後空気ｄは、除湿器５５で冷却され除湿された後の外気ｏと予熱器６２で熱交換される。
また温風発生器５３に上流側には、流量調整弁７５を介して外気との熱交換器７８に至る分岐流路７１が設けられ、分岐流路７１に流入した冷媒の一部は熱交換器７８で外気と熱交換した後、戻り流路７３を経て温風発生器５３の下流側で冷媒循環流路５１に合流する。
【００７７】
また膨張弁５４の上流側で冷媒循環流路５１から分岐する分岐流路７２が設けられ、分岐流路７２に流入した冷媒の一部は、流量調整弁７７を経て熱交換器７８に至り、熱交換器７８で外気と熱交換した後、戻り管路７４を経て圧縮機５２上流側の冷媒循環流路５１に合流する構成となっている。このようなヒートポンプ装置の構成は、前記第１実施例と同一である。
【００７８】
かかる乾燥システムにおいて、循環流路５１を循環するＣＯ２冷媒は、圧縮機５２で圧縮されて高温高圧ガスとなった後、温風発生器（ガスクーラ）５３において冷却され、その後膨張弁５４を通過して低温低圧液となり、除湿器（蒸発器）５５において、除湿器５５に導入される外気ｏから蒸発潜熱を奪って蒸発する。
【００７９】
一方外気ｏは、除湿器５５で蒸発潜熱を奪われて冷却され、露点温度以下となって除湿され、その後予熱器６２に導入される。予熱器６２で外気ｏは乾燥室６１で被乾燥物の乾燥に供された後の空気ｄと熱交換により、空気ｄの残熱で予熱され、その後温風発生器５３でＣＯ２冷媒の保有熱で加熱されて、乾燥室６１に乾燥用空気ｈとして供給される。なお予熱器６２で熱交換後の乾燥後空気ｄは、排気ｅとして外部へ排気される。
【００８０】
図９は、温風発生器５３の拡大斜視図である。図９において、冷媒配管５１は、温風発生器５３の一方の側壁５３ａ近傍で複数の支管に分割され、該支管５１ａは温風発生器５３の内部で互いに平行に複数段（例えば２０段）に配置されている。温風発生器５３の内部では、支管５１ａを流れるＣＯ２冷媒が予熱後の外気ｏと対向流をなすように配置されている。
【００８１】
即ち本実施例では、支管５１ａは、冷媒配管５１から上下に２０段に分岐した後、温風発生器５３の内部で互いに平行に配置され、側壁５３ａの対面側の側壁５３ｂで矢印ｆ側に曲折されて折り返し、その後側面５３ａに至って同じように矢印ｆ側に曲折されて折り返すように配設されている。温風発生器５３の前面５３ｃに至るまで矢印ｆ方向に曲折され、温風発生器５３の外部に出て再び冷媒配管５１に合流する。このようにして支管５１ａは、温風発生器５３の内部で矢印ｆ方向に２０列に渡って蛇行配置される。
【００８２】
そのため冷媒の流れは、温風ｈの流れ方向ｇに対してその対向流となるｆ方向に向かう。温風発生器５３の外部で冷媒配管５１に合流したＣＯ２冷媒は、その後膨張弁５４に向って流れる。
図１０は、温風発生器５３におけるＣＯ２熱媒ｒ及び外気ｏの温度曲線を示し、図１１は、本実施例のヒートポンプ装置のモリエル線図を示す。なお図１１中、ｋは臨界点、ｍは飽和液線、ｊは飽和蒸気線、ｓは飽和蒸気領域を示す。
【００８３】
本実施例の場合、図１１の冷却工程Ｂにおいて、ＣＯ２冷媒ｒは、超臨界状態をなしており、１０５℃で温風発生器５３に流入し、外気ｏと熱交換して、温風発生器５３の出口で３９℃となる。一方外気ｏは２５℃で温風発生器５３に流入し、温風発生器５３の出口で８０℃に昇温される。このときの外気ｏの流量は、２１０２ｍ３／ｈであり、熱交換量は３７ｋｗとなる。
ＣＯ２冷媒ｒは、蒸発工程Ｄにおいて、飽和蒸気領域ｓのときは、温度１０．０℃を維持し、過熱領域で１５．０℃となる。
【００８４】
このように第３実施例によれば、本乾燥システムに導入される外気ｏがまず除湿器（蒸発器）５５で除湿されるため、温風発生器５３には乾燥した空気を供給することができる。また除湿器５５で除湿された外気ｏは、温風発生器５３に導入される前に予熱器６２で乾燥に供された後の空気ｄと熱交換され、同空気ｄの残熱で予熱されるため、温風発生器５３に比較的高温の乾燥用空気を送り込むことができ、除湿器５５での除湿処理工程と組み合わされることにより、乾燥システム全体の熱効率を大幅に向上させることができる。
【００８５】
また第３実施例によれば、ＣＯ２冷媒を使用しているために、超臨界状態での運転が容易であり、そのため高温度の取り出しが可能となり、超臨界状態では、冷媒の分配の偏りが生じ難いことを利用して、温風発生器５３の内部において、ＣＯ２冷媒を超臨界状態として、ＣＯ２冷媒配管を多数段に分岐させ、ＣＯ２冷媒を均一流のままこれら分岐管に分配し、また外気ｏと対向流となるように配置するとともに、多数回曲折蛇行させて外気ｏとの接触面積を増加させている。
従ってＣＯ２冷媒と外気ｏとの熱伝達率を飛躍的に増大することができ、これによって乾燥システム全体の熱効率を飛躍的に向上することができる。
【実施例４】
【００８６】
次に本発明の第４実施例を図１２に基づいて説明する。図１２において、ヒートポンプ装置５０の構成は図８に示す第３実施例と同一であり、ＣＯ２冷媒が冷媒循環流路５１を、圧縮機５２→温風発生器（ガスクーラ）５３→膨張弁５４→排熱回収蒸発器５５の順に循環してヒートポンプサイクルを構成し、かつ温風発生器５３で加熱昇温された温風（乾燥用空気）ｈが乾燥室６１に供給されて被乾燥物を乾燥し、乾燥後の空気ｄが予熱器６２に導入されて、温風発生器５３に導入される前工程で外気ｏを予熱する構成は、前記第２実施例と同一である。
【００８７】
本第４実施例が第３実施例と異なる点は、乾燥後空気ｄが予熱器６２に導入されて外気oと熱交換して外気oを予熱した後、排熱回収蒸発器５５に導入され、蒸発器５５でＣＯ２冷媒が蒸発するに要する蒸発潜熱の熱源を供給した後、系外に排気ｅとして排気される点である。
【００８８】
従って第４実施例によれば、乾燥後空気ｄの保有する熱源をＣＯ２冷媒の蒸発熱源として有効に利用することができ、これによって本乾燥システム全体の熱効率をさらに向上され、高効率の空気加熱運転を達成できるという長所がある。
また第４実施例においては、温風発生器５３は、前記第３実施例の図９に図示された温風発生器５３の構造と同様の構成を有しているので、温風発生器５３の内部で超臨界状態を呈することによるＣＯ２冷媒の配管内での分散効果、及び温風発生器５３内でのＣＯ２冷媒配管の分岐と蛇行、及びＣＯ２冷媒の乾燥用空気に対する対向流の形成によって得られる熱伝達効果の向上及び乾燥システム全体における熱効率の向上に関し、第３実施例と同様の作用効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明によれば、ＣＯ２冷媒を超臨界状態で運転するヒートポンプ装置を適用することにより、高温の乾燥用空気を乾燥室に供給できるとともに、乾燥用空気の温度を精度良く制御することができるため、被乾燥物として、特に大きさ、重量が異なる種々雑多な衣類を乾燥する場合おいても、乾燥用空気を正確に設定温度に制御できるので、これら衣類を大量に短時間で効率良く乾燥処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の乾燥システムの第１実施例の全体構成図である。
【図２】前記第１実施例の制御系を示すブロック線図である。
【図３】乾燥用空気循環方式でかつ連続搬送乾燥方式の乾燥システムに本発明を適用した模式図である。
【図４】別な変形例（外気導入方式でかつ連続搬送乾燥方式）に本発明を適用した模式図である。
【図５】さらに別な変形例（乾燥用空気循環方式でかつバッチ乾燥方式）に本発明を適用した模式図である。
【図６】さらに別な変形例（外気導入方式でかつバッチ乾燥方式）に本発明を適用した模式図である。
【図７】本発明の第２実施例による乾燥システムの全体構成図である。
【図８】本発明の第３実施例による乾燥システムの全体構成図である。
【図９】前記第３実施例の一部を構成する温風発生器（ガスクーラ）の斜視図である。
【図１０】図８の温風発生器５３におけるＣＯ２熱媒及び乾燥用空気の温度曲線を示す線図である。
【図１１】前記第３実施例におけるヒートポンプ装置のモリエル線図である。
【図１２】本発明の第４実施例の全体構成図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 乾燥室
１ｃ 空気取り入れ口
１ｄ 空気供給口
２ コンベア（搬送装置）
１１ 空気循環流路
１３，１４ 送風ファン
１５ 温度センサ
２０，８０ ヒートポンプ装置
２１，５１ 冷媒循環流路
２２，５２ 圧縮機
２３，５３ 加熱器（ガスクーラ）
２５，５４ 膨張弁
２６，５５ 除湿器（蒸発器）
３１，３２ 分岐流路
３３，３４ 戻り流路
３５，３６，１０４，１１３ 流量調整弁
３８ 膨張弁
３９ 熱交換器
４１ コントローラ
６２ 予熱器
８２ ガスクーラ
８３ 膨張機
８４ ブラインクーラ
ｃ 被乾燥物
ｏ 外気
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯ２を冷媒とするヒートポンプを被乾燥物、特に衣類等の乾燥機の温風発生装置として用いるとともに、乾燥用空気の加熱温度を精度良く制御することができる乾燥方法及び乾燥システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
温風を用いた乾燥機は、クリーニングの乾燥工程、食品の製造プロセス、木材の乾燥工程、塗装やコーティングの乾燥工程など多岐に亘って用いられている。温風の発生源としては、ガスや重油などの燃料を用いたものや、電気ヒータが用いられている。
しかしながらガスや重油などの燃料や電気ヒータを使った場合、一度乾燥に供された熱はすべて外部に排出されて再利用されることがないため、熱効率が悪く、経済的でない。またガスや重油を使用する場合は、排ガスが発生して環境を悪化させる問題がある。
【０００３】
そのため特許文献１（特開平７−１７８２８９号公報）には、衣類乾燥機において、ヒートポンプ装置を衣類乾燥の熱源として用い、乾燥用空気を循環させ再利用することにより、外部に放出される熱量を回収し、エネルギーの有効利用を図るとともに、低電力でかつ高除湿率を狙った衣類乾燥機が開示されている。
【０００４】
特許文献１に開示された乾燥機は、乾燥機から取り出した乾燥用空気を再び乾燥機に戻す循環流路を形成し、該循環流路にヒートポンプ装置を構成する吸熱器（蒸発器）と放熱器（ガスクーラ）を介在させ、該吸熱器で乾燥用空気から熱を奪って除湿させた後、該乾燥用空気を放熱器で加熱して再び乾燥機に戻すようにしている。
【０００５】
しかし放熱器から乾燥用空気に放出される熱量は、吸熱器で乾燥用空気から奪う熱量に加えて、圧縮機が消費する電力にほぼ相当する分だけ多くなるため、乾燥用空気をそのまま循環し乾燥が進行するにつれ、乾燥用空気全体のもつ熱量が増え、その圧力が高くなる。また、吸熱器で乾燥用空気から奪う熱量と、放熱器から乾燥用空気に放出される熱量とのバランスが取れなくなり、効率的な運転が困難となる。
【０００６】
従ってヒートポンプ装置を効率的に安全に運転するためには、乾燥用空気の持つ熱量の一部を外部へ排出しつつ乾燥を行なわなくてはならない。特許文献１では、放熱器から出た高温低湿の乾燥用空気の一部を外部へ排出することで、外部に最小限の水分しか漏らさずに熱を逃がすことで、安全で安定したヒートポンプ装置の運転を実現している。
【０００７】
しかしながら特許文献１の構成では、放熱器で加熱した高温低湿の乾燥用空気の一部を衣類に当てる前に外部へ排出するために、結果的には、省エネ性を損ねているという問題がある。
そのため特許文献２（特開２００４−２３９５４９号公報）では、ヒートポンプ装置の冷媒の熱の一部を放熱器通過後に吸熱器までの間で外部に放出する熱バランス手段（具体的には、冷媒と外気とを熱交換して冷媒の保有熱を放出する。）を設けることによって、特許文献１のように放熱器から熱を得て高温となった乾燥用空気の一部を衣類に当てる前に外部に排出することをなくし、放熱量を最小にしている。
【０００８】
また特許文献２では、ＣＯ２冷媒を超臨界状態で運転することにより、放熱器の冷媒温度を上昇させ、これによって乾燥用空気を高温に加熱することができる利点もある。
特許文献２に開示されているように、ＣＯ２を熱媒とするヒートポンプは、自然の熱媒体であるＣＯ２を用いることにより安全であるとともに、高圧が超臨界状態となるため凝縮過程が存在せず、高圧側の熱交換器（ガスクーラ）により９０℃程度の高温水が容易に取り出せることから、現在ヒートポンプ式給湯機として普及がなされてきている。
【０００９】
【特許文献１】特開平７−１７８２８９号公報
【特許文献２】特開２００４−２３９５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら特許文献２では、ヒートポンプ装置の冷媒の熱の一部を放熱器通過後に吸熱器までの間で外部に放出する熱バランス手段（具体的には、特許文献２の図１に示す実施例１では、冷媒と外気とを熱交換して冷媒の保有熱を放出している。）を設けることによって、冷媒の保有熱の一部を放出しているが、特許文献２に添付された図５に示すように、放熱器通過後の冷媒の保有熱は、３０℃前後であり、外気と熱交換しても外気の温度とさほど変わらないため、熱交換率は低く、冷媒の放熱量を増加させることができない。
【００１１】
また特許文献２の図２に示す実施例２では、水タンク内に冷媒配管を配置させて冷媒の保有熱を冷却水に放熱しているが、かかる構成では、水タンクや給水管、排水管を必要とし、大掛かりな装置構成となってしまう問題点がある。
【００１２】
また特許文献２に開示された手段では、冷媒放熱量の制御は、前記実施例１では、熱交換器での外気の送風量を送風ファンの出力を変えて制御したり、前記実施例２では、水タンク内に供給する冷却水の量や温度を変えることにより行なうものであるが、いずれも冷媒の放熱量を正確に制御することは困難であり、従って乾燥用空気の加熱温度を精度良く制御することができないという問題点がある。
【００１３】
特に衣類は、コートや、スーツ、ワイシャツ、下着など大きさ、重量が異なる種々雑多な衣類が混ざっており、これらを大量に短時間で効率良く乾燥処理する場合は、乾燥用空気の温度を精度良く調整することが重要な要件となるが、前述のように従来方式ではかかる要件を満足することは困難である。
【００１４】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、高温の放熱を可能とするＣＯ２を冷媒とするヒートポンプ装置を乾燥機の温風発生装置として適用するに当り、ヒートポンプ内に蓄積する熱の外部への放出を簡単な構成で可能とし、かつ放熱量を正確に制御可能にし、もってヒートポンプの熱バランスを常に良好に保持し、乾燥用空気の温度を精度良く制御することができる乾燥システムを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するため、本発明の乾燥方法は、
被乾燥物を乾燥するための乾燥室にＣＯ２を冷媒としたヒートポンプ装置を構成するガスクーラでＣＯ２冷媒を超臨界状態で運転させることにより加熱した乾燥用空気を該乾燥室に導入するようにした乾燥方法において、
前記ガスクーラに流入するＣＯ２冷媒の一部を該ガスクーラの上流側で必要放熱量に相当する流量だけ分岐させ、
分岐したＣＯ２冷媒を外気と熱交換させて外気に放熱し、
その後分岐したＣＯ２冷媒を前記ガスクーラの下流側冷媒流路に戻すことにより、
前記乾燥室に供給する乾燥用空気を設定温度に保持するようにしたことを特徴とする。
【００１６】
本発明方法では、ガスクーラで超臨界状態のＣＯ２冷媒を乾燥用空気と熱交換させるため、高温の乾燥空気を製造可能であり、またガスクーラに流入するＣＯ２冷媒の一部を該ガスクーラの上流側で必要放熱量に相当する流量だけ分岐して外気と熱交換することにより、冷媒の放熱量を正確に設定することができる。
このように外気との熱交換器における冷媒の放熱量を正確に設定できるので、ヒートポンプ装置の熱バランスを常に良好に保持することができ、このため乾燥用空気の加熱温度を精度良く制御することができる。
【００１７】
また本発明方法においては、ガスクーラ上流側の高温高圧ガス状態のＣＯ２冷媒を外気との熱交換器に導入するため、冷媒と外気との温度差を大きく取ることができ、そのため冷媒と外気との熱交換率が良く、外気への放熱量が増大する。そのため放熱量の調整が容易になる。
【００１８】
本発明において、被乾燥物を搬送装置で移動させながら乾燥室内への搬入、該乾燥室内での乾燥処理及び該乾燥室からの搬送を行なう連続搬送乾燥方式や、被乾燥物を乾燥室に収容した後乾燥室を閉鎖して被乾燥物を乾燥し、乾燥処理後乾燥室から被乾燥物を搬出するようにした、いわゆるバッチ乾燥方式にも適用可能である。
【００１９】
例えば連続搬送乾燥方式の場合、被乾燥物が衣類である場合、衣類を搬送装置に取り付けたハンガーに掛けた状態で搬送しながら連続的に乾燥することができるし、食品や木材の場合であれば、ベルトコンベア等に載置したまま連続的に乾燥室内に搬入搬出してもよい。またバッチ乾燥方式の場合、被乾燥物を台車等で入口から乾燥室内に搬入し、搬入後入口を閉鎖して乾燥する。
【００２０】
前記連続搬送乾燥方式の場合、被乾燥物の搬入部付近から乾燥室内の低温高湿の空気を取り出し、前記ガスクーラで加熱した乾燥用空気を前記搬出部付近から乾燥室内に供給するようにして被乾燥物の搬送方向と逆方向に乾燥用空気流を形成すれば、被乾燥物に対する乾燥用空気の接触度が向上し、乾燥効率が良くなる。
また前記バッチ乾燥方式の場合、乾燥時間の経過とともにＣＯ２冷媒の分岐流量を増大させることにより、乾燥用空気の温度を低下させるようにすれば、乾燥に要する熱エネルギを節約することができる。
【００２１】
また本発明では、乾燥室から室内空気の一部を導出し該導出空気をガスクーラの温熱で加熱し、その後乾燥室内に戻す空気循環流路を形成してもよく、その場合好ましくは、該循環流路に介設した蒸発器と導出空気とを熱交換し、該蒸発器の冷熱によって前記導出空気を冷却して除湿した後で、該循環流路の蒸発器下流側に介設したガスクーラの温熱によって導出空気を加熱するようにするとよい。
こうすれば、１基のヒートポンプ装置により除湿と加熱の両方に対応できるため、ＣＯＰが格段に向上する。
また乾燥用空気の循環流路を形成すれば、乾燥用空気が外部に漏れないので、熱放出による熱ロスを防ぐことができ、またヒートポンプ装置の熱効率を向上させることができるとともに、導出空気を一旦除湿した後加熱するので、相対湿度を格段に低下することができる。
【００２２】
前記連続搬送乾燥方式に乾燥用空気の循環流路を組み合わせた実施形態では、被乾燥物の搬入位置付近の乾燥室から低温高湿度の室内空気の一部を導出し、該導出空気をガスクーラで加熱した後、被乾燥物の搬出位置付近の乾燥室内の高温低湿度空気中に戻す循環流路を形成すれば、乾燥室内に被乾燥物の入口から出口に向かって被乾燥物の搬送経路に沿って低温高湿度から徐々に高温低湿度になる雰囲気を形成することができるため、効率的な乾燥を行なうことができるとともに、乾燥時間や乾燥能力を適宜調整することができる。
【００２３】
また本発明方法は、外気をガスクーラの温熱で加熱した後乾燥室内に導入する方式、即ち空気循環方式でないものにも適用することができる。この場合ヒートポンプ装置を構成する蒸発器と乾燥室内からの排出された空気を熱交換し、該蒸発器の冷熱で該排出空気を冷却し除湿した後外部に排出すると、ヒートポンプ装置の熱効率を向上できるとともに、周囲環境を悪化させないで済む。
【００２４】
また外気を乾燥室からの導出空気と熱交換して予熱した後、ガスクーラの温熱で加熱するとともに、外気と熱交換後の前記導出空気を蒸発器の冷熱で冷却し除湿するようにすれば、乾燥室から導出した乾燥用空気の保有熱をより有効に利用することができる。
また外気を蒸発器の冷熱で冷却して除湿した後、乾燥室から導出した空気と熱交換して予熱し、その後該導出空気を外部へ排気するとともに、予熱した外気をガスクーラの温熱で加熱した後乾燥室内に導入するようにすれば、高温低湿度の乾燥用空気を得ることができる。
【００２５】
また前述のように乾燥室に乾燥用空気の閉ループ循環流路を形成する場合、ガスクーラ上流側で分岐したＣＯ２冷媒と外気との熱交換（冷媒の放熱）のみならず、蒸発器に流入するＣＯ２冷媒の一部を該蒸発器の上流側で必要吸熱量に相当する流量だけ分岐し、その後膨張機構を通して低圧とした後、外気と熱交換して外気から吸熱し（冷媒の吸熱）、その後前記蒸発器の下流側冷媒流路に戻すようにすれば、前記放熱操作及び吸熱操作を併用して前記ヒートポンプ装置の熱バランスをさらに良好に調整することができる。
【００２６】
この場合、蒸発器の上流側（ガスクーラ下流側）の高温高圧の冷媒を膨張機構を通すことによって低圧とし、外気との熱交換器で蒸発して外気から蒸発熱を奪うため、外気からの熱吸収効率が格段に向上する。
これによって乾燥室に供給する乾燥用空気の温度をさらに精度良く制御することができる。
【００２７】
次に本発明の乾燥システムは、
被乾燥物を乾燥する乾燥室と、ＣＯ２を冷媒とし、該ＣＯ２冷媒が圧縮機、ガスクーラ、膨張機構及び蒸発器の順に循環するヒートポンプ装置とを備え、
前記乾燥室に導入する乾燥用空気をＣＯ２冷媒を超臨界状態で運転する前記ガスクーラで加熱するように構成した衣類の乾燥システムにおいて、
ＣＯ２冷媒と外気とを熱交換する熱交換器と、
流量調整弁が介設され前記ガスクーラに流入するＣＯ２冷媒の一部を該ガスクーラの上流側で分岐して前記熱交換器に導く分岐流路と、
前記熱交換器で熱交換されたＣＯ２冷媒を前記ガスクーラの下流側冷媒流路に戻す戻り流路とを備え、
前記分岐流路に流れるＣＯ２冷媒量を調節することにより、前記乾燥室に供給する乾燥用空気の温度を設定温度に保持するようにしたことを特徴とする。
【００２８】
本発明の乾燥システムでは、分岐流路に介設された流量調整弁を調整することによってガスクーラの上流側でＣＯ２冷媒の一部を必要放熱量に相当する流量だけ外気との熱交換器に導入することができる。これによって該熱交換器における冷媒の放熱量を正確に設定できるので、ヒートポンプ装置の熱バランスを常に良好に保持することができ、このため乾燥用空気の加熱温度を精度良く制御することができる。
【００２９】
本発明システムにおいて、乾燥室から室内空気の一部を導出し該導出空気を前記乾燥室内に戻す循環流路を形成した場合には、
ヒートポンプ装置を構成して該循環流路に介設され前記導出空気から吸熱して除湿する蒸発器と、
前記循環流路に該蒸発器より下流側に介設された前記ガスクーラと、
第２の流量調整弁が介設され前記蒸発器に流入するＣＯ２冷媒の一部を該蒸発器の上流側で前記熱交換器に導く第２の分岐流路と、
前記第２の分岐流路において前記熱交換器の上流側に介設された膨張機構と、
前記熱交換器で熱交換されたＣＯ２冷媒を前記蒸発器の下流側冷媒流路に戻す第２の戻り流路とを備えるようにするとよい。
【００３０】
このように構成すれば、蒸発器の上流側でＣＯ２冷媒の一部を必要吸熱量に相当する流量だけ前記熱交換器に導入することができる。
かかる構成で、前記分岐流路又は第２の分岐流路に流れるＣＯ２冷媒量を調節することにより、乾燥室に供給する乾燥用空気の温度をさらに正確に設定温度に保持することができる。
【００３１】
これによってＣＯ２冷媒と外気との熱交換による冷媒の放熱量と吸熱量とを正確に設定できるので、ヒートポンプの熱バランスを常に所望の状態に保持することができ、これによって乾燥用空気の加熱温度を一層正確に設定値に制御することができる。
なお前記熱交換器は１台で吸熱用と放熱用とを兼用してもよいし、あるいは吸熱用と放熱用とを別個に設けてもよいが、１個のもので兼用したほうが装置構成を簡素化できる。
【００３２】
また本発明システムにおいて、被乾燥物を前記乾燥室内に連続的に搬入し、被乾燥物を前記乾燥室内で移動させながら前記乾燥室から搬出する搬送装置を設けて、被乾燥物を乾燥室に連続的に搬送しながら乾燥すれば、乾燥効率が向上する。例えば被乾燥物が衣類であれば、衣類を搬送装置に固定した複数のハンガーに掛けた状態で連続的に乾燥室に搬送することができる。被乾燥物が材木、食品等であれば、これらをベルトコンベア等に載置した状態で乾燥室内に搬送すればよい。
【００３３】
また好ましくは、ガスクーラの温熱で加熱された乾燥用空気の温度を検知するセンサと、該センサの温度検出値に基づいて前記流量調整弁又は前記第２の流量調整弁の開度を調整するコントローラとを備えるようにすれば、乾燥室に供給管する乾燥用空気の温度をさらに正確に制御することができる。
【００３４】
また前記連続乾燥方式の場合、被乾燥物の搬入位置付近の乾燥室から低温高湿度の室内空気の一部を導出し該導出空気を被乾燥物の搬出位置付近の乾燥室内の高温低湿度空気中に戻す循環流路を形成すれば、乾燥室内に被乾燥物の入口から出口に向かって被乾燥物の搬送路に沿って低温高湿度から徐々に高温低湿度に移行する雰囲気を形成することができるため、効率的な乾燥を行なうことができるとともに、乾燥時間や乾燥能力を適宜調整することができる。
【００３５】
またガスクーラの内部において、超臨界状態においてＣＯ２冷媒の分配の偏りが生じ難いという性質を生かし、超臨界状態のＣＯ２冷媒と乾燥用空気とが互いに対向流となるように両者の流路を形成するとともに、両者の流路を交互に分散配置すれば、ガスクーラ内でＣＯ２冷媒による均一な温度分布を形成できるとともに、ＣＯ２冷媒と乾燥用空気との接触面積を増加させ、熱交換効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の乾燥方法によれば、ガスクーラに流入するＣＯ２冷媒の一部を該ガスクーラの上流側で必要放熱量に相当する流量だけ分岐させ、分岐したＣＯ２冷媒を外気と熱交換させて外気に放熱することにより、該放熱量を精度良く設定することができ、これによってヒートポンプ装置の熱バランスを常に良好に保持することができるとともに、乾燥室に供給する乾燥用空気を精度良く設定温度に保持することができる。
またガスクーラ上流側の高温高圧液状の冷媒を外気と熱交換させるため、両者の温度差を大きく採ることができ、熱交換効率の良い放熱を行なうことができる。
【００３７】
従って特許文献２のように給水タンク等の大掛かりな装置を用いることなく、放熱量を増大させることができる。
特に大きさの異なる種々雑多な衣類を大量に乾燥する場合、乾燥処理を効率良く行なうためには、乾燥用空気の加熱温度を精度良く保持することが極めて重要であり、本発明をかかる場合に適用して好適である。
【００３８】
また好ましくは、被乾燥物を搬送装置で連続的に乾燥室内に搬入し被乾燥物を乾燥室内で移動させながら乾燥した後、被乾燥物を該搬送装置で乾燥室から搬出させるとともに、被乾燥物の搬入位置付近の乾燥室から低温高湿度の室内空気の一部を導出し、該導出空気を被乾燥物の搬出位置付近の前記乾燥室内の高温低湿度空気中に戻す循環流路を形成するようにすれば、乾燥用空気が外部に漏れないので、熱放出による熱ロスを防ぐことができ、ヒートポンプ装置のＣＯＰを向上させることができる。
また乾燥室内に被乾燥物の入口から出口に向かって低温高湿度から徐々に高温低湿度になる雰囲気を形成することができるため、乾燥時間や乾燥能力を適宜調整できて、計画的かつ効率的な乾燥を行なうことができる。
【００３９】
また外気を乾燥用空気として導入する場合、外気を乾燥室から導出する空気と熱交換して予熱した後、ガスクーラの温熱で加熱するとともに、外気と熱交換した前記導出空気を蒸発器の冷熱で冷却し除湿した後外部へ排出するようにすれば、乾燥室から導出した乾燥用空気の保有熱をより有効に利用することができる。
また外気を蒸発器の冷熱で冷却して除湿した後、前記乾燥室から導出した空気と熱交換して予熱し、その後該導出空気を外部へ排気するとともに、予熱した外気をガスクーラの温熱で加熱した後前記乾燥室内に導入するようにすれば、高温低湿度の乾燥用空気を得ることができる。
【００４０】
また乾燥室内の空気を導出して加熱した後乾燥室に戻す乾燥用空気の循環流路を形成する場合、ガスクーラ上流側で分岐したＣＯ２冷媒と外気との熱交換（冷媒の放熱）のみならず、蒸発器に流入するＣＯ２冷媒の一部を該蒸発器の上流側で必要吸熱量に相当する流量だけ分岐し,その後膨張機構を通して低圧とした後、外気と熱交換（冷媒の吸熱）することにより、前記放熱操作及び吸熱操作を併用して前記ヒートポンプ装置の熱バランスを調整するため、ヒートポンプ装置の熱バランス及び乾燥用空気の加熱温度をさらに精度良く制御することができる。
【００４１】
この場合、蒸発器の上流側（ガスクーラ下流側）の高温高圧液状の冷媒を膨張機構を通すことによって低圧とし、外気との熱交換器で蒸発して外気から蒸発熱を奪うため、熱吸収効率が格段に向上し、外気との間接的熱交換という簡単な方法で十分な吸熱量を得ることができる。
【００４２】
また本発明の乾燥システムによれば、ＣＯ２冷媒と外気とを熱交換する熱交換器と、流量調整弁が介設され前記ガスクーラに流入するＣＯ２冷媒の一部を該ガスクーラの上流側で分岐して前記熱交換器に導く分岐流路と、前記熱交換器で熱交換されたＣＯ２冷媒を前記ガスクーラの下流側冷媒流路に戻す戻り流路とを備え、流量調整弁によって分岐流路に流れるＣＯ２冷媒量を必要放熱量に相当する流量に調節することにより、冷媒放熱量を正確に設定できるので、ヒートポンプ装置の熱バランスを常に良好に保持することができるとともに、乾燥室に供給する乾燥用空気の温度を設定温度に精度良く保持することができる。
【００４３】
また乾燥室内の空気を導出し該導出空気をガスクーラで加熱した後乾燥室に供給する乾燥用空気の循環流路（閉ループ）を形成した場合は、ヒートポンプ装置を構成して該循環流路に介設され前記導出空気から吸熱して除湿する蒸発器と、前記循環流路に該蒸発器より下流側に介設された前記ガスクーラと、第２の流量調整弁が介設され前記蒸発器に流入するＣＯ２冷媒の一部を該蒸発器の上流側で前記熱交換器に導く第２の分岐流路と、前記第２の分岐流路において前記熱交換器の上流側に介設された膨張機構と、前記熱交換器で熱交換されたＣＯ２冷媒を前記蒸発器の下流側冷媒流路に戻す第２の戻り流路とを備え、前記分岐流路又は前記第２の分岐流路に流れるＣＯ２冷媒量を調節することにより、ＣＯ２冷媒の放熱量又は吸熱量を正確に設定できる。
【００４４】
これによってヒートポンプの熱バランスを常に所望の状態に保持することができるとともに、乾燥用空気の加熱温度を一層正確に設定値に制御することができる。
またガスクーラ上流側の高温状態の冷媒と外気とを熱交換させているので、外気との温度差を大きく取ることができ、あるいは蒸発器上流側の高温高圧液状の冷媒を膨張機構を通して低圧にし、低圧状態の冷媒を外気との熱交換器に導入し蒸発させてその蒸発潜熱を外気から奪っているので、放熱又は吸熱に際して熱交換率が良く、放熱量又は吸熱量ともに増大させることができる。従って熱交換器の装置構成が簡素化できる。
【００４５】
また好ましくは、ガスクーラの内部において、超臨界状態においてＣＯ２冷媒の分配の偏りが生じ難いという性質を生かし、超臨界状態のＣＯ２冷媒と乾燥用空気とが互いに対向流となるように両者の流路を形成するとともに、両者の流路を交互に分散配置すれば、ガスクーラ内でＣＯ２冷媒による均一な温度分布を形成できるとともに、ＣＯ２冷媒と乾燥用空気との接触面積を増加させ、熱交換効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
図１は、本発明の乾燥システムの第１実施例の全体構成図、図２は、前記第１実施例の制御系を示すブロック線図、図３は、第１実施例のように乾燥用空気循環方式であって連続搬送乾燥方式の乾燥システムに本発明を適用した模式図、図４は、別な変形例（外気導入方式であって連続搬送乾燥方式）に本発明を適用した模式図である。
【００４７】
図５は、さらに別な変形例（乾燥用空気循環方式であってバッチ乾燥方式）に本発明を適用した模式図、図６は、さらに別な変形例（外気導入方式であってバッチ乾燥方式）に本発明を適用した模式図、図７は、本発明の第２実施例による乾燥システムの全体構成図、図８は、本発明の第３実施例の全体構成図、図９は、前記第３実施例の一部を構成する温風発生器（ガスクーラ）の斜視図、図１０は、図８の温風発生器におけるＣＯ２熱媒及び乾燥用空気の温度曲線を示す線図、図１１は、前記第３実施例におけるヒートポンプ装置のモリエル線図、図１２は、本発明の第４実施例の全体構成図である。
【実施例１】
【００４８】
第１実施例を示す図１において、本実施例では、乾燥室１は、入口１ａ及び出口１ｂが開放されて、搬送装置に搬送された衣類ｃが連続的に搬入され、乾燥室１内で移動しながら乾燥され、そのまま乾燥室１外に搬出される方式のものである。本実施例において、搬送装置は、チェーン状のコンベア２と、該コンベア２に間隔をおいて取り付けられた複数のハンガー３で構成されている。
乾燥室１の下部には、乾燥室１内の空気を除湿及び加熱するヒートポンプ装置が収容された機械室１０が設置されている。
【００４９】
機械室１０において、乾燥室１の入口１ａ近傍に設けられた空気取入口１ｃから乾燥室１内の空気を取入れ、乾燥室１の出口１ｂ近傍に設けられた空気供給口１ｄに乾燥用空気を供給する循環流路１１が配設されている。
循環流路１１には、上流側から、フィルタ１２、矢印ｂ方向の空気流れを形成する送風ファン１３、除湿器（蒸発器）２６、加熱器（ガスクーラ）２３、及び送風ファン１４が介設されている。また加熱器２３の下流側の空気流路に温度センサ１５が配設されている。
【００５０】
ヒートポンプ装置２０は、ＣＯ２冷媒が循環する循環流路２１に、圧縮機２２、加熱器（ガスクーラ）２３、膨張弁２５、及び除湿器（蒸発器）２６が介設されて構成されている。
また循環流路２１の加熱器２３の上流側では、循環流路２１から分岐流路３１が分岐しており、分岐流路３１には流量調整弁３５が介設され、切替弁３７を経て熱交換器３９に接続され、その後戻り流路３３を経て循環流路２１に接続される。
【００５１】
また循環流路２１から分岐流路３２が分岐し、分岐流路３２には流量調整弁３６が介設され、切替弁３７、膨張弁３８を経て、熱交換器３９に接続され、その後戻り流路３４を経て、除湿器２６の下流側で循環流路２１に接続される。熱交換器３９は、機械室１０の外側に設置され、熱交換器３９の内部に配設された冷媒管路に外気ｏを当てるための送風ファン４０が設けられている。
【００５２】
かかる構成の乾燥システムにおいて、圧縮機２２により吸入されたＣＯ２冷媒を圧縮して高温高圧ガスとなったＣＯ２冷媒を加熱器（ガスクーラ）２３に送る。ＣＯ２冷媒は、加熱器２３で循環流路１１を流れる空気と熱交換して空気を加熱し、ＣＯ２冷媒は冷却され、膨張弁２５を経て低圧となり、除湿器２６で蒸発して空気から蒸発潜熱を奪い、ＣＯ２冷媒は低圧ガスとなる。空気は冷却されて除湿される。
【００５３】
除湿器２６を出た低圧ガス状のＣＯ２冷媒は、圧縮機２２に吸入されてヒートポンプサイクルをなす。
また乾燥室１内入口１ａ近傍の空気取入口１ｃから送風ファン１３及び１４によって取り出された低温多湿の空気（３５℃、８０％ＲＨ）は、フィルタ１２で塵埃を取り除かれ、その後除湿器２６に送られる。除湿器２６で空気を露点温度以下に冷却して除湿する。空気から除湿された排水ｗは、排水管路２６ａから排水される。
【００５４】
除湿器２６を出た低温高湿の空気（１５℃、９５％ＲＨ）は、加熱器２３で加熱され、絶対湿度を変えずに加熱して相対湿度を下げ、高温低湿となり（６０℃、８．２ＲＨ）、送風ファン１４を経て、乾燥室１の出口１ｂ近傍に開口した空気供給口１ｄから乾燥室１に戻される。
【００５５】
このような運転を行なっているときに、圧縮機２２が消費する電力に相当する分の熱量がＣＯ２冷媒に徐々に蓄積され、ＣＯ２冷媒が高温高圧となり、より高温高圧となった冷媒を圧縮するため、圧縮機２２の駆動モータ負荷が増え、過負荷状態となる。
そのため加熱器２３の出口空気温度が高くなったときは、その温度をセンサ１５により検知して、放熱すべき熱量に相当する流量のＣＯ２冷媒を分岐流路３１に流す。分岐流路３１に流す冷媒流量は、流量調整弁３５で調整する。
【００５６】
分岐流路３１を流れるＣＯ２冷媒は、切替弁３７を経て熱交換器３９に送られる。熱交換器３９で外気と熱交換され、熱を放出する。熱交換器３９で外気に放熱したＣＯ２冷媒は、戻り流路３３を経て循環流路２１に戻る。
一方加熱器２３の出口空気温度を温度センサ１５で検知して、設定温度より低い場合は、循環流路２１から分岐流路３２に一部のＣＯ２冷媒を分岐させる。分岐流路３２に流す冷媒の流量は、流量調整弁３６によって必要吸熱量に相当する流量に調整する。
【００５７】
かかる制御を行なうのが図２に示されたコントローラ４１である。コントローラ４１において、温度センサ１５の検出値が差動増幅器４３で参照電圧発生器４２から発信される設定値と比較され、設定値に対する検出値の大小を判定回路４４で判定し、検出値＞設定値のときは、スイッチ４５を経て流量調整弁３５のバルブ駆動部３５ａを作動させ、検出値＜設定値のときは、スイッチ４５を経て流量調整弁３６のバルブ駆動部３６ａを作動させる。
【００５８】
分岐流路３２を流れるＣＯ２冷媒は、切替弁３７及び膨張弁３８を経て熱交換器３９に送られる。切替弁３７では、分岐流路３１又は３２のどちらか一方から冷媒を流すように切り替えられる。ＣＯ２冷媒は、膨張弁３８を通ることによって低圧となり、熱交換器３９で蒸発して外気ｏから蒸発潜熱を吸収する。
外気ｏから吸熱した冷媒は、戻り流路３４を経て圧縮機２２の上流側循環流路２１に戻される。
【００５９】
このように操作することにより、ＣＯ２冷媒の高温高圧化を防ぎ、ヒートポンプ装置２０の熱バランスを正常な状態に保持できるとともに、加熱器２３の出口空気温度を設定値に保持することができ、乾燥室１に供給する乾燥用空気の温度を設定値に保持することができる。
コートから下着まで重量、大きさが種々雑多な衣類を乾燥する場合、乾燥室内の温度を設定値に制御することは困難である。本発明によれば、かかる場合でも乾燥室内の空気を精度良く設定値に保持することができる。
【００６０】
このように第１実施例によれば、加熱器２３の上流側の外気との温度差のある高温の冷媒を一部分岐流路３１に取り出し、外気ｏとの温度差を増大させて熱交換器３８で外気ｏと熱交換させ、あるいは加熱器２３を経た後の高圧液状態の冷媒を一部分岐流路３２に取り出し、膨張弁３８を経て低圧状態とした後で熱交換器３９に送ることにより、熱交換器３９で蒸発させて外気ｏから蒸発潜熱を奪うようにしてため、外気ｏとの良好な熱交換率を得ることができる。
【００６１】
従って熱交換器３９も冷媒と外気とを間接接触させるだけの簡単な構成のもので済み、特許文献２のような給水タンクを用いる必要がない。
また流量調整弁３５又は３６によって必要放熱量又は必要吸熱量に相当する分の冷媒量を分岐させるようにしているため、放熱量又は吸熱量を正確に制御することができる。
【００６２】
また乾燥室１内の空気を循環する閉回路の循環流路１１を構成するため、加熱乾燥時の給排気が不要になるとともに、加熱器２３で超臨界状態のＣＯ２冷媒を乾燥用空気と熱交換させるため、高温の乾燥空気を製造可能であり、１基のヒートポンプ装置２０により除湿と加熱の両方に対応できるため、ＣＯＰが格段に向上する。
また衣類ｃをコンベア２に搬送させながらハンガー３に吊られた状態で連続的に乾燥できるため、バッチ式等と比べ搬入、搬出の手間が省ける。
【００６３】
さらにヒータ、蒸気等を使用しないので、周囲をクリーンな環境の保持できて、安全であるとともに、乾燥用空気の温度コントロールが木目細かくできるため、衣類などにやさしい温風を供給することができる。
特に本実施例では、乾燥室１の入口１ａ付近の低温高湿な空気を取り込み、乾燥室１の出口１ｂ付近に高温低湿な空気を供給しているため、衣類ｃの搬送方向に対して逆方向の空気流を形成するため、衣類ｃと空気流との接触度が良く、乾燥効率が向上する。また乾燥室１内を入口から出口に向かって衣類ｃの搬送路に沿って低温高湿な雰囲気から徐々に高温低湿な雰囲気に移行する雰囲気を形成することができるため、乾燥効率を向上できるとともに、乾燥能率及び乾燥時間の調節をも可能とする。
【００６４】
また本実施例において、乾燥時間の経過とともにＣＯ２冷媒の分岐流路３１を流れる流量を増大させ、ＣＯ２冷媒の放熱量を増大させるようにし、これによって加熱器２３下流側の空気の温度を低下させるようにすれば、乾燥に要する熱エネルギを節約することができる。
【００６５】
図３から図６は、本発明が適用可能な乾燥システムの種々の変形例を示す模式図である。図３は、前記第１実施例と同様に、衣類ｃをコンベア２で搬送しながら連続的に乾燥を行う連続搬送乾燥方式であって、かつ乾燥室２内の空気を取り出し、除湿及び加熱した後乾燥室１内に戻す空気循環方式（閉ループ）を採用した例である。
図４は、図３と同じ連続搬送乾燥方式であるが、乾燥室１から取り出した空気を除湿器２６で冷却し除湿した後外部に排出し、一方外部から外気ｏを導入して加熱器２３で加熱した後乾燥室１に供給する非循環方式のものである。
【００６６】
図５は、乾燥室１が扉１ｅによって開閉可能な構造になっており、扉１ｅを開けて衣類ｃをハンガー３に吊り下げた状態の台車４を乾燥室１内に収容した後、扉１ｅを閉めて閉鎖し、この状態で衣類ｃの乾燥を行なう、いわゆるバッチ乾燥方式であり、乾燥室１内の空気を閉ループで循環させる点は図３と同様である。
図６は、乾燥用空気を図４と同一の外気導入方式で行い、衣類ｃの乾燥は、図５と同一のバッチ乾燥方式を採用している。本発明は、図３から６のいずれの方式にも適用可能である。
【実施例２】
【００６７】
次に本発明の第２実施例を図７に基づいて説明する。本実施例は、ＣＯ２を冷媒とするヒートポンプ装置により冷却又は加熱されたブラインにより乾燥室の乾燥用空気を冷却又は加熱する方式とした実施例である。図７において、乾燥室１、乾燥用空気の循環流路１１に配設された各機器類は、図１に示す第１実施例と同一であるので、図１と同一番号を付して、それら機器の説明を省略する。また制御系も図２に示す第１実施例の制御系と同一である。
【００６８】
ヒートポンプ装置８０は、ＣＯ２冷媒の循環ライン９０に、圧縮機８１、ガスクーラ８２、膨張機８３、及びブラインクーラ８４が介設されて構成されている。
【００６９】
ブラインクーラ８４と除湿器２６間には、ブラインポンプ１０１を介設したブライン循環ライン１００が設けられ、ブラインクーラ８４で冷却したブラインを除湿器２６に供給している。またガスクーラ８２と加熱器２３間にもブラインポンプ１１１を介設したブライン循環ライン１１０が設けられ、ガスクーラ８２で加熱したブラインを加熱器２３に供給している。
【００７０】
またブライン循環ライン１００には、流量調整弁１０４を介設した分岐ライン１０２及び戻りライン１０３が設けられ、分岐ライン１０２では切替弁１０５が介設され、切替弁１０５でブライン循環ライン１１０から分岐した分岐ライン１１２と切替可能に接続されている。また戻りライン１０３には切替弁１０６が介設され、切替弁１０６で循環ライン１１０に戻る戻りライン１１４が切替可能に接続されている。
【００７１】
分岐ライン１０２は、放熱コイル及び採熱コイルを具備する熱交換器３９に接続され、熱交換器３９では分岐ライン１０２から流れる低温ブラインを採熱コイルを通して外気ｏと熱交換して加温し、分岐ライン１１２から流れる高温ブラインを放熱コイルを通して外気ｏと熱交換して冷却する。熱交換器３９で加温されたブラインは戻りライン１０３を通ってブライン循環ライン１００に戻り、熱交換器３９で冷却されたブラインは戻りライン１１４を通ってブライン循環ライン１１０に戻る。なお循環ライン１００と戻り管１０３との合流部には膨張タンク１０７を設け、循環ライン１１０と戻り管１１４との合流部には膨張タンク１１５を設けている。
【００７２】
本実施例において乾燥室１から出た低温多湿の空気は、フィルタ１２で塵埃を取り除いた後、除湿器２６に送られる。ブラインクーラ８４で冷却されたブラインが除湿器２６に供給されて、循環流路１１を通る低温多湿空気を露点温度以下に冷却して除湿する。ガスクーラ８２で加温されたブラインが加熱器２３に供給されて、除湿器２６から出た高温低湿の空気を加熱して、絶対湿度を変えずに相対湿度を下げ、高温低湿の乾燥用空気をつくり乾燥室１に送る。加熱器２３の下流側には温度センサ１５が設けられ、乾燥用空気の温度を検出し、コントローラ４１では該検出値が設定値に制御されるように、流量調整弁１０４又は１１３の開度を調節する。
【００７３】
流量調整弁１０４又は１１３からブラインの一部が熱交換器３９に供給され、外気ｏとの熱交換により加熱又は冷却されてブライン循環ライン１００又は１１０に戻ることにより、循環ライン１００又は１１０を流れるブラインの温度が調節され、それによって乾燥用空気の温度が設定値に調節される。なおブラインには、ポリプロピレングリコールや水を使用し、これらに防錆剤を混入するとよい。
【００７４】
かかる構成の第２実施例によれば、分岐ライン１０２及び１１２に流れるブライン流量を調整することによって、除湿器２６での吸熱量及び加熱器２３での放熱量を正確に設定することができるため、乾燥室１に戻す乾燥用空気の温度及び相対湿度を正確に制御することができる点、その他前述の第１実施例と同様の作用効果を得ることができる。
さらに本実施例では、さらにヒートポンプ装置８０と除湿器２６又は加熱器２３との間にブライン循環ライン１００又は１１０を介設することにより、除湿器２６及び加熱器２３にＣＯ２冷媒が導入されていないので、除湿器２６及び加熱器２３の内部で熱交換部に破損が生じたとしても、ＣＯ２冷媒が空気循環流路１１や乾燥室１に放出して酸欠等の問題が発生することがないという長所がある。
【実施例３】
【００７５】
次に本発明の第２実施例を図８〜１１により説明する。本実施例は、外気ｏを乾燥システムに導入し加熱して乾燥用空気をつくり、それを乾燥室６１に供給するとともに、乾燥室６１で乾燥に供した空気を外部へ排気する非循環方式の実施例である。
図８において、ＣＯ２冷媒が循環する循環流路５１に、圧縮機５２、温風発生器（ガスクーラ）５３、膨張弁５４及び除湿器（蒸発器）５５が介設されてなるヒートポンプ装置５０が設けられている。
【００７６】
衣類等を乾燥するための乾燥室６１には温風発生器（ガスクーラ）５３で加熱された温風（乾燥用空気）ｈが供給され、乾燥室６１内で乾燥に供された乾燥後空気ｄは、除湿器５５で冷却され除湿された後の外気ｏと予熱器６２で熱交換される。
また温風発生器５３に上流側には、流量調整弁７５を介して外気との熱交換器７８に至る分岐流路７１が設けられ、分岐流路７１に流入した冷媒の一部は熱交換器７８で外気と熱交換した後、戻り流路７３を経て温風発生器５３の下流側で冷媒循環流路５１に合流する。
【００７７】
また膨張弁５４の上流側で冷媒循環流路５１から分岐する分岐流路７２が設けられ、分岐流路７２に流入した冷媒の一部は、流量調整弁７７を経て熱交換器７８に至り、熱交換器７８で外気と熱交換した後、戻り管路７４を経て圧縮機５２上流側の冷媒循環流路５１に合流する構成となっている。このようなヒートポンプ装置の構成は、前記第１実施例と同一である。
【００７８】
かかる乾燥システムにおいて、循環流路５１を循環するＣＯ２冷媒は、圧縮機５２で圧縮されて高温高圧ガスとなった後、温風発生器（ガスクーラ）５３において冷却され、その後膨張弁５４を通過して低温低圧液となり、除湿器（蒸発器）５５において、除湿器５５に導入される外気ｏから蒸発潜熱を奪って蒸発する。
【００７９】
一方外気ｏは、除湿器５５で蒸発潜熱を奪われて冷却され、露点温度以下となって除湿され、その後予熱器６２に導入される。予熱器６２で外気ｏは乾燥室６１で被乾燥物の乾燥に供された後の空気ｄと熱交換により、空気ｄの残熱で予熱され、その後温風発生器５３でＣＯ２冷媒の保有熱で加熱されて、乾燥室６１に乾燥用空気ｈとして供給される。なお予熱器６２で熱交換後の乾燥後空気ｄは、排気ｅとして外部へ排気される。
【００８０】
図９は、温風発生器５３の拡大斜視図である。図９において、冷媒配管５１は、温風発生器５３の一方の側壁５３ａ近傍で複数の支管に分割され、該支管５１ａは温風発生器５３の内部で互いに平行に複数段（例えば２０段）に配置されている。温風発生器５３の内部では、支管５１ａを流れるＣＯ２冷媒が予熱後の外気ｏと対向流をなすように配置されている。
【００８１】
即ち本実施例では、支管５１ａは、冷媒配管５１から上下に２０段に分岐した後、温風発生器５３の内部で互いに平行に配置され、側壁５３ａの対面側の側壁５３ｂで矢印ｆ側に曲折されて折り返し、その後側面５３ａに至って同じように矢印ｆ側に曲折されて折り返すように配設されている。温風発生器５３の前面５３ｃに至るまで矢印ｆ方向に曲折され、温風発生器５３の外部に出て再び冷媒配管５１に合流する。このようにして支管５１ａは、温風発生器５３の内部で矢印ｆ方向に２０列に渡って蛇行配置される。
【００８２】
そのため冷媒の流れは、温風ｈの流れ方向ｇに対してその対向流となるｆ方向に向かう。温風発生器５３の外部で冷媒配管５１に合流したＣＯ２冷媒は、その後膨張弁５４に向って流れる。
図１０は、温風発生器５３におけるＣＯ２熱媒ｒ及び外気ｏの温度曲線を示し、図１１は、本実施例のヒートポンプ装置のモリエル線図を示す。なお図１１中、ｋは臨界点、ｍは飽和液線、ｊは飽和蒸気線、ｓは飽和蒸気領域を示す。
【００８３】
本実施例の場合、図１１の冷却工程Ｂにおいて、ＣＯ２冷媒ｒは、超臨界状態をなしており、１０５℃で温風発生器５３に流入し、外気ｏと熱交換して、温風発生器５３の出口で３９℃となる。一方外気ｏは２５℃で温風発生器５３に流入し、温風発生器５３の出口で８０℃に昇温される。このときの外気ｏの流量は、２１０２ｍ３／ｈであり、熱交換量は３７ｋｗとなる。
ＣＯ２冷媒ｒは、蒸発工程Ｄにおいて、飽和蒸気領域ｓのときは、温度１０．０℃を維持し、過熱領域で１５．０℃となる。
【００８４】
このように第３実施例によれば、本乾燥システムに導入される外気ｏがまず除湿器（蒸発器）５５で除湿されるため、温風発生器５３には乾燥した空気を供給することができる。また除湿器５５で除湿された外気ｏは、温風発生器５３に導入される前に予熱器６２で乾燥に供された後の空気ｄと熱交換され、同空気ｄの残熱で予熱されるため、温風発生器５３に比較的高温の乾燥用空気を送り込むことができ、除湿器５５での除湿処理工程と組み合わされることにより、乾燥システム全体の熱効率を大幅に向上させることができる。
【００８５】
また第３実施例によれば、ＣＯ２冷媒を使用しているために、超臨界状態での運転が容易であり、そのため高温度の取り出しが可能となり、超臨界状態では、冷媒の分配の偏りが生じ難いことを利用して、温風発生器５３の内部において、ＣＯ２冷媒を超臨界状態として、ＣＯ２冷媒配管を多数段に分岐させ、ＣＯ２冷媒を均一流のままこれら分岐管に分配し、また外気ｏと対向流となるように配置するとともに、多数回曲折蛇行させて外気ｏとの接触面積を増加させている。
従ってＣＯ２冷媒と外気ｏとの熱伝達率を飛躍的に増大することができ、これによって乾燥システム全体の熱効率を飛躍的に向上することができる。
【実施例４】
【００８６】
次に本発明の第４実施例を図１２に基づいて説明する。図１２において、ヒートポンプ装置５０の構成は図８に示す第３実施例と同一であり、ＣＯ２冷媒が冷媒循環流路５１を、圧縮機５２→温風発生器（ガスクーラ）５３→膨張弁５４→排熱回収蒸発器５５の順に循環してヒートポンプサイクルを構成し、かつ温風発生器５３で加熱昇温された温風（乾燥用空気）ｈが乾燥室６１に供給されて被乾燥物を乾燥し、乾燥後の空気ｄが予熱器６２に導入されて、温風発生器５３に導入される前工程で外気ｏを予熱する構成は、前記第２実施例と同一である。
【００８７】
本第４実施例が第３実施例と異なる点は、乾燥後空気ｄが予熱器６２に導入されて外気oと熱交換して外気oを予熱した後、排熱回収蒸発器５５に導入され、蒸発器５５でＣＯ２冷媒が蒸発するに要する蒸発潜熱の熱源を供給した後、系外に排気ｅとして排気される点である。
【００８８】
従って第４実施例によれば、乾燥後空気ｄの保有する熱源をＣＯ２冷媒の蒸発熱源として有効に利用することができ、これによって本乾燥システム全体の熱効率をさらに向上され、高効率の空気加熱運転を達成できるという長所がある。
また第４実施例においては、温風発生器５３は、前記第３実施例の図９に図示された温風発生器５３の構造と同様の構成を有しているので、温風発生器５３の内部で超臨界状態を呈することによるＣＯ２冷媒の配管内での分散効果、及び温風発生器５３内でのＣＯ２冷媒配管の分岐と蛇行、及びＣＯ２冷媒の乾燥用空気に対する対向流の形成によって得られる熱伝達効果の向上及び乾燥システム全体における熱効率の向上に関し、第３実施例と同様の作用効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明によれば、ＣＯ２冷媒を超臨界状態で運転するヒートポンプ装置を適用することにより、高温の乾燥用空気を乾燥室に供給できるとともに、乾燥用空気の温度を精度良く制御することができるため、被乾燥物として、特に大きさ、重量が異なる種々雑多な衣類を乾燥する場合おいても、乾燥用空気を正確に設定温度に制御できるので、これら衣類を大量に短時間で効率良く乾燥処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の乾燥システムの第１実施例の全体構成図である。
【図２】前記第１実施例の制御系を示すブロック線図である。
【図３】乾燥用空気循環方式でかつ連続搬送乾燥方式の乾燥システムに本発明を適用した模式図である。
【図４】別な変形例（外気導入方式でかつ連続搬送乾燥方式）に本発明を適用した模式図である。
【図５】さらに別な変形例（乾燥用空気循環方式でかつバッチ乾燥方式）に本発明を適用した模式図である。
【図６】さらに別な変形例（外気導入方式でかつバッチ乾燥方式）に本発明を適用した模式図である。
【図７】本発明の第２実施例による乾燥システムの全体構成図である。
【図８】本発明の第３実施例による乾燥システムの全体構成図である。
【図９】前記第３実施例の一部を構成する温風発生器（ガスクーラ）の斜視図である。
【図１０】図８の温風発生器５３におけるＣＯ２熱媒及び乾燥用空気の温度曲線を示す線図である。
【図１１】前記第３実施例におけるヒートポンプ装置のモリエル線図である。
【図１２】本発明の第４実施例の全体構成図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 乾燥室
１ｃ 空気取り入れ口
１ｄ 空気供給口
２ コンベア（搬送装置）
１１ 空気循環流路
１３，１４ 送風ファン
１５ 温度センサ
２０，８０ ヒートポンプ装置
２１，５１ 冷媒循環流路
２２，５２ 圧縮機
２３，５３ 加熱器（ガスクーラ）
２５，５４ 膨張弁
２６，５５ 除湿器（蒸発器）
３１，３２ 分岐流路
３３，３４ 戻り流路
３５，３６，１０４，１１３ 流量調整弁
３８ 膨張弁
３９ 熱交換器
４１ コントローラ
６２ 予熱器
８２ ガスクーラ
８３ 膨張機
８４ ブラインクーラ
ｃ 被乾燥物
ｏ 外気
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被乾燥物を乾燥するための乾燥室にＣＯ２を冷媒としたヒートポンプ装置を構成するガスクーラでＣＯ２冷媒を超臨界状態で運転させることにより加熱した乾燥用空気を導入するようにした乾燥方法において、
前記ガスクーラに流入するＣＯ２冷媒の一部を該ガスクーラの上流側で必要放熱量に相当する流量だけ分岐させ、
分岐したＣＯ２冷媒を外気と熱交換させて外気に放熱し、
その後分岐したＣＯ２冷媒を前記ガスクーラの下流側冷媒流路に戻すことにより、
前記乾燥室に供給する乾燥用空気を設定温度に保持するようにしたことを特徴とする乾燥方法。
【請求項２】
複数の被乾燥物を搬送装置で移動させながら前記乾燥室内への搬入、該乾燥室内での乾燥及び該乾燥室からの搬出を行なうとともに、
被乾燥物の前記搬入部付近から前記乾燥室内の低温高湿の空気を取り出し、前記ガスクーラで加熱した乾燥用空気を前記搬出部付近から前記乾燥室内に供給するようにして被乾燥物の搬送方向と逆方向に乾燥用空気流を形成することを特徴とする請求項１記載の乾燥方法。
【請求項３】
被乾燥物を前記乾燥室に収容した後前記乾燥室を閉鎖して被乾燥物を乾燥し、その後前記乾燥室から被乾燥物を搬出するとともに、
乾燥時間の経過とともにＣＯ２冷媒の分岐流量を増大させることにより、乾燥用空気の温度を低下させることを特徴とする請求項１記載の乾燥方法。
【請求項４】
前記乾燥室から導出した空気を前記ヒートポンプ装置を構成する蒸発器で冷却し除湿し、
その後該除湿空気を前記ガスクーラの温熱で加熱した後前記乾燥室に戻す空気循環流を形成することを特徴とする請求項１記載の乾燥方法。
【請求項５】
外気を前記ガスクーラの温熱で加熱した後前記乾燥室に供給するとともに、
前記乾燥室から導出した室内空気を前記ヒートポンプ装置を構成する蒸発器で冷却し除湿した後外部へ排出することを特徴とする請求項１記載の乾燥方法。
【請求項６】
被乾燥物の搬入位置付近の前記乾燥室から低温高湿度の室内空気の一部を導出し、該導出空気を前記ガスクーラの温熱で加熱した後、被乾燥物の搬出位置付近の前記乾燥室内の高温低湿度空気中に戻すようにし、
前記乾燥室内で搬入位置から搬出位置に向かって低温高湿から高温低湿に徐々に移行する雰囲気を形成することを特徴とする請求項４記載の乾燥方法。
【請求項７】
前記蒸発器に流入するＣＯ２冷媒の一部を該蒸発器の上流側で必要吸熱量に相当する流量だけ分岐し,
その後膨張機構を通して低圧とした後、外気と熱交換して外気から吸熱し、その後前記蒸発器の下流側冷媒流路に戻すようにし、
前記放熱操作及び吸熱操作を併用して前記ヒートポンプ装置の熱バランスを調整することを特徴とする請求項４記載の乾燥方法。
【請求項８】
外気を前記導出空気と熱交換して予熱した後、前記ガスクーラの温熱で加熱し、外気と熱交換した前記導出空気を前記蒸発器の冷熱で冷却し除湿した後外部へ排出することを特徴とする請求項５記載の乾燥方法。
【請求項９】
外気を前記蒸発器の冷熱で冷却して除湿した後、前記乾燥室から導出した空気と熱交換して予熱し、
その後該導出空気を外部へ排気するとともに、予熱した前記外気を前記ガスクーラの温熱で加熱した後前記乾燥室内に導入することを特徴とする請求項５記載の乾燥方法。
【請求項１０】
被乾燥物を乾燥する乾燥室と、
ＣＯ２を冷媒とし該ＣＯ２冷媒が圧縮機、ガスクーラ、膨張機構及び蒸発器の順に循環するヒートポンプ装置とを備え、
前記乾燥室に導入する乾燥用空気をＣＯ２冷媒を超臨界状態で運転する前記ガスクーラで加熱するように構成した衣類の乾燥システムにおいて、
ＣＯ２冷媒と外気とを熱交換する熱交換器と、
流量調整弁が介設され前記ガスクーラに流入するＣＯ２冷媒の一部を該ガスクーラの上流側で分岐して前記熱交換器に導く分岐流路と、
前記熱交換器で熱交換されたＣＯ２冷媒を前記ガスクーラの下流側冷媒流路に戻す戻り流路とを備え、
前記分岐流路に流れるＣＯ２冷媒量を調節することにより、前記乾燥室に供給する乾燥用空気の温度を設定温度に保持するようにしたことを特徴とする乾燥システム。
【請求項１１】
前記乾燥室から室内空気の一部を導出し該導出空気を前記乾燥室内に戻す循環流路と、
前記ヒートポンプ装置を構成して該循環流路に介設され前記導出空気から吸熱して除湿する蒸発器と、
前記循環流路に該蒸発器より下流側に介設された前記ガスクーラと、
第２の流量調整弁が介設され前記蒸発器に流入するＣＯ２冷媒の一部を該蒸発器の上流側で前記熱交換器に導く第２の分岐流路と、
前記第２の分岐流路において前記熱交換器の上流側に介設された膨張機構と、
前記熱交換器で熱交換されたＣＯ２冷媒を前記蒸発器の下流側冷媒流路に戻す第２の戻り流路とを備え、
前記分岐流路又は前記第２の分岐流路に流れるＣＯ２冷媒量を調節することにより、前記乾燥室に供給する乾燥用空気の温度を設定温度に保持するように構成したことを特徴とする請求項１０記載の乾燥システム。
【請求項１２】
前記ガスクーラの温熱で加熱された乾燥用空気の温度を検知するセンサと、
該センサの温度検出値に基づいて前記流量調整弁又は前記第２の流量調整弁の開度を調整するコントローラとを備えたことを特徴とする請求項１０又は１１のいずれか記載の乾燥システム。
【請求項１３】
前記循環流路が、被乾燥物の搬入位置付近の前記乾燥室から低温高湿度の室内空気の一部を導出し該導出空気を被乾燥物の搬出位置付近の前記乾燥室内の高温低湿度空気中に戻す循環流路であって、
前記乾燥室内で搬入位置から搬出位置に向かって低温高湿から高温低湿に徐々に移行する雰囲気を形成するように構成したことを特徴とする請求項１１記載の乾燥システム。
【請求項１４】
前記ガスクーラの内部において、超臨界状態のＣＯ２冷媒と乾燥用空気とが互いに対向流となるように両者の流路を形成するとともに、両者の流路を交互に分散配置したことを特徴とする請求項１０記載の乾燥システム。
【請求項１】
被乾燥物を乾燥するための乾燥室にＣＯ２を冷媒としたヒートポンプ装置を構成するガスクーラでＣＯ２冷媒を超臨界状態で運転させることにより加熱した乾燥用空気を導入するようにした乾燥方法において、
前記ガスクーラに流入するＣＯ２冷媒の一部を該ガスクーラの上流側で必要放熱量に相当する流量だけ分岐させ、
分岐したＣＯ２冷媒を外気と熱交換させて外気に放熱し、
その後分岐したＣＯ２冷媒を前記ガスクーラの下流側冷媒流路に戻すことにより、
前記乾燥室に供給する乾燥用空気を設定温度に保持するようにしたことを特徴とする乾燥方法。
【請求項２】
複数の被乾燥物を搬送装置で移動させながら前記乾燥室内への搬入、該乾燥室内での乾燥及び該乾燥室からの搬出を行なうとともに、
被乾燥物の前記搬入部付近から前記乾燥室内の低温高湿の空気を取り出し、前記ガスクーラで加熱した乾燥用空気を前記搬出部付近から前記乾燥室内に供給するようにして被乾燥物の搬送方向と逆方向に乾燥用空気流を形成することを特徴とする請求項１記載の乾燥方法。
【請求項３】
被乾燥物を前記乾燥室に収容した後前記乾燥室を閉鎖して被乾燥物を乾燥し、その後前記乾燥室から被乾燥物を搬出するとともに、
乾燥時間の経過とともにＣＯ２冷媒の分岐流量を増大させることにより、乾燥用空気の温度を低下させることを特徴とする請求項１記載の乾燥方法。
【請求項４】
前記乾燥室から導出した空気を前記ヒートポンプ装置を構成する蒸発器で冷却し除湿し、
その後該除湿空気を前記ガスクーラの温熱で加熱した後前記乾燥室に戻す空気循環流を形成することを特徴とする請求項１記載の乾燥方法。
【請求項５】
外気を前記ガスクーラの温熱で加熱した後前記乾燥室に供給するとともに、
前記乾燥室から導出した室内空気を前記ヒートポンプ装置を構成する蒸発器で冷却し除湿した後外部へ排出することを特徴とする請求項１記載の乾燥方法。
【請求項６】
被乾燥物の搬入位置付近の前記乾燥室から低温高湿度の室内空気の一部を導出し、該導出空気を前記ガスクーラの温熱で加熱した後、被乾燥物の搬出位置付近の前記乾燥室内の高温低湿度空気中に戻すようにし、
前記乾燥室内で搬入位置から搬出位置に向かって低温高湿から高温低湿に徐々に移行する雰囲気を形成することを特徴とする請求項４記載の乾燥方法。
【請求項７】
前記蒸発器に流入するＣＯ２冷媒の一部を該蒸発器の上流側で必要吸熱量に相当する流量だけ分岐し,
その後膨張機構を通して低圧とした後、外気と熱交換して外気から吸熱し、その後前記蒸発器の下流側冷媒流路に戻すようにし、
前記放熱操作及び吸熱操作を併用して前記ヒートポンプ装置の熱バランスを調整することを特徴とする請求項４記載の乾燥方法。
【請求項８】
外気を前記導出空気と熱交換して予熱した後、前記ガスクーラの温熱で加熱し、外気と熱交換した前記導出空気を前記蒸発器の冷熱で冷却し除湿した後外部へ排出することを特徴とする請求項５記載の乾燥方法。
【請求項９】
外気を前記蒸発器の冷熱で冷却して除湿した後、前記乾燥室から導出した空気と熱交換して予熱し、
その後該導出空気を外部へ排気するとともに、予熱した前記外気を前記ガスクーラの温熱で加熱した後前記乾燥室内に導入することを特徴とする請求項５記載の乾燥方法。
【請求項１０】
被乾燥物を乾燥する乾燥室と、
ＣＯ２を冷媒とし該ＣＯ２冷媒が圧縮機、ガスクーラ、膨張機構及び蒸発器の順に循環するヒートポンプ装置とを備え、
前記乾燥室に導入する乾燥用空気をＣＯ２冷媒を超臨界状態で運転する前記ガスクーラで加熱するように構成した衣類の乾燥システムにおいて、
ＣＯ２冷媒と外気とを熱交換する熱交換器と、
流量調整弁が介設され前記ガスクーラに流入するＣＯ２冷媒の一部を該ガスクーラの上流側で分岐して前記熱交換器に導く分岐流路と、
前記熱交換器で熱交換されたＣＯ２冷媒を前記ガスクーラの下流側冷媒流路に戻す戻り流路とを備え、
前記分岐流路に流れるＣＯ２冷媒量を調節することにより、前記乾燥室に供給する乾燥用空気の温度を設定温度に保持するようにしたことを特徴とする乾燥システム。
【請求項１１】
前記乾燥室から室内空気の一部を導出し該導出空気を前記乾燥室内に戻す循環流路と、
前記ヒートポンプ装置を構成して該循環流路に介設され前記導出空気から吸熱して除湿する蒸発器と、
前記循環流路に該蒸発器より下流側に介設された前記ガスクーラと、
第２の流量調整弁が介設され前記蒸発器に流入するＣＯ２冷媒の一部を該蒸発器の上流側で前記熱交換器に導く第２の分岐流路と、
前記第２の分岐流路において前記熱交換器の上流側に介設された膨張機構と、
前記熱交換器で熱交換されたＣＯ２冷媒を前記蒸発器の下流側冷媒流路に戻す第２の戻り流路とを備え、
前記分岐流路又は前記第２の分岐流路に流れるＣＯ２冷媒量を調節することにより、前記乾燥室に供給する乾燥用空気の温度を設定温度に保持するように構成したことを特徴とする請求項１０記載の乾燥システム。
【請求項１２】
前記ガスクーラの温熱で加熱された乾燥用空気の温度を検知するセンサと、
該センサの温度検出値に基づいて前記流量調整弁又は前記第２の流量調整弁の開度を調整するコントローラとを備えたことを特徴とする請求項１０又は１１のいずれか記載の乾燥システム。
【請求項１３】
前記循環流路が、被乾燥物の搬入位置付近の前記乾燥室から低温高湿度の室内空気の一部を導出し該導出空気を被乾燥物の搬出位置付近の前記乾燥室内の高温低湿度空気中に戻す循環流路であって、
前記乾燥室内で搬入位置から搬出位置に向かって低温高湿から高温低湿に徐々に移行する雰囲気を形成するように構成したことを特徴とする請求項１１記載の乾燥システム。
【請求項１４】
前記ガスクーラの内部において、超臨界状態のＣＯ２冷媒と乾燥用空気とが互いに対向流となるように両者の流路を形成するとともに、両者の流路を交互に分散配置したことを特徴とする請求項１０記載の乾燥システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−３０３７５６（Ｐ２００７−３０３７５６Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３３５０６（Ｐ２００６−１３３５０６）
【出願日】平成１８年５月１２日（２００６．５．１２）
【出願人】（０００１４８３５７）株式会社前川製作所 (267)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１２日（２００６．５．１２）
【出願人】（０００１４８３５７）株式会社前川製作所 (267)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]