本内容は、DIYでは無いが、家事の改善としての生地のため、本ページに掲載した。
家の建築から３０数年を経過し、思い切って決断した浴室リフォームが完成し、
昨今長雨が続くことから、早速浴室乾燥暖房機を使用した。
これまでは、洗濯機の乾燥機能では衣類の皺が多く使用せず、脱水後に付近のコインランドリーに持ち込み
乾燥のみを行っていた。
使用した結果、乾燥状態の時間経過に興味を抱き、乾燥効率を向上できないかと考え、
洗濯物の含水量測定から始め、2度の改善テストを経て、電力を半分に削減することができた。
その経過と、改善に伴う物理的検討結果を取りまとめた。
装置型式 ； 電気式浴室乾燥暖房機 TOTO TYB3121GARV1 1室換気タイプ・200V
全自動洗濯機 日立 BW-V80E(W) ８ｋｇ
［１］ 衣類乾燥機能の使用結果
乾燥時間計 3時間 使用電力 ５．５８ ｋｗH
先ずは衣類乾燥モードを利用した結果
２時間で浴室内を覗くと高温で湿度が高くムンムン状態。
しかし衣類はまだ湿気を感ずるレベル。
更に1時間、計３時間でほぼ乾燥した。
もっと効率的に乾燥することはできないかと考え 洗濯物の水分と乾燥について簡易テストを試みた。
［２］ 洗濯物の含水量テスト 7/6実施
重量測定は料理用はかり 最小計測単位 0.5g 最大計測範囲 ２ｋｇ
ほぼ 1日おきに衣類を洗濯し、洗濯物は およそ５ｋｇが通常の量である。
洗濯物にどの位水分が含まれるかのテストをした。
この時点では、衣類にはどの程度水分を含み、乾燥時の変化を知るのが目的だった。
正統なデータとするには、標準洗濯物構成を決め、全ての重量（質量）を
測定すべきだが、個人の簡略化テストのためタオル一枚で測定し洗濯物全体の状態と仮定し 比較検討した。
|
No. |
状態 |
重量 ［g］ |
含水量
*2 |
備考 |
|
1 |
使用後洗濯前のやや湿気を感ずる状態 |
99.0 |
2.0 |
|
|
2 |
水で濡らし妻が絞った状態 |
233.5 |
136.5
|
タオルの重量の60%もの水分 |
|
3 |
更に私が絞った状態 |
209.0 |
112.0
|
|
|
4 |
洗濯機で洗濯・脱水後 |
160.5 |
69.5 |
手絞りより水分が半分に |
|
5 |
脱水後エアージェット機能 ３０分間 *1 |
133.5 |
36.5
|
脱水の半分にも水分減少；効果大 |
|
6 |
屋外で晴天時に４時間干した後 |
97.0 |
0.0
|
|
*1 エアージェットは洗濯機の機能で、脱水後一定時間槽が回転し水分を飛ばすもの。30分間実施。
*2 乾燥状態に比べて増加した水分量 ［g］ 以降 布含水量 と表示する。
想像していたより洗濯後 衣類に含まれている水分が多いのが解った。
確かに、洗濯機に投入時と洗濯後乾燥前の重量はかなり増加し、乾燥後軽くなるのを思い出した。
エアージェット機能を使用すると 脱水したままの水分量の約半分に減少するので効果がある。
衣類乾燥モードで1時間運転し、温度上昇した室温でしばらく放置し、水分が室内に蒸発したら
一度換気し、更に衣類乾燥モードで運転することで効果を見ることにした。
［３］ 改善方法第１案 衣類乾燥モードで途中で窓開放・換気し乾燥テスト 7/9実施
乾燥時間計 ２時間４０分 使用電力 ３．７３ ｋｗH
|
No. |
状態 |
重量 ［g］ |
含水量
*2 |
浴室温度 |
浴室湿度 |
備考 |
|
1 |
初期状態 |
97.0 |
0.0 |
|
|
|
|
2 |
洗濯機・脱水後 エアージェット *1 |
132.5 |
32.5 |
25.0 |
85.0 |
|
|
3 |
衣類乾燥モード １時間 |
116.5 |
19.5 |
36.7 |
82.0 |
1時間で17℃上昇 |
|
4 |
乾燥停止し放置 １０分後 |
115.0 |
18.0 |
35.0 |
83.0 |
10分保持で17%乾燥 |
|
5 |
窓開き涼風 ３０分後 |
112.5 |
5.5 |
29.0 |
76.0 |
換気のつもりが乾燥効果大 |
|
6 |
衣類乾燥モード １時間 |
97.0 |
0.0 |
41.5 |
47.0 |
|
| 7 |
乾燥停止し放置 １０分後 |
97.5 |
0.5 |
39.2 |
48.0 |
水分が戻り？ |
テスト結果 使用電力は３３％削減でき、乾燥時間も２０分短縮できた。
換気中の風量が少なく感じたので、乾燥を促進するためサーキュレータを設置し首振り送風した。
この水分量を蒸発させるエネルギーは大きいだろうと想像でき、乾燥暖房機がどのような制御を
行っているのか次第に興味が湧いてきた。
想像していたように、衣類乾燥モードでは換気をしているので No.3 １時間経過の段階で約１２℃しか
浴室温が上がらない。 せっかく温める最中の空気を湿度を逃がすためと言う目的で排気してしまっているのが
ポイントと思われる。
衣類乾燥モード停止後１０分間放置すると、室温は上がったままで５％乾燥が進むので効果的と考える。
更にNo.5
窓を開き涼風モードで３０分後には布含水量は１／３まで劇的に低下した。
No.6
衣類乾燥モードを更に１時間実施したが、もう少し短縮可能かもしれない。
温度に対する飽和水蒸気量について、過去に驚くような性質があるのを知り、操作の工夫で
乾燥状態を改善できないかと考えた。
更なる追及・状況把握のための各定数を算出した。（詳細は後記 ［６］で）
乾燥暖房機の使用電力と風の流れ一覧 取扱説明書より
|
モード |
使用電力
［W］ |
外気の流れ |
内気循環 |
|
衣類乾燥 |
1860 |
排気 |
有 |
|
暖房（入浴前） |
2070 |
無 |
有 |
|
暖房（入浴中） |
1850 |
無 |
有 |
|
換気 |
8 |
排気 |
無 |
|
涼風 |
21 |
排気 |
有 |
洗濯機 定格電力 ２５５W
更なる追及・状況把握のため各定数を求めた。 （ ［６］ 参考情報 ； 関連定数の算出 参照 ）
要約すると、
浴室容積は 4.55 ㎥
５ｋｇの洗濯物に含まれる水の重量は 3,582g
浴室温50℃と仮定し、乾燥することのできる飽和水蒸気量は １㎥あたり 71.3gで、浴室内全体で 324.4g
洗濯物の を元の室温 ２５℃とし、５０℃に温めるに必要な熱量は 375,110 ［J］
水 3,582g の気化熱量は 8,110,000 ［J］
室温上昇と気化熱 総合計熱量は
8,485,000 ［J］
これ等をもとに［４］改善方法第２案を考えた。
衣類乾燥モードでは排気を行うので、室温が上昇・蒸発する前に排気してしまい熱量の損失があるため
内気循環のみの暖房モードで最初温度を上げる。
暖房入浴前モードのほうが入浴中モードより風量が多いので採用。
テスト［３］では、浴室内の温度や湿度は測定せず、感覚で ムンムンの蒸し暑さを感じただけなので
ディジタル時計を浴室内に置き、表示される温度・湿度で測定しながら、自分のイメージで改善できそうな
操作パターンでテストすることにした。
［４］ 改善方法第２案 暖房モードでの乾燥テスト 7/10実施
乾燥時間計 ２時間１５分 使用電力 ２．９ ｋｗH
|
No. |
状態 |
重量
［g］ |
布含水量
［g］ |
浴室温度
［℃］ |
浴室湿
［％］ |
飽和蒸気量 ［g］ |
室含水量
［g］ |
経過時間
［分］ |
|
1 |
洗濯前 |
102.0 |
9.0 |
26.8 |
84.0 |
25.5 |
21.4 |
洗濯前 |
|
2 |
洗濯機・脱水後 エアージェット
３０分間 *1 |
130.5 |
37.5 |
26.7 |
85.0 |
25.4 |
21.6 |
AJ後
乾燥スタート |
|
3 |
暖房モード １０分後 |
126.0 |
33.0 |
32.3 |
91.0 |
34.4 |
31.3 |
10 |
|
4 |
暖房モード ２０分後 |
124.0 |
31.0 |
34.2 |
89.0 |
38.0 |
33.8 |
20 |
|
5 |
暖房モード ３０分後 |
117.5 |
24.5 |
37.9 |
88.0 |
46.0 |
40.5 |
30 |
|
6 |
暖房停止し放置 １０分後 |
116.5 |
23.5 |
36.9 |
91.0 |
44.0 |
40.0 |
40 |
| 7 |
暖房停止し放置 １５分後 |
116.0 |
23.0 |
36.0 |
91.0 |
41.7 |
37.9 |
45 |
| 8 |
衣類乾燥モード １０分後 |
113.0 |
20.0 |
36.4 |
90.0 |
42.6 |
38.3 |
55 |
|
9 |
衣類乾燥モード ２０分後 |
107.5 |
14.5 |
38.1 |
87.0 |
46.5 |
40.5 |
65 |
| 10 |
衣類乾燥モード ３０分後 |
101.5 |
8.5 |
39.6 |
81.0 |
50.1 |
40.6 |
75 |
|
１1 |
衣類乾燥モード ４０分後 |
97.0 |
4.0 |
40.5 |
73.0 |
52.4 |
38.3 |
85 |
|
12 |
衣類乾燥モード ５０分後 |
93.5 |
0.5 |
41.6 |
64.0 |
55.4 |
35.5 |
95 |
|
13 |
衣類乾燥モード ６０分後 |
92.0 |
-1.0 |
42.8 |
55.0 |
58.7 |
32.3 |
105 |
|
14 |
乾燥停止し放置 １０分後 |
92.0 |
-1.0 |
42.0 |
52.0 |
56.5 |
29.4 |
115 |
|
15 |
乾燥停止し放置 ２０分後 |
92.5 |
-0.5 |
40.1 |
55.0 |
51.4 |
28.3 |
125 |
|
16 |
乾燥停止し放置 ３０分後 |
93.0 |
0.0 |
38.6 |
57.0 |
47.6 |
27.1 |
135 |
| 17 |
窓開放し涼風モード １０分後 |
93.0 |
0.0 |
37.1 |
51.0 |
44.1 |
22.5 |
145 |
| 18 |
窓開放し涼風モード ３０分後 |
93.0 |
0.0 |
35.2 |
53.0 |
40.0 |
21.2 |
165 |
これまでのテストで、乾燥完了と判定しているのは 衣類重量が元の乾燥時重量になったこと、
手で触れて乾燥したと感ずる時点としている。
今回のテストで、最初に漠然と始めた測定から比べ 満足できる結果となった。
簡易テストだが、消費電力を当初の約半分で同程度の乾燥状態を得られた。
装置の改善の可能性を確認できたと思われる。
テストの主眼は、最初の温度上昇は 排気をせずに温度上昇と水分蒸発の気化熱にヒーターエネルギーを使用し
温度が上がることによって、その温度での飽和水蒸気量が加速度的に増大することを狙う。
そのために内部換気の暖房モードとした。
暖房モードでの３０分間では、洗濯物の重量は１３ｇ
減少し、改善方法第１案では乾燥モードで1時間の
重量減少
１６ｇに比べ、加熱時間半分にもかかわらず、同等の効果が出ている。
最初の加熱時間が半分で済むことが 第２案の最大の改善ポイントとなった。
暖房３０分以降の放置状態は蒸発に多少の寄与することと（１５分で１．５ｇ減少）、
暖房モード終了から ４０〜５０分経過してから２回目のボタン操作（衣類乾燥モードスタート）すれば良いことも
時間に厳格でなくてよいメリットもある。
放置状態以降、換気する計画だったが、今後の乾燥時の操作を簡素化するため（ 途中で窓の開閉を削減 ）
温度を下げずに換気を行いながら加熱する 衣類乾燥モードに切り替えた。
温度を上げながら換気を行い、湿度も低下できる改善方法１案のテスト結果を見て判断した。
衣類乾燥モード 1時間で 第１案と同等の乾燥状態となり、今後の衣類乾燥での操作方法を確立できた。
テスト［４］中、操作の改善を目的としていたので、乾燥モード１時間で充分とし加熱終了したが、自動制御する目的
では、更に乾燥を１０〜１５分程度延長すれば、センサでの検知結果を自動判定の可能性が見える。
経過時間１０５分で衣類の含む水分は殆ど室内湿度に比例した量となっているため、それ以降の加熱で
蒸発のための気化熱が急激に減少し、室温上昇率が急上昇するのではないかと考えられるため。
今後の我が家の通常の衣類乾燥に使用する操作方法は
1) 暖房 入浴前モードで３０分運転
2) 運転スタート後 ４０〜６０分後に衣類乾燥モード 1時間で運転する。
3) 乾燥モード終了後 １０〜３０分程度で洗濯物取込。
操作もシンプルで 電気代も約８０円と安価なので、雨天時の洗濯乾燥で活用したい。 （当初の電気量＝１５０円）
もし、本装置の制御向上のためには 更なる状態把握のためのテストを行い
1) 洗濯物量や環境温度・湿度で数パターン選択可能とする
2) 温度・湿度センサを設置し、湿度低下率が一定率低下したら／または上記の温度上昇率変曲点でで乾燥完了を
判定するなどの改善方法が考えられる。
装置、制御方法の改善を追及する興味の種は尽きないが、そろそろ梅雨明けが見えてきたので ここまでとする。
理解できない現象として、2回のテストで 乾燥後放置すると僅かながら含水量が上昇した。
物理現象としては興味があるが 改善の本質には影響しないので、追及はここまでとする。
［５］ テストごとの改善結果
|
状態 |
消費電力 |
削減率 |
乾燥時間 |
削減率 |
操作回数 |
|
［１］ 最初に単に衣類乾燥した結果 |
５．５８ ｋｗH |
|
3時間 |
|
1 |
|
［３］第１案 途中で窓開放・換気しテスト |
３．７３ ｋｗH |
33% |
2時間40分 |
16% |
5 |
|
［４］ 第２案 暖房モードでのテスト |
２．９ ｋｗH |
48% |
2時間15分 |
25% |
2 |
* 操作回数は、ボタンを押す、窓の開・閉を カウントした。
はじめは、単なる衣類に含まれる水分量に対する疑問のための測定からはじまったが、
乾燥の効率向上への興味、装置の改善可能性まで考え、雨の日の洗濯乾燥の効率が改善でき
使用電力を約半分との結果を得ることができ、満足の結果となった。
［６］ 参考情報 ； 関連定数の算出
本検討は ［３］ 改善方法第１案テストを実施した後に 更なる改善のために実施した。
従って、室内が到達する最高温度は、室内温を測定前なので 推定で５０℃として検討している。
1) 洗濯物に含まれる水分量
通常の洗濯で暖房乾燥機を使用する場合、洗濯・脱水後浴室に干す。
全ての洗濯物がテスト［２］のタオルの含有水分量同様と仮定すると （ 本来なら素材や生地の厚さごとにテスト ）
５ｋｇの洗濯物に含まれる水の重量は テスト［２］より 5000 x 69.5 / 97 =
3,582g となり、想像以上の多さである。
2) 浴室内に含むことのできる水分量の検討
当家の浴室は1坪から 奥行を30cm縮めた 1317 タイプである。
容積を算出するための概略測定値は 1650 w 1300 D 2120 H で
容積は 1.65 x
1.3 x 2.12 = 4.55 ㎥
3) 浴室に含むことの出来る水分量
空気に含むことのできる飽和水蒸気量は
25℃ 23.1 g/㎥
50℃ 82.8
g/㎥ 25℃に比べ、３．６倍にもなることが特徴的な状態。
実際には元の室温 例として 25℃ 湿度 50% とすると、23.1 / （ 1 / 0.5 ) ＝ 11.5g
の水分を含んでいるので
50℃で乾燥することのできる飽和水蒸気量は １㎥あたり 82.8 − 11.5
＝ 71.3g となる。
梅雨時期には湿度70〜90%にも達するが、元々25℃での量が少ないので大きな影響はない。
100%としても 71.3gが60gとなるだけ。 これは、温度上昇に伴い急激に飽和量が増大するため。
または飽和水蒸気量をａ［ g/㎥］、飽和水蒸気圧をｅ（hPa）、気温をT（K）とすると
計算式 a=217×e/(t+273.15) で求めることができる。
（ 式は各種発表されたものがあり算出結果は僅かの差があるが。）
浴室の容積での 50℃での飽和水蒸気量は、浴室容積 4.55 ㎥ x 71.3 g/㎥ = 324.4g
洗濯物５ｋｇに含まれる水分 3.58kg に比べ
50℃に加温した浴室内空気に含むことのできる水分量(飽和水蒸気量） 0.324kg なので、
1/10
弱程度しか水分を蒸発できないことになる。
すなわち、加温して水分を飛ばした浴室内の空気を全て排気し、新たに加温するサイクルを１０回繰り返さないと
乾燥しきれないことになる。
4) 消費電気量と乾燥の関係についての考察
取説によると暖房乾燥機の衣類乾燥モードでの電力は 1860 ｗで、この電力が全て浴室の温度上昇に
寄与したとして １秒当たりの発生熱量［J］＝ 電力(W)×時間(秒) ＝ 1860 x 1 J
また 1gの水を１℃温めるのに必要な熱量は 4.2Jなので、水を50℃に加熱するのに必要な熱量は
５ｋｇの洗濯物の含む全水分量 3582 x 4.2 x （ 50 − 25 ）＝ 375,110 J となる。
合わせて、水が蒸発する時の気化熱は 水 1g当たり 539calであり、必要な熱量は
539 x
3582 x 4.2 ＝ 8,110,000 Jとなり、室内の温度上昇に必要な熱量に比し極めて大きく大半を占める。
結果、必要な総熱量は 375,110 + 8,110,000 ＝ 8,485,000 J となる。
5) 浴室内が飽和水蒸気量となるまでの時間の算出
５０℃の浴室内で飽和水蒸気量になるために必要な熱量は、3)で求めた
324.4ｇに対し
加熱のための熱量 324.4 x （５０−２５） x ４．２＝３４，０６２［Ｊ］と
蒸発のための気化熱 324.4 ｘ ５３９ x ４．２ ＝ ７３４，３７６ ［Ｊ］で
合計 ７６８，４４０
［Ｊ］となる。
その時間を算出すると ７６８，４４０ ／ １８６０ ＝４１３秒 すなわち 約７分となる。
勿論、本計算は漏洩熱量他の要因を除外しているので現実的にはその数倍は時間が必要な可能性がある。
また 蒸発した水分を含む空気を換気しなければ、長時間加熱しても浴室内は飽和した水蒸気のままで
乾燥には寄与しない。
6) ファンの吸排気量の推定
本装置の換気モードでの消費電力は ８ｗ、涼風モードでは
２１ｗとなっている。
一般的なファンの流量は ５ｗの物で ０．５㎥／min 程度である。
換気でのファンでの流量はこの程度と仮定すると、
浴室の容積 4.55
㎥ を ９分で換気することになるが、実際の空気の流れや損失を考慮すれば
この数分の一であろうと思われる。
これからすると浴室をほぼ換気するには３０分〜１時間程度必要となると推測する。
換気能力が低いかと感じていたが、室容積を１０回程度換気せずとも３時間で乾燥することから
それなりの風量があるかと思われる。
しかし、加温中も換気していることは逆に温度が上がったが蒸発しきれない温風を排出していることにもなると
思われ 内気循環機能設置での効果が期待される。
しかし、３時間乾燥モードで運転すればほぼ乾燥できる事実もあり、
動作サイクルや送風機能の変更等で乾燥効率を改善できるのではないかと推測する。
7) 装置の性能向上を期待し
画期的に解決するためには温度・湿度センサを設け、加温等の時間を適正に制御する
「お任せモード」なるものが考えられる。 （ 商品の画期的なセールスポイントにならないか？ ）
安価なデジタル時計には大半に温度・湿度表示機能が付属しており、センサ設置のコストも対応できるのでは。
温度が把握できれば、飽和水蒸気量を求めることができ、室内の含水量が求まり （浴室サイズを設定する必要）、
その変化から制御モードを切り替えることができる可能性がある。
そこまでいかなくとも、 洗濯物量；大中少の洗濯モード （ex. ８kg、５ｋｇ、３ｋｇ）の選択はユーザーが可能だろう。
測定器の手持ちがない個人の状態での考察だが、より現実に近い実験を行うことは、
メーカーなら容易であろうと推察される。
上記考察を参考に、実際の装置仕様や環境・使用条件等を勘案し、上記アプローチを更に深掘りし
優れた仕様・性能に改善されることを期待したい。
蛇足ながら、取説に より乾燥を効率良くするには 浴室や浴槽に付着した水滴を拭き取る とあるが、
洗濯物の水分量 3.58kgに比べれば数分の１以下かと推測され、あまり効果は期待できない。
残留水分量の測定もやろうと思っていたが、これまでの考察から徒労かと判断した。
もし、この素人の考察が本装置の開発設計者の目に触れる機会があり、何らかのご指摘・説明等を頂ければ
現役引退した一老技術者としてこの上ない喜びです。
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