JP2007170725A - 可変エジェクタ式冷凍サイクルおよびヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】再始動時の全閉作動におけるニードル弁３ｆとノズル部３ａとの食い付きを防止する。
【解決手段】ヒートポンプＥＣＵ２０Ａは、冷凍サイクルの運転を停止する場合、圧縮機１を停止させるとともに、エジェクタ３のノズル開度を所定値まで開くように制御する。
ニードル弁３ｆがノズル３ａに食い付く可能性が有るのは、再始動時に差圧が有る状態でニードル弁３ｆの全閉位置確認を実施する場合のみである。このため、本実施形態では、冷凍サイクルを停止させるときにノズル開度を所定値まで開いて冷凍サイクル内の差圧を速やかに無くしておくようにしたものである。これによれば、ニードル弁３ｆに設ける食い付き防止用のテーパ−を廃止して微少流量時の制御性を向上しつつコストを抑えるとともに、再始動時の全閉作動におけるニードル弁３ｆがノズル部３ａに食い付くのを防止することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、減圧手段として可変式エジェクタを用いた可変エジェクタ式冷凍サイクル、およびこの可変エジェクタ式冷凍サイクルを用いたヒートポンプ式給湯装置に関するものであり、特に電源ＯＮ／ＯＦＦ時や停電からの復帰時の作動に関するものである。

図１０は、可変式エジェクタのノズル部３ａの部分断面図を示し、（ａ）はニードル弁３ｆにテーパー有りの場合、（ｂ）はテーパー無しの場合である。従来、可変式エジェクタでは、ノズル部をニードル弁にて全閉したときに、そのニードル弁とノズル部とが食い付かないよう、ニードル弁に食い付き防止のためのテーパ−を設けている。このニードル弁とノズル部との食い付きは、ノズル部の下流側（低圧側）に対して上流側（高圧側）の圧力が高い状態のまま、つまり差圧が残った状態でノズル部をニードル弁にて全閉したときに発生しうる。

このような、冷凍サイクルの高圧側と低圧側との差圧（残圧）を均圧させて再始動時の不具合を防ぐ従来技術として、下記特許文献１に示す空調装置がある。この空調装置では、冷凍サイクル内を均圧にするための均圧回路を備え、装置の停止時にその均圧回路を開き、一定時間後に減圧手段として膨張弁を開いて均圧し、その後に均圧回路と膨張弁とを閉じる制御を行っている。
特開平６−１１２０８号公報

図１は、本発明の実施形態に係わるヒートポンプ式給湯装置の全体構成を示す模式図であり、図１１は、従来のヒートポンプ式給湯装置の作動状態を示すタイムチャートである。これらの図に示すように、タンクユニット部１０Ｂからヒートポンプユニット部１０Ａに運転指令があった場合、可変式エジェクタ（以下、エシェクタと略す）のノズル開度を略全開まで開けてから圧縮機を回転させ、その後ノズル開度を徐々に絞っていき、所定圧力（例えば１３mpa）になるように制御している。

その後、運転停止指令が来た場合、ヒートポンプユニット部１０Ａはエジェクタのノズル開度はそのままに保持しており、その状態で電源ＯＦＦ指令が来た場合、電源ＯＦＦ許可をタンクユニット部１０Ｂへ送信し、ヒートポンプユニット部１０Ａはヒートポンプ用電源リレー９を介して電源がＯＦＦされる。

そして、再びタンクユニット部１０Ｂから電源をＯＮされた場合、エジェクタの全閉位置を確認するため、ニードル弁を全閉位置まで駆動させる。この全閉動作を行う理由は、蒸発器の除霜制御時に確実に全閉とする必要があるため、再始動時に全閉位置の確認として全閉動作を行うものである。

通常、タンクユニット部が電源ＯＦＦした後、すぐに再びＯＮすることは無いが、稀に電源ＯＦＦ後にユーザーがお湯を追加したいと強制沸き増しを実施したり、瞬時停電が発生したりした場合、ノズル部の上下流に差圧が生じたまま、全閉位置確認を行うことになる。

このとき、図１０（ａ）に示すように、食い付き防止のためのテーパーを設けていれば、ニードル弁３ｆとノズル部３ａとの食い付きは防止できる。しかしながら、エジェクタの構造上、微少流量時は吸引の影響もあり、食い付き防止用のテーパ−部分の径や角度の加工精度を高くする必要があり、コストが掛かるという問題点がある。

また、図１０（ｂ）に示すように、食い付き防止用のテーパーを廃止した場合、ノズル部３ａの前後に差圧が残った状態でニードル弁３ｆの全閉位置確認のために突き当て動作をすると、差圧によってニードル弁３ｆが押し込まれ、ノズル部３ａに物理的に食い付くことによって制御不能となる問題が生じる。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、ニードル弁に設ける食い付き防止用のテーパ−を廃止して微少流量時の制御性を向上しつつコストを抑えるとともに、再始動時の全閉作動におけるニードル弁とノズル部との食い付きを防止することのできる可変エジェクタ式冷凍サイクルおよびヒートポンプ式給湯装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項７に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、冷媒を吸入して圧縮する圧縮機（１）と、
圧縮機（１）から吐出される高温高圧冷媒の放熱を行う放熱器（２）と、
放熱器（２）下流側の高圧冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるとともに冷媒を吸引し、ニードル弁（３ｆ）によってノズル部（３ａ）の開度を可変する可変式エジェクタ（３）と、
圧縮機（１）と放熱器（２）と可変式エジェクタ（３）とを含む主冷媒循環路（Ｒ１）から分岐して設けられ、循環冷媒の一部を可変式エジェクタ（３）に導いて吸引させる分岐循環路（Ｒ２）と、
分岐循環路（Ｒ２）に配置されて冷媒を蒸発させる蒸発器（４）と、
これら冷凍サイクル機器の作動を制御する制御手段（２０Ａ）とを備えた可変エジェクタ式冷凍サイクルにおいて、
制御手段（２０Ａ）は、冷凍サイクルの運転を停止する場合、圧縮機（１）を停止させるとともに、可変式エジェクタ（３）のノズル開度を所定値まで開くように制御することを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明では、請求項１と同じ可変エジェクタ式冷凍サイクルにおいて、
制御手段（２０Ａ）は、給電停止検知手段とエジェクタ開度記憶手段とを備え、
給電停止検知手段にて制御手段（２０Ａ）への給電が停止したことを検出したときに可変式エジェクタ（３）のノズル開度をエジェクタ開度記憶手段に記憶するとともに、
次に給電が開始されたとき、エジェクタ開度記憶手段に記憶されたノズル開度が所定値未満である場合には可変式エジェクタ（３）のノズル開度を所定値まで開くように制御することを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明では、請求項１、２と同じ可変エジェクタ式冷凍サイクルにおいて、
制御手段（２０Ａ）は、ノズル部（３ａ）の上流と下流とでの差圧を検知する差圧検出手段を備えとともに、
制御手段（２０Ａ）へ給電が開始されたとき、差圧検出手段にて差圧の有無を検出し、差圧が有る場合には可変式エジェクタ（３）のノズル開度を所定値まで開くように制御することを特徴としている。

ニードル弁（３ｆ）がノズル（３ａ）に食い付く可能性が有るのは、再始動時に差圧が有る状態でニードル弁（３ｆ）の全閉位置確認を実施する場合のみである。このため、請求項１では、冷凍サイクルを停止させるときにノズル開度を所定値まで開いて冷凍サイクル内の差圧を速やかに無くしておくようにしたものである。

また、請求項２では、瞬時停電時にも対応できるよう、給電停止検知手段を備え、給電が停止したことを検知したとき、そのときのノズル開度をエジェクタ開度記憶手段に記憶し、再始動時にその記憶したノズル開度が所定値未満である場合、一旦所定開度まで開いてから、全閉位置確認を実施するようにしたものである。

また、請求項３では、差圧を検知する差圧検出手段を備え、再始動時に差圧を検知し、差圧が有る場合はノズル開度を所定値まで開けてから全閉位置確認を実施するようにしたものである。これら請求項１〜請求項３に記載の発明によれば、いずれにおいてもニードル弁（３ｆ）に設ける食い付き防止用のテーパ−を廃止して微少流量時の制御性を向上しつつコストを抑えるとともに、再始動時の全閉作動におけるニードル弁（３ｆ）がノズル部（３ａ）に食い付くのを防止することができる。

また、請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の可変エジェクタ式冷凍サイクルにおいて、差圧検出手段として、ノズル部（３ａ）上流側に圧力検出手段（１１）と、ノズル部（３ａ）下流側に温度検出手段（１２、１３）とを設け、
温度検出手段（１２、１３）で検出された温度から飽和圧力を推定し、その飽和圧力と圧力検出手段（１１）で検出された圧力との比較にて差圧を検出することを特徴としている。

通常、ノズル部（３ａ）下流側と連通する分岐循環路（Ｒ２）側には、制御のために蒸発器入口の冷媒温度センサー（１２）や外気温度センサー（１３）などの温度検出手段が設けられている。よって、この請求項４に記載の発明によれば、これら既存の温度検出手段（１２、１３）を差圧検出手段として利用し、温度から飽和圧力を推定して差圧を検出すれば、ノズル部（３ａ）下流側に新たに差圧検出用の圧力センサーを設ける必要が無くなり、コストを抑えることができる。

また、請求項５に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項に記載の可変エジェクタ式冷凍サイクルをヒートポンプ式給湯装置に適用したことを特徴としている。この請求項５に記載の発明によれば、再始動時に可変式エジェクタ（３）でニードル弁（３ｆ）とノズル部（３ａ）との食い付きを生じることなく安定した状態で再始動させ得るヒートポンプ式給湯装置とすることができる。

また、請求項６に記載の発明では、請求項５に記載のヒートポンプ式給湯装置において、ヒートポンプサイクルは、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界サイクルであることを特徴としている。この請求項６に記載の発明によれば、超臨界サイクルでの高圧にも対応することが可能である。

また、請求項７に記載の発明では、請求項６に記載のヒートポンプ式給湯装置において、ヒートポンプサイクルに使用する冷媒は、二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒であることを特徴としている。この請求項７に記載の発明によれば、具体的に使用する冷媒として、二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒が実施容易である。ちなみに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態（請求項１、５〜７に対応）について添付した図１〜５を用いて詳細に説明する。まず図１は、本発明の実施形態に係わるヒートポンプ式給湯装置の全体構成を示す模式図であり、図２は、図１中のヒートポンプユニット部１０Ａ内の機器構成を示す模式図である。また図３は、図２中の可変式エジェクタ３の断面模式図である。

本給湯装置は、図１に示すように、給湯用水を加熱するヒートポンプユニット部１０Ａと、加熱された高温の湯を貯めると共に給湯部（シャワー、カラン、風呂など）に出湯するタンクユニット部１０Ｂとを有している。また、ヒートポンプユニット部１０Ａは、ヒートポンプサイクルと、このヒートポンプサイクルの作動を制御する制御手段としてのヒートポンプＥＣＵ２０Ａとを有している。

ヒートポンプサイクルは、図２に示すように、圧縮機１・放熱器としての冷媒水熱交換器２・可変式エジェクタ（以下、エジェクタと略す）３が順次環状に配管接続されて主冷媒循環路Ｒ１を形成している。また、本実施形態では、エジェクタ３の吐出側に気液分離器５を配置し、その気液分離器５で分離された液冷媒を蒸発器４で蒸発させ、その蒸発したガス冷媒をエジェクタ３の吸引部３ｂに導いて吸引させる分岐循環路Ｒ２を形成しており、これらの内部を流れる冷媒として、二酸化炭素冷媒（以下、ＣＯ_２冷媒と記す）を使用している。

圧縮機１は、内蔵される図示しない電動モータによって駆動され、気液分離器５より吸入した気相冷媒を臨界圧力以上に圧縮して吐出する。なお、圧縮機１は、ヒートポンプＥＣＵ２０Ａによって稼働およびその冷媒圧縮量（回転数）が制御されるようになっている。

冷媒水熱交換器２は、圧縮機１より吐出された高温高圧冷媒（ホットガス）と、後述する貯湯タンク７内から供給される給湯用水との間で熱交換し、放熱作用によって給湯用水を加熱して高温の湯（例えば、目標温度９０℃）とするものである。

この冷媒水熱交換器２は、冷媒が流れる冷媒流路２ａと、給湯用水が流れる給湯用水流路２ｂとを有し、冷媒流路２ａを流れる冷媒の流れ方向と給湯用水流路２ｂを流れる給湯用水の流れ方向とが対向するように構成されている。なお、冷媒水熱交換器２を流れるＣＯ_２冷媒は、圧縮機１で臨界圧力以上に加圧されているので、冷媒水熱交換器２を流通する給湯用水に放熱して温度低下しても凝縮することは無い。

エジェクタ３は、図３に示すように、冷媒水熱交換器２から流入する液相冷媒の通路面積を小さく絞って冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル部３ａ、ノズル部３ａの冷媒噴出口と連通するように配置されて蒸発器４から冷媒を吸引する冷媒吸引口３ｂ、ノズル部３ａおよび冷媒吸引口３ｂの下流側に配置されてノズル部３ａからの高速度の冷媒流と冷媒吸引口３ｂからの吸引冷媒とを混合する混合部３ｃ、および混合部３ｃの下流側に配置されて冷媒流れを減速して冷媒圧力を上昇させる昇圧部を成すディフューザ部３ｄを有している。

さらに、エジェクタ３にはノズル部３ａの冷媒通路面積を可変制御する通路面積調整機構３ｅが設けられている。具体的に通路面積調整機構３ｅは、ノズル部３ａ内の通路長手方向に移動可能に配置されたニードル弁３ｆと、ニードル弁３ｆを移動させる駆動部３ｇとから成っている。このニードル弁３ｆの先端形状は細長く尖った形状となっており、ニードル弁３ｆの根本部は駆動部３ｇに連結され、この駆動部３ｇの操作力にてニードル弁３ｆがノズル部３ａの通路に沿って移動する。

そして、ニードル弁３ｆの外周面とノズル部３ａの最小通路部との間に形成される冷媒通路面積を変更するようになっている。具体的には通路面積を小さくすることで、より大きな減圧を行う。換言すると、通路面積を小さくすることで冷媒の高圧側に対しては圧力を上昇させる。

なお、駆動部３ｇとしては、ステッピングモータのようなモータアクチュエータ、あるいは電磁ソレノイド機構などであり、電気的に制御可能な駆動手段であれば他の駆動機構であっても良い。そして、通路面積調整機構３ｅの駆動部３ｇは、ヒートポンプＥＣＵ２０Ａからの制御信号によって制御される。なお、ディフューザ部３ｄの下流側は気液分離器５に接続されている。

蒸発器４は、外気ファン４ａによって送風される外気から吸熱して、気液分離器５から供給される液冷媒を蒸発させる熱交換器である。なお、外気ファン４ａは、ヒートポンプＥＣＵ２０Ａによって稼働およびその送風量（回転数）が制御されるようになっている。

気液分離器５は、エジェクタ３より吐出される冷媒を気液分離して、気相冷媒のみを圧縮機１に吸入させると共に、液相冷媒を蒸発器４へと供給するものである。ちなみに、図２中の８は、高圧部から流出する冷媒と圧縮機１に吸入される冷媒とを熱交換させる熱回収手段としての内部熱交換器である。

高圧冷媒が流れる高圧冷媒流路８ａと、低圧冷媒が流れる低圧冷媒流路８ｂとを有し、高圧冷媒流路８ａを流れる冷媒の流れ方向と低圧冷媒流路８ｂを流れる冷媒の流れ方向とが対向するように構成されている。このように、内部熱交換器８を構成していても良い。

一方、タンクユニット部１０Ｂは、貯湯タンク７、沸き上げ回路Ｗ、給湯回路Ｋ、および沸き上げ回路Ｗ・給湯回路Ｋの作動を制御するタンクＥＣＵ２０Ｂを有している。貯湯タンク７は、耐食性に優れた例えばステンレスなどの金属製の容器であり、外周部には図示しない断熱材が配置され、高温の湯を内部に貯めて長時間にわたって保温することができるようになっている。

貯湯タンク７の外壁面には図示しない複数の水位サーミスタが縦方向にほぼ等間隔に配置され、貯湯タンク７内に満たされた水あるいは高温の湯の各水位レベルでの温度情報をタンクＥＣＵ２０Ｂに出力するようになっている。

沸き上げ回路Ｗは、水循環量可変手段としてのウォーターポンプ６（ヒートポンプユニット部１０Ａ内に配設）によって貯湯タンク７内の水が下側の冷水出口７ｂから取り出され、冷媒水熱交換器２の給湯用水流路２ｂで加熱された後、貯湯タンク７上側の温水入口７ｃに戻す回路となっている。なお、ウォーターポンプ６は、ヒートポンプＥＣＵ２０Ａによって稼働およびその循環量（回転数）が制御されるようになっている。

給湯回路Ｋは、水道からの水が貯湯タンク７下側の冷水入口７ａから貯湯タンク７内に給水されるとともに、貯湯タンク７上側の温水出口７ｄからユーザーが使う給湯部へ湯を給湯する回路である。なお、給湯回路Ｋには、水道からの水と温水出口７ｄからの高温水とを混合させて給湯する湯温をユーザーが所望する温度に調節するための図示しない温度調節弁が設けられている。尚、温度調節弁８での調節温度は、タンクＥＣＵ２０Ｂによって制御されるようになっている。

図１に示すように、ヒートポンプＥＣＵ２０ＡとタンクＥＣＵ２０Ｂとは通信ラインＴで連絡されている。また、タンクＥＣＵ２０Ｂに給電された電力は、ヒートポンプ用電源リレー部９から電源ラインＤを介してヒートポンプＥＣＵ２０Ａへ供給されるようになっている。

ヒートポンプＥＣＵ２０Ａは、ユーザーが設定して図示しないリモコンから入力される設定温度（例えば４２℃）信号や図示しない各センサーからの信号に基づき、圧縮機１（実質的には駆動源である電動モータ）、エジェクタ３の通路面積調整機構３ｅ、外気ファン４ａ、ウォーターポンプ６などを通電制御する。

次に、本発明の要部に係わる運転制御について説明する。図４は、本発明の第１実施形態におけるヒートポンプ式給湯装置の作動状態を示すタイムチャートである。湯を作る時は、タンクＥＣＵ２０Ｂから通信ラインＴを通してヒートポンプＥＣＵ２０Ａへ運転指示が伝えられ、ヒートポンプユニット部１０Ａは運転を開始して湯をタンクユニット部１０Ｂへ供給する。

より具体的には、圧縮機１を所定回転数（図４の例では３０００ｒｐｍ）で運転させるとともに、エジェクタ３のノズル開度を調整（図４の例では１００ｓｔｅｐ）して高圧側の圧力を最適な値（図４の例では１３Ｍｐａ）に制御している。また、本実施形態では、湯を作る必要が無い場合にはヒートポンプユニット部１０Ａの電源をＯＦＦする制御を実施している。これはヒートポンプユニット部１０Ａの待機電力を低減するためのものである。

なお、本実施形態の特徴として、図４に示すように、ヒートポンプＥＣＵ２０Ａは、冷凍サイクルの運転を停止する場合、圧縮機１を停止させるとともに、エジェクタ３のノズル開度を所定値まで開くように制御している。つまり、ノズル開度が所定値まで開いたところで電源ＯＦＦ許可をタンクＥＣＵ２０Ｂに送信し、ヒートポンプ用電源リレー部９で電源をＯＦＦしてもらうようになっている。なお、本発明で言うノズル開度の所定値は、ほぼ全開に近い値となっている。

このことにより、停止時はすみやかに差圧をゼロにすることが可能となり、再始動で再び電源がＯＮとなってエジェクタ３の全閉位置確認としてニードル弁３ｆをノズル部３ａに突き当てても、ニードル弁３ｆがノズル部３ａに食い付く懸念は無い。なお、本実施形態の特徴に関する具体的な制御の流れは、第２実施形態とまとめて後述のフローチャート（図６）で説明する。

次に、本実施形態での特徴と、その効果についてまとめる。まず、ヒートポンプＥＣＵ２０Ａは、冷凍サイクルの運転を停止する場合、圧縮機１を停止させるとともに、エジェクタ３のノズル開度を所定値まで開くように制御するようにしている。ニードル弁３ｆがノズル３ａに食い付く可能性が有るのは、再始動時に差圧が有る状態でニードル弁３ｆの全閉位置確認を実施する場合のみである。

このため、本実施形態では、冷凍サイクルを停止させるときにノズル開度を所定値まで開いて冷凍サイクル内の差圧を速やかに無くしておくようにしたものである。これによれば、ニードル弁３ｆに設ける食い付き防止用のテーパ−を廃止して微少流量時の制御性を向上しつつコストを抑えるとともに、再始動時の全閉作動におけるニードル弁３ｆがノズル部３ａに食い付くのを防止することができる。

また、このような可変エジェクタ式冷凍サイクルをヒートポンプ式給湯装置に適用している。これによれば、再始動時にエジェクタ３でニードル弁３ｆとノズル部３ａとの食い付きを生じることなく安定した状態で再始動させ得るヒートポンプ式給湯装置とすることができる。

また、ヒートポンプサイクルは、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界サイクルである。これによれば、超臨界サイクルでの高圧にも対応することが可能である。また、ヒートポンプサイクルに使用する冷媒は、ＣＯ_２冷媒である。これによれば、具体的に使用する冷媒として、ＣＯ_２冷媒が実施容易である。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態（請求項２に対応）におけるヒートポンプ式給湯装置の作動状態を示すタイムチャートである。本実施形態でヒートポンプＥＣＵ２０Ａは、給電停止検知手段とエジェクタ開度記憶手段とを備えている。

図５中に示すように、瞬時停電などで予期せぬ電源ＯＦＦが発生した場合、本実施形態では給電停止検知手段にて停電を検知し、そのときのノズル開度をＥＥＰＲＯＭなどのエジェクタ開度記憶手段に記憶しておくものである。そして、再始動で電源がＯＮになったとき、その記憶していたノズル開度が所定値Ａ（略全開）未満の場合は、所定値Ａまで開いて差圧を無くしてからエジェクタ３の全閉位置確認を行うようになっている。このことにより、瞬時停電でも食い付きを防止することが可能となる。

図６は、図４・図５の作動における制御の流れを示すフローチャートである。電源がＯＮするとステップＳ１１では、エジェクタ開度記憶手段に記憶していたエジェクタ開度が所定値Ａ以上か否かの判定を行う。この判定結果がＮＯで所定値未満である場合には、ステップＳ１２へと進んでエジェクタ３を所定値Ａまで開ける作動を行う。なお、本実施形態では停止時に略全開まで開いており、通常本ステップは実施されない。また、ステップＳ１１の判定がＹＥＳでエジェクタ開度が所定値Ａ以上の場合は、ステップＳ１２を飛ばしてステップＳ１３へと進む。

ステップＳ１３では、ニードル弁３ｆをノズル部３ａに突き当ててエジェクタ３を全閉させ、そのときのニードル弁３ｆの位置で全閉位置の記憶の更新を行う。つまり、完全全閉位置まで到達するよう全閉側へ駆動させ、その位置を全閉の０ｓｔｅｐとするものである。そして次のステップＳ１４でヒートポンプサイクルの運転指令が有るか否かの判定を行う。まず、この判定結果がＹＥＳで、運転指令が有る場合のステップＳ１５〜１７について説明する。

運転指令がタンクＥＣＵ２０Ｂから来た場合、ステップＳ１５では、運転を開始するにあたり、エジェクタ３が所定値Ｂまで駆動済みか否かの判定を行う。なお、所定値Ｂは略全開以下の開度であり、差圧を無くす目的では無く、高圧圧力の安定を早くするために絞り側への駆動のみで制御できるように予め開けておく開度である。

この判定結果がＮＯで、エジェクタ３が所定値Ｂまで開けてない場合はステップＳ１６に進んでエジェクタ３を所定値Ｂまで開ける作動を行う。また、ステップＳ１５の判定がＹＥＳでエジェクタ３が所定値Ｂまで駆動済みの場合は、ステップＳ１６を飛ばしてステップＳ１７へと進む。そして、ステップＳ１７では圧縮機１を駆動させ、その後高圧側圧力が所定圧力となるようエジェクタ３の開度を調整してヒートポンプサイクルの運転を行うものである。

次に、ステップＳ１４の判定結果がＮＯで、運転指令が無い、つまり運転停止指令が来た場合のステップＳ１８〜２１について説明する。ステップＳ１８では、圧縮機１が稼働していた場合はまずこれを停止させる。そしてステップＳ１９では、エジェクタ開度が所定値Ａ以上か否かの判定を行う。この判定結果がＮＯで所定値Ａ未満である場合には、ステップＳ２０へと進んでエジェクタ３を所定値Ａまで開ける作動を行い、冷凍サイクル中の差圧をすみやかに無くすものである。

また、ステップＳ１９の判定がＹＥＳでエジェクタ開度が所定値Ａ以上の場合は、ステップＳ２０を飛ばしてステップＳ２１へと進む。そして、ステップＳ２１では、ノズル開度が所定値Ａまで開いたところで電源ＯＦＦ許可をタンクＥＣＵ２０Ｂに送信し、ヒートポンプ用電源リレー部９で電源をＯＦＦしてもらうこととなる。

次に、運転指令が有っても無くても、ステップＳ２２では、給電停止検知手段にて電源ＯＦＦが検知されたか否かの判定を行う。その判定結果がＮＯで、電源ＯＦＦが検知されない場合はステップＳ１４まで戻って運転指令の有無判定から繰り返すものである。

また、ステップＳ２２での判定結果がＹＥＳで、電源ＯＦＦが検知された場合はステップＳ２３へと進み、その時のエジェクタ開度をエジェクタ開度記憶手段に記憶させるものである。ちなみに、電源をＯＦＦされても、ヒートポンプＥＣＵ２０Ａ内のコンデンサにより、エジェクタ開度記憶手段に記憶する程度の時間はヒートポンプＥＣＵ２０Ａ内のＣＰＵが稼動する構成となっている。

次に、上述した第１実施形態と異なる特徴部分を説明する。本実施形態でヒートポンプＥＣＵ２０Ａは、給電停止検知手段とエジェクタ開度記憶手段とを備え、給電停止検知手段にてヒートポンプＥＣＵ２０Ａへの給電が停止したことを検出したときにエジェクタ３のノズル開度をエジェクタ開度記憶手段に記憶するとともに、次に給電が開始されたとき、エジェクタ開度記憶手段に記憶されたノズル開度が所定値Ａ未満である場合にはエジェクタ３のノズル開度を所定値Ａまで開くように制御するようにしている。

ニードル弁３ｆがノズル３ａに食い付く可能性が有るのは、再始動時に差圧が有る状態でニードル弁３ｆの全閉位置確認を実施する場合のみである。このため、瞬時停電時にも対応できるよう、給電停止検知手段を備え、給電が停止したことを検知したとき、そのときのノズル開度をエジェクタ開度記憶手段に記憶し、再始動時にその記憶したノズル開度が所定値Ａ未満である場合、一旦所定開度まで開いてから、全閉位置確認を実施するようにしたものである。

これによれば、ニードル弁３ｆに設ける食い付き防止用のテーパ−を廃止して微少流量時の制御性を向上しつつコストを抑えるとともに、再始動時の全閉作動におけるニードル弁３ｆがノズル部３ａに食い付くのを防止することができる。

（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態（請求項３、４に対応）に係わる機器構成を示す模式図である。本実施形態の冷凍サイクルには、ノズル部３ａの上流側（高圧側）と下流側（低圧側）とでの差圧を検知する差圧検出手段を設けている。具体的に図８中の１１は、冷媒水熱交換器２の入口側もしくは出口側に設定され、高圧側の冷媒圧力を検出する圧力センサーであり、１２は、蒸発器４入口の冷媒温度センサーであり、１３は、雰囲気空気温度を検出する外気温度センサーである。

これらのセンサー群で検出された信号は全てヒートポンプＥＣＵ２０Ａに入力され、要求される加熱能力に対応した圧縮機１の回転数の算出などに使用されるものであるが、これを差圧の検出にも利用するものである。そして、図８は、本発明の第３実施形態における制御の流れを示すフローチャートである。第２実施形態で説明した図６のフローチャートとは最初のステップＳ３１〜３３の部分のみ異なり、それに続くステップＳ１３〜２３は同じであるため、説明は省略する。

電源がＯＮすると、ステップＳ３１では、差圧検出手段からの入力値を用いてノズル部３ａの上流と下流とでの差圧を演算する。より具体的には、温度検出手段である蒸発器４入口の冷媒温度センサー１２、もしくは外気温度センサー１３で検出された温度から飽和圧力を推定し、その飽和圧力と高圧側の圧力センサー１１で検出された圧力との比較にて差圧を検出するものである。

ステップＳ３２では、ステップＳ３１で演算した結果が差圧有りであるか否かの判定を行う。その判定結果がＹＥＳで差圧ありの場合、ステップＳ３３へ進んでエジェクタ開度を所定値まで開け、差圧を速やかに無くすようにするものである。また、ステップＳ３２の判定結果がＮＯで差圧が無い場合はステップＳ３３を飛ばしてステップＳ１３の全閉位置更新に進むものである。

上述した各実施形態と異なる特徴部分を説明する。本実施形態でヒートポンプＥＣＵ２０Ａは、ノズル部３ａの上流と下流とでの差圧を検知する差圧検出手段を備えとともに、ヒートポンプＥＣＵ２０Ａへ給電が開始されたとき、差圧検出手段にて差圧の有無を検出し、差圧が有る場合にはエジェクタ３のノズル開度を所定値Ａまで開くように制御するようにしている。

これは、差圧を検知する差圧検出手段を備え、再始動時に差圧を検知し、差圧が有る場合はノズル開度を所定値Ａまで開けてから全閉位置確認を実施するようにしたものである。これによれば、ニードル弁３ｆに設ける食い付き防止用のテーパ−を廃止して微少流量時の制御性を向上しつつコストを抑えるとともに、再始動時の全閉作動におけるニードル弁３ｆがノズル部３ａに食い付くのを防止することができる。

また、差圧検出手段として、ノズル部３ａ上流側に圧力センサー１１と、ノズル部３ａ下流側に冷媒温度センサー１２、もしくは外気温度センサー１３とを設け、冷媒温度センサー１２、もしくは外気温度センサー１３で検出された温度から飽和圧力を推定し、その飽和圧力と圧力センサー１１で検出された圧力との比較にて差圧を検出するようにしている。

通常、ノズル部３ａ下流側と連通する分岐循環路（Ｒ２側には、制御のために蒸発器４入口の冷媒温度センサー１２や外気温度センサー１３などの温度検出手段が設けられている。よって、これによれば、これら既存の温度検出手段１２・１３を差圧検出手段として利用し、温度から飽和圧力を推定して差圧を検出すれば、ノズル部３ａ下流側に新たに差圧検出用の圧力センサーを設ける必要が無くなり、コストを抑えることができる。

（その他の実施形態）
図９は、その他の実施形態として図２・図７の機器構成の変形例を示す模式図である。冷凍サイクルは、図９に示すように、放熱器２とエジェクタ３との間で冷媒流れを分岐して、この冷媒流れをエジェクタ３に吸引させるように導く分岐循環路Ｒ２とし、この分岐循環路Ｒ２に蒸発器４を配置したものであっても良い。なお、図９中の１４は減圧手段である。

また、エジェクタ３の冷媒吐出側に、冷媒を蒸発させて冷却能力を発揮する第２の蒸発器部を配設した冷凍サイクルであっても良い。また、図２・図７の機器構成において、分岐循環路Ｒ２の蒸発器４の上流側に、冷媒流れを減圧する減圧手段を設けても良い。

本発明の実施形態に係わるヒートポンプ式給湯装置の全体構成を示す模式図である。 図１中のヒートポンプユニット部１０Ａ内の機器構成を示す模式図である。 図２中の可変式エジェクタ３の断面模式図である。 本発明の第１実施形態におけるヒートポンプ式給湯装置の作動状態を示すタイムチャートである。 本発明の第２実施形態におけるヒートポンプ式給湯装置の作動状態を示すタイムチャートである。 図４・図５の作動における制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係わる機器構成を示す模式図である。 本発明の第３実施形態における制御の流れを示すフローチャートである。 その他の実施形態として図２・図７の機器構成の変形例を示す模式図である。 可変式エジェクタのノズル部３ａの部分断面図を示し、（ａ）はニードル弁３ｆにテーパー有りの場合、（ｂ）はテーパー無しの場合である。 従来のヒートポンプ式給湯装置の作動状態を示すタイムチャートである。

符号の説明

１…圧縮機
２…冷媒水熱交換器（放熱器）
３…可変式エジェクタ
３ａ…ノズル部
３ｆ…ニードル弁
４…蒸発器
１１…圧力センサー（圧力検出手段）
１２…冷媒温度センサー（温度検出手段）
１３…外気温センサー（温度検出手段）
２０Ａ…ヒートポンプＥＣＵ（制御手段）
Ｒ１…主冷媒循環路
Ｒ２…分岐循環路

Claims (7)

1. 冷媒を吸入して圧縮する圧縮機（１）と、
   前記圧縮機（１）から吐出される高温高圧冷媒の放熱を行う放熱器（２）と、
   前記放熱器（２）下流側の高圧冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるとともに冷媒を吸引し、ニードル弁（３ｆ）によってノズル部（３ａ）の開度を可変する可変式エジェクタ（３）と、
   前記圧縮機（１）と前記放熱器（２）と前記可変式エジェクタ（３）とを含む主冷媒循環路（Ｒ１）から分岐して設けられ、循環冷媒の一部を前記可変式エジェクタ（３）に導いて吸引させる分岐循環路（Ｒ２）と、
   前記分岐循環路（Ｒ２）に配置されて冷媒を蒸発させる蒸発器（４）と、
   これら冷凍サイクル機器の作動を制御する制御手段（２０Ａ）とを備えた可変エジェクタ式冷凍サイクルにおいて、
   前記制御手段（２０Ａ）は、冷凍サイクルの運転を停止する場合、前記圧縮機（１）を停止させるとともに、前記可変式エジェクタ（３）のノズル開度を所定値まで開くように制御することを特徴とする可変エジェクタ式冷凍サイクル。
2. 冷媒を吸入して圧縮する圧縮機（１）と、
   前記圧縮機（１）から吐出される高温高圧冷媒の放熱を行う放熱器（２）と、
   前記放熱器（２）下流側の高圧冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるとともに冷媒を吸引し、ニードル弁（３ｆ）によってノズル部（３ａ）の開度を可変する可変式エジェクタ（３）と、
   前記圧縮機（１）と前記放熱器（２）と前記可変式エジェクタ（３）とを含む主冷媒循環路（Ｒ１）から分岐して設けられ、循環冷媒の一部を前記可変式エジェクタ（３）に導いて吸引させる分岐循環路（Ｒ２）と、
   前記分岐循環路（Ｒ２）に配置されて冷媒を蒸発させる蒸発器（４）と、
   これら冷凍サイクル機器の作動を制御する制御手段（２０Ａ）とを備えた可変エジェクタ式冷凍サイクルにおいて、
   前記制御手段（２０Ａ）は、給電停止検知手段とエジェクタ開度記憶手段とを備え、
   前記給電停止検知手段にて前記制御手段（２０Ａ）への給電が停止したことを検出したときに前記可変式エジェクタ（３）のノズル開度を前記エジェクタ開度記憶手段に記憶するとともに、
   次に給電が開始されたとき、前記エジェクタ開度記憶手段に記憶されたノズル開度が所定値未満である場合には前記可変式エジェクタ（３）のノズル開度を所定値まで開くように制御することを特徴とする可変エジェクタ式冷凍サイクル。
3. 冷媒を吸入して圧縮する圧縮機（１）と、
   前記圧縮機（１）から吐出される高温高圧冷媒の放熱を行う放熱器（２）と、
   前記放熱器（２）下流側の高圧冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるとともに冷媒を吸引し、ニードル弁（３ｆ）によってノズル部（３ａ）の開度を可変する可変式エジェクタ（３）と、
   前記圧縮機（１）と前記放熱器（２）と前記可変式エジェクタ（３）とを含む主冷媒循環路（Ｒ１）から分岐して設けられ、循環冷媒の一部を前記可変式エジェクタ（３）に導いて吸引させる分岐循環路（Ｒ２）と、
   前記分岐循環路（Ｒ２）に配置されて冷媒を蒸発させる蒸発器（４）と、
   これら冷凍サイクル機器の作動を制御する制御手段（２０Ａ）とを備えた可変エジェクタ式冷凍サイクルにおいて、
   前記制御手段（２０Ａ）は、前記ノズル部（３ａ）の上流と下流とでの差圧を検知する差圧検出手段を備えとともに、
   前記制御手段（２０Ａ）へ給電が開始されたとき、前記差圧検出手段にて差圧の有無を検出し、差圧が有る場合には前記可変式エジェクタ（３）のノズル開度を所定値まで開くように制御することを特徴とする可変エジェクタ式冷凍サイクル。
4. 前記差圧検出手段として、前記ノズル部（３ａ）上流側に圧力検出手段（１１）と、前記ノズル部（３ａ）下流側に温度検出手段（１２、１３）とを設け、
   前記温度検出手段（１２、１３）で検出された温度から飽和圧力を推定し、その飽和圧力と前記圧力検出手段（１１）で検出された圧力との比較にて差圧を検出することを特徴とした請求項３に記載の可変エジェクタ式冷凍サイクル。
5. 請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項に記載の可変エジェクタ式冷凍サイクルを適用したことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
6. ヒートポンプサイクルは、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界サイクルであることを特徴とする請求項５に記載のヒートポンプ式給湯装置。
7. 前記ヒートポンプサイクルに使用する冷媒は、二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒であることを特徴とする請求項６に記載のヒートポンプ式給湯装置。

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