JP2009036404A - 冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

【課題】内部熱交換器を使用せずに、圧縮機吸入冷媒を適切に加熱することが可能となるヒートポンプサイクルを提供する。
【解決手段】高圧側の水冷媒熱交換器１５にて給湯水を加熱する冷凍サイクルにおいて、蒸発器１７に、減圧手段１６通過後の低圧冷媒が流れる冷媒蒸発通路１７ａを構成する主主チューブと、水冷媒熱交換器１５出口側の高圧側冷媒が流れる高圧側通路１７ｂを構成する高圧側チューブと、圧縮機１４の吸入冷媒が流れる低圧側通路１７ｃを構成する吸入側チューブとを備え、高圧側通路１７ｂ（高圧側チューブ）を蒸発器１７の風上側に配置するとともに、低圧側通路１７ｃ（吸入側チューブ）を蒸発器１７の風下側に配置し、高圧側冷媒により吸入側冷媒を加熱する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸発器にて大気から吸熱し高圧側の放熱器にて被加熱物を加熱する冷凍サイクルに関するもので、例えば、ヒートポンプ式給湯器に用いて好適なものである。

従来、特許文献１には、減圧手段としてエジェクタを用いたエジェクタ式冷凍サイクルにおいて、圧縮機吸入冷媒の加熱手段として内部熱交換器を用いることが記載されている。この内部熱交換器は圧縮機吸入冷媒とエジェクタ上流側の高圧冷媒とを熱交換するもので、高圧冷媒により圧縮機吸入冷媒を加熱するものである。

この内部熱交換器により圧縮機吸入冷媒の温度上昇を図り、ひいては圧縮機吐出冷媒の温度上昇を図って、必要な給湯温度を確保している。

また、特許文献２には、ヒートポンプサイクルの低圧側に設けた蒸発器にて大気から吸熱し、一方、ヒートポンプサイクルの高圧側に設けた水冷媒熱交換器で給湯水を加熱し、この給湯水を電動水ポンプにより貯湯タンクに循環するヒートポンプ式給湯器において、蒸発器の除霜運転時には、電動水ポンプの作動を停止して、水冷媒熱交換器での高圧冷媒の放熱を抑制し、かつ、減圧装置の弁開度を通常運転時より大きくして、減圧による温度低下を減少することにより、蒸発器に流入する冷媒の温度を上昇して、蒸発器の除霜を行うことが記載されている。

これにより、蒸発器の除霜運転時にも、通常運転時と同様に圧縮機→水冷媒熱交換器→減圧装置→蒸発器の順に冷媒が流れたまま、蒸発器の除霜を行うことができるので、除霜のためのホットガスバイパス通路を特別に設定する必要がない。
特許第３３２２２６３号公報 特許第３２９７６５７号公報

ところで、特許文献１のものによると、圧縮機吸入冷媒の加熱のために内部熱交換器という専用部品を追加設置することになるので、コストアップを生じるとともに製品の体格が大きくなってしまうという問題がある。

また、特許文献２では、内部熱交換器を設けない例を開示しているが、特許文献２では除霜運転時に電動水ポンプの作動を停止して水冷媒熱交換器での高圧冷媒の放熱を抑制するので、特許文献２のサイクル構成にて内部熱交換器を設けると、除霜運転時には高圧冷媒（圧縮機吐出冷媒）が高温のまま内部熱交換器に流入する。

その結果、高温の高圧冷媒によって圧縮機吸入冷媒が過度に加熱され、それにより、圧縮機吐出冷媒温度が過度に上昇して、水冷媒熱交換器内の給湯水が沸騰するという不具合が生じる。

本発明は、上記点に鑑み、内部熱交換器を使用せずに、圧縮機吸入冷媒を適切に加熱することが可能となる冷凍サイクルを提供することを第１の目的とする。

また、本発明は、ヒートポンプ式給湯器において、蒸発器の除霜運転時に水冷媒熱交換器内の給湯水の沸騰を防止することを第２の目的とする。

また、本発明は、ヒートポンプ式給湯器において、蒸発器の除霜運転の時間を短縮することを第３の目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、高圧側の冷媒放熱器（１５）にて被加熱物を加熱するとともに、圧縮機（１４）の吸入冷媒が加熱されるようになっている冷凍サイクルにおいて、
外気から吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器（１７）に、減圧手段（１６、３０）通過後の低圧冷媒が流れる冷媒蒸発通路（１７ａ）を構成する主チューブ（１７２）と、前記冷媒放熱器（１５）出口側の高圧側冷媒が流れる高圧側チューブ（１７２ａ）と、前記圧縮機（１４）の吸入冷媒が流れる吸入側チューブ（１７２ｂ）とを備え、
前記高圧側チューブ（１７２ａ）を前記蒸発器（１７）の風上側に配置するとともに、前記吸入側チューブ（１７２ｂ）を前記蒸発器（１７）の風下側に配置し
前記高圧側チューブ（１７２ａ）の熱により前記吸入側チューブ（１７２ｂ）を加熱することを第１の特徴としている。

これによると、蒸発器（１７）の風上側に位置する高圧側チューブ（１７２ａ）にて加熱された外気を蒸発器（１７）の風下側に位置する吸入側チューブ（１７２ｂ）に吹き当てて吸入側チューブ（１７２ｂ）を加熱することができる。

したがって、風上側の高圧側チューブ（１７２ａ）と風下側の吸入側チューブ（１７２ｂ）との組み合わせにて内部熱交換器の機能を実質的に発揮でき、圧縮機吸入冷媒を適切に加熱することが可能となる。

しかも、蒸発器（１７）に内部熱交換器相当の構造を一体化できるので、内部熱交換器を別途独立に設置する場合に比して、製品コストの低減、製品設置スペースの縮小を実現できる。

さらに、蒸発器（１７）の除霜時には高圧側チューブ（１７２ａ）を流れる高温の高圧側冷媒により除霜作用を効果的に発揮できる。

本発明では具体的には、主チューブ（１７２）と高圧側チューブ（１７２ａ）と吸入側チューブ（１７２ｂ）の三者にわたって設けられるフィン部材（１７１）が蒸発器（１７）に設けられ、
フィン部材（１７１）のうち、主チューブ（１７２）の領域と高圧側チューブ（１７２ａ）の領域との境界部に断熱用のスリット（１７１ａ）が形成されている。

これによると、高圧側チューブ（１７２ａ）の熱がフィン部材（１７１）を介して主チューブ（１７２）に伝導することを阻止できるので、高圧側チューブ（１７２ａ）の熱を吸入側チューブ（１７２ｂ）の加熱のために有効活用できる。

また、本発明では具体的には、高圧側チューブ（１７２ａ）および吸入側チューブ（１７２ｂ）が蒸発器（１７）の下端部に配置されている。

ところで、蒸発器（１７）の除霜時には、霜の融解水が上方から下方側へ落下してくるので、蒸発器（１７）の下部の温度が上昇しにくい。その結果、蒸発器（１７）の下部には最後まで霜が残りやすい。そこで、このことに鑑みて、高圧側チューブ（１７２ａ）を蒸発器（１７）の下端部に配置することにより、高圧側チューブ（１７２ａ）内の高温の高圧側冷媒により蒸発器（１７）下部の除霜を強力に行って、蒸発器（１７）下部における霜の残存という問題を解決できる。

また、本発明では、冷媒放熱器は具体的には、貯湯タンク（１０）に蓄えられる給湯水を圧縮機（１４）の吐出冷媒により加熱する水冷媒熱交換器（１５）であり、かつ、減圧手段は、通路開度を電気的に調節可能な減圧装置（１６、３０）である。

これにより、水冷媒熱交換器（１５）を有する給湯器用の冷凍サイクルにおいて、上述の作用効果を発揮できる。

また、本発明では、圧縮機（１４）と、
貯湯タンク（１０）に蓄えられる給湯水を前記圧縮機（１４）の吐出冷媒により加熱する水冷媒熱交換器（１５）と、
前記水冷媒熱交換器（１５）を通過した高圧冷媒を減圧するとともに、通路開度を電気的に調節可能な減圧装置（１６、３０）と、
前記減圧装置（１６、３０）を通過した低圧冷媒を蒸発させる蒸発器（１７）と、
前記蒸発器（１７）に外気を送風する送風手段（２０）と、
前記貯湯タンク（１０）内の給湯水を前記水冷媒熱交換器（１５）に循環させる水ポンプ（１３）とを備え、
前記蒸発器（１７）の除霜運転時に、前記水冷媒熱交換器（１５）における冷媒放熱量が減少するように前記水ポンプ（１３）を制御するとともに、前記減圧装置（１６、３０）の通路開度を所定開度以上に大きくし、かつ、前記送風手段（２０）を停止することにより、前記圧縮機（１４）、前記水冷媒熱交換器（１５）、前記減圧装置（１６、３０）および前記蒸発器（１７）の順に冷媒が流れたままで、前記蒸発器（１７）の除霜を行うヒートポンプ式給湯器であって、
前記蒸発器（１７）に、前記減圧装置（１６、３０）通過後の低圧冷媒が流れる冷媒蒸発通路（１７ａ）を構成する主チューブ（１７２）と、前記水冷媒熱交換器（１５）出口側の高圧側冷媒が流れる高圧側チューブ（１７２ａ）と、前記圧縮機（１４）の吸入冷媒が流れる吸入側チューブ（１７２ｂ）とを備え、
前記高圧側チューブ（１７２ａ）を前記蒸発器（１７）の風上側に配置するとともに、前記吸入側チューブ（１７２ｂ）を前記蒸発器（１７）の風下側に配置し
前記高圧側チューブ（１７２ａ）の熱により前記吸入側チューブ（１７２ｂ）を加熱することを第２の特徴としている。

これによると、蒸発器（１７）の除霜運転を行わないとき、すなわち、通常運転時には、風上側の高圧側チューブ（１７２ａ）と風下側の吸入側チューブ（１７２ｂ）との組み合わせにて内部熱交換器の機能を実質的に発揮でき、圧縮機吸入冷媒を適切に加熱することが可能となる。

これにより、圧縮機吸入冷媒温度が上昇して圧縮機吐出冷媒温度を上昇できるので、より高温の給湯水を効率よく得ることができる。

一方、蒸発器（１７）の除霜時には水冷媒熱交換器（１５）での冷媒放熱を抑制するとともに、減圧装置（１６、３０）の通路開度を大きくすることにより、減圧装置（１６、３０）通過後低圧冷媒が過熱域の高温冷媒となる。この過熱域の高温冷媒および高圧側チューブ（１７２ａ）内の高圧側高温冷媒を用いて、蒸発器（１７）の除霜を効果的に行うことができる。

しかも、除霜時には蒸発器（１７）の送風手段（２０）を停止するので、通常運転時のように高圧側チューブ（１７２ａ）で加熱された外気が吸入側チューブ（１７２ｂ）に吹き当たるという現象が起きない。

そのため、除霜時には高圧側チューブ（１７２ａ）から吸入側チューブ（１７２ｂ）への熱移動が大幅に小さくなる。その結果、圧縮機吸入冷媒温度が過度に上昇せず、従って圧縮機吐出冷媒温度の過度な上昇に起因する水冷媒熱交換器（１５）内での水の沸騰を防止できる。

このように、水の沸騰を防止できるので、除霜時に圧縮機（１４）の入力動力を水の沸騰防止のために制限する必要がなくなる。その結果、除霜時における圧縮機（１４）の入力動力を増大して除霜時間の短縮を図ることができる。

しかも、蒸発器（１７）に内部熱交換器相当の構造を一体化できるので、内部熱交換器を別途独立に設置する場合に比して、製品コストの低減、製品設置スペースの縮小を実現できる。

また、本発明では、上述したヒートポンプ式給湯器において、減圧装置は、具体的には、水冷媒熱交換器（１５）を通過した高圧冷媒を減圧するノズル部（１６１）、ノズル部（１６１）から噴射する高速度の冷媒流により冷媒が内部に吸引される冷媒吸引口（１６２）、および高速度の冷媒流と冷媒吸引口（１６２）からの吸引冷媒とを混合した冷媒流の速度を減少して圧力を上昇させる昇圧部（１６４）を有するエジェクタ（１６）にて構成され、
エジェクタ（１６）にはノズル部（１６１）の通路開度を電気的に調節可能な機構（１６５、１６６）が備えられており、
冷媒吸引口（１６２）へ向かって冷媒が吸引される通路に蒸発器（１７）が配置される。

なお、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ものである。

（第１実施形態）
図１は第１実施形態によるヒートポンプ式給湯器（以下給湯器と略称する。）の全体構成図である。本実施形態による給湯器は、給湯水を貯留する貯湯タンク１０、給湯水を加熱するためのヒートポンプサイクル１１、および貯湯タンク１０内の給湯水を循環できる水循環通路１２を備えている。この水循環通路１２には給湯水を循環させる電動水ポンプ１３が設けられている。

そして、ヒートポンプサイクル１１は、圧縮機１４、水冷媒熱交換器１５、エジェクタ１６、蒸発器１７、およびアキュムレータ１８を備える閉回路にて構成される。本実施形態では、冷媒として、高圧圧力が臨界圧力以上（超臨界状態）となるＣＯ2 を使用しているので、ヒートポンプサイクル１１は超臨界サイクルを構成する。

圧縮機１４は、内蔵する電動モータ１４ａによって駆動される電動圧縮機であり、その吸入冷媒を臨界圧力以上まで圧縮して吐出する。水冷媒熱交換器１５は圧縮機１４の吐出冷媒（高温高圧冷媒）と水循環通路１２の給湯水との間で熱交換を行って、給湯水を加熱する。

水冷媒熱交換器１５は給湯水が流れる水通路１５ａと、圧縮機吐出冷媒が流れる冷媒通路１５ｂとを有し、水通路１５ａを流れる給湯水の流れ方向と冷媒通路１５ｂ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。

給湯水の流通方向は、図１に矢印で示すように、貯湯タンク１０下部の出口１０ａ→電動水ポンプ１３→水冷媒熱交換器１５の水通路１５ａ→貯湯タンク１０上部の入口１０ｂへと流れる。

なお、水冷媒熱交換器１５を流れる冷媒（ＣＯ2 ）は、圧縮機１４で臨界圧力以上に圧縮されることにより超臨界状態のまま給湯水に放熱するので、凝縮しない。

蒸発器１７には、本来の冷媒蒸発通路１７ａの他に、水冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂの出口側に接続される内部熱交換用の高圧側通路１７ｂと、圧縮機吸入側に接続される内部熱交換用の低圧側（吸入側）通路１７ｃとが設けられている。この蒸発器１７の冷媒通路構成の詳細は後述する。

エジェクタ１６は冷媒を減圧する減圧手段であるとともに、高速で噴出する冷媒流の吸引（巻き込み）作用によって冷媒を吸引するポンプ手段の役割を兼ねるものである。このような作用を果たすエジェクタ１６は特許第３３２２２６３号公報（特許文献１）等により公知であるので、その概要を説明すると、エジェクタ１６には、蒸発器１７の内部熱交換用の高圧側通路１７ａから高圧冷媒が流入する高圧冷媒入口１６０、およびこの高圧冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル部１６１が備えられ、このノズル部１６１から噴射する高速度の冷媒流により冷媒吸引口１６２の冷媒がエジェクタ１６内部に吸引される。

ノズル部１６１の下流側には、高速度の噴射冷媒流と冷媒吸引口１６２からの吸引冷媒とを混合する混合部１６３が形成され、この混合部１６３の下流側に昇圧部をなすディフューザ部１６４が形成されている。このディフューザ部１６４は冷媒の通路面積を徐々に拡大する形状に形成されており、冷媒流れを減速して冷媒圧力を上昇させる作用、つまり、冷媒の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換する作用を果たす。

さらに、ノズル部１６１には電動アクチュエータ１６５により位置制御される可変ニードル１６６が配置され、この可変ニードル１６６の軸方向の位置制御によりノズル部１６１の開度を電気的に制御できるようになっている。

エジェクタ１６のディフューザ部１６４から流出した冷媒は、アキュムレータ１８内に流入する。ここで、アキュムレータ１８は、ディフューザ部１６４から流出する冷媒を気液分離するとともに、サイクル中の余剰冷媒を液相冷媒として蓄える気液分離器である。

アキュムレータ１８の上部には気相冷媒を取り出す気相冷媒出口１８ａが設けられ、この気相冷媒出口１８ａは蒸発器１７の内部熱交換用の低圧側通路１７ｃを介して圧縮機１４の吸入側に接続される。

アキュムレータ１８の下部（底部）には液相冷媒を取り出す液相冷媒出口１８ｂが設けられ、この液相冷媒出口１８ｂは固定絞り等からなる補助減圧器１９を介して蒸発器１７の冷媒蒸発通路１７ａの入口に接続される。

蒸発器１７は、この冷媒蒸発通路１７ａを流れる低圧冷媒を外気（室外空気）から吸熱して蒸発させる室外熱交換器であり、蒸発器１７には電動室外ファン２０により外気が矢印Ａ方向に送風される。蒸発器１７の冷媒蒸発通路１７ａの出口はエジェクタ１６の冷媒吸引口１６２に接続される。

図２は本実施形態による蒸発器１７の具体的構成を例示するものであって、蒸発器１７は上下方向に細長く延びる平板状のプレートフィン１７１を有し、このプレートフィン１７１を図２の紙面垂直方向に多数枚積層配置し、この多数枚のプレートフィン１７１の板面を貫通するように丸管からなるチューブ１７２、１７２ａ、１７２ｂを串刺し状に配置して、プレートフィン１７１とチューブ１７２、１７２ａ、１７２ｂとを一体に接合した熱交換器構造になっている。

より具体的に述べると、蒸発器１７の風上側の最下部に配置される２本のチューブ１７２ａは、内部熱交換用の高圧側通路１７ｂを形成する高圧側チューブである。そして、蒸発器１７の風下側の最下部に配置される４本のチューブ１７２ｂは、圧縮機吸入冷媒が流れる吸入側チューブあって、内部熱交換用の低圧側通路１７ｃを形成する。

なお、図示の例では４本の吸入側チューブ１７２ｂによって２つの低圧側通路１７ｃを並列に形成している。

蒸発器１７のチューブのうち、上記内部熱交換用の高圧側通路１７ｂおよび低圧側通路１７ｃを形成する最下部のチューブ１７２ａ、１７２ｂの上側に位置する多数のチューブ１７２は、蒸発器本来の冷媒蒸発通路１７ａを形成する主チューブである。図２では、この主チューブ１７２を外気流れ方向Ａに対して２列配置している。

この主チューブ１７２群（冷媒蒸発通路１７ａ）にはアキュムレータ１８の液相冷媒出口１８ｂから液相冷媒が流入する冷媒入口１７ｄ、１７ｅを２カ所設け、この冷媒入口１７ｄ、１７ｅからの液冷媒が４つの通路を並列に流れるように冷媒蒸発通路１７ａが構成されている。

冷媒蒸発通路１７ａを構成する４つの並列通路は１つの冷媒出口１７ｆに合流し、この冷媒出口１７ｆを上述のごとくエジェクタ１６の冷媒吸引口１６２に接続する。なお、冷媒入口１７ｄ、１７ｅおよび冷媒出口１７ｆの位置は、図示の位置に限らず、蒸発器１７の風上側、風下側、あるいは蒸発器１７の上部、下部のいずれに設定してもよい。

プレートフィン１７１のうち、風上側の最下部領域（高圧側チューブ１７２ａの領域）と、風上側の上側領域（主チューブ１７２の領域）との境界部には、断熱用のスリット１７１ａが形成されている。

図３は本実施形態の電気制御のブロック図であり、制御装置２１はマイクロコンピュータおよびその周辺回路等により構成され、給湯器の電気機器、すなわち、電動水ポンプ１３、圧縮機１４の電動モータ１４ａ、エジェクタ１６の電動アクチュエータ１６５、電動室外ファン２０等の作動を制御する。

制御装置２１の入力側には、圧縮機１４の吐出冷媒温度を検出する温度センサ２２、水冷媒熱交換器１５の出口冷媒圧力（高圧圧力）を検出する圧力センサ２３、蒸発器１７の出口冷媒温度を検出する温度センサ２４、水循環通路１２のうち、水冷媒熱交換器１５の水通路１５ａ入口側の給湯水温度を検出する温度センサ２５、外気温を検出する温度センサ２６等のセンサ群の検出信号が入力される。

また、給湯器の操作パネル２７からは、給湯器の作動、停止の操作信号、給湯器の給湯水設定温度信号等が制御装置２１に入力される
次に、本実施形態の作動を説明する。制御装置２１では、温度センサ２４により検出される蒸発器１７の出口冷媒温度に基づいて蒸発器１７の除霜運転の必要有無を判定する。具体的には、制御装置２１では、蒸発器１７の出口冷媒温度が所定温度Ｔ１より低下すると除霜運転の必要有りと判定し、蒸発器１７の出口冷媒温度が所定温度Ｔ１より高いときは除霜運転の必要無しと判定する。

除霜運転の必要無しと判定したときは、制御装置２１の制御出力により冷凍サイクルの通常運転の制御が行なわれる。この通常運転時には、水循環通路１２の電動水ポンプ１３および電動室外ファン２０を作動させるとともに、圧縮機１４を通常運転時の制御特性により決まる所定回転数にて作動させる。

そして、圧力センサ２３により検出される高圧圧力が目標高圧となるようにエジェクタ１６のノズル部１６１の開度を制御する。すなわち、エジェクタ１６の電動アクチュエータ１６５により可変ニードル１６６の軸方向位置を制御して、ノズル部１６１の開度を実際の高圧圧力が目標高圧となるように制御する。

ここで、目標高圧は温度センサ２６により検出される外気温、温度センサ２５により検出される水冷媒熱交換器１５の入口側給湯水温度、および目標沸き上げ温度に基づいて算出される。ここで、目標沸き上げ温度は使用者の設定する給湯水設定温度、あるいは貯湯タンク１０内の給湯水温度等に基づいて算出される温度である。

通常運転時には電動水ポンプ１３の作動によって給湯水が水循環通路１２を循環し、貯湯タンク１０内下部の低温給湯水を水冷媒熱交換器１５に流通させて加熱する。通常運転時には、エジェクタ１６のノズル部１６１の開度制御により実際の高圧圧力を目標高圧付近に維持して、高圧冷媒温度を所定温度の給湯水を得るために必要な温度に制御できる。

また、圧縮機１４の回転数は、ヒートポンプサイクル１１の異常運転（例えば、異常高圧上昇、異常吐出温上昇等）を回避するために自動制御される。

本実施形態のエジェクタサイクルによると、ノズル部１６１による減圧直後の最も低い圧力を冷媒吸引口１６２から蒸発器１７に作用させることができ、一方、圧縮機１４の吸入側にはディフューザ部１６４による昇圧後の圧力を作用させることができる。つまり、蒸発器１７の蒸発圧力よりも圧縮機１４の吸入圧力を高くすることができ、その分だけ、圧縮機１４の駆動動力を節減できる。

また、蒸発器１７に一体化された内部熱交換用の高圧側通路１７ｂおよび内部熱交換用の低圧側通路１７ｃにより内部熱交換器の機能を発揮することができる。この内部熱交換器の機能についてより具体的に述べると、蒸発器１７の風上側の下端部付近の領域では高圧側チューブ１７２ａの熱により外気が加熱され、この加熱外気によって、風下側に位置する吸入側チューブ１７２ｂを加熱できる。

また、風上側の高圧側チューブ１７２ａの熱はプレートフィン１７１を通過して風下側の吸入側チューブ１７２ｂ側へ移動するので、この熱移動によっても、風下側の吸入側チューブ１７２ｂを加熱できる。

このようにして、高圧側チューブ１７２ａを流れる高圧冷媒により吸入側チューブ１７２ｂを流れる圧縮機吸入冷媒を加熱することができ、圧縮機吸入冷媒温度を上昇できる。これにより、圧縮機吐出冷媒温度を上昇でき、より高温の給湯水を効率よく得ることができる。

プレートフィン１７１に形成した断熱用のスリット１７１ａにより高圧側チューブ１７２ａの熱が、上側の主チューブ１７２側に伝導されることを阻止して、内部熱交換器の機能を効率よく発揮することができる。

ところで、蒸発器１７の出口冷媒温度が所定温度以下に低下すると、制御装置２１では蒸発器１７の除霜運転の必要有りと判定して、蒸発器１７の除霜運転を開始する。具体的には、電動水ポンプ１３および電動室外ファン２０の作動を停止し、エジェクタ１６のノズル部１６１の開度を電動アクチュエータ１６５により除霜運転時の所定開度まで増加し、また、圧縮機１４を除霜運転時の所定回転数で作動させる。

ここで、除霜運転時におけるエジェクタ１６のノズル部１６１の所定開度は、同一条件（同一高圧圧力値）における通常運転時の開度よりも大きい値である。また、圧縮機１４の除霜運転時の所定回転数は、通常運転時の所定回転数よりも大きい値である。

このように、除霜運転時に電動水ポンプ１３の作動を停止したままヒートポンプサイクル１１を作動させることにより、圧縮機１４の高温吐出冷媒が水冷媒熱交換器１５にて給湯水側に放熱することをほとんど抑制できる。しかも、エジェクタ１６のノズル部１６１の開度増加によりエジェクタ１６での減圧による冷媒温度の低下を抑制できる。

これにより、水冷媒熱交換器１５、内部熱交換用の高圧側通路１７ｂ、エジェクタ１６、およびアキュムレータ１８を通過して高温の冷媒を蒸発器１７の冷媒蒸発通路１７ａに流入させることができ、これにより、蒸発器１７のうち冷媒蒸発通路１７ａの形成領域の除霜を行うことができる。

ここで、除霜運転時には電動室外ファン２０を停止状態にするので、高温冷媒の熱を空気側へ放熱せずに蒸発器１７の冷媒蒸発通路１７ａの形成領域の除霜のために有効に活用できる。

また、蒸発器１７のうち冷媒蒸発通路１７ａの下方側領域（最下方部）には、内部熱交換用の高圧側通路１７ｂが配置してあるので、高圧側の高温冷媒の熱によって蒸発器１７下部の除霜を行うことができる。

蒸発器１７のうち冷媒蒸発通路１７ａの形成領域の下部では、霜の融解水が上側から落下してくるので、除霜運転時にフィン温度が上昇しにくい。そのため、冷媒蒸発通路１７ａの形成領域の下部では、霜が最後まで残存しやすい。

しかし、本実施形態によると、蒸発器１７の最下方部に内部熱交換用の高圧側通路１７ｂが配置してあるので、この高圧側通路１７ｂには、冷媒蒸発通路１７ａを流れるエジェクタ通過後の低圧冷媒よりも高温の高圧冷媒を流すことができる。そのため、霜が最後まで残存しやすい「冷媒蒸発通路１７ａの形成領域の下部」でも除霜を効果的に行うことができる。

さらに、本実施形態では、除霜運転時に電動室外ファン２０を停止状態にするので、内部熱交換用の高圧側通路１７ｂと内部熱交換用の低圧側通路１７ｃとの間の空気流れを介在した熱移動がほとんど生じない。

これにより、除霜運転時に、内部熱交換用の高圧側通路１７ｂから内部熱交換用の低圧側通路１７ｃへの熱移動を抑えることができる。その結果、圧縮機吸入冷媒、ひいては圧縮機吐出冷媒の過度な温度上昇を抑制できる。これにより、除霜運転時に水冷媒熱交換器１５内で沸騰が生じることを防止できる。

このように、除霜運転時には両通路１７ｂ、１７ｃ間の内部熱交換量を減少して水冷媒熱交換器１５内での沸騰を防止できるので、圧縮機１４の入力動力を水冷媒熱交換器１５内での沸騰防止のために制限する必要がない。よって、除霜運転時に圧縮機１４の入力動力（回転数）を増大して除霜時間を短縮することができる。

上記除霜運転の実行により蒸発器１７の出口冷媒温度が所定温度以上に上昇すると、制御装置２１では蒸発器１７の除霜運転の終了を判定して、冷凍サイクルを前述の通常運転に復帰させる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、ヒートポンプサイクル１１の減圧装置をエジェクタ１６により構成して、ヒートポンプサイクル１１をエジェクタ式冷凍サイクルにしているが、第２実施形態では、図４に示すようにヒートポンプサイクル１１の減圧装置を電動膨張弁３０により構成している。

この電動膨張弁３０は周知のごとく冷媒通路の絞り開度（弁開度）を電気的に制御可能なものであって、絞り開度を調節する弁体３０ａと、この弁体３０ａの位置を可変制御するサーボモータ等の電動アクチュエータ３０ｂとを有している。

第２実施形態では、電動膨張弁３０の出口側を蒸発器１７の冷媒蒸発通路１７ａの入口部（図２の冷媒入口１７ｄ、１７ｅ）に直接接続し、蒸発器１７の冷媒蒸発通路１７ａの出口部（図２の冷媒出口１７ｆ）をアキュムレータ１８に直接接続している。

なお、第２実施形態のアキュムレータ１８では第１実施形態の液相冷媒出口１８ｂを廃止して、気相冷媒出口１８ａのみを設けている。

第２実施形態においても、図２に示す蒸発器構成を採用することにより、第１実施形態と同様の作用効果を発揮できる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のごとく種々変形可能である。

（１）第１実施形態では、蒸発器１７のプレートフィン１７１の一部に断熱用のスリット１７１ａを形成しているが、蒸発器１７のプレートフィン１７１を主チューブ１７２の領域（上側領域）と、補助チューブ１７２ａ、１７２ｂの領域（下側領域）とに分断してもよい。つまり、プレートフィン１７１を上側領域の部分と下側領域の部分とに分断された２つのプレートフィンで構成してもよい。

（２）第１実施形態では、蒸発器１７の出口冷媒温度に基づいて除霜運転の開始、終了を行っているが、除霜運転の開始、終了の制御は種々変形可能である。例えば、外気温と蒸発器１７の出口冷媒温度との温度差を算出し、この温度差が第１所定値（例えば、１０℃）よりも大きくなった時に除霜運転を開始し、この温度差が第１所定値よりも小さい第２所定値以下になった時に除霜運転を終了するようにしてもよい。

ここで、蒸発器出口冷媒温度の代わりに蒸発器入口冷媒温度を用いて、外気温と蒸発器入口冷媒温度との温度差に基づいて除霜運転の開始、終了を行うようにしてもよい。

また、除霜運転の終了を各種温度信号によらずに、タイマー信号によって行うようにしてもよい。つまり、除霜運転の経過時間が予め定めた設定時間に達すると、除霜運転を終了するようにしてもよい。

また、外気温が０℃以下における通常運転の経過時間が所定時間（例えば、２時間）よりも大きくなった時に除霜運転を開始し、除霜運転の経過時間が予め定めた設定時間に達すると、除霜運転を終了するようにしてもよい。

（３）第１実施形態では、除霜運転時に水ポンプ１３を停止して水冷媒熱交換器１５における冷媒放熱量を減少させているが、水ポンプ１３を完全に停止せず、水ポンプ１３を低回転による低速作動させて、水冷媒熱交換器１５における冷媒放熱量を減少させるようにしてもよい。

（４）第１実施形態では、ヒートポンプ式給湯器について説明しているが、本発明は高圧冷媒により水以外の被加熱物を加熱する冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）全般に広く適用できる。

（５）第１実施形態では、高圧側圧力が冷媒の臨界圧力を超える超臨界サイクルについて説明したが、高圧側圧力が冷媒の臨界圧力を超えない冷凍サイクル（亜臨界サイクル）に本発明を適用してもよい。

本発明の第１実施形態によるヒートポンプ式給湯器の全体構成図である。 第１実施形態の蒸発器の冷媒通路構成の概要図である。 第１実施形態の電気制御ブロック図である。 第２実施形態によるヒートポンプ式給湯器の全体構成図である。

符号の説明

１０…貯湯タンク、１３…水ポンプ、１４…圧縮機、１５…水冷媒熱交換器、
１６…エジェクタ（減圧装置）、１７…蒸発器、２１…制御装置、
３０…電動膨張弁（減圧装置）、１７２…主チューブ、１７２ａ…高圧側チューブ、
１７２ｂ…吸入側チューブ。

Claims (6)

1. 高圧側の冷媒放熱器（１５）にて被加熱物を加熱するとともに、圧縮機（１４）の吸入冷媒が加熱されるようになっている冷凍サイクルにおいて、
   外気から吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器（１７）に、減圧手段（１６、３０）通過後の低圧冷媒が流れる冷媒蒸発通路（１７ａ）を構成する主チューブ（１７２）と、前記冷媒放熱器（１５）出口側の高圧側冷媒が流れる高圧側チューブ（１７２ａ）と、前記圧縮機（１４）の吸入冷媒が流れる吸入側チューブ（１７２ｂ）とを備え、
   前記高圧側チューブ（１７２ａ）を前記蒸発器（１７）の風上側に配置するとともに、前記吸入側チューブ（１７２ｂ）を前記蒸発器（１７）の風下側に配置し
   前記高圧側チューブ（１７２ａ）の熱により前記吸入側チューブ（１７２ｂ）を加熱することを特徴とする冷凍サイクル。
2. 前記主チューブ（１７２）と前記高圧側チューブ（１７２ａ）と前記吸入側チューブ（１７２ｂ）の三者にわたって設けられるフィン部材（１７１）が前記蒸発器（１７）に設けられ、
   前記フィン部材（１７１）のうち、前記主チューブ（１７２）の領域と前記高圧側チューブ（１７２ａ）の領域との境界部に断熱用のスリット（１７１ａ）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
3. 前記高圧側チューブ（１７２ａ）および前記吸入側チューブ（１７２ｂ）が前記蒸発器（１７）の下端部に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル。
4. 前記冷媒放熱器は、貯湯タンク（１０）に蓄えられる給湯水を前記圧縮機（１４）の吐出冷媒により加熱する水冷媒熱交換器（１５）であり、
   前記減圧手段は、通路開度を電気的に調節可能な減圧装置（１６、３０）であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル。
5. 圧縮機（１４）と、
   貯湯タンク（１０）に蓄えられる給湯水を前記圧縮機（１４）の吐出冷媒により加熱する水冷媒熱交換器（１５）と、
   前記水冷媒熱交換器（１５）を通過した高圧冷媒を減圧するとともに、通路開度を電気的に調節可能な減圧装置（１６、３０）と、
   前記減圧装置（１６、３０）を通過した低圧冷媒を蒸発させる蒸発器（１７）と、
   前記蒸発器（１７）に外気を送風する送風手段（２０）と、
   前記貯湯タンク（１０）内の給湯水を前記水冷媒熱交換器（１５）に循環させる水ポンプ（１３）とを備え、
   前記蒸発器（１７）の除霜運転時に、前記水冷媒熱交換器（１５）における冷媒放熱量が減少するように前記水ポンプ（１３）を制御するとともに、前記減圧装置（１６、３０）の通路開度を所定開度以上に大きくし、かつ、前記送風手段（２０）を停止することにより、前記圧縮機（１４）、前記水冷媒熱交換器（１５）、前記減圧装置（１６、３０）および前記蒸発器（１７）の順に冷媒が流れたままで、前記蒸発器（１７）の除霜を行うヒートポンプ式給湯器であって、
   前記蒸発器（１７）に、前記減圧装置（１６、３０）通過後の低圧冷媒が流れる冷媒蒸発通路（１７ａ）を構成する主チューブ（１７２）と、前記水冷媒熱交換器（１５）出口側の高圧側冷媒が流れる高圧側チューブ（１７２ａ）と、前記圧縮機（１４）の吸入冷媒が流れる吸入側チューブ（１７２ｂ）とを備え、
   前記高圧側チューブ（１７２ａ）を前記蒸発器（１７）の風上側に配置するとともに、前記吸入側チューブ（１７２ｂ）を前記蒸発器（１７）の風下側に配置し
   前記高圧側チューブ（１７２ａ）の熱により前記吸入側チューブ（１７２ｂ）を加熱することを特徴とするヒートポンプ式給湯器。
6. 前記減圧装置は、前記水冷媒熱交換器（１５）を通過した高圧冷媒を減圧するノズル部（１６１）、前記ノズル部（１６１）から噴射する高速度の冷媒流により冷媒が内部に吸引される冷媒吸引口（１６２）、および前記高速度の冷媒流と前記冷媒吸引口（１６２）からの吸引冷媒とを混合した冷媒流の速度を減少して圧力を上昇させる昇圧部（１６４）を有するエジェクタ（１６）にて構成され、
   前記エジェクタ（１６）には前記ノズル部（１６１）の通路開度を電気的に調節可能な機構（１６５、１６６）が備えられており、
   前記冷媒吸引口（１６２）へ向かって冷媒が吸引される通路に前記蒸発器（１７）が配置されること特徴とする請求項５に記載のヒートポンプ式給湯器。