JP2010002127A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発器の霜が完全に取り除かれる前に除霜運転が終了してしまうことを防止する。
【解決手段】蒸発器１７の除霜運転時に、電気式膨張弁１６の絞り通路面積を増加させると同時に送風ファン１７ａを作動させ、除霜運転を終了させることを判定する除霜終了判定手段Ｓ６３が、蒸発器１７の第２蒸発部１７４ｂ、１７５ｂを流通する冷媒の温度を検出する蒸発冷媒温度センサ２６の検出冷媒温度Ｔｅが基準除霜終了温度ＫＴｍｐ３以上となっていることを判定する前に、送風ファン１７ａを停止させる。これにより、蒸発冷媒温度センサ２６が送風ファン１７ａにより送風された室外空気によって加熱された冷媒温度を検出してしまうことを防止して、蒸発器の霜が完全に取り除かれる前に除霜運転が終了してしまうことを防止できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、蒸発器の着霜時に除霜運転を行う冷凍サイクル装置に関する。

従来、蒸発器に着いた霜を融解させて取り除く除霜運転を行う冷凍サイクル装置が知られている。例えば、特許文献１の冷凍サイクル装置では、蒸発器である室内熱交換器内へ冷媒を供給しない状態で、室内熱交換器へ室外空気を送風することによって、室外空気を熱源として室外熱交換器の除霜を行っている。

また、特許文献２の冷凍サイクル装置では、蒸発器である空気熱交換器を流通する冷媒の温度によって空気熱交換器の着霜を検出して、空気熱交換器の着霜が検出された際に、可変絞り機構である減圧装置の弁開度（絞り通路面積）を調整することによって、冷媒を熱源として空気熱交換器の着霜の進行を抑制している。

なお、除霜運転時に、特許文献１のように蒸発器へ室外空気を送風すること、および、特許文献２のように可変絞り機構の絞り通路面積を制御することは、それぞれ独立して行うことができる。従って、除霜運転時に、蒸発器へ室外空気を送風すると同時に可変絞り機構の絞り通路面積を調整して除霜運転の短縮化（効率化）を狙うこともできる。
特開２００６−２４２４４３号公報 特開２００４−１５６８４８号公報

ところで、除霜運転は、蒸発器の着霜が検出された際に開始され、蒸発器の霜が取り除かれたことが検出された際に終了させることが望ましい。そして、この除霜運転の開始および終了タイミングの判定には、一般的に、特許文献２に記載されているように、蒸発器を流通する冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段によって検出された検出冷媒温度が用いられる。

具体的には、検出冷媒温度が予め定めた基準除霜開始温度以下になった際に、除霜運転を開始し、除霜運転時に検出冷媒温度が予め定めた基準除霜終了温度以上になった際に、除霜運転を終了する。

ところが、本発明者らの検討によれば、冷媒温度検出手段によって除霜運転の開始および終了タイミングを判定する冷凍サイクル装置において、除霜運転時に、蒸発器へ室外空気を送風すると同時に可変絞り機構の絞り通路面積を制御すると、蒸発器の霜が完全に取り除かれる前に除霜運転が終了してしまうという、いわゆる「溶け残り」の問題が生じることがあった。

そこで、本発明者らが、その原因を調査したところ、室外空気と冷媒との２つの熱源を用いて除霜運転を行うと、蒸発器の霜が完全に取り除かれる前に、いずれか一方の熱源によって冷媒温度検出手段の配置場所近傍の冷媒が不必要に加熱されてしまい、冷媒温度検出手段が不必要に加熱された後の冷媒温度を検出してしまうことが原因であると判った。

さらに、この「溶け残り」の問題は、蒸発器が複数の蒸発部（熱交換部）に分割され、それぞれの蒸発部が送風機から送風される室外空気の流れ方向に対して直列に配置されるとともに、風下側の蒸発部→風上側の蒸発部の順で冷媒を流す蒸発器を備える冷凍サイクル装置において顕著に生じることが判った。

この理由を、図９を用いて説明する。なお、図９（ａ）は、溶け残りの問題が発生した検討用蒸発器１７’の概略構成を示す分解斜視図であり、図９（ｂ）は、（ａ）のＸ矢視図である。さらに、図９（ｂ）では、組み立てられた状態の検討用蒸発器１７’を示している。

図９から明らかなように、検討用蒸発器１７’は、複数枚の熱交換促進用のフィン１７１’に、複数本の冷媒チューブ１７２’を串刺し状に配置し、各チューブ１７２’同士を蛇行状に接続した、周知のフィンアンドチューブ型の熱交換器である。

さらに、この検討用蒸発器１７’は、第１蒸発部１７４ａ’と第２蒸発部１７４ｂ’とに分割されており、送風機から送風された室外空気は、矢印Ｙに示すように、第２蒸発部第２蒸発部１７４ｂ’→第１蒸発部１７４ａ’の順に流れる。一方、冷媒は、第１蒸発部１７４ａ’→第２蒸発部１７４ｂ’の順に流れる。

また、第２蒸発部１７４ｂ’の冷媒流出口には、検討用蒸発器１７’内を流通する冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段としての蒸発冷媒温度センサ２６が配置されている。

上記の検討用蒸発器１７’の構成で、蒸発器へ室外空気を送風すると同時に可変絞り機構の絞り通路面積を制御することによって除霜運転を行うと、室外空気は、第２蒸発部１７４ｂ’側から除霜しながら第１蒸発部１７４ａ’側へ流れる。一方、冷媒は、第１蒸発部１７４ａ’側から除霜して第２蒸発部１７４ｂ’内へ流入する。従って、第１蒸発部１７４ａ’にて放熱して温度低下した冷媒が、第２蒸発部１７４ｂ’へ流入する。

ここで問題となるのは、第１蒸発部１７４ａ’へ流れる冷媒の温度に対して、第２蒸発部１７４ｂ’に流れる室外空気の温度が高い場合は、第２蒸発部１７４ｂ’の方が早く除霜作業が終了する。第２蒸発部の霜が取り除かれた後、第２蒸発部１７４ｂ’へ流入した冷媒は、室外空気から吸熱してその温度が上昇する。従って、第２蒸発部１７４ｂ’の冷媒流出口に配置された蒸発冷媒温度センサ２６では、第１蒸発部１７４ａ’にて除霜のために放熱した直後の冷媒よりも高い温度を検出してしまう。

その結果、第１蒸発部１７４ａ’側の霜が完全に取り除かれる前であっても、蒸発冷媒温度センサ２６の検出冷媒温度が除霜終了温度以上になってしまうと除霜運転が終了して、「溶け残り」の問題が発生してしまう。

本発明は、上記点に鑑み、可変絞り機構の絞り通路面積を増加させるとともに送風機を作動させることによって蒸発器の除霜運転を行う冷凍サイクル装置において、蒸発器の霜が完全に取り除かれる前に除霜運転が終了してしまうことの防止を目的とする。

上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１４）と、圧縮機（１４）から吐出された高温高圧冷媒を放熱させる放熱器（１５）と、放熱器（１５）から流出した高圧冷媒を減圧膨張させる減圧手段（１６）と、減圧手段（１６）にて減圧膨張された冷媒と空気とを熱交換させて冷媒を蒸発させる蒸発器（１７）と、蒸発器（１７）へ空気を送風する送風機（１７ａ）とを備え、減圧手段は、絞り通路面積を変更可能な可変絞り機構（１６）で構成されており、蒸発器（１７）の着霜時に、可変絞り機構（１６）の絞り通路面積を増加させるとともに送風機（１７ａ）を作動させることによって、蒸発器（１７）に着いた霜を取り除く除霜運転を行う冷凍サイクル装置であって、
蒸発器（１７）を流通する冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段（２６）と、除霜運転を終了させるために、冷媒温度検出手段（２６）の検出冷媒温度（Ｔｅ）が予め定めた基準除霜終了温度（ＫＴｍｐ３）以上となったことの判定を行う除霜終了判定手段（Ｓ６３）と、除霜終了判定手段（Ｓ６３）が、判定を行う前に、送風機（１７ａ）の送風能力を低下させる送風能力制御手段（２２ａ）とを備える冷凍サイクル装置を特徴とする。

これによれば、除霜終了判定手段（Ｓ６３）が除霜終了判定を行う前に、送風能力制御手段（２２ａ）が送風機（１７ａ）の送風能力を低下させるので、除霜終了判定時に検出冷媒温度（Ｔｅ）が送風機（１７ａ）から送風された空気よって加熱された温度になってしまうことを回避できる。

従って、可変絞り機構（１６）の絞り通路面積を増加させるとともに送風機（１７ａ）を作動させることによって、蒸発器（１７）の除霜運転を行う冷凍サイクル装置であっても、除霜運転を終了させるタイミングを適切に判定することができ、蒸発器（１７）の霜が完全に取り除かれる前に除霜運転が終了してしまうことを防止できる。

なお、本請求項における「蒸発器（１７）を流通する冷媒」とは、実際に蒸発器（１７）内部を流れている冷媒のみを意味するものではなく、実際に蒸発器（１７）内部を流れている冷媒の温度と均等の温度の冷媒も含まれる意味である。従って、例えば、蒸発器（１７）の流入出口近傍の冷媒の温度も含まれる意味である。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、蒸発器（１７）は、少なくとも第１蒸発部（１７４ａ、１７５ａ）と第２蒸発部（１７４ｂ、１７５ｂ）とに分割されており、第１、第２蒸発部（１７４ａ、１７５ａ、１７４ｂ、１７５ｂ）は、送風機（１７ａ）からの送風空気が、第２蒸発部（１７４ｂ、１７５ｂ）の少なくとも一部を通過した後に、第１蒸発部（１７４ａ、１７５ａ）の少なくとも一部を通過するように配置され、蒸発器（１７）内を流通する冷媒は、第１蒸発部（１７４ａ、１７５ａ）→第２蒸発部（１７４ｂ、１７５ｂ）の順に流れ、冷媒温度検出手段（２６）は、第２蒸発部（１７４ｂ、１７５ｂ）を流通する冷媒の温度を検出することを特徴とする。

前述の如く、このような構成の蒸発器（１７）を採用する冷凍サイクル装置では、「溶け残り」の問題が生じやすい。従って、蒸発器（１７）の霜が完全に取り除かれる前に除霜運転が終了してしまうことを防止できることは、極めて有効である。

また、請求項３に記載の発明では、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１４）と、圧縮機（１４）から吐出された高温高圧冷媒を放熱させる放熱器（１５）と、放熱器（１５）から流出した高圧冷媒の流れを分岐する分岐部（２９）と、分岐部（２９）にて分岐された一方の高圧冷媒を減圧膨張させるノズル部（３０ａ）から噴射する高速度の噴射冷媒の流れによって冷媒を冷媒吸引口（３０ｂ）から吸引して、噴射冷媒と冷媒吸引口（３０ｂ）から吸引された吸引冷媒とを混合して昇圧させるエジェクタ（３０）と、エジェクタ（３０）にて減圧膨張された冷媒と空気とを熱交換させて冷媒を蒸発させる流出側蒸発器（１７７）と、分岐部（２９）にて分岐された他方の高圧冷媒を減圧膨張させる減圧手段（１６）と、減圧手段（１６）にて減圧膨張された冷媒と流出側蒸発器（１７７）の少なくとも一部を通過した空気とを熱交換させることで冷媒を蒸発させて、エジェクタ（３０）の冷媒吸引口（３０ｂ）側へ流出させる吸引側蒸発器（１７８）と、流出側蒸発器（１７７）および吸引側蒸発器（１７８）へ空気を送風する送風機（１７ａ）とを備え、
ノズル部は、絞り通路面積を変更可能な可変ノズル（３０ａ）で構成され、減圧手段は、絞り通路面積を変更可能な可変絞り機構（１６）で構成され、蒸発器（１７）の着霜時に、可変ノズル（３０ａ）および可変絞り機構（１６）の絞り通路面積を増加させるとともに送風機（１７ａ）を作動させることによって、流出側蒸発器（１７７）および吸引側蒸発器（１７８）に着いた霜を取り除く除霜運転を行う冷凍サイクル装置であって、
流出側蒸発器（１７７）を流通する冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段（２６）と、除霜運転を終了させるために、冷媒温度検出手段（２６）の検出冷媒温度（Ｔｅ）が予め定めた基準除霜終了温度（ＫＴｍｐ３）以上となったことの判定を行う除霜終了判定手段（Ｓ６３）と、除霜終了判定手段（Ｓ６３）が、判定を行う前に、送風機（１７ａ）の送風能力を低下させる送風能力制御手段（２２ａ）とを備える冷凍サイクル装置を特徴とする。

これによれば、除霜終了判定手段（Ｓ６３）が除霜終了判定を行う前に、送風能力制御手段（２２ａ）が送風機（１７ａ）の送風能力を低下させるので、除霜終了判定時に検出冷媒温度（Ｔｅ）が送風機（１７ａ）から送風された空気よって加熱されてしまうことを抑制できる。従って、請求項１に記載の発明と同様に、蒸発器（１７）の霜が完全に取り除かれる前に除霜運転が終了してしまうことを抑制できる。

ここで、エジェクタ（３０）を備える冷凍サイクル装置では、エジェクタ（３０）の吸引作用によって、吸引側蒸発器（１７８）から流出した冷媒が冷媒吸引口（３０ｂ）を通過して流出側蒸発器（１７７）にも流入する。従って、前述の如く、「溶け残り」の問題が生じやすいサイクル構成となる。従って、エジェクタ（３０）を備える冷凍サイクル装置において、「溶け残り」の問題を抑制できることは、極めて有効である。

なお、本請求項における「流出側蒸発器（１７７）を流通する冷媒」についても、実際に流出側蒸発器（１７７）内部を流れている冷媒のみを意味するものではなく、実際に流出側蒸発器（１７７）内部を流れている冷媒の温度と均等の温度の冷媒も含まれる意味である。

請求項４に記載の発明では、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装置において、送風能力制御手段（２２ａ）は、除霜終了判定手段（Ｓ６３）が判定を行う前に、送風機（１７ａ）を停止させることを特徴とする。

これによれば、除霜終了判定手段（Ｓ６３）が除霜終了判定を行う前に、送風能力制御手段（２２ａ）が送風機（１７ａ）を停止させるので、除霜終了判定時に検出冷媒温度（Ｔｅ）が送風機（１７ａ）から送風された空気よって加熱されてしまうこと確実に回避できる。従って、より一層確実に、蒸発器（１７）の霜が完全に取り除かれる前に除霜運転が終了してしまうことを防止できる。

具体的に、請求項１ないし４のいずれか１つ記載の冷凍サイクル装置において、請求項５に記載の発明のように、送風能力制御手段（２２ａ）は、検出冷媒温度（Ｔｅ）が、予め定めた基準送風能力低下温度（ＫＴｍｐ２）以上となったときに、送風機（１７ａ）の送風能力を低下させるようになっていてもよい。

さらに、請求項６に記載の発明のように、空気の温度を検出する空気温度検出手段（２５）を備え、送風能力制御手段（２２ａ）は、検出冷媒温度（Ｔｅ）が、空気温度検出手段（２５）の検出空気温度（Ｔａｍ）に応じて決定される基準送風能力低下温度（ＫＴｍｐ２）以上となったときに、送風機（１７ａ）の送風能力を低下させるようになっていてもよい。

さらに、請求項７に記載の発明のように、空気の温度を検出する空気温度検出手段（２５）を備え、送風能力制御手段（２２ａ）は、空気温度検出手段（２５）の検出空気温度（Ｔａｍ）から検出冷媒温度（Ｔｅ）を減算した減算値に応じて決定される基準送風能力低下温度（ＫＴｍｐ２）以上となったときに、送風機（１７ａ）の送風能力を低下させるようになっていてもよい。

また、具体的に、請求項１ないし４のいずれか１つ記載の冷凍サイクル装置において、請求項８に記載の発明のように、送風能力制御手段（２２ａ）は、除霜運転が開始された時からの経過時間が、予め定めた基準経過時間（Ｋｔｉｍ）以上となったときに、送風機（１７ａ）の送風能力を低下させるようになっていてもよい。

さらに、請求項９に記載の発明のように、空気の温度を検出する空気温度検出手段（２５）を備え、送風能力制御手段（２２ａ）は、除霜運転が開始された時からの経過時間が、空気温度検出手段（２５）の検出空気温度（Ｔａｍ）に応じて決定される基準経過時間（Ｋｔｉｍ）以上となったときに、送風機（１７ａ）の送風能力を低下させるようになっていてもよい。

さらに、請求項１０に記載の発明のように、空気の温度を検出する空気温度検出手段（２５）を備え、送風能力制御手段（２２ａ）は、空気温度検出手段（２５）の検出空気温度（Ｔａｍ）から除霜運転開始時の検出冷媒温度（Ｔｅ）を減算した減算値に応じて決定される基準経過時間（Ｋｔｉｍ）以上となったときに、送風機（１７ａ）の送風能力を低下させるようになっていてもよい。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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１〜４により、本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態では、本発明の冷凍サイクル装置をヒートポンプ式給湯機１０に適用しており、図１は、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０の全体構成図である。

このヒートポンプ式給湯機１０は、貯湯タンク１１内の給湯水を循環する水循環回路１２、および、給湯水を加熱するための冷凍サイクル装置であるヒートポンプサイクル１３を備えている。まず、貯湯タンク１１は、耐食性に優れた金属（例えば、ステンレス）製で、断熱構造を有し、高温の給湯水を長時間保温することができる温水タンクである。

貯湯タンク１１に貯留された給湯水は、貯湯タンク１１の上部に設けられた出湯口から出湯され、図示しない温調弁において水道からの冷水と混合されて温度調節された後、台所や風呂等に給湯される。また、貯湯タンク１１内の下部に設けられた給水口から水道水が給水されるようになっている。

水循環回路１２には、給湯水を循環させる電動ポンプ１２ａが配置されている。この電動ポンプ１２ａは、後述する制御装置２２から出力される制御信号によって、その作動が制御される。そして、制御装置２２が電動ポンプ１２ａを作動させると、給湯水は、電動ポンプ１２ａ→後述する水−冷媒熱交換器１５の水通路１５ａ→貯湯タンク１１→電動ポンプ１２ａの順に循環する。

ヒートポンプサイクル１３は、圧縮機１４、水−冷媒熱交換器１５、電気式膨張弁１６、蒸発器１７等を順次配管で接続した冷凍サイクルである。このヒートポンプサイクル１３では、冷媒として二酸化炭素を採用しており、圧縮機１４から吐出された高圧冷媒の圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成している。

圧縮機１４は、ヒートポンプサイクル１３において冷媒を吸入し、臨界圧力以上となるまで圧縮して吐出するもので、吐出容量が固定された固定容量型圧縮機１４ａを電動モータ１４ｂにて駆動する電動圧縮機である。固定容量型圧縮機１４ａとしては、具体的に、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用できる。

電動モータ１４ｂは、制御装置２２から出力される制御信号によって、その作動（回転数）が制御されるもので、交流モータ、直流モータのいずれの形式を採用してもよい。そして、この回転数制御によって、圧縮機１４の冷媒吐出能力が変更される。従って、本実施形態では、電動モータ１４ｂが吐出能力変更手段を構成している。

圧縮機１４の冷媒吐出口には、水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂ入口側が接続されている。水−冷媒熱交換器１５は、給湯水が通過する水通路１５ａと圧縮機１４から吐出された高温高圧冷媒が通過する冷媒通路１５ｂとを有して構成される熱交換器であって、圧縮機１４吐出冷媒の有する熱量を給湯水に放熱させる放熱器である。

なお、本実施形態のヒートポンプサイクル１３では、前述の如く、超臨界サイクルを構成しているので、水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂを通過する冷媒は、凝縮することなく超臨界状態のまま放熱する。

水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂ出口側には、電気式膨張弁１６の入口側に接続されている。電気式膨張弁１６は冷媒通路１５ｂから流出した冷媒を減圧膨張させる減圧手段であるとともに、圧縮機１４の吐出口から電気式膨張弁１６の入口へ至るサイクルの高圧側冷媒圧力を制御する圧力制御手段でもある。

より具体的には、この電気式膨張弁１６は、絞り開度を変更可能に構成された弁体１６ａと、この弁体１６ａの絞り開度を可変制御するサーボモータからなる電動アクチュエータ１６ｂとを有して構成される可変絞り機構である。

電気式膨張弁１６の出口側には、蒸発器１７が接続されている。蒸発器１７は、電気式膨張弁１６にて減圧された低圧冷媒と送風ファン１７ａにより送風された外気（室外空気）とを熱交換させることで、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用の熱交換器である。送風ファン１７ａは、制御装置２２から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。

ここで、図２により、蒸発器１７の詳細構成について説明する。なお、図２（ａ）は、蒸発器１７の概略構成を説明するための擬似的な分解斜視図であり、図２（ｂ）は、（ａ）のＸ矢視図であって、組み立てられた状態の蒸発器１７を示している。また、図中の上下の矢印は、蒸発器１７をヒートポンプ式給湯機１０に搭載した状態の方向を示している。

図２に示すように、蒸発器１７は、複数枚のプレート状の熱交換促進用フィン１７１に対して、複数本の冷媒チューブ１７２を串刺し状に配置し、各チューブ１７２同士を蛇行状に接続した、周知のフィンアンドチューブ型の熱交換器である。さらに、この蒸発器１７の熱交換領域は、チューブ１７２のパス構成によって２つの熱交換領域に分割されている。

具体的には、電気式膨張弁１６から流入する冷媒の流れを分岐配管１７３で分岐し、分岐した一方の冷媒を搭載状態における上方側の第１熱交換領域１７４へ流入させ、他方の冷媒を搭載方向における下方側の第２熱交換領域１７５へ流入させる。そして、第１、第２熱交換領域１７４、１７５から流出した冷媒の流れを合流配管１７６にて合流させて流出させるパス構成になっている。

さらに、第１、第２熱交換領域１７４、１７５は、それぞれ送風ファン１７ａの送風空気の流れ方向Ｙに対して直列に配置された２つの蒸発部（熱交換部）を有している。なお図示の都合上、図２（ａ）では、フィン１７１を送風空気の流れ方向Ｙに２つに分割しているが、本実施形態では、これらのフィン１７１は図（ｂ）に示すように１枚のフィンとして形成されている。もちろん、図２（ａ）のように、フィン１７１を分割してもよい。

第１熱交換領域１７４の２つの蒸発部では、第２蒸発部１７４ｂが、第１蒸発部１７４ａよりも、送風ファン１７ａの送風空気の流れ方向Ｙに対して上流側（風上側）に配置されている。さらに、第１熱交換領域１７４では、分岐配管１７３から流入した冷媒が、第１蒸発部１７４ａ→第２蒸発部１７４ｂ→合流部１７６の順で流れる。

また、第２熱交換領域１７５の２つの蒸発部では、第２蒸発部１７５ｂが、第１蒸発部１７５ａよりも、送風ファン１７ａの送風空気の流れ方向Ｙに対して上流側（風上側）に配置されている。さらに、第２熱交換領域１７５では、分岐配管１７３から流入した冷媒は、第１蒸発部１７５ａ→第２蒸発部１７５ｂ→合流部１７６の順で流れる。

以上の如く、蒸発器１７の各熱交換領域１７４、１７５は、そのパス構成によって分割されたものなので、第１熱交換領域１７４および第２熱交換領域１７５の基本的構成は同様である。そこで、以下の説明では、第１熱交換領域１７４の第１蒸発部１７４ａおよび第２熱交換領域１７５の第１蒸発部１７５ａを総称する場合は、第１蒸発部１７４ａ、１７５ａと記載する。第２蒸発部１７４ｂ、１７５ｂについても同様である。

なお、本実施形態の蒸発器１７では、熱交換領域を２つに分割しているが、もちろん、３つ以上の熱交換領域に分割してもよい。さらに、前述の検討用蒸発器１７’のように、熱交換領域の分割を行わない、いわゆるシングルパス構成としてもよい。また、蒸発器１７の冷媒出口側（具体的には、合流配管１７６の出口側）には、圧縮機１４の吸入口が接続されている。

次に、本実施形態の電気制御部の概要を説明する。図１に示す制御装置２２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、その出力側には、電動ポンプ１２ａ、圧縮機１４の電動モータ１４ｂ、電気式膨張弁１６の電動アクチュエータ１６ｂ、送風ファン１７ａ等が接続され、これらの機器の作動を制御する。

なお、制御装置２２は、上記した各アクチュエータを制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、本実施形態では、特に、制御装置２２のうち送風ファン１７ａの作動（送風能力）を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）を送風能力制御手段２２ａとする。もちろん、送風能力制御手段２２ａを制御装置２２に対して別体で構成してもよい。

また、制御装置２２の入力側には、水−冷媒熱交換器１５の水通路１５ａ出口側の給湯水温度Ｔｗｏを検出する給湯水温度センサ２３、水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂ出口側の冷媒温度Ｔｒｏを検出する高圧冷媒温度センサ２４、蒸発器１７において電気式膨張弁１６下流側の低圧冷媒と熱交換する外気温（空気温度）Ｔａｍを検出する空気温度検出手段である外気温センサ２５、蒸発器１７の第２蒸発部１７４ｂ、１７５ｂを流通する冷媒温度Ｔｅを検出する冷媒温度検出手段である蒸発冷媒温度センサ２６が接続され、これらのセンサ群の検出信号が制御装置２２へ入力される。

なお、本実施形態では、蒸発冷媒温度センサ２６として、具体的に、蒸発器１７のうち合流配管１７６の表面温度を検出するサーミスタを採用しているが、例えば、蒸発器１７のうち第２蒸発部１７４ｂ、１７５ｂ側のフィン温度を検出してもよいし、蒸発器１７出口側冷媒の温度を直接検出してもよい。

さらに、制御装置２２の入力側には、操作パネル２７が接続され、給湯機作動・停止の操作信号、給湯機の給湯温度設定信号等が制御装置２２へ入力される。

次に、上記の構成における本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０の作動を図３、４に基づいて説明する。図３は、制御装置２２が実行する制御処理を示すフローチャートである。この制御処理は、ヒートポンプ式給湯機１０に外部から電源が供給された状態で、操作パネル２７の給湯機作動信号が制御装置２２に入力されるとスタートする。

まず、ステップＳ１ではフラグ、タイマ等の初期化がなされ、次のステップＳ２で操作パネル２７の操作信号およびセンサ群２３〜２６等により検出された検出信号を読み込む。次に、ステップＳ３へ進み、各種アクチュエータの制御状態が、ステップＳ２で読み込んだ操作信号および検出信号に基づいて決定される。

例えば、圧縮機１４の電動モータ１４ｂについては、蒸発冷媒温度センサ２６によって検出された検出冷媒温度Ｔｅが目標蒸発温度に近づくように決定される。この目標蒸発温度は、給湯水温度センサ２３によって検出された給湯水温度Ｔｗｏ、外気温センサ２５によって検出された外気温Ｔａｍ、操作パネル２７により設定された設定給湯温度等に基づいて算出される。

また、電動ポンプ２２に出力される制御信号については、給湯水温度センサ２３によって検出された給湯水温度Ｔｗｏが、操作パネル２７により設定された設定給湯温度に近づくように決定される。また、電気式膨張弁１６の電動アクチュエータ１６ｂに出力される制御信号については、サイクルの高圧側冷媒圧力が目標高圧となるように決定される。

この目標高圧は、高圧冷媒温度センサ２４によって検出された冷媒温度Ｔｒｏに基づいて、予め制御装置２２に記憶された制御マップを参照して、ヒートポンプサイクル１３の成績係数（ＣＯＰ）が略最大となるように決定される。

次に、ステップＳ４へ進み、蒸発器１７に着いた霜を融解させて取り除く除霜運転が実行中であるか否かが判定される。具体的には、除霜運転フラグｄｆｆｇが１になっているか否かが判定される。この除霜運転フラグｄｆｆｇは、除霜運転の実行中には１が入力され、非実行中には０となるフラグである。

ステップＳ４にて、除霜運転が実行中でないと判定された場合は、ステップＳ５へ進み、除霜運転を実行するか否かを判定する。具体的には、蒸発冷媒温度センサ２６によって検出された検出冷媒温度Ｔｅが予め定めた基準除霜開始温度ＫＴｍｐ１以下となっているか否かを判定する。

ステップＳ５にて、検出冷媒温度Ｔｅが基準除霜開始温度ＫＴｍｐ１以下となっていると判定された場合には、蒸発器１７に着霜が生じており除霜運転を実行する必要があるものとして、ステップＳ５１へ進む。

ステップＳ５１では、ステップＳ３で決定された電動アクチュエータ１６ｂに出力される制御信号を、電気式膨張弁１６の弁体１６ａの絞り開度を増加させるように変更するとともに、除霜運転フラグｄｆｆｇを１に変更して、ステップＳ７へ進む。なお、本実施形態のステップＳ５１では、具体的に、電気式膨張弁１６の弁体１６ａの絞り開度が略全開となるように変更する。

一方、ステップＳ５にて、検出冷媒温度Ｔｅが基準除霜終了温度ＫＴｍｐ１以下となっていないと判定された場合には、除霜運転を実行する必要はないものとしてステップＳ７へ進む。従って、除霜運転フラグｄｆｆｇも０のまま維持される。

また、ステップＳ４にて、除霜運転の実行中であると判定された場合は、ステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、除霜運転を終了させるか否かの判定、および、除霜運転を終了させる際に実行される除霜運転時制御が行われる。このステップＳ６の詳細については、図４のフローチャートにより説明する。

まず、ステップＳ６１では、蒸発冷媒温度センサ２６によって検出された検出冷媒温度Ｔｅが予め定めた基準送風能力低下温度ＫＴｍｐ２以上となっているか否かを判定する。なお、この基準送風能力低下温度ＫＴｍｐ２は、基準除霜開始温度ＫＴｍｐ１よりも高い値に設定されている。

ステップＳ６１にて、検出冷媒温度Ｔｅが基準送風能力低下温度ＫＴｍｐ２以上となっていると判定された場合は、ステップＳ６２に進み、送風ファン１７ａの送風能力を低下させて、ステップＳ６３へ進む。本実施形態では、具体的に、送風ファン１７ａの送風能力を０に低下させる。すなわち、送風ファン１７ａを停止させる。従って、本実施形態の制御ステップＳ６１は、送風停止判定手段を構成している。

次に、ステップＳ６３にて、検出冷媒温度Ｔｅが予め定めた基準除霜終了温度ＫＴｍｐ３以上となっているか否かを判定する。なお、この基準除霜終了温度ＫＴｍｐ３は、基準送風能力低下温度ＫＴｍｐ２よりも高い値に設定されている。

ステップＳ６３にて、検出冷媒温度Ｔｅが基準除霜終了温度ＫＴｍｐ３以上となっている場合は、蒸発器１７の除霜が完了し、除霜運転を終了させてもよい状態になったものとして、ステップＳ６４へ進み、除霜運転フラグｄｆｆｇを０とする。これにより、除霜運転が終了されてステップＳ７へ戻る。

一方、ステップＳ６３にて、検出冷媒温度Ｔｅが基準除霜終了温度ＫＴｍｐ３以上となってない場合は、除霜運転を継続させるものとして、ステップＳ６５へ進む。ステップＳ６５では、ステップＳ５１と同様に、ステップＳ３で決定された電動アクチュエータ１６ｂに出力される制御信号を、電気式膨張弁１６の弁体１６ａの絞り開度が略全開となるように変更してステップＳ７へ戻る。

従って、本実施形態では、この制御ステップＳ６３が、除霜終了判定手段を構成している。また、ステップＳ６１にて、検出冷媒温度Ｔｅが基準送風能力低下温度ＫＴｍｐ２以上になっていないと判定された場合は、除霜運転を継続させるものとして、ステップＳ６５→ステップＳ７の順に進む。

ステップＳ７では、ステップＳ３、Ｓ５１、Ｓ６５にて決定された制御状態が得られるように、制御装置２２より各種アクチュエータ１２ａ、１４ｂ、１６ｂ、１７ａ等に対して制御信号が出力されて、ステップＳ８へ進む。

ステップＳ８では、操作パネル２７からの給湯機停止信号が制御装置２２へ入力されている場合は、各種アクチュエータの作動を停止させて、システムを停止させる。一方、給湯機停止信号が入力されていない場合は、予め定めた制御周期の間待機した後、ステップＳ２に戻るようになっている。

従って、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０を作動させると、除霜運転を行わない通常運転時には、圧縮機１４から吐出された高温高圧の冷媒は、水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂに流入して、電動ポンプ１２ａによって貯湯タンク１１の下方側から水通路１５ａに流入した給湯水と熱交換する。これにより、給湯水が加熱され、加熱された給湯水は、貯湯タンク１１の上方側に貯留される。

この際、本実施形態のヒートポンプサイクル１３では、冷媒として二酸化炭素を採用し、超臨界冷凍サイクルを構成しているので、冷媒として代替フロン等を採用する場合に対して、高圧冷媒の温度を上昇させることができる。その結果、水−冷媒熱交換器１５において給湯水に放熱する熱量を増加させて給湯水の温度を高温化することができる。

一方、水−冷媒熱交換器１５から流出した高圧冷媒は、電気式膨張弁１６にて減圧される。電気式膨張弁１６にて減圧された冷媒は、蒸発器１７へ流入し、送風ファン１７ａから送風された外気から吸熱して蒸発する。そして、蒸発器１７から流出した冷媒は、圧縮機１４へ吸入される。

また、ステップＳ５にて、除霜運転を実行する必要があると判定された場合の除霜運転時には、電気式膨張弁１６の弁体１６ａの絞り開度を略全開となるように増加させるので、水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂ流出冷媒と同等の温度の冷媒を蒸発器１７へ流入させることができる。

この際、送風ファン１７ａの作動を停止させることがないので、冷媒と外気との２つの熱源によって、蒸発器１７の除霜を効率的に行うことができる。その結果、除霜運転時間を短縮化させることができる。

さらに、本実施形態では、除霜終了判定手段を構成する制御ステップＳ６３にて、検出冷媒温度Ｔｅが基準除霜終了温度ＫＴｍｐ３以上となっているか否かの判定、すなわち、除霜運転を終了させるか否かの判定を行う前に、送風能力制御手段２２ａが送風ファン１７ａの作動を停止させる。

これにより、電気式膨張弁１６の弁体１６ａの絞り開度を増加させるとともに送風機１７ａを作動させることによって蒸発器１７の除霜運転を行う冷凍サイクル装置であっても、蒸発器の霜が完全に取り除かれる前に除霜運転が終了してしまう、「溶け残り」の問題が生じることを防止できる。

より詳細に述べると、本実施形態のように、蒸発器１７において、冷媒が第１蒸発部１７４ａ、１７５ａ→第２蒸発部１７４ｂ、１７５ｂの順に流れ、送風ファン１７ａから送風された室外空気が第２蒸発部１７４ｂ、１７５ｂ→第１蒸発部１７４ａ、１７５ａの順に流れる構成では、第１蒸発部１７４ａ、１７５ａにて除霜のために放熱して温度低下した冷媒が、第２蒸発部１７４ｂ、１７５ｂにて外気から吸熱して温度を上昇させやすい。

そのため、蒸発冷媒温度センサ２６では、第１蒸発部１７４ａ、１７５ａにて除霜のために放熱した直後の冷媒よりも高い温度を検出してしまう。従って、蒸発冷媒温度センサ２６によって検出された検出冷媒温度Ｔｅを用いて、除霜運転を終了させるか否かの判定を行うと、「溶け残り」の問題が生じやすい。

これに対して、本実施形態では、除霜運転を終了させるか否かの判定が行われる前に、送風ファン１７ａの作動を停止するので、蒸発冷媒温度センサ２６が、外気によって加熱された冷媒温度を検出することなく、蒸発器１７の第１蒸発部１７４ａ、１７５ａおよび第２蒸発器１７４ｂ、１７５ｂにて除霜のために放熱した冷媒の温度を検出できる。

その結果、除霜運転を終了させるタイミングを適切に判定することができ、「溶け残り」の問題が生じることを防止できる。

（第２、３実施形態）
第１実施形態では、制御ステップＳ６１にて、基準送風能力低下温度ＫＴｍｐ２として、予め定めた値を採用した例を説明したが、第２、３実施形態では、図５に示すように、ステップＳ６０にて、空気温度検出手段である外気温センサ２５によって検出された検出空気温度（外気温）Ｔａｍを用いて、基準送風能力低下温度ＫＴｍｐ２を決定している。

なお、図５は、第２、３実施形態におけるヒートポンプ式給湯機１０の制御フローの要部を示すフローチャートであり、第１実施形態の図４に対応する図面である。また、図５では、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。このことは、以下の図面においても同様である。

第２実施形態では、ステップＳ６０において、検出空気温度Ｔａｍの上昇に伴って、高い値となるように基準送風能力低下温度ＫＴｍｐ２を決定する。例えば、検出空気温度Ｔａｍが０℃以上の場合には、０℃未満の場合に対して高い値となるように基準送風能力低下温度ＫＴｍｐ２を決定する。

これにより、検出空気温度Ｔａｍが０℃以上の場合は、蒸発器１７の除霜に寄与する高い温度の外気を蒸発器１７へ送風する時間を第１実施形態よりも長くし、除霜時間を短縮できる。一方、０℃未満の場合は、送風ファン１７ａを作動させても蒸発器１７の除霜には寄与しにくいため、送風ファン１７ａを作動させる時間を短くしても除霜時間の短縮化の妨げにならない。

その結果、第２実施形態のようにＫＴｍｐ２を決定することで、第１実施形態と同様に「溶け残り」の問題が生じることを防止できるだけでなく、より一層、除霜時間の短縮化を図ることができる。

また、第３実施形態では、ステップＳ６０において、外気温センサ２５によって検出された検出空気温度Ｔａｍから蒸発冷媒温度センサ２６によって検出された除霜運転開示時の検出冷媒温度Ｔｅを減算した減算値の増加に伴って、高い値となるように基準送風能力低下温度ＫＴｍｐ２を決定する。

これにより、減算値が大きい場合は、蒸発器１７の除霜に寄与する高い温度の外気を蒸発器１７へ送風する時間を長くし、除霜時間を短縮できる。一方、減算値が小さい場合は、検出空気温度（外気温）Ｔａｍが検出冷媒温度Ｔｅよりも低く、送風ファン１７ａを作動させても蒸発器１７の除霜には寄与しにくいため、送風ファン１７ａを作動させる時間を短くしても除霜時間の短縮化の妨げにならない。

その結果、第３実施形態のようにＫＴｍｐ２を決定することで、第１実施形態と同様に「溶け残り」の問題が生じることを防止できるだけでなく、より一層、除霜時間の短縮化を図ることができる。

（第４実施形態）
本実施形態では、図６に示すように、第１実施形態に対して、制御ステップＳ６１を制御ステップＳ６１’に変更している。その他の構成および制御は、第１実施形態と同様である。なお、図６は、第１実施形態の図４に対応する図面である。

具体的には、制御ステップＳ６１’では、除霜運転が開始されてからの経過時間が予め定めた基準経過時間ＫＴｉｍ以上となっていると判定された場合は、ステップＳ６２に進み、送風ファン１７ａの送風能力を低下させて、ステップＳ６３へ進む。一方、除霜運転が開始されてからの経過時間が基準経過時間ＫＴｉｍ以上となっていない場合は、除霜運転を継続させるものとして、ステップＳ６５→ステップＳ７の順に進む。

従って、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０を作動させても、除霜終了判定手段を構成する制御ステップＳ６３にて、除霜運転を終了させるか否かの判定を行う前に、送風能力制御手段２２ａが送風ファン１７ａの作動を停止させるので、第１実施形態と同様に「溶け残り」の問題が生じることを防止できる。

（第５、６実施形態）
第４実施形態では、制御ステップＳ６１’にて、基準経過時間ＫＴｉｍとして、予め定めた値を採用した例を説明したが、第５、６実施形態では、図７に示すように、ステップＳ６０’にて、空気温度検出手段である外気温センサ２５によって検出された検出空気温度（外気温）Ｔａｍを用いて、基準経過時間ＫＴｉｍを決定している。なお、図７は、第１実施形態の図４に対応する図面である。

第５実施形態では、ステップＳ６０’において、検出空気温度Ｔａｍの上昇に基づいて、予め定めた制御装置２２に記憶されている制御マップを参照して基準経過時間ＫＴｉｍを決定する。例えば、検出空気温度Ｔａｍが０℃以上の場合には、０℃未満の場合に対して短い時間となるように基準経過時間ＫＴｉｍを決定する。

検出空気温度Ｔａｍが０℃以上の場合には、蒸発器１７の除霜に寄与する高い温度の外気を蒸発器１７へ送風することができるので、送風ファン１７ａを作動させる時間を短くしても除霜を完了することができる。従って、第２実施形態と同様に、「溶け残り」の問題が生じることを防止できるだけでなく、より一層、除霜時間の短縮化を図ることができる。

第６実施形態では、ステップＳ６０’において、外気温センサ２５によって検出された検出空気温度Ｔａｍから蒸発冷媒温度センサ２６によって検出された除霜運転開示時の検出冷媒温度Ｔｅを減算した減算値に基づいて、予め定めた制御装置２２に記憶されている制御マップを参照して基準経過時間ＫＴｉｍを決定する。例えば、減算値の増加に伴って、短い時間となるように基準経過時間ＫＴｉｍを決定する。

減算値が大きい値である場合には、蒸発器１７の除霜に寄与する高い温度の外気を蒸発器１７へ送風することができるので、送風ファン１７ａを作動させる時間を短くしても除霜を完了することができる。従って、第３実施形態と同様に、「溶け残り」の問題が生じることを防止できるだけでなく、より一層、除霜時間の短縮化を図ることができる。

（第７実施形態）
本実施形態では、図８の全体構成図に示すように、第１実施形態のヒートポンプサイクル１３に対して、水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂから流出した冷媒の流れを分岐する分岐部２９、および、分岐部２９にて分岐された一方の冷媒を減圧膨張させる冷媒減圧手段としてエジェクタ３０を設けた例を説明する。つまり、本実施形態のヒートポンプサイクル１３は、エジェクタ式冷凍サイクルとして構成されている。

分岐部２９は、３つの流入出口を有する三方継手で構成されており、流入出口のうち１つを冷媒流入口とし、２つを冷媒流出口としたものである。このような三方継手は、管径の異なる配管を接合して構成してもよいし、金属ブロックや樹脂ブロックに通路径の異なる複数の冷媒通路を設けて構成してもよい。

さらに、分岐部２９の一方の冷媒流出口には、エジェクタ３０のノズル部３０ａ側が接続され、他方の冷媒流出口には、電気式膨張弁１６の入口側が接続されている。エジェクタ３０は、高圧冷媒を減圧膨張させる減圧手段であるとともに、減圧膨張された高速度の冷媒流により後述する吸引側蒸発器１７８下流側の冷媒を内部に吸引する冷媒循環手段でもある。

具体的には、エジェクタ３０は、分岐部２９から流入する高圧冷媒の通路面積を小さく絞って、冷媒を減圧させるノズル部３０ａと、ノズル部３０ａの冷媒噴射口と連通するように配置されて、吸引側蒸発機１７８から流出した冷媒を吸引する冷媒吸引口３０ｂを有している。

ノズル部３０ａは、絞り通路面積を変更可能に構成された可変ノズル部であり、具体的には、ノズル部３０ａの内部に配置されてノズル部３０の冷媒通路面積（絞り開度）を調整するニードル弁３０ｃ、このニードル弁３０ｃをノズル部３０ａの軸方向に変位させるステッピングモータからなる電動アクチュエータ３０ｄを有して構成される。

さらに、エジェクタ３０は、ノズル部３０ａおよび冷媒吸引口３０ｂの冷媒流れ下流側には、ノズル部３０ａから噴射する高速度の冷媒流と冷媒吸引口３０ｂからの吸引された吸引冷媒とを混合する混合部３０ｅ、および、混合部３０ｅの冷媒流れ下流側に配置されて昇圧部をなすディフューザ部３０ｆを有している。

ディフューザ部３０ｆは冷媒の通路面積を徐々に大きく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を圧力エネルギに変換する作用を果たす。さらに、ディフューザ部３０ｆの出口側には、流出側蒸発器１７７が接続されている。

流出側蒸発器１７７は、ディフューザ部３０ｆから流出した冷媒と送風ファン１７ａより送風された室内送風空気とを熱交換させることによって、冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。流出側蒸発器１７７の出口側には、圧縮機１１の冷媒吸入口が接続されている。

一方、分岐部２９の他方の冷媒流出口には、電気式膨張弁１６の入口側が接続され、電気式膨張弁１６の出口側には、吸引側蒸発器１７８が接続されている。吸引側蒸発器１７８は、電気式膨張弁１６にて減圧膨張された冷媒と、送風ファン１７ａから送風された流出側蒸発器１７通過後の室内送風空気とを熱交換させることによって、冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。

なお、本実施形態では、流出側蒸発器１７７および吸引側蒸発器１７８を、第１実施形態と同様のフィンアンドチューブ型の熱交換器で一体的に構成している。具体的には、流出側蒸発器１７７と吸引側蒸発器１７８とのフィンを共通化し、チューブのパス構成で２つの熱交換器に分割したものである。

従って、流出側蒸発器１７７は、第１実施形態の第１蒸発部１７４ａ、１７５ａに対応し、吸引側蒸発器１７８は、第１実施形態の第２蒸発部１７４ｂ、１７５ｂに対応する配置となる。もちろん、２つの別体の蒸発器を送風ファン１７ａの送風方向（矢印１００方向）に直列に配置してもよい。

そのため、上述の送風ファン１７ａにて送風された外気は、矢印１００のように流れ、まず、流出側蒸発器１７７にて吸熱冷却され、次に吸引側蒸発器１７８にて吸熱されるようになっている。また、吸引側蒸発器１７８の出口側には、エジェクタ３０の冷媒吸引口３０ｂが接続されている。

さらに、本実施形態の制御装置２２の入力側には、エジェクタ３０の電動アクチュエータ３０ｄも接続されている。その他の構成は第１実施形態と同様である。

次に、上記構成における本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０の作動を説明する。本実施形態において制御装置２２が実行する制御フローは、基本的に第１実施形態の図３、図４と同様であるが、本実施形態では、可変ノズル部を有するエジェクタ３０を採用しているので、ステップＳ３、Ｓ５１、Ｓ６３の制御処理を変更している。

具体的には、ステップＳ３では、エジェクタ３０の電動アクチュエータ３０ｄの制御状態についても決定される。本実施形態では、流出側蒸発器１７７から流出した冷媒の過熱度が予め定めた値に近づくように決定される。

また、ステップＳ５１、Ｓ６３では、電気式膨張弁１６の弁体１６ａの絞り開度を増加させるだけでなく、ステップＳ３で決定されたエジェクタ３０の電動アクチュエータ３０ｄに出力される制御信号を、エジェクタ３０のノズル部３０ａの冷媒通路面積を増加させるように変更する。なお、本実施形態では、具体的に、エジェクタ３０のノズル部３０ａの冷媒通路面積が略全開となるように変更する。

従って、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０を作動させると、通常運転時には、第１実施形態と全く同様に、給湯水が加熱されて貯湯タンク１１に貯留される。水−冷媒熱交換器１５から流出した高圧冷媒は、分岐部２９へ流入して分岐され、分岐された一方の冷媒は、エジェクタ３０のノズル部３０ａに流入する。

ノズル部３０ａに流入した冷媒は、等エントロピ的に減圧されて高速度の噴射冷媒となって噴射される。この噴射冷媒の吸引作用により、冷媒吸引口３０ｂから吸引側蒸発器１７８流出冷媒が吸引される。さらに、混合部３０ｅにて、噴射冷媒と冷媒吸引口３０ｂから吸引された吸引冷媒が混合され、ディフューザ部３０ｆに流入する。

ディフューザ部３０ｆでは通路面積の拡大により、冷媒の速度エネルギが圧力エネルギに変換されるため、冷媒の圧力が上昇する。エジェクタ３０のディフューザ部３０ｆから流出した冷媒は、流出側蒸発器１７７へ流入して、送風ファン１７ａから送風された室外空気から吸熱して蒸発する。流出側蒸発器１７７から流出した冷媒は圧縮機１１に吸入され、再び圧縮される。

一方、分岐部２９にて分岐された他方の冷媒は、電気式膨張弁１６にて減圧膨張されて、吸引側蒸発器１７８へ流入する。吸引側蒸発器１７８へ流入した冷媒は、送風ファン１７ａから送風されて流出側蒸発器１７７にて冷却された外気から吸熱して蒸発する。さらに、吸引側蒸発器１７８から流出した冷媒は、冷媒吸引口３０ｂからエジェクタ３０内へ吸引される。

本実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル１０では、流出側蒸発器１７７および吸引側蒸発器１７８にて冷媒に吸熱作用を発揮させる際に、流出側蒸発器１７７における冷媒蒸発圧力をディフューザ部３０ｆで昇圧した後の圧力として、一方、吸引側蒸発器１７８は冷媒吸引口３０ｂに接続されるので、吸引側蒸発器１７８における冷媒蒸発圧力をノズル部３０ａ減圧直後の最も低い圧力とすることができる。

従って、吸引側蒸発器１７８における冷媒蒸発温度を、流出側蒸発器１７７における冷媒蒸発温度よりも低くすることができる。その結果、流出側蒸発器１７７および吸引側蒸発器１７８における冷媒蒸発温度と送風ファン１７ａから送風された外気との温度差を確保して、効率的に冷媒に吸熱作用を発揮させることができる。

また、除霜運転時には、電気式膨張弁１６の弁体１６ａの絞り開度を略全開とし、エジェクタ３０のノズル部３０ａの冷媒通路面積を略全開とするので、水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂ流出冷媒と同等の温度の冷媒を流出側蒸発器１７７および吸引側蒸発器１７８へ流入させることができる。

従って、第１実施形態と同様に、冷媒と外気との２つの熱源によって、蒸発器１７の除霜を効率的に行うことができる。その結果、除霜運転時間を短縮化させることができる。さらに、除霜運転を終了させるか否かの判定を行う前に、送風能力制御手段２２ａが送風ファン１７ａの作動を停止させるので、「溶け残り」の問題が生じることを防止できる。

前述の如く、本実施形態のヒートポンプサイクル１３では、吸引側蒸発器１７８における冷媒蒸発温度を、流出側蒸発器１７７における冷媒蒸発温度よりも低くすることができるので、冷媒蒸発温度の低い吸引側蒸発器１７８に着霜を生じやすい。

さらに、吸引側蒸発器１７８から流出した冷媒がエジェクタ３０を介して流出側蒸発器１７７に流入するので、吸引側蒸発器１７８および流出側蒸発器１７７は、前述した検討用蒸発器１７’と同様に、「溶け残り」の問題が生じやすい構成となる。従って、実施形態の冷凍サイクル装置において、「溶け残り」の問題を防止できることは極めて有効である。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の第１〜第６実施形態では、第２蒸発部１７４ｂ、１７５ｂを通過した送風空気の全流量が、第１蒸発部１７４ａ、１７５ａを通過する構成を採用しているが、第２蒸発部１７４ｂ、１７５ｂの一部を通過した送風空気が、第１蒸発部１７４ａ、１７５ａの一部を通過する構成としてもよい。

また、第７実施形態では、流出側蒸発器１７７を通過した送風空気の全流量が、吸引側蒸発器１７８を通過する構成を採用しているが、流出側蒸発器１７７の一部を通過した送風空気が、吸引側蒸発器１７８の一部を通過する構成としてもよい。

（２）上述の実施形態では、制御ステップＳ６２にて、送風ファン１７ａを停止させるように制御信号を変更しているが、送風ファン１７ａを完全に停止させることなく、送風能力を低下させるようにしてもよい。

また、上述の第１〜第６実施形態では、ステップＳ５１およびＳ６５において、電気式膨張弁１６の弁体１６ａの絞り開度を増加させ、さらに、第７実施形態では、エジェクタ３０のノズル部３０ａの冷媒通路面積を増加させるように制御信号を変更しているが、さらに、ステップＳ５１およびＳ６５において、さらに、送風ファン１７ａの送風能力を増大させるようにしてもよい。

（３）上述の各実施形態では、冷媒として二酸化炭素を採用した例を説明したが、冷媒の種類はこれに限定されない。通常のフロン系冷媒、炭化水素系冷媒等を採用してもよい。さらに、ヒートポンプサイクル１３が、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上とならない亜臨界冷凍サイクルを構成していてもよい。

（４）上述の各実施形態では、圧縮機１１として、電動圧縮機を採用した例を説明したが、圧縮機１１の形式はこれに限定されない。例えば、エンジン等を駆動源とするエンジン駆動式圧縮機を採用してもよい。また、圧縮機構として、固定容量型圧縮機構のみならず、可変容量型圧縮機構を採用してもよい。

（５）上述の第７実施形態では、制御装置２２が、第１実施形態の図３、４と同様の制御フローを実行する例を説明したが、もちろん、第７実施形態のヒートポンプ式給湯機１０において第２〜６実施形態と同様の制御フローを実行してもよい。

（６）上述の実施形態では、本発明の冷凍サイクル装置をヒートポンプ式給湯機１０に適用した例を説明したが、本発明の適用はこれに限定されず、低圧冷媒が吸熱した熱量を高圧冷媒に放熱させる冷凍サイクル装置に広く適用可能である。例えば、ヒートポンプ式床暖房装置等にも適用できる。この場合は床暖房用ＬＬＣが熱交換対象流体となる。

第１実施形態のヒートポンプ式給湯機の全体構成図である。 （ａ）は、第１実施形態の蒸発器の分解斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ矢視図である。 第１実施形態のヒートポンプ式給湯機の制御処理を示すフローチャートである。 第１実施形態のヒートポンプ式給湯機の制御処理の要部を示すフローチャートである。 第２、３実施形態のヒートポンプ式給湯機の制御処理の要部を示すフローチャートである。 第４実施形態のヒートポンプ式給湯機の制御処理の要部を示すフローチャートである。 第５、６実施形態のヒートポンプ式給湯機の制御処理の要部を示すフローチャートである。 第７実施形態のヒートポンプ式給湯機の全体構成図である。 （ａ）は、検討用蒸発器の分解斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ矢視図である。

符号の説明

１４ 圧縮機
１５ 放熱器
１６ 電気式膨張弁
１７ 蒸発器
１７ａ 送風ファン
１７４ａ、１７５ａ 第１蒸発部
１７４ｂ、１７５ｂ 第２蒸発部
２２ａ 送風能力制御手段
２５ 外気温センサ２５
２６ 蒸発冷媒温度センサ
２９ 分岐部
３０ エジェクタ
３０ａ ノズル部
３０ｂ 冷媒吸引口
１７７ 流出側蒸発器
１７８ 吸引側蒸発器

Claims (10)

1. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１４）と、
   前記圧縮機（１４）から吐出された高温高圧冷媒を放熱させる放熱器（１５）と、
   前記放熱器（１５）から流出した高圧冷媒を減圧膨張させる減圧手段（１６）と、
   前記減圧手段（１６）にて減圧膨張された冷媒と空気とを熱交換させて冷媒を蒸発させる蒸発器（１７）と、
   前記蒸発器（１７）へ前記空気を送風する送風機（１７ａ）とを備え、
   前記減圧手段は、絞り通路面積を変更可能な可変絞り機構（１６）で構成されており、
   前記蒸発器（１７）の着霜時に、前記可変絞り機構（１６）の絞り通路面積を増加させるとともに前記送風機（１７ａ）を作動させることによって、前記蒸発器（１７）に着いた霜を取り除く除霜運転を行う冷凍サイクル装置であって、
   前記蒸発器（１７）を流通する冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段（２６）と、
   前記除霜運転を終了させるために、前記冷媒温度検出手段（２６）の検出冷媒温度（Ｔｅ）が予め定めた基準除霜終了温度（ＫＴｍｐ３）以上となったことの判定を行う除霜終了判定手段（Ｓ６３）と、
   前記除霜終了判定手段（Ｓ６３）が、前記判定を行う前に、前記送風機（１７ａ）の送風能力を低下させる送風能力制御手段（２２ａ）とを備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記蒸発器（１７）は、少なくとも第１蒸発部（１７４ａ、１７５ａ）と第２蒸発部（１７４ｂ、１７５ｂ）とに分割されており、
   前記第１、第２蒸発部（１７４ａ、１７５ａ、１７４ｂ、１７５ｂ）は、前記送風機（１７ａ）からの送風空気が、前記第２蒸発部（１７４ｂ、１７５ｂ）の少なくとも一部を通過した後に、前記第１蒸発部（１７４ａ、１７５ａ）の少なくとも一部を通過するように配置され、
   前記蒸発器（１７）内を流通する冷媒は、前記第１蒸発部（１７４ａ、１７５ａ）→前記第２蒸発部（１７４ｂ、１７５ｂ）の順に流れ、
   前記冷媒温度検出手段（２６）は、前記第２蒸発部（１７４ｂ、１７５ｂ）を流通する冷媒の温度を検出することを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１４）と、
   前記圧縮機（１４）から吐出された高温高圧冷媒を放熱させる放熱器（１５）と、
   前記放熱器（１５）から流出した高圧冷媒の流れを分岐する分岐部（２９）と、
   前記分岐部（２９）にて分岐された一方の高圧冷媒を減圧膨張させるノズル部（３０ａ）から噴射する高速度の噴射冷媒の流れによって冷媒を冷媒吸引口（３０ｂ）から吸引して、前記噴射冷媒と前記冷媒吸引口（３０ｂ）から吸引された吸引冷媒とを混合して昇圧させるエジェクタ（３０）と、
   前記エジェクタ（３０）にて減圧膨張された冷媒と空気とを熱交換させて冷媒を蒸発させる流出側蒸発器（１７７）と、
   前記分岐部（２９）にて分岐された他方の高圧冷媒を減圧膨張させる減圧手段（１６）と、
   前記減圧手段（１６）にて減圧膨張された冷媒と前記流出側蒸発器（１７７）を通過した空気とを熱交換させることで冷媒を蒸発させて、前記エジェクタ（３０）の冷媒吸引口（３０ｂ）側へ流出させる吸引側蒸発器（１７８）と、
   前記流出側蒸発器（１７７）および前記吸引側蒸発器（１７８）へ前記空気を送風する送風機（１７ａ）とを備え、
   前記ノズル部は、絞り通路面積を変更可能な可変ノズル（３０ａ）で構成され、
   前記減圧手段は、絞り通路面積を変更可能な可変絞り機構（１６）で構成され、
   前記蒸発器（１７）の着霜時に、前記可変ノズル（３０ａ）および前記可変絞り機構（１６）の絞り通路面積を増加させるとともに前記送風機（１７ａ）を作動させることによって、前記流出側蒸発器（１７７）および前記吸引側蒸発器（１７８）に着いた霜を取り除く除霜運転を行う冷凍サイクル装置であって、
   前記流出側蒸発器（１７７）を流通する冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段（２６）と、
   前記除霜運転を終了させるために、前記冷媒温度検出手段（２６）の検出冷媒温度（Ｔｅ）が予め定めた基準除霜終了温度（ＫＴｍｐ３）以上となったことの判定を行う除霜終了判定手段（Ｓ６３）と、
   前記除霜終了判定手段（Ｓ６３）が、前記判定を行う前に、前記送風機（１７ａ）の送風能力を低下させる送風能力制御手段（２２ａ）とを備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
4. 前記送風能力制御手段（２２ａ）は、除霜終了判定手段（Ｓ６３）が前記判定を行う前に、前記送風機（１７ａ）を停止させ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装置。
5. 前記送風能力制御手段（２２ａ）は、前記検出冷媒温度（Ｔｅ）が、予め定めた基準送風能力低下温度（ＫＴｍｐ２）以上となったときに、前記送風機（１７ａ）の送風能力を低下させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つ記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記空気の温度を検出する空気温度検出手段（２５）を備え、
   前記送風能力制御手段（２２ａ）は、前記検出冷媒温度（Ｔｅ）が、前記空気温度検出手段（２５）の検出空気温度（Ｔａｍ）に応じて決定される基準送風能力低下温度（ＫＴｍｐ２）以上となったときに、前記送風機（１７ａ）の送風能力を低下させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記空気の温度を検出する空気温度検出手段（２５）を備え、
   前記送風能力制御手段（２２ａ）は、前記空気温度検出手段（２５）の検出空気温度（Ｔａｍ）から前記除霜運転開始時の前記検出冷媒温度（Ｔｅ）を減算した減算値に応じて決定される基準送風能力低下温度（ＫＴｍｐ２）以上となったときに、前記送風機（１７ａ）の送風能力を低下させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記送風能力制御手段（２２ａ）は、前記除霜運転が開始された時からの経過時間が、予め定めた基準経過時間（Ｋｔｉｍ）以上となったときに、前記送風機（１７ａ）の送風能力を低下させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記空気の温度を検出する空気温度検出手段（２５）を備え、
   前記送風能力制御手段（２２ａ）は、前記除霜運転が開始された時からの経過時間が、前記空気温度検出手段（２５）の検出空気温度（Ｔａｍ）に応じて決定される基準経過時間（Ｋｔｉｍ）以上となったときに、前記送風機（１７ａ）の送風能力を低下させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記空気の温度を検出する空気温度検出手段（２５）を備え、
    前記送風能力制御手段（２２ａ）は、前記空気温度検出手段（２５）の検出空気温度（Ｔａｍ）から前記除霜運転開始時の前記検出冷媒温度（Ｔｅ）を減算した減算値に応じて決定される基準経過時間（Ｋｔｉｍ）以上となったときに、前記送風機（１７ａ）の送風能力を低下させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。

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