JP5012706B2 - ヒートポンプサイクル - Google Patents

Description

本発明は、２つの蒸発器および２つの減圧器を有するヒートポンプサイクルに関するものである。

蒸発器が空気から熱をくみ上げるヒートポンプサイクルでは、蒸発器温度が０℃以下になると空気中の水分が蒸発器に付着し霜がつく。霜は蒸発器の熱交換をしにくくしてサイクル効率を下げるため、適宜のタイミングで除霜運転を行う。

特許文献１に示されたヒートポンプサイクルでは、第１減圧器にエジェクタを用いており、放熱器下流側の冷媒をエジェクタにて減圧膨張させ、その減圧膨張させた冷媒を第１蒸発器に導入する。また、エジェクタの上流側で分岐された分岐通路に第２減圧器が配置され、この第２減圧器にて減圧膨張させた冷媒を第２蒸発器に導入する。

第２減圧器は、分岐通路内の通路面積を変化させる可動板部材を電動式のアクチュエータにて駆動するようになっており、除霜運転時には分岐通路を全開にすることにより、放熱器出口の高温高圧冷媒をそのまま第２蒸発器に導入して、第２蒸発器の除霜を行うようになっている。また、その高温高圧冷媒は、第２蒸発器を通過した後に第１蒸発器に導入され、これにより第１蒸発器の除霜も行うことができる。

特許文献２に示されたヒートポンプサイクルでは、第１減圧器にエジェクタを用いており、放熱器下流側の冷媒をエジェクタにて減圧膨張させ、その減圧膨張させた冷媒を第１蒸発器に導入する。また、エジェクタの上流側で分岐された分岐通路に第２減圧器が配置され、この第２減圧器にて減圧膨張させた冷媒を第２蒸発器に導入する。

第２減圧器は、第１蒸発器から流出する冷媒の圧力と第２蒸発器へ流入する冷媒の圧力との差圧に応じて第２蒸発器へ流入する冷媒流量を調節する差圧作動型の流量調節弁が用いられている。そして、第２減圧器は、負荷変動によるエジェクタの昇圧量に応じて第２蒸発器へ流入する冷媒の流量を調節することにより、負荷変動に応じて適切な運転を可能とするものであり、第２減圧器によって除霜運転を行うことはできない。
特開２００６−１１８８４９号公報 特開２００７−３２９４５号公報

特許文献１に示されたヒートポンプサイクルは、２つの蒸発器の除霜を行うことができるものの、第２減圧器が可動板部材を電動式のアクチュエータにて駆動する構成であるため、換言すると、電動式のアクチュエータを必要とするため、第２減圧器の構成が複雑になるという問題があった。

本発明は上記点に鑑みて、アクチュエータを備えない減圧器を用いても、２つの蒸発器の除霜を行うことができるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、冷媒を吸入し圧縮する圧縮機（１２）と、圧縮機（１２）から吐出された高温高圧冷媒の放熱を行う放熱器（１３）と、放熱器（１３）の下流側の冷媒を減圧膨張させる第１減圧器（１４）、第１減圧器（１４）から流出した冷媒を蒸発させるとともに、冷媒流出側が圧縮機（１２）の吸入側に接続される第１蒸発器（１５）と、放熱器（１３）と第１減圧器（１４）との間から分岐されて冷媒を流通させる分岐通路（１６）と、分岐通路（１６）に配置されて冷媒を減圧膨張させる第２減圧器（１７）と、分岐通路（１６）における第２減圧器（１７）よりも下流側に配置されて冷媒を蒸発させる第２蒸発器（１８）と、第１蒸発器（１５）および第２蒸発器（１８）にて低圧冷媒が蒸発する通常運転モードと放熱器（１３）を通過した高温高圧冷媒を分岐通路（１６）を介して第２蒸発器（１８）に導入して第２蒸発器（１８）の除霜を行う除霜運転モードとを切り替える制御手段（２０）とを備え、分岐通路（１６）に流入した冷媒が第２蒸発器（１８）を通過した後に第１蒸発器（１５）に導入されるように構成されたヒートポンプサイクルにおいて、第２減圧器（１７）は、分岐通路（１６）内の通路面積を変化させる弁体（１７２）を備え、弁体（１７２）がこの弁体（１７２）の前後差圧に応じて作動して、弁体（１７２）の前後差圧が設定値未満のときの分岐通路（１６）内の通路面積が、弁体（１７２）の前後差圧が設定値以上のときの分岐通路（１６）内の通路面積よりも大きくなるように構成され、制御手段（２０）は、通常運転モード時には弁体（１７２）の前後差圧が設定値以上になるとともに、除霜運転モード時には弁体（１７２）の前後差圧が設定値未満になるように、ヒートポンプサイクルの作動を制御することを特徴とする。

これによると、除霜運転モード時には、分岐通路（１６）内の通路面積が通常運転モード時よりも大きくなるため、高温高圧冷媒は第２減圧器（１７）にて殆ど減圧されることなく高温のまま第２蒸発器（１８）に導入されるとともに、その高温高圧冷媒は第２蒸発器（１８）を通過した後に第１蒸発器（１５）に導入され、これにより２つの蒸発器の除霜が行われる。そして、第２減圧器（１７）は、弁体（１７２）の前後差圧に応じて作動するものであるため、換言すると、電動式のアクチュエータを備えない簡素な構成の減圧器にて、２つの蒸発器の除霜を行うことができる。

請求項２に記載の発明のように、除霜運転モード時における圧縮機（１２）の冷媒吐出量が通常運転モード時における圧縮機（１２）の冷媒吐出量よりも少なくなるように、圧縮機（１２）の作動を制御することにより、請求項１に記載の発明のように弁体（１７２）の前後差圧を制御することができる。

請求項３に記載の発明のように、通常運転モード時には放熱器（１３）で冷媒が放熱する状態を設定するとともに、除霜運転モード時には放熱器（１３）で冷媒が放熱しない状態を設定することにより、請求項１に記載の発明のように弁体（１７２）の前後差圧を制御することができる。

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つに記載のヒートポンプサイクルにおいて、第２減圧器（１７）は、弁体（１７２）によって開閉される第１通路孔（１７３１）および常開の第２通路孔（１７３２）が形成された弁座部材（１７３）と、第１通路孔（１７３１）が開かれる向きに弁体（１７２）を付勢するばね（１７４）とを備えることを特徴とする。

これによると、弁体（１７２）の前後差圧が設定値未満のときの分岐通路（１６）内の通路面積を、弁体（１７２）の前後差圧が設定値以上のときの分岐通路（１６）内の通路面積よりも大きくすることができる。

請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクルにおいて、第１蒸発器（１５）と第２蒸発器（１８）は一体となっていることを特徴とする。

これによると、２つの蒸発器が略等しい温度になるため、２つの蒸発器に均等に霜が付き、除霜運転のインターバルを長くすることができる。

請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクルにおいて、ヒートポンプサイクルを起動するときに、第２減圧器（１７）に通常運転モード時よりも多くの冷媒が流れるように、ヒートポンプサイクルの作動を制御することを特徴とする。

これによると、ヒートポンプサイクルを起動するときに、弁体（１７２）の前後差圧が大きくなるため、第２減圧器（１７）は分岐通路（１６）内の通路面積を小さくした作動状態に確実に移行する。

なお、特許請求の範囲およびこの欄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。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態に係るヒートポンプサイクルを用いた給湯器の構成図である。

給湯器は、給湯水を加熱するためのヒートポンプサイクル１と、給湯水を貯留し循環させる給湯部５に大別される。給湯部５は、給湯水を貯留する貯湯タンク５１、貯湯タンク５１とヒートポンプサイクル１の放熱器１３（詳細後述）との間で給湯水を循環させる水循環通路５２、この水循環通路５２に配置されて水流を発生させる水ポンプ５３を備えている。この水ポンプ５３は、内蔵する電動機（図示せず）によって駆動される。

ヒートポンプサイクル１は、冷媒が循環する閉回路の冷媒循環通路１１を備えており、この冷媒循環通路１１には、圧縮機１２、放熱器１３、第１減圧器１４、および第１蒸発器１５が配置されている。

圧縮機１２は、冷媒を吸入し圧縮するものであり、内蔵する電動機１２１によって駆動される。

圧縮機１２の冷媒流れ下流側に放熱器１３が配置されている。この放熱器１３は、圧縮機１２から吐出された高温高圧冷媒と水循環通路５２の給湯水との間で熱交換を行って、給湯水を加熱するとともに高温高圧冷媒を冷却する。

放熱器１３よりもさらに冷媒流れ下流側部位には、第１減圧器１４が配置されている。この第１減圧器１４は、具体的には特許文献１等にて公知のエジェクタであり、冷媒を減圧膨張させる減圧器として機能するとともに、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としても機能する。

第１減圧器１４は、放熱器１３から流入する高圧冷媒の通路面積を小さく絞って、放熱器１３から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１４１と、ノズル部１４１の冷媒噴出口と連通するように配置され、ノズル部１４１から噴出する高い速度の冷媒流により後述する第２蒸発器１８からの冷媒を吸引する冷媒吸引口１４２を備えている。

さらに、第１減圧器１４は、ノズル部１４１および冷媒吸引口１４２の冷媒流れ下流側部位に、昇圧部をなすディフューザ部１４３が配置されている。このディフューザ部１４３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ーを圧力エネルギーに変換する作用を果たす。

第１減圧器１４のディフューザ部１４３から流出した冷媒は、第１蒸発器１５に流入する。第１蒸発器１５は、第１減圧器１４から流出した冷媒を外気（室外空気）から吸熱して蒸発させる。第１蒸発器１５で蒸発した気相冷媒は圧縮機１２に吸入され、再び冷媒循環通路１１を循環する。なお、第１蒸発器１５において冷媒が外気から吸熱することにより、圧縮機吸入冷媒温度が上昇し、ひいては圧縮機吐出冷媒温度が上昇する。

また、ヒートポンプサイクル１は、冷媒循環通路１１から分岐されて冷媒を流通させる分岐通路１６を備えている。この分岐通路１６は、放熱器１３と第１減圧器１４との間から分岐され、第１減圧器１４の冷媒吸引口１４２で冷媒循環通路１１に合流されている。

この分岐通路１６には、冷媒を減圧膨張させる第２減圧器１７（詳細後述）および、第２減圧器１７から流出した冷媒を外気から吸熱して蒸発させる第２蒸発器１８が配置されている。ここで、第１蒸発器１５と第２蒸発器１８は、別々に製造された後に、両者を密着させた状態で一体的に結合されている。

第１蒸発器１５には、第１蒸発器１５の温度を検出する温度センサ１９が配置されている。温度センサ１９の検出信号は、制御手段としての電気制御装置（以下ＥＣＵという）２０に入力される。そして、水ポンプ５３および圧縮機１２は、ＥＣＵ２０からの制御信号により電気的に制御されるようになっている。

ＥＣＵ２０は、温度センサ１９等の検出信号に基づいて水ポンプ５３や圧縮機１２を制御することにより、第１蒸発器１５および第２蒸発器１８にて低圧冷媒が蒸発する通常運転モードと、放熱器１３を通過した高温高圧冷媒を分岐通路１６を介して第２蒸発器１８に導入して第１蒸発器１５および第２蒸発器１８の除霜を行う除霜運転モードとを切り替えるようになっている。

図２は第２減圧器１７の開弁状態を示す断面図、図３は第２減圧器１７の閉弁状態を示す断面図である。図２、図３に示すように、第２減圧器１７は、円筒状のハウジング１７１を備えている。このハウジング１７１は、分岐通路１６の一部をなすものであり、冷媒が矢印Ａの向きに流れるようになっている。

ハウジング１７１内には、冷媒流れ上流側に弁体１７２が配置され、弁体１７２よりも冷媒流れ下流側に弁座部材１７３が配置され、さらに、弁体１７２と弁座部材１７３とに挟持されるようにしてばね１７４が配置されている。

弁座部材１７３は、略円筒状であり、ハウジング１７１に固定され、その軸方向一端から他端まで貫通する第１通路孔１７３１によって、ばね１７４が配置されたばね室１７５と弁座部材１７３の下流側とを連通させている。この第１通路孔１７３１は、第１通路孔１７３１における冷媒流れ上流側端部に弁体１７２が当接した際に閉じられるようになっている。

弁座部材１７３は、径方向に貫通する第２通路孔１７３２によって、ばね室１７５と第１通路孔１７３１とを連通させている。換言すると、第２通路孔１７３２によってばね室１７５と弁座部材１７３の下流側とを常時連通させている。

第２通路孔１７３２の通路面積は、冷媒が第２通路孔１７３２を通過する際に減圧膨張されるように設定されている。第１通路孔１７３１の通路面積は、第２通路孔１７３２の通路面積よりも大きく設定されている。

弁体１７２は、弁体１７２の上流側とばね室１７５とを常時連通させる連通孔１７２１、および弁座部材１７３と接離して第１通路孔１７３１を開閉する弁部１７２２が形成されている。この連通孔１７２１の通路面積は、第１通路孔１７３１と第２通路孔１７３２の合計通路面積よりも大きく設定されており、冷媒が連通孔１７２１を通過する際に減圧されないようになっている。

弁体１７２は、ハウジング１７１に形成されたストッパ１７１１と弁座部材１７３との間で移動可能になっている。弁体１７２は、ばね１７４によってストッパ１７１１側に向かって、すなわち開弁向きに、付勢されている。

そして、弁体１７２は、弁体１７２の上流側の圧力Ｐａと弁体１７２の下流側の圧力Ｐｂとの差、すなわち、弁体１７２の前後差圧ΔＰ（但し、ΔＰ＝Ｐａ−Ｐｂ）に応じて作動するようになっている。

具体的には、弁体１７２の前後差圧が設定値未満のときには、前後差圧により弁体１７２に作用する力がばね１７４の力よりも小さいため、弁体１７２はばね１７４によって開弁向きに付勢される。これにより、弁部１７２２が弁座部材１７３から離れて第１通路孔１７３１が開かれた開弁状態となり（図２参照）、第１通路孔１７３１と第２通路孔１７３２の合計通路面積が分岐通路１６の通路面積となる。

弁体１７２の前後差圧が設定値以上のときには、前後差圧により弁体１７２に作用する力がばね１７４の力よりも大きくなるため、弁体１７２はばね１７４に抗して閉弁向きに移動される。これにより、弁部１７２２が弁座部材１７３に当接して第１通路孔１７３１が閉じられた閉弁状態となり（図３参照）、第２通路孔１７３２の通路面積が分岐通路１６の通路面積となる。

したがって、弁体１７２の前後差圧が設定値未満のときの分岐通路１６内の通路面積が、弁体１７２の前後差圧が設定値以上のときの分岐通路１６内の通路面積よりも大きくなる。

次に、本実施形態の作動を説明する。ＥＣＵ２０は、ヒートポンプサイクルの起動時には、ヒートポンプサイクル１の作動を制御して通常運転モードを実行する。この通常運転モードでは、まず水ポンプ５３および圧縮機１２の運転を開始する。なお、通常運転モード時の圧縮機１２の設定回転数を通常運転時設定回転数とし、除霜運転モード時の圧縮機１２の設定回転数を除霜運転時設定回転数とすると、通常運転時設定回転数は除霜運転時設定回転数よりも高く設定されている。

水ポンプ５３の運転開始により、貯湯タンク５１内の下部の低温給湯水が水循環通路５２を介して放熱器１３に流入する。また、圧縮機１２の運転開始により、圧縮機１２で圧縮されて高温高圧状態となった冷媒が放熱器１３に流入する。

そして、放熱器１３において低温給湯水と高温高圧冷媒との間で熱交換が行われ、給湯水が加熱されるとともに、高温高圧冷媒が冷却され凝縮する。加熱されて高温になった給湯水は水循環通路５２を介して貯湯タンク５１内の上部に流入する。放熱器１３から流出した高圧冷媒は、冷媒循環径路１１を流れる流れと、分岐通路１６を流れる流れとに分流する。

ヒートポンプサイクル停止時に開弁状態であった第２減圧器１７は、ヒートポンプサイクルの運転が開始されると閉弁状態に移行する。すなわち、圧縮機１２の回転上昇に伴い、第２減圧器１７を通過する冷媒の流量が増加するとともに放熱器１３の下流側の圧力（＝弁体１７２の上流側の圧力）が上昇する。また、第２減圧器１７を通過する冷媒の流量が増加するのに伴い、弁体１７２の下流側の圧力（より詳細には、第１通路孔１７３１よりも下流側の圧力）が低下する。したがって、第２減圧器１７を通過する冷媒の流量が増加するのに伴って、弁体１７２の前後差圧が大きくなる。

そして、弁体１７２の前後差圧が設定値に達すると、弁体１７２はばね１７４に抗して閉弁向きに移動し、弁部１７２２が弁座部材１７３に当接して第１通路孔１７３１を閉じて、第２減圧器１７は閉弁状態となる（図３参照）。

第２減圧器１７が閉弁状態になると、第２減圧器１７に流入した冷媒は全て第２通路孔１７３２を通過することになり、冷媒は第２通路孔１７３２を通過する際に減圧され膨張して気液二相状態になる。第２減圧器１７から流出した気液二相冷媒は、第２蒸発器１８を通過する際に外気から吸熱して蒸発する。

第２蒸発器１８から流出した気相冷媒は第１減圧器１４の冷媒吸引口１４２へ吸引される。一方、冷媒循環通路１１を流れる冷媒流れは第１減圧器１４に流入し、ノズル部１４１で減圧され膨張する。従って、ノズル部１４１で冷媒の圧力エネルギーが速度エネルギーに変換され、冷媒は高速度となってノズル噴出口から噴出する。この際に生じるノズル噴出口付近の圧力低下により、冷媒吸引口１４２から第２蒸発器１８にて蒸発した気相冷媒を吸引する。

ノズル部１４１から噴出した冷媒と冷媒吸引口１４２に吸引された冷媒は、ノズル部１４１下流側で混合してディフューザ部１４３に流入する。このディフューザ部１４３では通路面積の拡大により、冷媒の速度（膨張）エネルギーが圧力エネルギーに変換されるため、冷媒の圧力が上昇する。第１減圧器１４のディフューザ部１４３から流出した冷媒は、第１蒸発器１５に流入する。第１蒸発器１５では、冷媒が外気から吸熱して蒸発する。この蒸発後の気相冷媒は、圧縮機１２に吸入、圧縮され、再び冷媒循環通路１１および分岐通路１６を循環する。

通常運転モードを実行中には、温度センサ１９の検出温度に基づいて第１蒸発器１５および第２蒸発器１８のフロスト有無をＥＣＵ２０で判定している。具体的には、温度センサ１９により検出される第１蒸発器１５近傍の空気温度が予め設定したフロスト判定温度以下に低下すると、ＥＣＵ２０は第１蒸発器１５および第２蒸発器１８がフロスト有りと判定する。

ＥＣＵ２０は、フロスト有りと判定したときには、ヒートポンプサイクル１の作動を制御して除霜運転モードを実行する。除霜運転モードでは、まず水ポンプ５３および圧縮機１２の運転を停止して、ヒートポンプサイクルの運転を停止する。これにより、弁体１７２の前後差圧が設定値未満まで低下し、弁体１７２はばね１７４によって開弁向きに付勢され、弁部１７２２が弁座部材１７３から離れて第１通路孔１７３１を開いて、第２減圧器１７は開弁状態となる（図２参照）。このように、ヒートポンプサイクルの運転を停止して弁体１７２の前後差圧を十分に小さくすることにより、第２減圧器１７を確実に開弁状態にすることができる。

続いて、圧縮機１２の運転を再開する。前述したように、この除霜運転モード時の圧縮機１２の設定回転数である除霜運転時設定回転数は、通常運転時設定回転数よりも低いため、圧縮機１２の冷媒吐出量は通常運転モード時よりも少なくなり、弁体１７２の上流側の圧力は通常運転モード時よりも低くなり、ひいては弁体１７２の前後差圧は通常運転モード時よりも小さくなる。具体的には、弁体１７２の前後差圧が設定値未満まで低下するように、除霜運転時設定回転数が設定されている。

したがって、除霜運転モードにおいて圧縮機１２の運転を再開した後は、第２減圧器１７の開弁状態が維持されるため、第２減圧器１７に流入した冷媒は第１通路孔１７３１および第２通路孔１７３２を通過することになり、冷媒は第２減圧器１７にて殆ど減圧されることなく第２減圧器１７を通過する。したがって、高温高圧冷媒は高温のまま第２蒸発器１８に導入されるとともに、その高温高圧冷媒は第２蒸発器１８を通過した後に第１蒸発器１５に導入され、これにより２つの蒸発器１５、１８の除霜が行われる。

この除霜運転モードの実行により、第１蒸発器１５近傍の空気温度がフロスト判定温度よりも所定温度以上高くなると、ＥＣＵ２０は第１蒸発器１５および第２蒸発器１８の除霜が完了したと判定して通常運転モードに復帰する。具体的には、水ポンプ５３の運転を開始するとともに、通常運転時設定回転数にて圧縮機１２を運転する。

本実施形態によると、除霜運転モード時には、高温高圧冷媒が第２蒸発器１８を通過した後に第１蒸発器１５に導入されて２つの蒸発器１５、１８の除霜が行われる。そして、第２減圧器１７は、弁体１７２の前後差圧に応じて作動するものであるため、換言すると、電動式のアクチュエータを備えていない簡素な構成の減圧器１７にて、２つの蒸発器１５、１８の除霜を行うことができる。

また、第１蒸発器１５と第２蒸発器１８は一体的に結合されているため、２つの蒸発器１５、１８は略等しい温度になって均等に霜が付き、除霜運転のインターバルを長くすることができる。

なお、本実施形態では、除霜運転モード時の弁体１７２の前後差圧を設定値未満まで低下させるために、除霜運転時設定回転数を通常運転時設定回転数よりも低くするようにしたが、除霜運転モード時に水ポンプ５３の運転を停止して放熱器１３で冷媒が放熱しない状態を設定することにより、弁体１７２の前後差圧を設定値未満まで低下させるようにしてもよい。

すなわち、放熱器１３の下流側の圧力（＝弁体１７２の上流側の圧力）は、放熱器１３で放熱した低温冷媒よりも放熱しない高温冷媒の方が相対的に低くなる。また、弁体１７２の下流側の圧力は、放熱器１３で放熱した低温冷媒よりも放熱しない高温冷媒の方が相対的に高くなる。このため、弁体１７２の前後差圧は、放熱器１３で冷媒が放熱する場合よりも放熱しない場合の方が相対的に小さくなる。したがって、除霜運転時設定回転数を通常運転時設定回転数と同じ回転数に設定しても、水ポンプ５３の運転を停止して放熱器１３で冷媒が放熱しない状態を設定することにより、弁体１７２の前後差圧を設定値未満まで低下させることができる。

また、本実施形態においては、第１蒸発器１５と第２蒸発器１８を一体的に結合して用いたが、図４に示す第１実施形態の第１変型例のように、第１蒸発器１５と第２蒸発器１８とを分離して配置してもよい。

また、本実施形態においては、第１減圧器１４としてエジェクタを用いたが、図５に示す第１実施形態の第２変型例のように、第１減圧器１４として固定絞りを用いてもよい。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図６は第２実施形態に係るヒートポンプサイクルを用いた給湯器の構成図である。

本実施形態は、ヒートポンプサイクルを起動した際に第２減圧器１７を確実に閉弁状態にするための制御を付加したものである。その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図６に示すように、本実施形態では、冷媒循環通路１１における放熱器１３と第１減圧器１４との間に、冷媒圧力を検出する圧力センサ２１が配置されている。圧力センサ２１の検出信号は、ＥＣＵ２０に入力される。

図７は起動モード時の作動説明に供する図であり、圧縮機１２の回転数、第２減圧器１７を通過する冷媒の流量、放熱器１３の下流側の圧力（＝弁体１７２の上流側の圧力）、および第２減圧器１７の作動状態を示している。

ＥＣＵ２０は、ヒートポンプサイクルの起動時には、ヒートポンプサイクル１の作動を制御して起動時モードを実行する。起動時モードでは、まず水ポンプ５３および圧縮機１２の運転を開始する。圧縮機１２の運転を開始したら、圧縮機１２の回転数を起動時設定回転数Ｎｓまで上昇させる。この起動時設定回転数Ｎｓは、通常運転時設定回転数よりも高く設定されている。圧縮機１２の回転上昇に伴い、第２減圧器１７を通過する冷媒の流量が増加するとともに放熱器１３の下流側の圧力が上昇する。また、第２減圧器１７を通過する冷媒の流量が増加するのに伴い、弁体１７２（図２参照）の下流側の圧力が低下する。したがって、第２減圧器１７を通過する冷媒の流量が増加するのに伴って、弁体１７２の前後差圧が大きくなる。

そして、弁体１７２の前後差圧が設定値に達すると、弁体１７２はばね１７４（図２参照）に抗して閉弁向きに移動し、弁部１７２２（図２参照）が弁座部材１７３（図２参照）に当接して第１通路孔１７３１（図２参照）を閉じて、第２減圧器１７は閉弁状態となる。

このように、起動モード時に、圧縮機１２の回転数を通常運転モード時の圧縮機１２の回転数よりも高くして、第２減圧器１７に通常運転モード時よりも多くの冷媒を流すことにより、弁体１７２の前後差圧を大きくして第２減圧器１７を確実に閉弁状態にすることができる。

上記のように、弁体１７２の前後差圧が設定値に達して第１通路孔１７３１が閉じられると、放熱器１３の下流側の圧力が急激に上昇する。ここで、ＥＣＵ２０は、圧力センサ２１にて検出した冷媒圧力（すなわち、放熱器１３の下流側の圧力）が閉弁判定値以上になったときに第１通路孔１７３１が閉じられたものと判定し、圧縮機１２の回転数を通常運転時設定回転数まで低下させて通常運転モードに移行する。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。図８は第３実施形態に係るヒートポンプサイクルを用いた給湯器の構成図である。

本実施形態は、ヒートポンプサイクルを起動した際に第２減圧器１７を確実に閉弁状態にするための制御を付加したものである。その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図８に示すように、本実施形態の第１減圧器１４は、ノズル部１４１内にその噴出口の開度を制御するためのニードル弁（図示せず）を備え、電動式のアクチュエータ１４４によりそのニードル弁を駆動するようになっている。そして、アクチュエータ１４４は、ＥＣＵ２０からの制御信号により電気的に制御される。冷媒循環通路１１における放熱器１３と第１減圧器１４との間に、冷媒圧力を検出する圧力センサ２１が配置されている。圧力センサ２１の検出信号は、ＥＣＵ２０に入力される。なお、ノズル部１４１内の噴出口の通路面積が、主通路としての冷媒循環通路１１の最小通路面積となる。

図９は起動モード時の作動説明に供する図であり、第１減圧器１４の噴出口の開度、第１減圧器１４を通過する冷媒の流量、第２減圧器１７を通過する冷媒の流量、および第２減圧器１７の作動状態を示している。

ＥＣＵ２０は、ヒートポンプサイクルの起動時には、ヒートポンプサイクル１の作動を制御して起動時モードを実行する。起動時モードでは、まず水ポンプ５３および圧縮機１２の運転を開始する。また、アクチュエータ１４４によりニードル弁を駆動して、第１減圧器１４の噴出口の開度を通常運転モード時の開度よりも小さくする。

第１減圧器１４の噴出口の開度を小さくすることにより、第１減圧器１４側に流れる冷媒の流量が通常運転モード時よりも減少する。このため、第２減圧器１７側に流れる冷媒の流量が通常運転モード時よりも増加して、弁体１７２（図２参照）の前後差圧が大きくなる。

そして、弁体１７２の前後差圧が設定値に達すると、弁体１７２はばね１７４（図２参照）に抗して閉弁向きに移動し、弁部１７２２（図２参照）が弁座部材１７３（図２参照）に当接して第１通路孔１７３１（図２参照）を閉じて、第２減圧器１７は閉弁状態となる。

このように、起動モード時に、第１減圧器１４の噴出口の開度を通常運転モード時の開度よりも小さくして、第２減圧器１７に通常運転モード時よりも多くの冷媒を流すことにより、弁体１７２の前後差圧を大きくして第２減圧器１７を確実に閉弁状態にすることができる。

上記のように、弁体１７２の前後差圧が設定値に達して第１通路孔１７３１が閉じられると、放熱器１３の下流側の圧力が急激に上昇する。ここで、ＥＣＵ２０は、圧力センサ２１にて検出した冷媒圧力（すなわち、放熱器１３の下流側の圧力）が閉弁判定値以上になったときに第１通路孔１７３１が閉じられたものと判定し、第１減圧器１４の噴出口の開度を通常運転モード時の開度まで大きくして通常運転モードに移行する。

なお、本実施形態においては、第１蒸発器１５と第２蒸発器１８を一体的に結合して用いたが、図１０に示す第３実施形態の第１変型例のように、第１蒸発器１５と第２蒸発器１８とを分離して配置してもよい。

また、本実施形態においては、第１減圧器としてエジェクタを用いたが、図１１に示す第３実施形態の第２変型例のように、第１減圧器１４として、電動式のアクチュエータ１４４によりニードル弁（図示せず）を駆動して絞りの開度を制御する可変絞りを用いてもよい。

本発明の第１実施形態に係るヒートポンプサイクルを用いた給湯器の構成図である。 図１の第２減圧器１７の開弁状態を示す断面図である。 図１の第２減圧器１７の閉弁状態を示す断面図である。 第１実施形態の第１変型例を示す給湯器の構成図である。 第１実施形態の第２変型例を示す給湯器の構成図である。 本発明の第２実施形態に係るヒートポンプサイクルを用いた給湯器の構成図である。 第２実施形態の起動モード時の作動説明に供する図である。 本発明の第３実施形態に係るヒートポンプサイクルを用いた給湯器の構成図である。 第３実施形態の起動モード時の作動説明に供する図である。 第３実施形態の第１変型例を示す給湯器の構成図である。 第３実施形態の第２変型例を示す給湯器の構成図である。

符号の説明

１２ 圧縮機
１３ 放熱器
１４ 第１減圧器
１５ 第１蒸発器
１６ 分岐通路
１７ 第２減圧器
１８ 第２蒸発器
２０ 電気制御装置（制御手段）
１７２ 弁体

Claims (9)

1. 冷媒を吸入し圧縮する圧縮機（１２）と、
   前記圧縮機（１２）から吐出された高温高圧冷媒の放熱を行う放熱器（１３）と、
   前記放熱器（１３）の下流側の冷媒を減圧膨張させる第１減圧器（１４）と、
   前記第１減圧器（１４）から流出した冷媒を蒸発させるとともに、冷媒流出側が前記圧縮機（１２）の吸入側に接続される第１蒸発器（１５）と、
   前記放熱器（１３）と前記第１減圧器（１４）との間から分岐されて冷媒を流通させる分岐通路（１６）と、
   前記分岐通路（１６）に配置されて冷媒を減圧膨張させる第２減圧器（１７）と、
   前記分岐通路（１６）における前記第２減圧器（１７）よりも下流側に配置されて冷媒を蒸発させる第２蒸発器（１８）と、
   前記第１蒸発器（１５）および前記第２蒸発器（１８）にて低圧冷媒が蒸発する通常運転モードと前記放熱器（１３）を通過した高温高圧冷媒を前記分岐通路（１６）を介して前記第２蒸発器（１８）に導入して前記第２蒸発器（１８）の除霜を行う除霜運転モードとを切り替える制御手段（２０）とを備え、
   前記分岐通路（１６）に流入した冷媒が前記第２蒸発器（１８）を通過した後に前記第１蒸発器（１５）に導入されるように構成されたヒートポンプサイクルにおいて、
   前記第２減圧器（１７）は、前記分岐通路（１６）内の通路面積を変化させる弁体（１７２）を備え、前記弁体（１７２）がこの弁体（１７２）の前後差圧に応じて作動して、前記弁体（１７２）の前後差圧が設定値未満のときの前記分岐通路（１６）内の通路面積が、前記弁体（１７２）の前後差圧が設定値以上のときの前記分岐通路（１６）内の通路面積よりも大きくなるように構成され、
   前記制御手段（２０）は、通常運転モード時には前記弁体（１７２）の前後差圧が設定値以上になるとともに、除霜運転モード時には前記弁体（１７２）の前後差圧が設定値未満になるように、ヒートポンプサイクルの作動を制御することを特徴とするヒートポンプサイクル。
2. 前記制御手段（２０）は、除霜運転モード時における前記圧縮機（１２）の冷媒吐出量が通常運転モード時における前記圧縮機（１２）の冷媒吐出量よりも少なくなるように、前記圧縮機（１２）の作動を制御することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプサイクル。
3. 前記制御手段（２０）は、通常運転モード時には前記放熱器（１３）で冷媒が放熱する状態を設定するとともに、除霜運転モード時には前記放熱器（１３）で冷媒が放熱しない状態を設定することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプサイクル。
4. 前記第２減圧器（１７）は、前記弁体（１７２）によって開閉される第１通路孔（１７３１）および常開の第２通路孔（１７３２）が形成された弁座部材（１７３）と、前記第１通路孔（１７３１）が開かれる向きに前記弁体（１７２）を付勢するばね（１７４）とを備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル。
5. 前記第１減圧器（１４）は、前記放熱器（１３）の下流側の冷媒を減圧膨張させるノズル部（１４１）、および前記ノズル部（１４１）から噴出する高い速度の冷媒流により冷媒が吸引される冷媒吸引口（１４２）を有するエジェクタであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル。
6. 前記第１蒸発器（１５）と前記第２蒸発器（１８）は一体となっていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル。
7. 前記制御手段（２０）は、ヒートポンプサイクルを起動するときに、前記第２減圧器（１７）に通常運転モード時よりも多くの冷媒が流れるように、ヒートポンプサイクルの作動を制御することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル。
8. 前記圧縮機（１２）は、電動機（１２１）によって駆動されるように構成されており、
   前記制御手段（２０）は、ヒートポンプサイクルを起動するときの前記圧縮機（１２）の回転数を、通常運転モード時の前記圧縮機（１２）の回転数よりも高く制御することを特徴とする請求項７に記載のヒートポンプサイクル。
9. 前記第１減圧器（１４）は、前記放熱器（１３）から前記第１蒸発器（１５）に向かって冷媒が流れる主通路（１１）の通路面積を電動式のアクチュエータ（１４４）にて調整可能に構成され、
   前記制御手段（２０）は、ヒートポンプサイクルを起動するときの前記主通路（１１）の通路面積を、通常運転モード時の前記主通路（１１）の通路面積よりも小さく制御することを特徴とする請求項７に記載のヒートポンプサイクル。

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