JP2009250537A - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを増加させることなく微小レベルの温度差であっても正確な温度差が得られることができるヒートポンプ式給湯装置を実現する。
【解決手段】加熱装置１には、冷媒温度を検出する第１、第２蒸発器冷媒温度センサ９３、９４と、各温度センサ９３、９４から検出された温度から求めた温度差ΔＴに基づいて、膨張弁２３の減圧量を制御する制御装置１００とが設けられ、制御装置１００は、物理的に同じ値になる環境条件において、加熱装置１を所定時間停止させた後に、各温度センサ９３、９４から検出された温度が異なる値になったときに、それらの温度差ΔＴを補正する学習制御手段Ｓ１０９を有し、かつ各温度センサ９３、９４から検出された温度と学習制御手段Ｓ１０９で補正した学習値ΔＴｍとから求めた温度差ΔＴｘに基づいて、膨張弁２３の減圧量を制御する。これにより、正確な温度差が得られることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の冷媒減圧手段を並列に備え、複数の冷媒蒸発器へ供給される冷媒の減圧状態を調節する蒸気圧縮式の冷凍サイクルからなる加熱装置により高圧冷媒と給湯用流体とを熱交換させて温水を出力するヒートポンプ給湯装置に関するものであり、特に、温度検出手段のバラツキの低減に関する。

従来、この種の冷凍サイクルとして、例えば、特許文献１に示すものが知られている。すなわち、この装置では、冷媒循環通路内において冷媒減圧手段および冷媒循環手段の役割を果たすエジェクタの冷媒流れの下流側に第１蒸発器を配置するとともに、冷媒循環通路のエジェクタ上流部から分岐したエジェクタの冷媒吸引口に至る冷媒分岐通路に減圧手段と第２蒸発器を設け、冷媒蒸発温度の異なる第１蒸発器と第２蒸発器とを空気流れ方向に並列配置した冷凍サイクルが開示されている。

この冷凍サイクルでは、エジェクタの減圧手段としてのノズル部もしくはノズル部上流側に別に設けた減圧手段、または分岐通路に設けた減圧手段のいずれか一つを減圧量可変式とし、ノズル部から噴射する冷媒流量と冷媒吸引口から吸引される冷媒流量との比を調節して、両蒸発器における吸熱効率が効率よく発揮できるようになっている。
特開２００７−７８３３９号公報

上記従来技術のように、複数の減圧手段を並列に備え複数の蒸発器へ供給される冷媒の状態を調節する冷凍サイクルに対し、出願人は、一層の性能向上を図るために、冷媒循環通路に設ける減圧手段及び分岐通路に設ける減圧手段のいずれも減圧量可変式とし、冷凍サイクル内を流通する冷媒の状態を適切に調節することを特徴とする特許を出願した（特願２００７−２６９４３８）。

より具体的には、第１蒸発器内を流れる冷媒温度と第２蒸発器内を流れる冷媒温度との温度差に基づいて、冷媒循環通路に設ける減圧手段及び分岐通路に設ける減圧手段のうち、いずれか一方の減圧量を制御するようになっている。これによれば、第１蒸発器と第２蒸発器に付着する霜の量を均一にすることができるため、除霜に入るタイミングを最適にすることができる。

しかしながら、上記冷媒温度差は、例えば１℃〜３℃程度の微小レベルである。そのため、温度センサの製造上のバラツキを少なくすると製造コストが増加するという問題がある。

そこで、本発明の目的は、製造コストを増加させることなく微小レベルの温度差であっても正確な温度差が得られることができるヒートポンプ式給湯装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、以下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、冷媒を吸入圧縮して吐出する圧縮機（１１）、この圧縮機（１１）から吐出された高圧冷媒と給湯用流体と熱交換する給湯用熱交換器（１２）、この給湯用熱交換器（１２）から流出した冷媒を減圧膨張させる減圧量可変式の第１減圧手段（１３）、及び第１減圧手段（１３）から流出する冷媒を蒸発する第１蒸発器（１４）を順に環状に冷媒配管で接続して、給湯用熱交換器（１２）に給湯用流体を流通させて高温の温水を出力する加熱装置（１）を備えるヒートポンプ式給湯装置において、
加熱装置（１）には、冷媒もしくは給湯用流体の温度を検出する複数の温度検出手段（９３〜９６）が設けられ、温度検出手段（９３〜９６）により検出された温度から求めた温度差に基づいて、加熱装置（１）を制御する制御手段（１００）が設けられ、
制御手段（１００）は、加熱装置（１）を所定時間停止させた後に、温度検出手段（９３〜９６）により検出された温度に基づいて、それらの温度差を学習する学習制御手段（Ｓ１０９）を有し、かつ温度検出手段（９３〜９６）により検出された温度と学習制御手段（Ｓ１０９）で学習した学習値（ΔＴｍ）とから求めた温度差に基づいて、加熱装置（１）を制御することを特徴としている。

この発明によれば、温度差を補正する学習制御手段（Ｓ１０９）を有することにより、温度検出手段（９３〜９６）の製造上及び形而劣化のバラツキを吸収することができる。これにより、製造コストを増加させることなく微小レベルの温度差であっても正確な温度差が得られることができる。

請求項２に記載の発明では、学習制御手段（Ｓ１０９）は、加熱装置（１）を所定時間停止させた後に、温度検出手段（９３〜９６）により検出されたどちらか一方の温度に他方の温度を合致させる補正値を算出し、その補正値を学習値（ΔＴｍ）として記憶することを特徴としている。この発明によれば、温度差により制御する前にその温度差を０に補正することができる。これにより、温度検出手段（９３〜９６）の製造上及び形而劣化のバラツキを吸収することができる。

請求項３に記載の発明では、学習制御手段（Ｓ１０９）は、学習値（ΔＴｍ）として、所定回数算出した平均値を用いることを特徴としている。この発明によれば、正確な学習値（ΔＴｍ）を得ることができる。

請求項４に記載の発明では、学習制御手段（Ｓ１０９）は、予め学習値（ΔＴｍ）の所定限界温度範囲を設定して、求められた学習値（ΔＴｍ）が所定限界温度範囲を超えたときに、学習値（ΔＴｍ）を更新せず、求められた学習値（ΔＴｍ）が所定限界温度範囲内のときに、学習値（ΔＴｍ）を更新することを特徴としている。この発明によれば、より正確な学習値（ΔＴｍ）を得ることができる。

請求項５に記載の発明では、給湯用熱交換器（１２）から流出した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減圧量可変式のノズル部（１３ａ）、このノズル部（１３ａ）から噴射する冷媒流により冷媒が内部に吸引される冷媒吸引口（１３ｂ）及びノズル部（１３ａ）から噴射する冷媒と冷媒吸引口（１３ｂ）から吸引される冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させる昇圧部（１３ｃ、１３ｄ）を有するエジェクタ（１３）を備え、
第１減圧手段（１３）は、ノズル部（１３ａ）であり、加熱装置（１）には、給湯用熱交換器（１２）とノズル部（１３ａ）との間から分岐するように設けられ、給湯用熱交換器（１２）から流出した冷媒の一部を、ノズル部（１３ａ）を迂回させて冷媒吸引口（１３ｂ）に導く分岐通路（２０）と、分岐通路（２０）に設けられ、給湯用熱交換器（１２）から流出した冷媒の一部を減圧膨張させる減圧量可変式の第２減圧手段（２３）と、分岐通路（２０）に設けられ、第２減圧手段（２３）で減圧した冷媒を蒸発させる第２蒸発器（２４）とを有し、かつ第１蒸発器（１４）と第２蒸発器（２４）とが、第１蒸発器（１４）を通過した後の外部流体が第２蒸発器（２４）を通過するように配置されており、複数の温度検出手段（９３〜９６）は、第１蒸発器（１４）内を流れる冷媒の温度を検出する第１蒸発器冷媒温度検出手段（９３）と、第２蒸発器（２４）内を流れる冷媒の温度を検出する第２蒸発器冷媒温度検出手段（９４）とから構成されており、制御手段（１００）は、第１蒸発器冷媒温度検出手段（９３）が検出した冷媒温度と第２蒸発器冷媒温度検出手段（９４）が検出した冷媒温度との温度差に基づいて、第１減圧手段（１３）及び第２減圧手段（２３）のうち他方の減圧量を制御することを特徴としている。

この発明によれば、例えば、１℃〜３℃程度の微小レベルの温度差に基づいて、第１減圧手段（１３）及び第２減圧手段（２３）のうち他方の減圧量を制御しているため、このような場合には、製造コストを増加させることなく微小レベルの温度差であっても正確な温度差が得られることができる。

請求項６に記載の発明では、複数の温度検出手段（９３〜９６）は、給湯用熱交換器（１２）に流入する給湯用流体の給水温度を検出する給水温度検出手段（９５）と、給湯用熱交換器（１２）から流出される冷媒の出口温度を検出する冷媒出口温度検出手段（９６）とから構成されており、制御手段（１００）は、給水温度検出手段（９５）が検出した給湯用流体の給水温度と冷媒出口温度検出手段（９６）が検出した冷媒の出口温度との温度差に基づいて、圧縮機（１１）の高圧側の圧力を制御することを特徴としている。この発明によれば、給湯用流体を効率よく所定の温度に沸き上げることができる。従って、製造コストを増加させることなく微小レベルの温度差であっても、より正確な温度差が得ることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態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）
以下、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を図１乃至図４に基づいて説明する。本実施形態では、蒸気圧縮式冷凍サイクルからなる加熱装置１をヒートポンプ式給湯装置に適用した例を示す。図１は、本実施形態における加熱装置の全体構成を示す模式構成図である。図２は、本実施形態における制御装置の制御動作を示すフローチャートである。図３は、図２に示すＳ１０７における沸き上げ運転の制御処理を示すフローチャートである。図４は、外気温度と冷媒温度差の目標値との関係を示すグラフである。

本実施形態の加熱装置１では、冷媒を吸入圧縮する圧縮機１１の冷媒吐出側には、給湯用熱交換器１２が配置されている。本実施形態の給湯用熱交換器１２は、水熱交換器であって、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒が流通する冷媒通路１２ａと給湯用流体（例えば、水）が流通する水通路１２ｂとを備えており、対向して流れる高圧冷媒と給湯用流体との熱交換を行って、高圧冷媒を冷却し給湯用流体を沸き上げるようになっている。

ここで、冷凍サイクルの冷媒として、通常のフロン系冷媒を用いる場合は、高圧圧力が臨界圧力を超えない亜臨界サイクルとなるので、給湯用熱交換器１２は、冷媒を凝縮する凝縮器として作用する。一方、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ_２）のように高圧圧力が臨界圧力を超える冷媒を用いる場合は、冷凍サイクルが超臨界サイクルとなるので、冷媒は超臨界状態のまま放熱し凝縮はしない。

給湯用熱交換器１２よりもさらに冷媒流れ下流側部位には、エジェクタ１３が配置されている。このエジェクタ１３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作用（巻き込み作用）によって冷媒の循環を行う冷媒循環手段（運動量輸送式ポンプ）でもある。

エジェクタ１３には、給湯用熱交換器１２から流入する高圧冷媒の通路面積を小さく絞って、高圧冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル部１３ａと、ノズル部１３ａの冷媒噴射口と同一空間に配置され、後述する第２蒸発器２４からの気相冷媒を吸引する冷媒吸引口１３ｂが備えられている。

エジェクタ１３のノズル部１３ａは、ノズル開度を可変して減圧量を調節できる可変ノズルであり、ステッピングモータ等の駆動手段により、ニードル弁体等を駆動してノズル開度を調節できるようになっている。ノズル部１３ａは、本実施形態における第１減圧手段である。

ノズル部１３ａ及び冷媒吸引口１３ｂの冷媒流れ下流側部位には、ノズル部１３ａからの高速度の冷媒流と冷媒吸引口１３ｂの吸引冷媒とを混合する混合部１３ｃが設けられている。そして、混合部１３ｃの冷媒流れ下流側の部位には、ディフューザ部１３ｄが配置されている。

このディフューザ部１３ｄ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、冷媒流れを減速させて冷媒圧力を上昇させる作用、即ち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。なお、本実施形態のノズル部１３ａでは、混合部１３ｃ及びディフューザ部１３ｄとからなる構成が本実施形態のエジェクタ１３における昇圧部である。

エジェクタ１３のディフューザ部１３ｄの下流側に、第１蒸発器１４が接続され、この第１蒸発器１４の冷媒流れ下流側は、圧縮機１１の吸入側に接続されている。圧縮機１１、給湯用熱交換器１２、エジェクタ１３、及び第１蒸発器１４は、冷媒循環通路１０により環状に接続されている。

そして、この冷媒循環通路１０の給湯用熱交換器１２下流側、かつエジェクタ１３上流側にある分岐点ＺＺから冷媒分岐通路（分岐通路に相当）２０が分岐されており、この冷媒分岐通路２０の下流端は、エジェクタ１３の冷媒吸引口１３ｂに接続されている。

この冷媒分岐通路２０には、分岐点ＺＺ下流側直後に第２減圧手段である膨張弁２３が配置され、この膨張弁２３よりも冷媒流れ下流側部位には、第２蒸発器２４が配置されている。本実施形態の膨張弁２３は、電子膨張弁であり、開度調節を行うことで冷媒減圧量を調節できるようになっている。

本実施形態では、２つの蒸発器１４、２４は、例えば一体構造に組み付けられて、２つの蒸発器１４、２４を図示しない一つの室外機筐体内に収納するようになっている。そして、筐体内に構成される空気通路に図示しない共通のブロワ（電動送風機）により、空気（蒸発器における外部流体）を矢印ＡＡの如く送風し、この送風空気から２つの蒸発器１４、２４で吸熱するようになっている。

ここで、２つの蒸発器１４、２４のうち、エジェクタ１３下流側の冷媒循環通路１０に配設される第１蒸発器１４を空気流れＡＡの上流側に配置し、エジェクタ１３の冷媒吸引口１３ｂに接続される第２蒸発器２４を空気流れＡＡの下流側に配置している。

そして、冷媒循環通路１０の圧縮機１１より下流側、かつ給湯用熱交換器１２より上流側に、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段としての吐出温度センサ９１を備えている。また、冷媒循環通路１０の圧縮機１１より下流側、かつエジェクタ１３より上流側（本例では、分岐点ＺＺより上流側）に、冷凍サイクル内の高圧側の冷媒圧力を検出する圧力検出手段としての圧力センサ９２を備えている。

更に、冷媒循環通路１０のエジェクタ１３より下流側、かつ第１蒸発器１４より上流側（即ち第１蒸発器１４の冷媒入口側）に、第１蒸発器１４内を流れる冷媒の温度を検出する第１蒸発器冷媒温度検出手段としての第１蒸発器温度センサ９３を備えている。また、冷媒分岐通路２０の膨張弁２３より下流側、かつ第２蒸発器２４より上流側（即ち第２蒸発器２４の冷媒入口側）に、第２蒸発器２４内を流れる冷媒の温度を検出する第２蒸発器冷媒温度検出手段としての第２蒸発器温度センサ９４を備えている。

図１において、符号１００を付した構成は、加熱装置１の制御装置であって、制御装置１００は、本実施形態における制御手段である。

制御装置１００は、その内部に、演算処理や制御処理を行うための中央演算装置（ＣＰＵ）、メモリ（ＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ）及びＩ／Ｏポート（入力／出力回路）などの機能を含んで構成される周知のマイクロコンピュータが設けられている。そして、各種センサからの検出信号がＩ／ＯポートまたはＡ／Ｄ変換回路によってＡ／Ｄ変換された後に、マイクロコンピュータに入力されるように構成されている。

制御装置１００は、各温度センサ９１、９３、９４からの温度情報や、圧力センサ９２からの圧力情報、給湯用熱交換器１２の給湯用流体の流入温度（熱交換前温度）である給水温度、給湯用熱交換器１２の給湯用流体の流出温度（熱交換後温度）である沸き上げ温度、両蒸発器１４、２４の外部流体（空気）の流入温度（熱交換前温度）である外気温度、図示しない操作盤に設けられたスイッチ類からの操作信号等に基づいて、圧縮機１１、エジェクタ１３のノズル部１３ａ、膨張弁２３、ブロワ等を作動制御するようになっている。

次に、上記構成に基づいて、本実施形態の加熱装置１の作動について、図２及び図３に示すフローチャートにより説明する。まず、制御装置１００に電源が供給されると、図２に示す予めＲ０Ｍに記憶されている制御プログラム（メインルーチン）の実行が開始する。ステップＳ１０１にて、最新の学習値ΔＴｍの読み込み処理を実行する。

ここでは、学習値ΔＴｍが更新されるまで、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリから過去の学習値を読み込む。一度も学習されていないときは０とする。そして、ステップＳ１０２にて、各温度センサ９１、９３、９４からの温度や、圧力センサ９２からの圧力等の検出値を読み込み処理を実行する。

そして、ステップＳ１０３にて、検査モードであるか否かを判定する。ここで、検査モードとは、製造ラインにおける加熱装置１における制御プログラムの出荷検査である。ここで、検査モードであれば、ステップＳ１０４に移行し、検査モードで無ければ、ステップＳ１０５に移行する。

ステップＳ１０４にて、第１蒸発器温度センサ９３と第２蒸発器温度センサ９４との温度差ΔＴを算出する。例えば、ステップＳ１０２で読み込まれた温度センサ９３、９４の温度において、温度バラツキが無い場合には、第１冷媒温度ＴＥ１と第１冷媒温度ＴＥ２は同じ値となり、温度差ΔＴ＝０となる。

また、それらの温度センサ９３、９４に温度バラツキがある場合には、第１冷媒温度ＴＥ１と第２冷媒温度ＴＥ２との温度差がΔＴとして発生する。ここでは、この温度差ΔＴを学習値ΔＴｍとして、ＥＥＰＲＯＭに記憶する。なお、このときに、ステップＳ１０２で読み込まれた第１及び第２冷媒温度ＴＥ１、ＴＥ２のうち、低い方の温度センサ９３、９４も記憶しておく。これにより、学習値ΔＴｍが新たに記憶されることにより、ＥＥＰＲＯＭ内の学習値ΔＴｍが更新される。

このステップＳ１０４では、各温度センサ９３、９４の製造上のバラツキを、それら温度センサ９３、９４の温度差ΔＴにより求めたものである。つまり、検査モードでは、物理的に同じ値になる環境条件において、各温度センサ９３、９４の温度を検出しているため、このときに、各温度センサ９３、９４のバラツキがあれば、温度差ΔＴを製造上のバラツキがあると判断できる。従って、温度差ΔＴ及び学習値ΔＴｍは、製造上のバラツキもしくは後述する形而劣化のバラツキを吸収する補正値であるといえる。

次に、ステップＳ１０５にて、温度センサ９３、９４の確定処理を実行する。具体的には、ステップＳ１０２にて、読み込まれた温度センサ９３、９４の検出値のいずれか一方を学習値ΔＴｍにて補正することで確定値として決定する。

つまり、ステップＳ１０４で記憶された低い方の温度センサ９３、９４の検出値を学習値ΔＴｍにて補正している。ここで、この学習値ΔＴｍは、ステップＳ１０１にて読み込んだ学習値ΔＴｍもしくはステップＳ１０４にて算出した学習値ΔＴｍを用いる。

より具体的に、ステップＳ１０４で二つの温度センサ９３、９４の温度バラツキがあって、第２冷媒温度ＴＥ２が第１冷媒温度ＴＥ１よりも低い値のときにおいて、それらの温度差ΔＴ、即ち学習値ΔＴｍであった場合には、ステップＳ１０２で読み込まれた第１冷媒温度ＴＥ１を確定値とし、ステップＳ１０２で読み込まれた第２冷媒温度ＴＥ２に、ステップＳ１０１にて読み込んだ学習値ΔＴｍもしくはステップＳ１０４にて算出した学習値ΔＴｍを加算して確定値として決定する。

次に、ステップＳ１０６にて、沸き上げ運転の指令の有無を判定する。ここで、沸き上げ運転の指令があれば、ステップＳ１０７に移行し、沸き上げ運転の指令が無ければ、ステップＳ１０８に移行する。このステップＳ１０７では、沸き上げ運転制御を示す制御処理であって、詳しくは、図３に示すフローチャートにより説明する。

まず、ステップＳ１１０にて、外気温度等に基づいて決定される冷媒吐出量となるように圧縮機１１の運転を開始し、圧力センサ９２が検出する高圧側圧力が給水温度等に基づいて決定される圧力目標値に近づくように、エジェクタ１３のノズル部１３ａの開度（即ち減圧量）を調節する。そして、ステップＳ１２０にて、膨張弁２３の開度（即ち減圧量）を調節する。

ステップＳ１３０にて、圧力センサ９２が検出する高圧側圧力が所定値に到達したか否かを判定する。ここで、高圧側圧力が所定値に到達していない場合には、ステップＳ１１０にリターンする。ここで、判定基準となる所定値は、例えば、圧力目標値が１０ＭＰａであるときには９５％値である９．５ＭＰａとすることができる。

ステップＳ１３０にて、高圧側圧力が所定値に到達したと判定した場合には、ステップＳ１４０にて、圧力センサ９２が検出する高圧側圧力が圧力目標値に一致するように、エジェクタ１３のノズル部１３ａの開度（即ち減圧量）を調節する。

そして、ステップＳ１５０にて、ステップＳ１０５で確定された第１冷媒温度ＴＥ１と、第２冷媒温度ＴＥ２との温度差ΔＴｘが外気温度に基づいて決定される温度差目標値に近づいて一致するように、膨張弁２３の開度（即ち減圧量）を調節する。

即ち圧縮機１１の運転を開始した直後から高圧側圧力が所定値に到達するまでは、両減圧手段であるノズル部１３ａ、膨張弁２３による減圧量を高圧側圧力に基づいて制御し、高圧側圧力が所定値に到達した後は、一方の減圧手段であるノズル部１３ａによる減圧量を、高圧側圧力に基づく制御をしたまま、他方の減圧手段である膨張弁２３による減圧量を、第１蒸発器１４内の冷媒と、第２蒸発器２４内の冷媒との温度差ΔＴｘに基づいて制御する。そして、この制御を運転終了まで継続する。

このように、加熱装置１が沸き上げ運転されているときには、第１蒸発器１４から流出したガス状冷媒が圧縮機１１に吸入圧縮される。そして、圧縮機１１で圧縮され吐出された高温高圧状態の冷媒は、給湯用熱交換器１２に流入する。給湯用熱交換器１２では、高温の冷媒が給湯用流体（水）と熱交換により冷却される。そして、給湯用熱交換器１２から流出した高圧冷媒は、分岐点ＺＺで分配されて、エジェクタ１３と膨張弁２３に向かって流れる。

給湯用熱交換器１２から流出した冷媒の一部は、膨張弁２３で減圧されて低圧冷媒となり、この低圧冷媒が第２蒸発器２４に流入する。第２蒸発器２４内では、矢印ＡＡ方向に外部を流れる送風空気から冷媒が吸熱して蒸発する。

給湯用熱交換器１２から流出してエジェクタ１３に流入した冷媒流れは、ノズル部１３ａで減圧されて膨張する。従って、ノズル部１３ａで冷媒の圧力エネルギーが速度エネルギーに変換され、このノズル部１３aの噴射口から冷媒は、高速度の流れとなって噴出する。この際の冷媒圧力の低下により、冷媒吸引口１３ｂから分岐冷媒通路２０の第２蒸発器２４通過後の冷媒を吸引する。

ノズル部１３ａから噴出した冷媒と冷媒吸引口１３ｂから吸引された冷媒は、ノズル部１３ａ下流側の混合部１３ｃで混合してディフューザ部１３ｄに流入する。このディフューザ部１３ｄ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。

そして、ディフューザ部１３ｄから流出した冷媒は、第１蒸発器１４に流入する。第１蒸発器１４内を流れる低温の低圧冷媒は、矢印ＡＡ方向に外部を流れる送風空気から冷媒が吸熱して蒸発する。第１蒸発器１４内で蒸発した後の冷媒は、圧縮機１１に再び吸入圧縮される。エジェクタ１３の昇圧部１３ｃ、１３ｄにおいて、冷媒圧力が昇圧されるので、第１蒸発器１４内の冷媒蒸発圧力（冷媒蒸発温度）よりも、第２蒸発器２４内の冷媒蒸発圧力（冷媒蒸発温度）を低くすることができる。

そして、送風空気の流れ方向ＡＡに対して、冷媒蒸発温度の高い第１蒸発器１４を上流側に配置し、冷媒蒸発温度の低い第２蒸発器２４を下流側に配置しているので、第１蒸発器１４における冷媒蒸発温度と送風空気との温度差及び第２蒸発器２４における冷媒蒸発温度と送風空気との温度差を両方とも確保し易い。

このため、第１及び第２蒸発器１４、２４の吸熱性能を両方とも有効に発揮できる。また、混合部１３ｃ、ディフューザ部１３ｄでの昇圧作用により、圧縮機１１の吸入圧を上昇して、圧縮機１１の駆動動力を低減することができる。

上述のような作動によれば、制御装置１００は、運転を開始し、高圧側圧力が所定値に到達した後は、エジェクタ１３のノズル部１３ａの減圧量を高圧側圧力に基づいて制御し、膨張弁２３の減圧量を、第１蒸発器１４内の冷媒と第２蒸発器２４内の冷媒との温度差ΔＴｘに基づいて制御している。

これにより、圧縮機１１から吐出され、ノズル部１３ａ及び膨張弁２３で減圧される前の冷媒の圧力や温度等の状態、即ち高圧側の冷媒状態（例えば、圧縮機１１出口冷媒温度、給湯用熱交換器１２下流側圧力）を、給湯用熱交換器１２における放熱の効率が最適となる冷媒状態とすることができる。

更に、第１蒸発器１４内の冷媒と第２蒸発器２４内の冷媒との温度差ΔＴｘを、空気流れ方向ＡＡに並設された第１蒸発器１４、第２蒸発器２４において、着霜を抑制して外部流体から吸熱する効率が良好な温度差とすることができる。また、第１蒸発器１４内の冷媒と第２蒸発器２４内の冷媒との圧力差ΔＴｘを、エジェクタ１３の昇圧効果によって、熱移送の効率が最適となるように、調整することができる。

なお、ステップＳ１５０を実行する際には、蒸発温度差ΔＴｘの目標値を、運転環境条件、即ち給湯用熱交換器１２、第１蒸発器１４、第２蒸発器２４の少なくともいずれかの環境条件、例えば外気温度（第１、第２蒸発器１４、２４へ流入する外部流体の温度）や給水温度（給湯用熱交換器１２へ流入する給湯用流体の温度）等に応じて、目標値を変更するものであっても良い。図４は、蒸発温度差ΔＴｘの目標値を外気温度に応じて変更する例を示している。

これによると、給湯用熱交換器１２、第１蒸発器１４、第２蒸発器２４の給湯用流体もしくは外部流体の温度や、第１蒸発器１４、第２蒸発器２４の着霜状態等の環境条件が変化した場合であっても、良好な第１蒸発器１４内の冷媒と第２蒸発器２４内の冷媒との温度差を確保しつつ運転することができる。

また、制御装置１００は、運転を開始してから高圧側圧力が所定圧に到達するまでは、ステップＳ１１０、Ｓ１２０を実行することで、エジェクタ１３のノズル部１３ａの減圧量及び膨張弁２３の減圧量をともに高圧側圧力に基づいて制御している。従って、高圧側冷媒圧力が所定値に到達するまでは、高圧側冷媒の圧力を両減圧手段１３ａ、２３の制御因子として高圧側圧力の上昇速度を高め、速やかにステップＳ１４０、Ｓ１５０による効率の良い運転状態へ移行することができる。

また、制御装置１００は、ステップＳ１５０において、ステップＳ１０５で確定された第１冷媒温度ＴＥ１と、第２冷媒温度ＴＥ２との温度差ΔＴｘが外気温度に基づいて決定される温度差目標値に近づいて一致するように、膨張弁２３の減圧量を制御している調節する。これにより、比較的安価な手段により冷媒温度差ΔＴｘを検出することができる。

しかも、冷媒温度差ΔＴｘは、図４に示すような１℃〜３℃程度の微小レベルである。そのため、各温度センサ９３、９４の製造上のバラツキや後述する形而劣化のバラツキ等で、これらのバラツキが大となると、微小レベルの冷媒温度差ΔＴｘに基づく制御が困難となるが、本実施形態では、前述したように、ステップＳ１０５において、学習値ΔＴｍで補正して求められた確定された第１冷媒温度ＴＥ１と、第２冷媒温度ＴＥ２との温度差ΔＴｘを用いているため、各温度センサ９３、９４の製造上及び後述する形而劣化のバラツキを吸収することができるとともに、微小レベルの冷媒温度差ΔＴｘであっても、精度の高い沸き上げ運転制御を行うことができる。

このように、ステップＳ１０７（図２フローチャート参照）では、精度の高い沸き上げ運転制御が実行されている。ところで、ステップＳ１０６において、沸き上げ運転の指令が無ければ、ステップＳ１０８にて、所定時間経過したか否かを判定する。

これは、加熱装置１の運転が停止されている時間を監視する判定手段である。つまり、本実施形態の所定時間は、加熱装置１が充分に停止されて、各温度センサ９３、９４の温度が、例えば外気温度に収束した温度になるまでの待機時間である。ここで、所定時間（例えば、少なくとも３〜５時間程度）が経過しておれば、学習制御手段であるステップＳ１０９に移行し、所定時間に到達していなければ、ステップＳ１０１にリターンする。

そして、ステップＳ１０９にて、温度センサ９３、９４のバラツキの学習制御を実施する。より具体的には、上記ステップＳ１０４と同じように、第１蒸発器温度センサ９３と第２蒸発器温度センサ９４との温度差ΔＴを算出する。例えば、ステップＳ１０２で読み込まれた温度センサ９３、９４の温度において、温度バラツキが無い場合には、第１冷媒温度ＴＥ１と第１冷媒温度ＴＥ２は同じ値となり、温度差ΔＴ＝０となる。

また、それらの温度センサ９３、９４に温度バラツキがある場合には、第１冷媒温度ＴＥ１と第２冷媒温度ＴＥ２との温度差がΔＴとして発生する。ここでは、この温度差ΔＴを学習値ΔＴｍとして、ＥＥＰＲＯＭに記憶する。なお、このときに、ステップＳ１０２で読み込まれた第１及び第２冷媒温度ＴＥ１、ＴＥ２のうち、低い方の温度センサ９３、９４も記憶しておく。これにより、学習値ΔＴｍが新たに記憶されることにより、ＥＥＰＲＯＭ内の先回の学習値ΔＴｍが更新される。

このステップＳ１０９では、各温度センサ９３、９４の製造上のバラツキと形而劣化のバラツキを、それら温度センサ９３、９４の温度差ΔＴにより求めたものである。つまり、ステップＳ１０８で、加熱装置１を所定時間（例えば、少なくとも３〜５時間程度）停止させておくと、物理的に同じ値になる環境条件とすることができる。

このような環境条件のときには、第１及び第２冷媒温度ＴＥ１、ＴＥ２は、外気温度に収束される。このときに、各温度センサ９３、９４のバラツキがあれば、この温度差ΔＴを製造上のバラツキや形而劣化のバラツキがあると判断できる。ここで、ステップＳ１０２で読み込まれた二つの温度センサ９３、９４のうち、いずれか一方の温度に他方の温度を合致させる温度が、温度差ΔＴもしくは学習値ΔＴｍといえる。これにより、温度差ΔＴ及び学習値ΔＴｍは、製造上のバラツキもしくは形而劣化のバラツキを吸収する補正値であるといえる。

なお、本実施形態では、ステップＳ１０９にて、第１蒸発器温度センサ９３と第２蒸発器温度センサ９４との温度差ΔＴを算出したが、例えば、第１冷媒温度ＴＥ１及び第１冷媒温度ＴＥ２のそれぞれと空気流れ方向ＡＡに流通する外部流体の流入空気温度、即ち外気温度との温度差ΔＴを算出しても良い。

また、本実施形態では、加熱装置１を所定時間停止させた後に、一回のみ温度差ΔＴを算出して学習値ΔＴｍとして記憶させたが、所定回数（例えば、１０回程度）、数分毎に各温度センサ９３、９４の温度差ΔＴを数回算出して、それぞれの温度差ΔＴの平均値を求めて、その平均値を学習値ΔＴｍとして記憶するように構成しても良い。これによれば、より正確な学習値ΔＴｍを得ることができる。

以上の構成によれば、物理的に同じ値になる環境条件において、加熱装置１を所定時間停止させた後に、各温度センサ９３、９４により検出された温度が異なる値になったときに、それらの温度差ΔＴを補正する学習制御手段（ステップＳ１０９）を有し、かつ各温度センサ９３、９４により検出された冷媒温度と学習制御手段（ステップＳ１０９）で補正した学習値ΔＴｍとから求めた冷媒温度差ΔＴｘに基づいて、膨張弁２３の減圧量を制御している。

制御装置１００において、各温度センサ９３、９４の温度差ΔＴを補正する学習制御手段（ステップＳ１０９）を備えることにより、各温度センサ９３、９４の製造上及び形而劣化のバラツキを吸収することができる。従って、製造コストを増加させることなく１℃〜３℃程度の微小レベルの温度差であっても、より正確な温度差ΔＴｘが得ることができる。

また、学習制御手段（ステップＳ１０９）は、加熱装置１を所定時間停止させた後に、各温度センサ９３、９４により検出されたどちらか一方の温度に他方の温度を合致させる補正値を算出し、その補正値を学習値ΔＴｍとして記憶することにより、温度差ΔＴにより制御する前にその温度差ΔＴを０に補正することができる。これにより、各温度センサ９３、９４の製造上及び形而劣化のバラツキを吸収することができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、給湯用熱交換器１２に流入する給水温度と、給湯用熱交換器１２から流出される冷媒出口温度との温度差に基づいて、圧縮機１１の高圧側の圧力を制御するように構成されている。図５は、本実施形態における加熱装置の全体構成を示す模式構成図である。

本実施形態の加熱装置１では、図５に示すように、圧縮機１１、給湯用熱交換器１２、エジェクタ１３、気液分離器１６、第１蒸発器１４、第１可変絞り弁１５及び第２可変絞り弁１７等によって構成されている。ここで、気液分離器１６は、エジェクタ１３から流出する冷媒を気液分離して冷凍サイクル内の余剰冷媒を蓄えるとともに、気相冷媒を圧縮機１１に吸入させ、また、液相冷媒を第１蒸発器１４に流出させる。

第１可変絞り弁１５は、圧縮機１１の高圧側になるように、給湯用熱交換器１２の下流側に設けられ、制御装置１００の制御信号に基づいて弁開度が可変制御され、圧縮機１１の吐出圧力を調節する。第２可変絞り弁１７は、圧縮機１１の低圧側になるように、気液分離器１６の下流側に設けられ、制御装置１００の制御信号に基づいて弁開度が可変制御され、気液分離器１６からの液相冷媒を減圧させるとともに、第１蒸発器１４、エジェクタ１３への冷媒流量を調節し、圧縮機１１への吸入圧力を調節する。

そして、給湯用熱交換器１２に流入する給湯用流体の給水温度ＴＷＩを検出する給水温度検出手段である給水温度センサ９５と、給湯用熱交換器１２から流出される冷媒の出口温度ＴＲ２を検出する冷媒出口温度検出手段である冷媒温度センサ９６とが設けられている。各温度センサ９５、９６は、検出信号が制御装置１００に入力されている。

ところで、以上のような構成の加熱装置１によれば、給湯用熱交換器１２に流入する給湯用流体の給水温度ＴＷ１と給湯用熱交換器１２から流出される冷媒の出口温度ＴＲ２との温度差ΔＴｘを所定の値に維持することが必要となる。そのため、給水温度センサ９５及び冷媒温度センサ９６により検出された温度信号から、制御装置１００が第１可変絞り弁１５の弁開度を可変させることで、圧縮機１１の高圧側の圧力を制御している。

因みに、温度差ΔＴｘが大きいと、給湯用流体の昇温が不足であり、温度差ΔＴｘが小さいと、給湯用流体の昇温が過度であり熱エネルギーを余分に使用している。従って、熱交換効率、またその効率が最適となる給水温度ＴＷ１と冷媒出口温度ＴＲ２との温度差ΔＴｘは、５℃〜１０℃程度が望ましい。

そこで、本実施形態では、第１実施形態と同じように、学習制御手段（ステップＳ１０９）を有することにより、加熱装置１を所定時間（例えば、３〜５時間程度）停止させた後に、各温度センサ９５、９６により検出された温度の温度差ΔＴを算出し、その温度差ΔＴを学習値ΔＴｍとして記憶するようにしている。

そして、給水温度ＴＷ１と冷媒出口温度ＴＲ２との温度差ΔＴｘを算出するときには、各温度センサ９５、９６が検出した温度のいずれか一方を、学習値ΔＴｍで補正して求めるようにしている。

その結果、補正した学習値ΔＴｍとから求めた給水温度ＴＷ１と冷媒出口温度ＴＲ２との温度差ΔＴｘが目標温度差（例えば、５℃程度）となるように、第１可変絞り弁１５の弁開度を可変させて圧縮機１１の高圧側の圧力を制御している。

これにより、給湯用流体を効率よく所定の温度に沸き上げることができる。従って、製造コストを増加させることなく微小レベルの温度差であっても、より正確な温度差ΔＴｘが得ることができる。

（他の実施形態）
以上の実施形態では、ステップＳ１０９において、学習値ΔＴｍを、各冷媒温度センサ９３、９４及び給水、冷媒温度センサ９５、９６により検出された温度から温度差ΔＴで算出したが、予め学習値（ΔＴｍ）の所定限界温度範囲（例えば、±１℃程度）を設定して、求めた学習値ΔＴｍが所定限界温度範囲を超えたときに、学習値ΔＴｍを更新せず、求めた学習値ΔＴｍが所定限界温度範囲内のときに、学習値ΔＴｍを更新するように構成しても良い。これによれば、より正確な学習値ΔＴｍを得ることができる。

また、以上の実施形態では、冷媒は、フロン系、ＨＣ系の代替フロン、二酸化炭素（ＣＯ_２）など蒸気圧縮式の超臨界サイクル及び亜臨界サイクルのいずれにも適用できるものであっても良い。

なお、ここでフロンとは、炭素、フッ素、塩素、水素からなる有機化合物の総称であり、冷媒として広く使用されているものである。フロン系には、ＨＣＦＣ（ハイドロ・クロロ・フルオロ・カーボン）系冷媒、ＨＦＣ（ハイドロ・フルオロ・カーボン）系冷媒等が含まれており、これらは、オゾン層を破壊しないため代替フロンと呼ばれる冷媒である。

また、ＨＣ（炭化水素）系冷媒とは、水素、炭素を含み、等が自然界に存在する冷媒物質のことである。このＨＣ系冷媒には、Ｒ６００ａ（イソブタン）、Ｒ２９０（プロパン）等がある。

第１実施形態における加熱装置の全体構成を示す模式構成図である。 第１実施形態における制御装置の制御動作を示すフローチャートである。 図２に示すＳ１０７における沸き上げ運転の制御処理を示すフローチャートである。 外気温度と冷媒温度差の目標値との関係を示すグラフである。 第２実施形態における加熱装置の全体構成を示す模式構成図である。

符号の説明

１…加熱装置
１１…圧縮機
１２…給湯用熱交換器
１３…エジェクタ（第１減圧手段）
１３ａ…ノズル部（第１減圧手段）
１３ｂ…冷媒吸引口
１３ｃ…混合部（昇圧部）
１３ｄ…ディフューザ部（昇圧部）
１４…第１蒸発器
２０…分岐冷媒通路（分岐通路）
２３…膨張弁（第２減圧手段）
２４…第２蒸発器
９３…第１蒸発器冷媒温度センサ、温度センサ（温度検出手段、第１蒸発器冷媒温度検出手段）
９４…第２蒸発器冷媒温度センサ、温度センサ（温度検出手段、第２蒸発器冷媒温度検出手段）
９５…給水温度センサ、温度センサ（温度検出手段、給水温度検出手段）
９６…冷媒温度センサ、温度センサ（温度検出手段、冷媒出口温度検出手段）
１００…制御装置（制御手段）
Ｓ１０９…学習制御手段
ΔＴｍ…学習値

Claims (6)

1. 冷媒を吸入圧縮して吐出する圧縮機（１１）、前記圧縮機（１１）から吐出された高圧冷媒と給湯用流体と熱交換する給湯用熱交換器（１２）、前記給湯用熱交換器（１２）から流出した冷媒を減圧膨張させる減圧量可変式の第１減圧手段（１３）、及び前記第１減圧手段（１３）から流出する冷媒を蒸発する第１蒸発器（１４）を順に環状に冷媒配管で接続して、前記給湯用熱交換器（１２）に給湯用流体を流通させて高温の温水を出力する加熱装置（１）を備えるヒートポンプ式給湯装置において、
   前記加熱装置（１）には、冷媒もしくは給湯用流体の温度を検出する複数の温度検出手段（９３〜９６）が設けられ、
   前記温度検出手段（９３〜９６）により検出された温度から求めた温度差に基づいて、前記加熱装置（１）を制御する制御手段（１００）が設けられ、
   制御手段（１００）は、前記加熱装置（１）を所定時間停止させた後に、前記温度検出手段（９３〜９６）により検出された温度に基づいて、それらの温度差を学習する学習制御手段（Ｓ１０９）を有し、かつ前記温度検出手段（９３〜９６）により検出された温度と前記学習制御手段（Ｓ１０９）で学習した学習値（ΔＴｍ）とから求めた温度差に基づいて、前記加熱装置（１）を制御することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
2. 前記学習制御手段（Ｓ１０９）は、前記加熱装置（１）を所定時間停止させた後に、前記温度検出手段（９３〜９６）により検出されたどちらか一方の温度に他方の温度を合致させる補正値を算出し、その補正値を学習値（ΔＴｍ）として記憶することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯装置。
3. 前記学習制御手段（Ｓ１０９）は、学習値（ΔＴｍ）として、所定回数算出した平均値を用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ式給湯装置。
4. 前記学習制御手段（Ｓ１０９）は、予め学習値（ΔＴｍ）の所定限界温度範囲を設定して、求められた学習値（ΔＴｍ）が前記所定限界温度範囲を超えたときに、学習値（ΔＴｍ）を更新せず、求められた学習値（ΔＴｍ）が前記所定限界温度範囲内のときに、学習値（ΔＴｍ）を更新することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給湯装置。
5. 前記給湯用熱交換器（１２）から流出した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減圧量可変式のノズル部（１３ａ）、前記ノズル部（１３ａ）から噴射する冷媒流により冷媒が内部に吸引される冷媒吸引口（１３ｂ）及び前記ノズル部（１３ａ）から噴射する冷媒と前記冷媒吸引口（１３ｂ）から吸引される冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させる昇圧部（１３ｃ、１３ｄ）を有するエジェクタ（１３）を備え、
   前記第１減圧手段（１３）は、前記ノズル部（１３ａ）であり、
   前記加熱装置（１）には、前記給湯用熱交換器（１２）と前記ノズル部（１３ａ）との間から分岐するように設けられ、前記給湯用熱交換器（１２）から流出した冷媒の一部を、前記ノズル部（１３ａ）を迂回させて前記冷媒吸引口（１３ｂ）に導く分岐通路（２０）と、前記分岐通路（２０）に設けられ、前記給湯用熱交換器（１２）から流出した冷媒の一部を減圧膨張させる減圧量可変式の第２減圧手段（２３）と、前記分岐通路（２０）に設けられ、前記第２減圧手段（２３）で減圧した冷媒を蒸発させる第２蒸発器（２４）とを有し、かつ前記第１蒸発器（１４）と前記第２蒸発器（２４）とが、前記第１蒸発器（１４）を通過した後の外部流体が前記第２蒸発器（２４）を通過するように配置されており、
   前記複数の温度検出手段（９３〜９６）は、前記第１蒸発器（１４）内を流れる冷媒の温度を検出する第１蒸発器冷媒温度検出手段（９３）と、前記第２蒸発器（２４）内を流れる冷媒の温度を検出する第２蒸発器冷媒温度検出手段（９４）とから構成されており、
   前記制御手段（１００）は、前記第１蒸発器冷媒温度検出手段（９３）が検出した冷媒温度と前記第２蒸発器冷媒温度検出手段（９４）が検出した冷媒温度との温度差に基づいて、前記第１減圧手段（１３）及び前記第２減圧手段（２３）のうち前記他方の減圧量を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給湯装置。
6. 前記複数の温度検出手段（９３〜９６）は、前記給湯用熱交換器（１２）に流入する給湯用流体の給水温度を検出する給水温度検出手段（９５）と、前記給湯用熱交換器（１２）から流出される冷媒の出口温度を検出する冷媒出口温度検出手段（９６）とから構成されており、
   前記制御手段（１００）は、前記給水温度検出手段（９５）が検出した給湯用流体の給水温度と前記冷媒出口温度検出手段（９６）が検出した冷媒の出口温度との温度差に基づいて、前記圧縮機（１１）の高圧側の圧力を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給湯装置。

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