JP2001193993A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リニア圧縮機を用いた冷凍サイクル装置にお
いて、該冷凍サイクル装置の温度および圧力に応じて、
リニア圧縮機を駆動するリニアモータに入力する電流振
幅値を決定できる冷凍サイクル装置を提供する。 【解決手段】 リニア圧縮機２１に入力される電流振幅
値を決定する圧縮機操作量決定器４８を有し、少なくと
も、室外側熱交換器２３および室内熱交換器２８の周囲
の温度と、室外側熱交換器２３および室内熱交換器２８
に対し設定された所定の温度との、両方に基づき、リニ
ア圧縮機２１に入力する電流振幅値を決定することを特
徴とする冷凍サイクル装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダ内のピス
トンをリニアモータにより往復運動させ、シリンダとピ
ストンにより形成される圧縮室において、冷媒の圧縮ガ
スを生成するリニア圧縮機を用いた冷凍サイクル装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、冷媒の圧縮ガスを生成する手段と
して、機械的な弾性部材又は圧縮ガスの弾性を利用した
リニア圧縮機を用いた冷凍サイクル装置が知られてい
る。具体的な冷凍サイクル装置の例としては、室温を冷
暖房時に快適に保つ空気調和機や、庫内温度を適正に保
つ冷凍冷蔵庫などが考えられる。

【０００３】このような冷凍サイクル装置に用いられる
リニア圧縮機を高効率駆動するには、このリニア圧縮機
の共振周波数で駆動する必要がある。そして、このよう
なリニア圧縮機の共振周波数は、弾性部材を備えたもの
では、機械的に備え付けられた弾性部材と圧縮ガスによ
り生じる弾性によって、圧縮ガスの弾性を利用するもの
ではその弾性のみによって決定されている。

【０００４】冷凍サイクル装置の負荷変動に伴い、冷媒
の圧縮ガスによる弾性は大きく変化するが、本発明者ら
は、リニア圧縮機内のシリンダの変位からではなく、リ
ニア圧縮機を駆動するリニアモータへの入力電力より共
振周波数を算出し、リニア圧縮機を高効率で駆動するリ
ニア圧縮機の駆動装置を提案した（特願平１１−３３９
１９７）。

【０００５】かかる駆動装置について、具体的に図１を
用いて説明すると、ピストンと、それを囲むシリンダ、
前記ピストンがリニアモータにより駆動され、機械的な
弾性部材もしくは圧縮ガスの弾性を利用し、シリンダと
ピストンにより形成される圧縮室で冷媒の圧縮ガスを作
成するリニア圧縮機の駆動装置において、リニア圧縮機
本体１、直流電源５、インバータ６、電流振幅値決定手
段２、入力電流波形指令手段３、電流検出手段８、電圧
検出手段１０、出力電力算出手段１１、インバータ制御
手段９、駆動周波数決定手段４、を備えたものである。

【０００６】次に各手段について説明する。直流電源５
は、インバータ６に直流電圧を供給する手段である。イ
ンバータ６は、インバータ制御手段９によって決定され
たＰＷＭ幅で駆動される手段である。電流振幅値決定手
段２は、リニア圧縮機本体１が必要とするピストンの変
位（本駆動装置では、ピストンの位置を検出する位置セ
ンサは不要）に比例して、リニア圧縮機本体１を駆動す
るインバータ６が出力する電流７の振幅値を決定する手
段である。

【０００７】入力電流波形指令手段３は、電流振幅値決
定手段２によって決定された振幅値と、駆動周波数決定
手段４によって決定された周波数より、リニアモータに
入力する電流をインバータ制御手段９に指令する手段で
ある。電流検出手段８は、インバータ６からリニア圧縮
機本体１を駆動するリニアモータに供給する電流７を検
出する手段である。

【０００８】電圧検出手段１０は、インバータ６からリ
ニア圧縮機本体１を駆動するリニアモータに供給する電
圧を検出する手段である。出力電力算出手段１１は、電
流検出手段８から検出される出力電流７と電圧検出手段
１０から検出される出力電圧から、インバータ６の出力
電力を算出する手段である。インバータ制御手段９は、
指令電流波形と検出電流の偏差を減少させるように、イ
ンバータ６の出力ＰＷＭ幅を制御する手段である。

【０００９】駆動周波数決定手段４は、インバータ６が
出力する電流７の振幅値を一定とした条件下で、出力電
力算出手段１１により検出された電力を最大とするよう
に駆動周波数を調整し決定することにより、共振周波数
を決定する手段である。

【００１０】以上のような構成を有するリニア圧縮機の
動作を次に説明する。ただしここでは、リニア圧縮機
は、冷凍サイクル装置に組み込まれて動作するものとす
る。

【００１１】冷凍サイクル装置のリニア圧縮機が起動さ
れ、定常的な状態に落ち着くと、電流振幅値決定手段２
は、リニア圧縮機本体１が組み込まれている冷凍サイク
ル装置の定常的な状態、もしくはリニア圧縮機本体１の
圧力や温度等の状態から、必要能力に見合って、リニア
圧縮機本体１を駆動するリニアモータに入力する電流振
幅値Ｉを決定する。決定された電流振幅値Ｉによって、
リニア圧縮機本体１のピストン変位幅も一意に決定さ
れ、冷凍サイクル装置中に冷媒循環が行われ、冷凍サイ
クル装置中の凝縮器や蒸発器から必要能力が放出され
る。

【００１２】ここで、駆動周波数決定手段４は、リニア
モータに入力する電流振幅値Ｉを一定の状態で、出力電
力算出手段１１により検出されたリニアモータへの入力
電力Ｐが最大とするように入力電流の駆動周波数を調整
することにより、共振周波数ωを決定する。入力電流波
形指令手段３は、決定された電流振幅値Ｉと共振周波数
ωの電流波形を作成し、同様な波形を出力するようにイ
ンバータ制御手段９に指令する。リニアモータに入力す
る電流振幅値Ｉを一定としてリニアモータ入力（電源出
力）が最大となるように入力電流の周波数を調整し駆動
することにより、共振周波数が決定され、リニア圧縮機
本体１は高効率で駆動できる。また、この制御方法では
ピストンの位置を検出する位置センサが不要なため、リ
ニア圧縮機の駆動装置のサイズを小さくすることがで
き、更にコストダウンを図ることができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなリニア圧縮機を用いた冷凍サイクル装置では、定常
的な状態から冷凍サイクル装置の凝縮器や蒸発器の周囲
温度の変化や目標温度の変化（例えば、空気調和機にお
いては室温の設定温度を変化させた場合）、目標温度に
到達した後の必要能力の変化などの負荷変動に対して、
リニア圧縮機を駆動するリニアモータに入力する電流振
幅値をどのように決定するかが課題となる。

【００１４】また、冷凍サイクル装置のリニア圧縮機が
起動され、定常状態に落ち着くまでの間のリニア圧縮機
の制御をどうするかが課題となる。

【００１５】また、リニア圧縮機には、高圧や低圧の一
定の使用適正範囲、吸入温度や吐出温度の一定の使用適
正範囲があり、使用適正範囲を維持するためのリニアモ
ータに入力する電流振幅値をどのように決定するかが課
題となる。

【００１６】さらに、冷凍サイクル装置の冷媒循環量を
制御する膨張弁と必要能力を制御するリニア圧縮機の関
係について、冷凍サイクル装置の凝縮器の過冷却度や蒸
発器の過熱度を最適な状態を維持できずにリニア圧縮機
の消費電力が過大となるという課題がある。

【００１７】これらの課題の解決なしには、リニア圧縮
機のピストン変位幅が過小あるいは過大となり、必要な
能力制御ができずに周囲温度が目標温度に一致しない問
題（例えば、空気調和機においては室温が設定温度に一
致しない問題）、リニア圧縮機がうまく起動できずに周
囲温度が目標温度になかなか一致しない問題、リニア圧
縮機の消費電力が過大となる問題、さらには蒸発器にお
ける過熱度が負となり冷媒が液状態でリニア圧縮機に吸
入される液バック現象の問題、リニア圧縮機の吐出温度
が過大となりリニアモータが破損する問題、過大な圧力
によりリニア圧縮機が破損する問題、等があった。

【００１８】以上のような課題を解決するために、本発
明は、リニア圧縮機のピストン変位幅を決定するための
リニアモータに入力する電流振幅値を最適に決定するこ
とのできる冷凍サイクル装置を提供することを目的とす
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の本発明（請求項１に対応）は、少なくと
も、リニアモータで駆動するリニア圧縮機、熱源側熱交
換器、絞り装置、および負荷側熱交換器を備えた冷凍サ
イクル装置において、前記リニア圧縮機に入力される電
流振幅値を決定する電流振幅値決定手段を有し、前記電
流振幅値決定手段は、少なくとも、前記熱源側熱交換器
および／または前記負荷側熱交換器の周囲の温度と、前
記熱源側熱交換器および／または前記負荷側熱交換器に
対し設定された所定の温度との、両方に基づき、前記リ
ニア圧縮機に入力する電流振幅値を決定することを特徴
とする冷凍サイクル装置である。

【００２０】また、第２の本発明（請求項２に対応）
は、前記リニア圧縮機、前記熱源側熱交換器、前記負荷
側熱交換器の全部または一部の周囲の温度を検出する温
度検出器と、前記リニア圧縮機、前記熱源側熱交換器、
前記負荷側熱交換器の全部または一部に対し前記所定の
温度を設定する温度設定器と、前記温度検出器および前
記温度設定器からの出力に基づき制御を行う温度制御器
とを備え、前記電流振幅値決定手段は、前記温度制御器
からの制御出力に基づき電流振幅値を決定することを特
徴とする上記本発明である。

【００２１】また、第３の本発明（請求項３に対応）
は、前記電流振幅値決定手段は、前記リニア圧縮機の圧
力および／または温度の状態が、所定の範囲を越える場
合には、前記リニア圧縮機の定常的な動作状態での電流
振幅値と異なる電流振幅値を決定することを特徴とする
上記本発明である。

【００２２】また、第４の本発明（請求項４に対応）
は、前記絞り装置は、前記冷凍サイクル装置の冷媒循環
量を制御する膨張弁であり、前記電流振幅値決定手段
は、前記膨張弁の開度と相関して、前記電流振幅値を決
定することを特徴とする上記本発明である。

【００２３】また、第５の本発明（請求項５に対応）
は、前記温度制御器は、前記温度検出器および前記温度
設定器の出力をフィードバックして制御を行い、前記電
流振幅値決定手段は、前記温度制御器からの制御を受け
て、逐次的に電流振幅値を変化させて決定することを特
徴とする上記本発明である。

【００２４】また、第６の本発明（請求項６に対応）
は、前記リニア圧縮機、前記熱源側熱交換器、前記負荷
側熱交換器の全部または一部の圧力を検出する圧力検出
器と、前記リニア圧縮機、前記熱源側熱交換器、前記負
荷側熱交換器の全部または一部に対し所定の圧力を設定
する圧力設定器と、前記圧力検出器および前記圧力設定
器の入力を受けて制御を行う圧力制御器とをさらに備
え、前記電流振幅決定手段は、前記温度制御器からの制
御出力と前記圧力制御器からの制御出力とを用いること
により、前記電流振幅値を決定することを特徴とする上
記本発明である。

【００２５】また、第７の本発明（請求項７に対応）
は、前記圧力制御器は、前記圧力検出器および前記圧力
設定器からの制御入力をファジイ演算してメンバシップ
値を取得し、前記電流振幅値決定手段は、前記メンバシ
ップ値に応じて前記温度制御器からの出力と前記圧力制
御器からの制御出力とを積算することを特徴とする上記
本発明である。

【００２６】また、第８の本発明（請求項８に対応）
は、前記膨張弁の開度を変化させる膨張弁開度制御手段
を備え、前記膨張弁開度制御手段は、前記温度検出器か
らの出力をフィードバックして、逐次的に膨張弁の開度
を変化させて膨張弁の開度を決定することを特徴とする
上記本発明である。

【００２７】また、第９の本発明（請求項９に対応）
は、前記温度検出器からの出力は、過冷却度または過熱
度を示す温度偏差であることを特徴とする上記本発明で
ある。

【００２８】また、第１０の本発明（請求項１０に対
応）は、前記リニア圧縮機に供給される電力は、出力電
流の制御と出力電力の計測が可能であり、前記電流振幅
値決定手段は、前記出力電力が最大となるように前記電
流振幅値を決定することを特徴とする上記本発明であ
る。

【００２９】以上の本発明は、リニアモータに入力する
電流振幅値を制御するリニア圧縮機、凝縮器、絞り装
置、蒸発器等を接続した冷凍サイクル装置において、必
要能力に見合ってリニア圧縮機を駆動するリニアモータ
に入力する電流振幅値の決定方法に関するものであり、
凝縮器や蒸発器の周囲温度と設定温度、あるいは周囲温
度と設定温度の温度偏差を検出して、電流振幅値決定手
段が一定の関係でリニアモータに入力する電流振幅値を
決定するものである。ここで言う一定の関係は、フィー
ドバックによる逐次的な関係でも、オープンループによ
る一義的な関係でもよい。

【００３０】また、本発明は、起動時を含めてリニア圧
縮機の圧力や温度等の状態が一定範囲を越える場合のリ
ニアモータに入力する電流振幅値の決定方法に関するも
のであり、電流振幅値決定手段が定常的な状態でのリニ
アモータに入力する電流振幅値と異なる電流振幅値を決
定するものである。

【００３１】また、本発明は、絞り装置が膨張弁である
冷凍サイクル装置を最適な状態に維持することに関する
ものであり、冷凍サイクル装置の冷媒循環量を制御する
膨張弁の開度と相関して、電流振幅値決定手段がリニア
圧縮機を駆動するリニアモータに入力する電流振幅値を
決定するものである。

【００３２】また、本発明は、電流振幅値の具体的な決
定方法に関するものであり、凝縮器や蒸発器の周囲温
度、あるいは周囲温度と設定温度の温度偏差をフィード
バックして、設定温度制御器が電流振幅値決定手段を用
いて逐次的に電流振幅値を変化させてリニアモータに入
力する電流振幅値を決定して、凝縮器や蒸発器の周囲温
度を設定温度に一致させるものである。ここで、冷凍サ
イクル装置の凝縮器や蒸発器が複数ある場合には、各熱
交換器の周囲温度を各設定温度に一致させるために、各
周囲温度、あるいは各周囲温度と各設定温度の各温度偏
差を検出して、この各温度偏差と各熱交換器の定格能力
値との積値の合計値を０に一致させるために積値の合計
値をフィードバックして、設定温度制御器が電流振幅値
決定手段を用いて逐次的に電流振幅値を変化させてリニ
アモータに入力する電流振幅値を決定するものである。

【００３３】また、本発明は、起動時を含めて圧力の状
態が一定範囲を越える場合の電流振幅値の具体的な決定
方法に関するものであり、リニア圧縮機や熱源側熱交換
器や負荷側熱交換器の圧力と設定圧力を検出して、圧力
（あるいは検出圧力と設定圧力の圧力偏差）を入力とし
たファジィ演算で決定したメンバシップ値に応じて、圧
力制御器による電流振幅値と、熱源側熱交換器や負荷側
熱交換器の周囲温度を検出してリニアモータに入力する
設定温度制御器による電流振幅値とを切り換え、リニア
圧縮機や熱源側熱交換器や負荷側熱交換器の圧力を適正
範囲内に保ちつつ、リニアモータに入力する電流振幅値
を適正化するものである。ここで、リニア圧縮機の圧力
は、高圧でも低圧でもよく、熱源側熱交換器や負荷側熱
交換器の圧力は、凝縮器と蒸発器のどちらの圧力でもよ
い。

【００３４】また、本発明は、起動時を含めて温度の状
態が一定範囲を越える場合の電流振幅値の具体的な決定
方法に関するものであり、リニア圧縮機や熱源側熱交換
器や負荷側熱交換器の温度（または温度偏差）と設定温
度（または設定差温）、あるいはこれらの温度偏差を検
出して、温度（あるいはこれらの温度偏差）を入力とし
たファジィ演算で決定したメンバシップ値に応じて、温
度制御器による電流振幅値と、熱源側熱交換器や負荷側
熱交換器の周囲温度を検出してリニアモータに入力する
設定温度制御器による電流振幅値とを切り換え、リニア
圧縮機や熱源側熱交換器や負荷側熱交換器の温度（また
は温度偏差）を適正範囲内に保ちつつ、リニアモータに
入力する電流振幅値を適正化するものである。ここで、
リニア圧縮機の温度（または温度偏差）は、吐出温度、
吸入温度、吐出温度と吐出飽和温度の温度偏差である吐
出過熱度、吸入温度と吸入飽和温度の温度偏差である吸
入過熱度、のいづれでもよく、熱源側熱交換器や負荷側
熱交換器の温度（または温度偏差）は、冷媒飽和温度、
熱交換器入口温度、熱交換器出口温度、凝縮器飽和凝縮
温度と凝縮器出口温度の温度偏差である凝縮器過冷却
度、蒸発器出口温度と蒸発器飽和蒸発温度の温度偏差で
ある蒸発器過熱度、のいずれでもよい。

【００３５】また、本発明は、絞り装置が膨張弁であ
り、冷凍サイクル装置の冷媒循環量を制御する膨張弁の
開度と、設定温度制御器がリニア圧縮機を駆動するリニ
アモータに入力する電流振幅値の具体的な同時決定方法
に関するものであり、リニア圧縮機や熱源側熱交換器や
負荷側熱交換器の検出された温度（または温度偏差）を
フィードバックして、膨張弁開度制御器が逐次的に膨張
弁の開度を変化させて膨張弁の開度を決定して、検出さ
れた周囲温度、あるいは周囲温度と設定温度の温度偏差
をフィードバックして、設定温度制御器が電流振幅値決
定手段を用いて逐次的に電流振幅値を変化させてリニア
モータに入力する電流振幅値を決定して、凝縮器や蒸発
器の周囲温度の間接的な変化を設定温度に一致させるも
のである。

【００３６】また、本発明は、絞り装置が膨張弁であ
り、熱交換器の検出された温度偏差が過冷却度または過
熱度である冷凍サイクル装置であり、膨張弁開度制御器
が逐次的に膨張弁の開度を変化させて膨張弁の開度を決
定して、凝縮器過冷却度または蒸発器過熱度を設定値に
一致させるものである。ここで、冷凍サイクル装置の凝
縮器や蒸発器が複数ある場合には膨張弁も複数あるのが
通常であるが、過冷却度または過熱度、あるいはこれら
と過冷却度目標値または過熱度目標値の温度偏差を入力
としたファジィ演算で決定したメンバシップ値に応じ
て、各過冷却度または各過熱度制御器による各膨張弁の
開度と各設定温度制御器による各膨張弁の開度とを切り
換え、各熱交換器の各過冷却度または各過熱度を適正範
囲内に保ちつつ、各膨張弁の開度を適正化して各熱交換
器への冷媒分流を適正化するようにしてもよい。

【００３７】また、本発明は、負荷変動に伴い変化しつ
づける共振周波数を追従しながら、リニア圧縮機を駆動
するリニアモータに入力する電流振幅値の決定方法に関
するものであり、出力電流の制御と出力電力の計測が可
能な電源を備えたリニア圧縮機に供給する電力を最大と
するように周波数を制御して、電流振幅値を決定するも
のである。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。以下に説明するものは、冷凍サイ
クル装置に用いられるリニア圧縮機のピストン変位幅を
決定するために、フィードバックによる逐次的なリニア
モータに入力する電流振幅値を決定することができる冷
凍サイクル装置であり、特に、冷凍サイクル装置の冷媒
循環量を制御する膨張弁の開度と相関して、電流振幅値
決定手段がリニア圧縮機を駆動するリニアモータに入力
する電流振幅値を決定するものである。

【００３９】図２は、本発明の実施の形態による冷凍サ
イクル装置を空気調和機に適用したシステム構成図であ
り、図において、２１はリニア圧縮機、２２は冷暖房サ
イクルを切替える四方弁、２３は熱源側熱交換器である
室外熱交換器、２４は絞り装置となる膨張弁、２５は室
外機２６に備えられているアキュムレータである。

【００４０】また２７は、負荷側熱交換器である室内熱
交換器２８の周囲温度である室温を検知する室温検知器
２９を備えた室内機である。室内機２７は部屋３０に設
置されている。

【００４１】また、室外機２６及び室内機２７のガス側
及び液側は、それぞれガス側管路３１及び液側管路３２
で接続され閉回路を成すよう構成されており、ガス側管
路３１には圧力検知器３３が備えられ、リニア圧縮機２
１の吸入部には過熱度検知器３４が取り付けられてお
り、全体としては、閉回路の内部に冷媒を封入してなる
周知のヒートポンプサイクルを形成している。ここで過
熱度検知器３４は、図示していないが、リニア圧縮機２
１の吸入温度と吸入飽和温度（または蒸発器として作用
する熱源側熱交換器や負荷側熱交換器の冷媒飽和温度）
の温度偏差として検知されるものである。なお、冷媒
は、単一冷媒、混合冷媒（共沸混合冷媒、非共沸混合冷
媒）、ＨＦＣ冷媒、自然冷媒（ＨＣ冷媒、ＣＯ２冷媒、
等）を問わない。

【００４２】かかる構成における、本発明の実施の形態
による冷凍サイクル装置の作用様態を以下に説明する。

【００４３】暖房運転時は、図２の実線に示す如く、冷
媒はリニア圧縮機２１において圧縮され、高温高圧の蒸
気となって四方弁２２を通ってガス側管路３１に吐出さ
れ、室内機２７内の室内熱交換器２８に至る。

【００４４】かかるとき室内熱交換器２８は凝縮器とし
て働き、部屋３０の空気に熱を与えることにより部屋３
０を暖房し、冷媒は凝縮液化する。

【００４５】液化した冷媒は液側管路３２及び膨張弁２
４を通って、室外熱交換器２３に至る。

【００４６】かかるとき室外熱交換器２３は蒸発器とし
て働き、冷媒は外気よりの熱を受けて蒸発し、低圧蒸気
となって四方弁２２、及びアキュムレータ２５を通って
リニア圧縮機２１に吸入される。

【００４７】冷房運転時は図２の破線に示す如く、四方
弁２２の切替えにより室外熱交換器２３は凝縮器、室内
熱交換器２８は蒸発器として働き、部屋３０の空気から
吸熱することにより、部屋３０を冷房する。

【００４８】次に図３（ａ）は、本発明の実施の形態に
おける冷凍サイクル装置の膨張弁の制御部のブロック構
成図であり、図３（ｂ）は、リニア圧縮機の制御器のブ
ロック構成図である。

【００４９】図３（ａ）において、図２と同一符号は同
一部または相当部であり、４１は過熱度制御器４２およ
び過熱度検知器３４からの出力を入力として膨張弁２４
の操作量を決定する膨張弁操作量決定器、４２は過熱度
設定器４３および過熱度検知器３４の各出力を入力とし
て膨張弁操作量を演算する過熱度制御器、４３は検知さ
れた過熱度が過熱度目標値となるように過熱度の目標値
を設定する過熱度設定器である。

【００５０】膨張弁２４の開度は、膨張弁操作量決定器
４１で決定した操作量に基づき操作され、この動作は一
定時間間隔で実行される。

【００５１】また、図３（ｂ）において、図２と同一符
号は同一部または相当部であり、４４は検知された室温
が室温目標値となるように室温の目標値を設定する室温
設定器、４５は室温制御器、４６は検知された圧力が圧
力目標値となるように圧力の目標値を設定する圧力設定
器、４７は圧力制御器、４８は圧縮機操作量決定器であ
る。

【００５２】ここで圧縮機操作量決定器４８は、圧力制
御器４７および圧力検知器３３からの入力を受け、これ
にファジィ演算を行い圧力メンバシップ値を決定すると
ともに、この圧力メンバシップ値に基づき、室温制御器
４５による操作量と圧力制御器４７による操作量とを切
り換えることにより、リニア圧縮機２１の電流振幅値を
決定する手段である。この圧縮機操作量決定器４８で決
定した操作量で、リニア圧縮機２１のリニアモータに入
力する電流振幅値は操作される。

【００５３】以上のような構成を有する、本発明の実施
の形態による冷凍サイクル装置の動作を、膨張弁及びリ
ニア圧縮機の制御器の動作様態を中心に、図３を用いて
以下に説明する。ただしここで、冷凍サイクル装置は空
気調和機として動作しているものとする。

【００５４】はじめに冷房時において、室温検知器２９
で検知された室温が、室温設定器４４の出力よりも高い
場合、室温制御器４５によってリニア圧縮機２１のリニ
アモータに入力する電流振幅値を増加方向に操作し、こ
の結果室内熱交換器２８を流れる冷媒量が増し、冷房能
力が増大して室温が低下し、室温設定器４４の出力に一
致する。

【００５５】この時、必要とされる冷房能力が室内熱交
換器２８の能力よりも大きい、即ち過負荷の場合、過熱
度検知器３４で検出される過熱度が小さくなり、膨張弁
操作量決定器４１において過熱度制御器４２による操作
量が選択され、過熱度検知器３４で検出される過熱度が
過熱度設定器４３の出力に一致するように、膨張弁２４
の開度を閉方向に操作することにより、室内熱交換器２
８の冷房能力の適正上限能力内に抑えられる。

【００５６】室温がさらに下降して、必要とされる冷房
能力が室内熱交換器２８の適正下限能力以下の場合、室
温は室温設定器４４の出力よりも低くなり、室温制御器
４５によってリニア圧縮機２１の電流振幅値を減少方向
に操作し、室内熱交換器２８を流れる冷媒量が減り、冷
房能力が減少して室温が上昇し、室温検知器２９の出力
は、室温設定器３４の出力に一致する。

【００５７】また、圧力検知器３３で検出される圧力に
よって、圧縮機操作量決定器４８において、圧力制御器
４７による操作量と室温制御器４５による操作量が適宜
切り換えられる。

【００５８】ここで図４に、本発明による圧縮機操作量
決定器４８の動作を示すフローチャートを示す。はじめ
に、圧縮機操作量決定器４８においては、４段階にわた
る任意の圧力閾値が設定されているものとする。

【００５９】圧縮機操作量決定器４８は、圧力検知器３
３の出力と第一圧力閾値との比較を行い（ステップ２０
１）、圧力検知器３３の出力が第一圧力閾値よりも大き
い場合には圧力メンバシップ値を０とし（ステップ２０
２）、圧力検知器３３の出力が第一圧力閾値よりも小さ
い場合には圧力検知器３３の出力と第一圧力閾値より小
なる第二圧力閾値との比較を行い（ステップ２０３）、
圧力検知器３３の出力が第二圧力閾値よりも大きい場合
には圧力検知器３３の出力に応じて０から１までの範囲
で単調で連続した変化をする圧力メンバシップ値を設定
し（ステップ２０４）、圧力検知器３３の出力が第二圧
力閾値よりも小さい場合には圧力検知器３３の出力と第
二圧力閾値より小なる第三圧力閾値との比較を行い（ス
テップ２０５）、圧力検知器３３の出力が第三圧力閾値
よりも大きい場合には圧力メンバシップ値を１とし（ス
テップ２０６）、圧力検知器３３の出力が第三圧力閾値
よりも小さい場合には圧力検知器３３の出力と第三圧力
閾値より小なる第四圧力閾値との比較を行い（ステップ
２０７）、圧力検知器３３の出力が第四圧力閾値よりも
大きい場合には圧力検知器３３の出力に応じて１から０
までの範囲で単調で連続した変化をする圧力メンバシッ
プ値を設定し（ステップ２０８）、圧力検知器３３の出
力が第四圧力閾値よりも小さい場合には圧力メンバシッ
プ値を０とし（ステップ２０２）、その後室温制御器４
５による操作量と圧力メンバシップ値との積量と、圧力
制御器４７による操作量と１から圧力メンバシップ値を
減じた値との積量の和としてリニア圧縮機２１の電流振
幅値を決定する（ステップ２０９）もので、一定時間間
隔で実行される。

【００６０】圧力は図４に示す第一圧力閾値と第四圧力
閾値の範囲に抑えられる。

【００６１】これによって、リニア圧縮機２１は、起動
時を含めて高圧や低圧の一定の使用適正範囲を維持する
ことが可能となるものである。

【００６２】暖房時においても同様に、適正な過熱度、
及び圧力の下での室温制御が実現できる。

【００６３】ところで、上記の動作における膨張弁２４
の作用様態は次のようなものである。膨張弁２４の開度
を増加すると、冷媒の流量が増加する。これにより、暖
房運転時では部屋３０の室温が上昇し、冷房運転時では
逆に低下する。

【００６４】その温度（室温）は室温検知器２９により
検知される。設定室温値の変更時等においては、膨張弁
２４の開度が変化すると、過熱度が過小あるいは過大と
なり、また室温検知器２９の出力が室温設定値に一致し
た状態、即ち定常的な状態においても部屋３０の負荷と
の関係によって過熱度が過小あるいは過大となり、その
過熱度は過熱度検知器３４により検知される。

【００６５】また、上記の動作におけるリニア圧縮機２
１の作用様態は次のようなものである。リニア圧縮機２
１の電流振幅値を増加すると、リニア圧縮機２１内部の
ピストンの変位変化幅が増加し、冷媒の流量が増加し、
暖房運転時では高圧ガス管路となるガス側管路３１での
冷媒圧力が上昇し、冷房運転時では低圧ガス管路となる
ガス側管路３１での冷媒圧力が低下し、その圧力は圧力
検知器３３により検知される。

【００６６】なお、上記した実施の形態においては、圧
力制御器は、検知された圧力を目標範囲に抑えながら、
過熱度制御器、室温制御器は、検知された過熱度、室温
を目標値に一致させるものとしたが、例えば、圧力偏差
を目標範囲に抑えながら、検知された過熱度、室温と、
それぞれの目標値との偏差を入力として、偏差を０に一
致させる構成としても同様の結果が得られるのは明らか
である。

【００６７】また、上記した実施の形態においては、リ
ニア圧縮機を用いた冷凍サイクル装置の適正な吸入過熱
度、及び圧力の下での室温制御について説明したが、適
正な吸入温度や吐出温度や吐出過熱度や、適正な蒸発器
の過熱度、適正な凝縮器の過冷却度の下での室温制御に
ついても、同様に実現できる。

【００６８】なお、本発明になる冷凍サイクル装置は、
室温を冷暖房時に快適に保つ空気調和機として説明した
が、四方弁のない庫内温度を適正に保つ冷凍冷蔵庫など
においても、同様の作用をなすことが可能であることは
もちろんのことである。

【００６９】また、本発明になる冷凍サイクル装置は、
出力電流の制御と出力電力の計測が可能な電源を備えた
リニア圧縮機に供給する電力を最大とするように周波数
を制御して、負荷変動に伴い変化しつづける共振周波数
を追従しながら、リニア圧縮機を駆動するリニアモータ
に入力する電流振幅値を決定することにより、冷凍サイ
クル装置の最適な動作運転とリニア圧縮機の最適な動作
運転を同時に実現できるばかりでなく、リニア圧縮機内
のシリンダの変位を測定することが不要となるものであ
る。

【００７０】また、本発明の電流振幅値決定手段は、実
施の形態の圧縮機操作量決定器４８に相当し、本発明の
膨張弁開度制御手段は、実施の形態の膨張弁操作量決定
器４１および過熱度制御器４２に相当するものである。

【００７１】以上述べてきたように、本発明による冷凍
サイクル装置では、リニアモータに入力する電流振幅値
を制御するリニア圧縮機、熱源側熱交換器、絞り装置、
負荷側熱交換器等を接続し、熱源側熱交換器や負荷側熱
交換器の周囲温度と設定温度を検出して、電流振幅値決
定手段が一定の関係でリニアモータに入力する電流振幅
値を決定するものであり、これにより、定常的な状態か
ら冷凍サイクル装置の熱源側熱交換器や負荷側熱交換器
の周囲温度の変化や目標温度の変化（例えば、空気調和
機においては室温の設定温度を変化させた場合）、目標
温度に到達した後の必要能力の変化などの負荷変動に対
して、リニア圧縮機を駆動するリニアモータに入力する
電流振幅値を最適に決定することができる。

【００７２】また、本発明による冷凍サイクル装置で
は、リニア圧縮機の圧力や温度等の状態が一定範囲を越
える場合には、電流振幅値決定手段が定常的な状態での
リニアモータに入力する電流振幅値と異なる電流振幅値
を決定するものであり、例えば、起動時のリニア圧縮機
のスムースな制御、液バック現象の防止、吐出温度の過
大な上昇防止、適正な圧力範囲の維持、等が実現される
ものである。

【００７３】また、本発明による冷凍サイクル装置で
は、絞り装置が膨張弁であり、冷凍サイクル装置の冷媒
循環量を制御する膨張弁の開度と相関して、電流振幅値
決定手段がリニア圧縮機を駆動するリニアモータに入力
する電流振幅値を決定するものであり、冷凍サイクル装
置の冷媒循環量を制御する膨張弁と必要能力を制御する
リニア圧縮機の関係について、冷凍サイクル装置の凝縮
器の過冷却度や蒸発器の過熱度を最適な状態に維持しな
がらリニア圧縮機の消費電力を最小に抑えることができ
る。

【００７４】また、本発明による冷凍サイクル装置で
は、熱源側熱交換器や負荷側熱交換器の周囲温度、ある
いは周囲温度と設定温度の温度偏差をフィードバックし
て、設定温度制御器が電流振幅値決定手段を用いて逐次
的に電流振幅値を変化させてリニアモータに入力する電
流振幅値を決定するものであり、過渡的により最適化さ
れたリニア圧縮機の運転を実現することができる。

【００７５】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明による冷
凍サイクル装置では、定常的な状態から冷凍サイクル装
置の熱源側熱交換器や負荷側熱交換器の周囲温度の変化
や目標温度の変化（例えば、空気調和機においては室温
の設定温度を変化させた場合）、目標温度に到達した後
の必要能力の変化などの負荷変動に対して、リニア圧縮
機を駆動するリニアモータに入力する電流振幅値を最適
に決定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】リニア圧縮機の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施の形態のシステム構成図である。

【図３】本発明の実施の形態になる冷凍サイクル装置の
膨張弁、及び圧縮機の制御ブロック構成図である。

【図４】本発明の実施の形態になる圧縮機操作量決定器
の動作を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ リニア圧縮機本体 ２ 電流振幅値決定手段 ３ 入力電流波形指令手段 ４ 駆動周波数決定手段 ５ 直流電源 ６ インバータ ７ 電流（出力電流） ８ 電流検出手段 ９ インバータ制御手段 １０ 電圧検出手段 １１ 出力電力算出手段 ２１ リニア圧縮機 ２２ 四方弁 ２３ 室外熱交換器 ２４ 膨張弁 ２５ アキュムレータ ２６ 室外機 ２７ 室内機 ２８ 室内熱交換器 ２９ 室温検知器 ３０ 部屋 ３１ ガス側管路 ３２ 液側管路 ３３ 圧力検知器 ３４ 過熱度検知器 ４１ 膨張弁操作量決定器 ４２ 過熱度制御器 ４３ 過熱度設定器 ４４ 室温設定器 ４５ 室温制御器 ４６ 圧力設定器 ４７ 圧力制御器 ４８ 圧縮機操作量決定器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 植田 光男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 吉岡 包晴 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 西脇 文俊 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3H045 AA03 AA09 AA12 AA27 BA19 BA28 BA32 BA41 CA03 CA12 CA21 CA24 CA29 DA05 EA38 3L060 AA05 AA06 CC02 CC03 CC04 CC10 CC16 CC19 DD02 DD08 EE02 5H540 AA10 EE08 FC02 FC03 FC07

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも、リニアモータで駆動するリ
   ニア圧縮機、熱源側熱交換器、絞り装置、および負荷側
   熱交換器を備えた冷凍サイクル装置において、 前記リニア圧縮機に入力される電流振幅値を決定する電
   流振幅値決定手段を有し、 前記電流振幅値決定手段は、少なくとも、前記熱源側熱
   交換器および／または前記負荷側熱交換器の周囲の温度
   と、 前記熱源側熱交換器および／または前記負荷側熱交換器
   に対し設定された所定の温度との、両方に基づき、前記
   リニア圧縮機に入力する電流振幅値を決定することを特
   徴とする冷凍サイクル装置。
2. 【請求項２】 前記リニア圧縮機、前記熱源側熱交換
   器、前記負荷側熱交換器の全部または一部の周囲の温度
   を検出する温度検出器と、 前記リニア圧縮機、前記熱源側熱交換器、前記負荷側熱
   交換器の全部または一部に対し前記所定の温度を設定す
   る温度設定器と、 前記温度検出器および前記温度設定器からの出力に基づ
   き制御を行う温度制御器とを備え、 前記電流振幅値決定手段は、前記温度制御器からの制御
   出力に基づき電流振幅値を決定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. 【請求項３】 前記電流振幅値決定手段は、前記リニア
   圧縮機の圧力および／または温度の状態が、所定の範囲
   を越える場合には、前記リニア圧縮機の定常的な動作状
   態での電流振幅値と異なる電流振幅値を決定することを
   特徴する請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 【請求項４】 前記絞り装置は、前記冷凍サイクル装置
   の冷媒循環量を制御する膨張弁であり、 前記電流振幅値決定手段は、前記膨張弁の開度と相関し
   て、前記電流振幅値を決定する請求項１ないし３のいず
   れかに記載の冷凍サイクル装置。
5. 【請求項５】 前記温度制御器は、前記温度検出器およ
   び前記温度設定器の出力をフィードバックして制御を行
   い、 前記電流振幅値決定手段は、前記温度制御器からの制御
   を受けて、逐次的に電流振幅値を変化させて決定するこ
   とを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
6. 【請求項６】 前記リニア圧縮機、前記熱源側熱交換
   器、前記負荷側熱交換器の全部または一部の圧力を検出
   する圧力検出器と、 前記リニア圧縮機、前記熱源側熱交換器、前記負荷側熱
   交換器の全部または一部に対し所定の圧力を設定する圧
   力設定器と、 前記圧力検出器および前記圧力設定器の入力を受けて制
   御を行う圧力制御器とをさらに備え、 前記電流振幅決定手段は、前記温度制御器からの制御出
   力と前記圧力制御器からの制御出力とを用いることによ
   り、前記電流振幅値を決定することを特徴とする請求項
   ２に記載の冷凍サイクル装置。
7. 【請求項７】 前記圧力制御器は、前記圧力検出器およ
   び前記圧力設定器からの制御入力をファジイ演算してメ
   ンバシップ値を取得し、 前記電流振幅値決定手段は、前記メンバシップ値に応じ
   て前記温度制御器からの出力と前記圧力制御器からの制
   御出力とを積算することを特徴とする請求項６に記載の
   冷凍サイクル装置。
8. 【請求項８】 前記膨張弁の開度を変化させる膨張弁開
   度制御手段を備え、 前記膨張弁開度制御手段は、前記温度検出器からの出力
   をフィードバックして、逐次的に膨張弁の開度を変化さ
   せて膨張弁の開度を決定することを特徴とする請求項４
   に記載の冷凍サイクル装置。
9. 【請求項９】 前記温度検出器からの出力は、過冷却度
   または過熱度を示す温度偏差であることを特徴とする請
   求項９に記載の冷凍サイクル装置。
10. 【請求項１０】 前記リニア圧縮機に供給される電力
    は、出力電流の制御と出力電力の計測が可能であり、 前記電流振幅値決定手段は、前記出力電力が最大となる
    ように前記電流振幅値を決定することを特徴とする請求
    項１ないし９のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。