JP2950786B2 - 線形圧縮機を具備した冷蔵庫制御装置 - Google Patents

線形圧縮機を具備した冷蔵庫制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、線形圧縮機を具備
した冷蔵庫制御装置に係るもので、詳しくは、冷蔵庫の
運転時、使用条件に関わらず常に最適の駆動を行う線形
圧縮機を用いて圧縮機の冷凍能力を制御し得るようにし
た線形圧縮機を具備した冷蔵庫制御装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、冷蔵庫においては、図５に示すよ
うに、冷媒ガスを高温高圧に圧縮する圧縮機１１と、該
圧縮機１１で圧縮された高圧の冷媒ガスを液状冷媒に凝
縮させる凝縮器１２と、該凝縮器１２で凝縮された冷媒
を低温の液状冷媒に作る毛管（capillary tube）１３
と、該毛管１３を通って流入した低温の液状冷媒を蒸発
させる蒸発器１４と、冷凍室１５内部に位置して該冷凍
室１５の設定された温度に従いオン／オフされ前記圧縮
機１１及びファンモータ１６の電源供給を制御する温度
調節器１７と、から構成されていた。図中、未説明符号
１８は冷蔵室、１９は冷蔵庫本体、２０は断熱壁、２１
は吸入管である。
【０００３】そして、図６は、前記圧縮機１１、ファン
モータ１６、及び温度調節器１７の連結関係を示してい
る。このように構成された冷蔵庫の冷却動作に対し説明
する。冷凍室１５内部の一方側に位置した温度調節器１
７は、図５及び図６に示したように、冷凍室１５の温度
が設定温度よりも高いと、スイッチをオンさせて圧縮機
１１及びファンモータ１６に電源を供給し、該圧縮機１
１は冷媒ガスを高温高圧に圧縮して凝縮器１２に送る。
その後、該圧縮された冷媒ガスは前記凝縮器１２で周囲
空気と熱交換された後毛管１３に流入する。
【０００４】次いで、該毛管１３に流入された冷媒ガス
は低温の液状冷媒となって圧力の強化により蒸発器１４
に流入し、該蒸発器１４は該低温の液状冷媒を蒸発させ
て冷凍室を冷却し、前記蒸発されたガスは再び冷媒ガス
として圧縮機に吸入される。以後、前記冷凍室１５が十
分冷却された後温度が設定温度よりも低くなると、温度
調節器１７のスイッチはオフされ、圧縮機１１及びファ
ンモータ１６が停止して冷却動作が終了する。
【０００５】即ち、このような過程を反復しながら冷却
作用が行われる。そして、このような従来冷蔵庫は、周
囲温度が３０℃で、前記冷凍室１５及び冷蔵室１８に食
品がない場合、前記線形圧縮機１１を２０分程度連続し
て運転した後停止させる動作を反復して行って、前記冷
凍室１５の温度を約−１８℃程度に維持されるようにす
る。ここで、前記圧縮機１１の運転される時間比率を運
転率といい、この場合の線形圧縮機の運転率を求める
と、以下のようである。
【０００６】 運転率＝運転時間／（運転時間＋停止時間）×１００％ 式（１） ＝２０／（２０＋２５）×１００＝４４．４％ ところが、前記冷蔵庫は、周囲温度の変化により断熱壁
２０を通って冷蔵庫内に浸透する熱量及び凝縮器での熱
交換量が変化し易いので、効率も一定ではない。即ち、
前記断熱壁２０を通った熱浸透量（熱負荷）Ｑが、Ｑ＝
ＱF ＋ＱR ＝ｈ F ＡF ΔＴF ＋ｈR ＡR ΔＴR であると
き、若し、ｈR ＡR を２ｈF ＡF に置換し、ｈ値を温度
に関係しない一定した値と仮定すると、 熱浸透量Ｑ＝ｈF ＡF （ΔＴF ＋２ΔＴR ） 式（２） となる。
【０００７】ここで、ＱF は冷凍室１５の断熱材を通し
た冷凍室への熱浸透量、ＱR は冷蔵室１８の断熱材を通
した冷蔵室への熱浸透量、ｈは熱伝達係数、Ａは熱伝達
面積、ΔＴは温度を夫々示す。そこで、前記式に従い周
囲温度の変化に拘わらずに、前記冷蔵室１８の温度は３
℃に維持され、前記冷凍室１５の温度が−１８℃に維持
される冷蔵庫において、周囲温度が１５℃から３０℃に
変化する場合を見ると、周囲温度が１５℃であるとき熱
浸透量Ｑ＝〔ｈF ＡF ｛（１５−（−１８））＋２（１
５−３）｝〕＝５７ｈF ＡF で、周囲温度が３０℃であ
るときは熱浸透量Ｑ＝１０２ｈF ＡF となる。
【０００８】従って、周囲温度が３０℃であるときの浸
透熱量は、周囲温度が１５℃であるときよりも約１．８
倍増加して、線形圧縮機の単位時間当りの冷凍能力も冷
蔵庫の周囲温度に従い変化することが分かる。又、凝縮
器の熱交換量も同様な方法により表現すると、Ｑ＝ｈｃ
ＡｃΔＴｃで温度が変化すると、ΔＴｃが変化するに従
い熱交換量も変化することが分かる。
【０００９】このように、冷蔵庫の効率的な運転のため
には、冷蔵庫が運転される周囲環境及び冷蔵庫の食品保
管状態に従い冷凍能力も変化すべきである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】然るに、このような従
来冷蔵庫制御装置においては、主に往復動式線形圧縮機
を用いるため、モータの回転数とピストンの行程距離が
恒常的に一定し、線形圧縮機の冷凍能力も一定して、冷
蔵庫を効率的に運転することができないという問題点が
あった。
【００１１】本発明の目的は、線形圧縮機のモータコイ
ルに印加される電流を変化させる簡単な方法により線形
圧縮機に加えられた吸入圧と吐出圧を制御する線形圧縮
機を用いて、冷蔵庫の使用条件に従い前記線形圧縮機の
冷凍能力を変化させて冷蔵庫が常に最適の運転率を有し
得るようにした線形圧縮機を具備した冷蔵庫制御装置を
提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】このような本発明に係る
線形圧縮機を具備した冷蔵庫制御装置においては、線形
圧縮機の運転率を計算する運転率計算部と、線形圧縮機
のピストンの行程距離を用いて冷凍能力を算出する冷凍
能力計算部と、前記冷凍能力に従いピストン行程距離を
制御して恒常的に一定した運転率を維持させる制御部
と、から構成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に対し
説明する。一般に、通常の線形圧縮機においては、図７
に示すように、ピストンスプリング３１、外板（outer
lamination）３２、モータコイル３３、永久磁石３４、
内板３５、シリンダー３６、ピストン３７、吐出バルブ
３８、及び吸入バルブ３９を備えて構成される。
【００１４】そして、本発明は、このような通常の線形
圧縮機を適用して形成される。即ち、線形圧縮機のピス
トン３７の行程はモータコイル３３に印加された電流を
変化させることにより制御可能であるから、前記圧縮機
内部にピストン位置センサを付設して冷蔵庫の運転中ピ
ストン３７の行程距離を測定し、圧縮機に流れる電流量
を検出して運転率を計算すると共に、該運転率により冷
蔵庫が運転される条件を予測するものである。
【００１５】そして、このような線形圧縮機を具備した
本発明に係る冷蔵庫制御装置は、圧縮機のピストン３７
の行程距離から現在圧縮機の運転される状態の冷凍能力
を計算し、その結果に従い冷蔵庫の最適の冷凍効率のた
めの運転率が恒常的に３０％〜５０％になるように、図
１に示すように、トライアックを通って圧縮機に供給さ
れる電流を所定時間ｔR の間電流供給を中止させる位相
制御を行って圧縮機の電流量を制御する。
【００１６】即ち、本発明に係る線形圧縮機を具備した
冷蔵庫制御装置の第１実施例においては、図２に示すよ
うに、圧縮機１１に流れる電流を検出する電流検出器１
１０及び該電流検出器１１０の検出結果に従い電流検出
時間と検出されない時間により運転率を計算する第１計
算機１２０からなる運転率計算部１００と、前記圧縮機
１１内の所定位置に設置されてピストンの位置を感知す
る位置センサ２１０及び該感知されたピストンの位置か
ら行程距離を計算して冷凍能力を予測する第２計算機２
２０からなって前記圧縮機１１の冷凍能力を算出する冷
凍能力計算部２００と、前記圧縮機１１に入力する電流
波形を位相制御するトライアック３１０、該トライアッ
ク３１０を圧縮機１１の運転率及び冷凍能力に従い駆動
させる冷凍能力調節器３２０、及び該冷凍能力調節器３
２０を制御する制御器３３０からなって前記冷凍能力に
従いピストン行程距離を制御して常に適正な運転率を維
持させる制御部３００と、から構成される。
【００１７】このように構成された本発明の第１実施例
の動作に対し説明する。冷蔵庫の周囲温度が低くて冷蔵
室１８及び冷凍室１５の熱浸透量が減少すると、圧縮機
１１の瞬間的な冷凍能力よりも熱浸透量が小さいため、
前記圧縮機１１の運転率は減少し運転時間も減らして、
前記圧縮機１１は稼動してから直ぐ停止する。このよう
な場合、冷蔵庫が安定した状態に至らないまま運転を停
止するものであるから、冷蔵庫の運転率は減少する。
【００１８】このとき、制御器３３０により制御される
冷凍能力調節器３２０は、トライアック３１０を通って
前記圧縮機１１に入力する電流の位相を制御し、前記圧
縮機１１のピストン行程距離を減少（ｔR の増加）させ
て圧縮機の冷凍能力を減らす。従って、前記圧縮機１１
が発する瞬間冷凍能力は減少し、冷蔵庫の運転率は３０
％以下に落ちないように維持される。
【００１９】又、冷蔵庫の周囲温度が高くて冷蔵庫の熱
浸透量が増加し、圧縮機１１の冷凍能力が所定の状態に
維持される場合、前記冷蔵庫の運転率は上昇して５０％
を超すようになる。このとき、前記冷凍能力調節器３２
０は、前記圧縮機１１のピストン行程距離を増加（ｔR
の減少）させて前記圧縮機１１の冷凍能力を高め、前記
冷蔵庫の運転率が５０％以上にならないように維持す
る。
【００２０】次いで、前記冷凍能力計算部２００の第２
計算機２２０は、前記ピストン位置センサ３１０から測
定されたピストン行程距離を用いて予測冷凍能力を前記
制御部３００の制御器３３０に伝送し、前記運転率計算
部１００の第１計算機１２０は電流検出器１１０から検
出された結果に従い運転率を計算して前記制御器３３０
に伝送し、前記制御部３００の制御器３３０は前記伝送
された冷凍能力と運転率に応じて前記トライアック３１
０及び冷凍能力調節器３２０を制御する。
【００２１】即ち、前記冷蔵庫はこのような運転過程を
反復して行って冷蔵庫の最適冷凍効率を維持させる。一
方、本発明の第２実施例は、図３に示すように、前記第
１実施例において圧縮機１１内にピストン位置センサを
連結することが容易でない場合、冷凍能力計算部２００
の構成を変更して行う。
【００２２】即ち、冷凍能力計算部２００′は前記蒸発
器１４における冷媒の入口側に設置された第１温度セン
サ２３０ａで感知された温度から圧縮機１１の吸入圧を
計算する吸入圧計算機２４０と、凝縮器１２中央部に設
置された第２温度センサ２３０ｂで感知された温度から
圧縮機吐出圧を計算する吐出圧計算機２５０と、前記吸
入圧と吐出圧、及び前記電流検出器１１０で測定された
電流量からピストン行程距離を計算して冷凍能力を予測
する第３計算機２６０と、蒸発器１４における冷媒の出
口側に設置されて感知された温度を前記制御部３００の
制御器３３０に伝送する第３温度センサ２３０ｃと、か
ら構成される。そして、前記圧縮機１１の吸入圧及び吐
出圧を測定する温度センサ２３０ａ，２３０ｂの代りに
圧力センサを用いることも可能である。
【００２３】このように構成された本発明の第２実施例
の動作に対し説明する。前記第３温度センサ２３０ｃが
蒸発器の出口側で感知された温度を制御器３３０に伝送
すると、該制御器３３０は前記蒸発器１４の入口と出口
との温度差が発生しないように前記圧縮機１１の冷凍能
力を制御して、冷蔵庫の運転率が恒常的に３０％〜５０
％になるように調節する。
【００２４】更に、本発明の第３実施例においては、冷
凍能力計算部２００″は、図４に示すように、前記第２
実施例の蒸発器１４の出口側に付設された温度センサ２
３０ｃの代りに、前記圧縮機１１の吸入管２１に圧縮機
１１から１０cm程度離れた地点に付設されて吸入管の温
度を測定する温度センサ２３０ｄと、冷蔵庫のケース側
に付設されて冷蔵庫の周囲温度を測定し前記制御部３０
０の制御器３３０に伝送する更に他の温度センサ２３０
ｅと、から構成される。
【００２５】このように構成された本発明の第３実施例
に対し説明する。前記制御器３３０は前記圧縮機１１の
ピストン行程距離を変化させて圧縮機１１の冷凍能力を
調節して、前記吸入管の温度と冷蔵庫の周囲温度とが恒
常的に不変に維持されるように制御する。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る線形圧
縮機を用いた冷蔵庫制御装置においては、複数の温度セ
ンサ又は圧力センサ、電流検出器、及びピストン位置セ
ンサを付設し連結する簡単な構成により、冷蔵庫の運転
される状態を把握し、これを用いて圧縮機の冷凍能力が
制御される線形圧縮機を用いて冷蔵庫が最適の運転状態
を維持し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る線形圧縮機を具備した冷蔵庫制御
装置のトライアックを用いた位相制御時の電流波形図で
ある。
【図２】本発明に係る線形圧縮機を具備した冷蔵庫制御
装置の第１実施例を示したブロック図である。
【図３】本発明に係る線形圧縮機を具備した冷蔵庫制御
装置の第２実施例を示したブロック図である。
【図４】本発明に係る線形圧縮機を具備した冷蔵庫制御
装置の第３実施例を示したブロック図である。
【図５】従来冷蔵庫の構成を示した図である。
【図６】図５の圧縮機、ファンモータ、及び温度調節器
の連結関係を示した図である。
【図７】通常の線形圧縮機の構成を示した断面図であ
る。
【符号の説明】
１１…圧縮機 １２…凝縮器 １３…毛管 １４…蒸発器 １７…温度調節器 １００…運転率計算部 １１０…電流検出器 １２０…第１計算機 ２００，２００′，２００″…冷凍能力計算部 ２１０…ピストン位置センサ ２２０…第２計算機 ２３０ａ〜２３０ｅ…温度センサ ２４０…吸入圧計算機 ２５０…吐出圧計算機 ２６０…第３計算機 ３００…制御部 ３１０…トライアック ３２０…冷凍能力調節器 ３３０…制御器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F25D 11/00 - 13/00 F25B 1/02

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 線形圧縮機の運転率を計算する運転率計
    算部と、 前記線形圧縮機のピストンの行程距離を用いて冷凍能力
    を算出する冷凍能力計算部と、 前記冷凍能力に従いピストン行程距離を制御して恒常的
    に一定した運転率を維持させる制御部と、 を備えて構成されることを特徴とする線形圧縮機を具備
    した冷蔵庫制御装置。
  2. 【請求項２】 前記運転率計算部は、圧縮機に流れる電
    流を検出する電流検出器と、該電流検出器の検出結果に
    従い電流検出時間と検出されない時間により運転率を計
    算する第１計算機と、を備えたことを特徴とする請求項
    １に記載の線形圧縮機を具備した冷蔵庫制御装置。
  3. 【請求項３】 前記冷凍能力計算部は、前記圧縮機内の
    所定位置に設置されてピストンの位置を感知する位置セ
    ンサと、該感知されたピストンの位置から行程距離を計
    算して冷凍能力を予測する第２計算機と、を備えたこと
    を特徴とする請求項１に記載の線形圧縮機を具備した冷
    蔵庫制御装置。
  4. 【請求項４】 前記制御部は、前記圧縮機に入力する電
    流波形を位相制御するトライアックと、該トライアック
    を前記圧縮機の運転率及び冷凍能力に従い駆動させる冷
    凍能力調節器と、該冷凍能力調節器を制御する制御器
    と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の線形圧
    縮機を具備した冷蔵庫制御装置。
  5. 【請求項５】 前記冷凍能力計算部は、蒸発器における
    冷媒の入口側に設置された第１温度センサと、該第１温
    度センサで感知された温度から前記圧縮機の吸入圧を計
    算する吸入圧計算機と、凝縮器中央部に設置された第２
    温度センサと、該第２温度センサで感知された温度から
    前記圧縮機の吐出圧を計算する吐出圧計算機と、前記吸
    入圧と吐出圧及び前記電流検出器で測定された電流量か
    らピストン行程距離を計算して冷凍能力を予測する第３
    計算機と、前記蒸発器における冷媒の出口側に設置され
    て感知された温度を前記制御部に伝送する第３温度セン
    サと、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の線形
    圧縮機を具備した冷蔵庫制御装置。
  6. 【請求項６】 前記冷凍能力計算部は、前記蒸発器にお
    ける冷媒の入口側に設置された第１温度センサと、該第
    １温度センサで感知された温度から圧縮機の吸入圧を計
    算する吸入圧計算機と、前記凝縮器中央部に設置された
    第２温度センサと、該第２温度センサで感知された温度
    から圧縮機吐出圧を計算する吐出圧計算機と、前記吸入
    圧と吐出圧及び前記電流検出器で測定された電流量から
    ピストン行程距離を計算して冷凍能力を予測する第３計
    算機と、前記圧縮機の吸入管及び冷蔵庫の外側に夫々付
    設されて該吸入管温度と冷蔵庫の周囲温度とを測定して
    前記制御部に伝送する更に他の温度センサと、を備えた
    ことを特徴とする請求項１に記載の線形圧縮機を具備し
    た冷蔵庫制御装置。
  7. 【請求項７】 前記蒸発器における冷媒の入口側と前記
    凝縮器の中央部に前記第１温度センサ及び第２温度セン
    サの代りに圧力センサを夫々付設して構成されることを
    特徴とする請求項５に記載の線形圧縮機を具備した冷蔵
    庫制御装置。
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