KR20030079784A

KR20030079784A - 냉동 사이클 장치와, 그것을 구비하는 공기 조화기,냉장고, 온수 공급기 및 극저온 냉동 장치

Info

Publication number: KR20030079784A
Application number: KR10-2003-0021097A
Authority: KR
Inventors: 우에다미츠오; 요시다마코토; 야쿠마르유우이치
Original assignee: 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date: 2002-04-04
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2003-10-10
Also published as: US6868686B2; CN1220012C; CN1455214A; US20030213256A1

Abstract

선형 압축기(1a)를 갖는 냉동 사이클 장치(101)의 냉동 능력을 부하에 따라 고속이며 안정적으로 제어 가능하게 한다.

실내의 열교환기(증발기)(53a)의 주변 온도, 상기 증발기(53a)에 대하여 사용자가 설정한 목표 온도, 및 실외의 열교환기(응축기)(55a)의 주위 온도에 기초하여, 본 냉동 사이클 장치(101)에 요구되는 냉동 능력에 따른 냉매의 체적 순환량(Vco)을 구하는 체적 순환량 지령부(7)와, 실제로 본 냉동 사이클 장치(101)의 냉매 순환 경로를 흐르는 냉매의 체적 순환량(Vcd)을 검출하는 체적 순환량 검출부(8a)와, 선형 압축기(1a)를 구동하는 교류 전류를 발생시키는 인버터(2)를 구비하고, 냉매의 체적 순환량(Vco)과 냉매의 체적 순환량(Vcd)의 차이분이 감소하도록 상기 인버터(2)를 제어하도록 했다.

Description

냉동 사이클 장치와, 그것을 구비하는 공기 조화기, 냉장고, 온수 공급기 및 극저온 냉동 장치{REFRIGERATING CYCLE APPARATUS}

본 발명은, 냉동 사이클 장치에 관한 것으로, 특히 실린더내의 피스톤을 리니어 모터에 의해 왕복 운동시키고, 냉매의 압축 가스를 생성하는 선형 압축기(linear compressor)를 사용한 냉동 사이클 장치에 관한 것이다.

종래, 냉매의 압축 가스를 생성하는 기기로서, 기계적인 탄성 부재 또는 압축 가스의 탄성을 이용한 선형 압축기를 사용한 냉동 사이클 장치가 알려져 있다. 이와 같은 냉동 사이클 장치의 구체적인 적용예로는, 실내의 냉난방을 실행하여 실온(室溫)을 쾌적한 온도로 유지하는 공기 조화기나, 냉장고내의 냉동에 의해 냉장고내를 적절한 저온 상태로 유지하는 냉동 냉장고 등을 고려할 수 있다.

도 11은, 이와 같은 냉동 사이클 장치에 사용되는, 탄성 부재로서 스프링을 사용한 선형 압축기를 설명하기 위한 도면이다.

선형 압축기(1)는, 소정의 축선을 따라 정렬하는 실린더부(71a)와, 모터부(71b)를 갖고 있다. 상기 실린더부(71a)내에는, 상기 축선 방향을 따라 미끄럼운동 가능하게 지지된 피스톤(72)이 배치되어 있다. 실린더부(71)내에는, 그 일단부가 피스톤(72)의 배면측에 고정된 피스톤 로드(72a)가 배치되고, 피스톤 로드(72a)의 타단부측에는, 상기 피스톤 로드(72a)를 축선 방향으로 가압하는 지지 스프링(공진 스프링)(81)이 설치되어 있다.

또한, 상기 피스톤 로드(72a)에는 자석(73)이 장착되어 있고, 상기 모터부(71b)의 자석(73)에 대향하는 부분에는, 외측 요크(74a)와 이것에 매설된 스테이터 코일(74b)로 구성되는 전자석(74)이 장착되어 있다. 이 선형 압축기(1)에는, 전자석(74)과 상기 피스톤 로드에 장착된 자석(73)에 의해 리니어 모터(82)가 구성되어 있고, 이 전자석(74)과 자석(73)의 사이에 발생하는 전자력 및 상기 스프링(81)의 탄성력에 의해, 상기 피스톤(72)이 그 축선 방향을 따라 왕복 운동한다.

또한, 실린더부(71a)내에는, 실린더 상부 내면(75), 피스톤 압축면(72b), 및 실린더 원주벽면(71a1)에 의해 둘러싸인 밀폐 공간인 압축실(76)이 형성되어 있다. 실린더 상부 내면(75)에는, 가스측 유통로로부터 압축실(76)로 저압 냉매 가스를 흡입하기 위한 가스측 흡입관(1a)의 일단부가 개구하고 있고, 또한 상기 실린더 상부 내면(75)에는, 상기 압축실(76)로부터 가스측 유통로로 고압 냉매 가스를 토출하기 위한 토출관(1b)의 일단부가 개구하고 있다. 상기 흡입관(1a) 및 토출관(1b)의 일단부에는, 냉매 가스의 역류를 방지하는 흡입 밸브(79) 및 토출 밸브(80)가 장착되어 있다.

그리고, 선형 압축기(1)에서는 상기 리니어 모터(82)의 구동 회로(도시하지 않음)로부터 상기 리니어 모터(82)로의 구동 전류의 통전에 의해, 피스톤(72)이 그 축선 방향으로 왕복 운동하고, 압축실(76)로의 저압 냉매 가스의 흡입, 압축실(76)에서의 냉매 가스의 압축, 및 압축된 고압 냉매 가스의 압축실(76)로부터의 배출이 반복 실행된다.

또한, 냉동 사이클 장치를 제어하는 방법으로서, 냉동 사이클 장치의 열 부하 상태에 기초하여, 냉동 사이클 장치를 구성하는 압축기의 운전을 피드백 제어하는 방법이 널리 실행되고 있다.

도 12는, 냉동 사이클 장치의 일 적용예를 설명하기 위한 도면으로, 냉방용의 공기 조화기를 도시하고 있다.

이 공기 조화기(냉동 사이클 장치)(50)는, 방의 내부(실내)에 배치되어 실내를 냉각시키는 실내기(51)와, 방의 외부(실외)에 배치되어 열을 폐기하는 실외기(52)를 구비하고 있다.

실내기(51)는, 실내의 공기와 냉매 사이에서의 열교환을 실행하고, 실내의 공기로부터 열을 흡수하는 실내 열교환기(증발기)(53)와, 상기 증발기(53)에 흡입되는 공기의 온도, 즉 실온(증발기의 주변 온도)을 검지하는 실온 검지기(54)를 갖고 있다.

실외기(52)는, 외부 공기와 냉매의 사이에서의 열교환을 실행하고, 외부 공기로 열을 방출하는 실외 열교환기(응축기)(55)와, 냉매를 증발기(53)로부터 응축기(55)로 흘리는 가스측 유통로(Gp)의 일부에 설치되어, 증발기(53)로부터 저온 저압의 냉매 가스를 흡입하여 압축하고, 고온 고압의 냉매 가스를 응축기(55)로 송출하는 압축기(56)를 갖고 있다. 또한, 실외기(52)는, 냉매를 응축기(55)로부터 증발기(53)로 흘리는 액체측 유통로(Lp)의 일부에 배치되어, 냉매에 의해 낮은 온도로 증발시키도록, 고압의 액체 냉매를 저압의 액체 냉매로 감압하는 팽창 밸브(57)를 갖고 있다. 또한, 도 12 중, 참조 부호(Lmf)는 액체측 유통로(Lp)내를 냉매액이 흐르는 방향을 나타내며, 참조 부호(Gmf)는 가스측 유통로(Gp)내를 냉매 가스가 흐르는 방향을 나타내고 있다.

여기서, 상기 응축기(55)와 증발기(53)의 작용에 대하여 간단히 설명한다.

응축기(55)에서는, 내부를 흐르는 고온 고압의 냉매 가스는 이송된 공기에 의해 열을 빼앗겨 서서히 액화하고, 응축기(55)의 출구 부근에서는 고압의 액체 냉매로 된다. 이것은 냉매가 대기 중에 열을 방열하여 액화하는 것과 마찬가지다.

또한, 증발기(53)에는 저온 저압으로 된 액체 냉매가 팽창 밸브(57)로 흘러 들어온다. 이 상태에서 증발기(53)로 방의 공기가 이송되면, 액체 냉매는 공기로부터 대량의 열을 빼앗아 증발하여, 저온 저압의 가스 냉매로 변화한다. 증발기(53)에서 대량의 열을 빼앗긴 공기는 공조기의 취출구로부터 냉풍으로 되어 방출된다.

이상과 같이, 상기 공기 조화기(50)에서는, 증발기(53), 응축기(55), 이들 사이의 가스측 유통로(Gp) 및 액체측 유통로(Lp), 가스측 유통로(Gp)에 배치된 압축기(56), 및 액체측 유통로(Lp)에 배치된 팽창 밸브(57)에 의해, 냉매의 순환 밀폐로가 형성되어 있고, 순환 밀폐로에 봉입된 냉매를 압축기(56)에 의해 순환시킴으로써, 냉매의 순환 밀폐로내에 주지한 히트 펌프 사이클이 형성된다.

여기서, 냉매의 순환량을 제어하는 방식으로는, 상기 공기 조화기에 대하여 설정된 목표 온도와, 실제 온도를 사용한 방법이 일반적이다[예컨대, 일본 특허 공개 공보 제 1997-68341 호(제 1 도) 참조].

도 13은 냉방용 공기 조화기를 제어하는 종래의 냉동 사이클 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.

이 종래의 냉동 사이클 제어 방법에는, 공기 조화기에 의해 냉방되는 실내의 온도(실온)는, 실내기 흡입 온도 검출기(60)에 의해 검출된다. 실온의 구체적인 검출 방법에는, 열전대 등의 온도 센서를 사용하여 실내 공기의 온도를 센싱하는 방법이 고려된다. 또한, 실온 설정기(61)에서는 사용자의 조작 신호에 기초하여 사용자가 희망하는 실내 온도가 목표 온도로서 설정된다. 이 목표 온도의 구체적인 설정 방법에는, 공기 조화기의 리모컨으로부터의 조작 신호를 마이콤으로 처리하여 산출하는 방법이 고려된다. 그리고, 감산기(減算器)(63)에서는 실내기 흡입 온도 검출기(60)가 검출한 실내 온도(Tdet)와, 실온 설정기(61)에 의해 설정된 목표 온도(Tord)의 온도차(Tdiff)가 산출된다. 압축기 회전수 지령기(62)에서는, 압축기(56)의 회전수(ωord)가 상기 온도차(Tdiff)에 따른 회전수로 되도록 압축기에 대한 지령이 이루어진다. 구체적으로는, 온도차(Tdiff)가 클수록 압축기 회전수(ωord)는 증가하게 된다.

그러나, 상술한 종래의 냉동 사이클 제어 방법은, 냉방하는 방의 온도와 그 목표 온도의 차이에 따라 압축기의 회전수를 변경하는 것으로, 냉동 사이클을 순환하는 냉매의 순환량이 압축기의 회전수에 의해 일정한 값으로 결정되는 냉동 사이클 장치에서는 고효율의 냉동 사이클 제어를 실행할 수 있지만, 냉매의 순환량이 압축기의 회전수에 의해서만 결정되지 않는 냉동 사이클 장치에서는 고효율의 냉동 사이클을 제어하는 것이 곤란하다는 문제가 있다.

예컨대, 종래의 회전형 모터를 이용한 압축기(회전형 압축기), 구체적으로는 레시프로 압축기, 로터리 압축기, 스크롤 압축기 등에서는, 모터가 1회전함으로써 압축되는 냉매의 용적이 결정되어 있다. 이 때문에, 회전형 압축기를 사용한 냉동 사이클 장치에서는 그 압축기의 모터 회전수에 따라 냉동 사이클을 순환하는 냉매의 순환량이 일정값으로 결정된다. 이 때문에 회전형 압축기에서는, 압축기의 회전수를 제어함으로써, 고효율의 냉동 사이클을 제어할 수 있다.

한편, 상기 설명한 바와 같은 선형 압축기를 사용한 냉동 사이클 장치에서는, 압축기의 압축실의 용적이 변동하기 때문에, 1회의 냉매 압축 동작에 의해 압축되는 냉매의 용적이 하나로 결정되지 않는다. 또한, 선형 압축기를 사용한 냉동 사이클 장치에서는, 압축 동작 종료시에 압축실에 잔존하는 냉매의 양이 일정하지 않기 때문에, 피스톤의 스트로크로부터 냉동 사이클에서의 냉매의 순환량을 산출할 수도 없다. 이 결과, 선형 압축기를 사용한 냉동 사이클 장치에서는, 압축기의 회전수 제어에 의해, 결국 단위 시간당 피스톤의 왕복 운동의 횟수를 제어함으로써, 고효율의 냉동 사이클을 제어할 수는 없다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 성립된 것으로, 냉방 또는 난방이 실행되는 방 등의 실제 온도와, 그 목표 온도의 온도차에 따라 냉동 능력의 제어를 고효율로 실행할 수 있는, 선형 압축기를 사용한 냉동 사이클 장치를 얻는 것을 목표로 한다.

본 발명(청구항 1)에 따른 냉동 사이클 장치는, 냉매의 순환 경로를 형성하는 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기와, 피스톤 및 피스톤을 왕복 운동시키는 리니어 모터를 갖고, 상기 피스톤의 왕복 운동에 의해 상기 순환 경로내의 냉매를 순환시키는 선형 압축기를 구비한 냉동 사이클 장치로서, 상기 리니어 모터를 구동하는 교류 전류를 발생하는 인버터와, 상기 피스톤의 왕복 운동에 의해 선형 압축기가 단위 시간당 토출 또는 흡입하는 냉매의 체적을 나타내는 실제 냉매 순환량을 검출하는 실순환량 검출부와, 상기 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기의 양쪽 또는 한쪽의 주변 온도와, 적어도 상기 양 열교환기중 한쪽에 대하여 설정된 목표 온도에 기초하여, 상기 선형 압축기가 단위 시간당 토출 또는 흡입해야 할 냉매의 체적을 나타내는 목표 냉매 순환량을 도출하는 목표 순환량 도출부와, 상기 실제 냉매 순환량과 목표 냉매 순환량의 차이분이 감소하도록 상기 인버터를 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 2)은, 청구항 1에 기재된 냉동 사이클 장치에 있어서, 왕복 운동하는 피스톤의 스트로크 길이를 검출하는 스트로크 검출부와, 왕복 운동하는피스톤의 상사점 위치를 검출하는 상사점 위치 검출부를 구비하고, 상기 실순환량 검출부는, 검출된 스트로크 길이 및 상기 검출된 상사점 위치에 기초하여, 상기 피스톤의 1회 왕복 운동에 의해 토출 또는 흡입되는 냉매의 용적을 산출하며, 상기 용적과 상기 인버터가 발생시키는 교류 전류의 주파수의 승산(乘算)에 의해, 상기 실제 냉매 순환량을 구하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 3)은, 청구항 2에 기재된 냉동 사이클 장치에 있어서, 상기 순환 경로의 선형 압축기의 냉매 토출측에 위치하는, 냉매를 응축시키는 열교환기내의 냉매의 온도에 기초하여, 상기 선형 압축기가 토출하는 냉매의 압력을 추정하는 토출 압력 추정부와, 상기 순환 경로의 선형 압축기의 냉매 흡입측에 위치하는, 냉매를 증발시키는 열교환기내의 냉매의 온도에 기초하여, 상기 선형 압축기가 흡입하는 냉매의 압력을 추정하는 흡입 압력 추정부를 구비하고, 상기 실순환량 검출부는, 추정된 흡입 냉매의 압력 및 추정된 토출 냉매의 압력으로부터 얻어지는, 상기 순환 경로에 있어서의 냉매의 최고 압력과 최저 압력의 압력비와, 상기 검출된 스트로크 길이 및 상기 검출된 상사점 위치를 이용한 연산에 의해, 상기 피스톤의 1회 왕복 운동에 의해 토출 또는 흡입되는 냉매의 용적을 구하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 4)에 따른 냉동 사이클 장치는, 냉매의 순환 경로를 형성하는 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기와, 피스톤 및 피스톤을 왕복 운동시키는 리니어 모터를 갖고, 상기 피스톤 왕복 운동에 의해 상기 순환 경로내의 냉매를 순환시키는 선형 압축기를 구비한 냉동 사이클 장치로서, 상기 리니어 모터를 구동하는교류 전류를 발생시키는 인버터와, 상기 피스톤의 왕복 운동에 의해 선형 압축기가 단위 시간당 토출 또는 흡입하는 냉매의 중량을 나타내는 실제 냉매 순환량을 검출하는 실순환량 검출부와, 상기 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기의 양쪽 또는 한쪽의 주변 온도와, 적어도 상기 양 열교환기중 한쪽에 대하여 설정된 목표 온도에 기초하여, 상기 선형 압축기가 단위 시간당 토출 또는 흡입해야 할 냉매의 중량을 나타내는 목표 냉매 순환량을 도출하는 목표 순환량 도출부와, 상기 실제 냉매 순환량과 상기 목표 냉매 순환량의 차이분이 감소하도록 상기 인버터를 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 5)은, 청구항 4에 기재된 냉동 사이클 장치에 있어서, 왕복 운동하는 피스톤의 스트로크 길이를 검출하는 스트로크 검출부와, 왕복 운동하는 피스톤의 상사점 위치를 검출하는 상사점 위치 검출부와, 상기 선형 압축기로부터 토출되는 냉매의 밀도를 검출하는 토출 냉매 밀도 검출부를 구비하고, 상기 실순환량 검출부는, 상기 검출된 스트로크 길이 및 상기 검출된 상사점 위치에 기초하여, 상기 피스톤의 1회 왕복 운동에 의해 토출되는 냉매의 용적을 산출하며, 상기 산출된 용적, 상기 검출된 냉매의 밀도, 및 상기 인버터가 발생시키는 교류 전류의 주파수로부터 상기 단위 시간당 선형 압축기에 의해 토출되는 냉매의 중량을 구하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 6)은, 청구항 5에 기재된 냉동 사이클 장치에 있어서, 상기 선형 압축기로부터 토출되는 냉매의 온도를 검출하는 토출 온도 검출부와, 상기 선형 압축기로부터 토출되는 냉매의 압력을 검출하는 토출 압력 검출부를 구비하고,상기 토출 냉매 밀도 검출부는 상기 검출된 선형 압축기로부터 토출되는 냉매의 온도 및 압력에 기초하여 상기 선형 압축기로부터 토출되는 냉매의 밀도를 도출하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 7)은, 청구항 4에 기재된 냉동 사이클 장치에 있어서, 왕복 운동하는 피스톤의 스트로크 길이를 검출하는 스트로크 검출부와, 왕복 운동하는 피스톤의 상사점 위치를 검출하는 상사점 위치 검출부와, 상기 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 밀도를 검출하는 흡입 냉매 밀도 검출부를 구비하고, 상기 실순환량 검출부는 상기 검출된 스트로크 길이 및 상기 검출된 상사점 위치에 기초하여 상기 피스톤의 1회 왕복 운동에 의해 토출되는 냉매의 용적을 산출하며, 상기 산출된 용적, 상기 검출된 냉매의 밀도, 및 상기 인버터가 발생시키는 교류 전류의 주파수로부터 단위 시간당 상기 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 중량을 구하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 8)은, 청구항 7에 기재된 냉동 사이클 장치에 있어서, 상기 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 온도를 검출하는 흡입 온도 검출부와, 상기 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 압력을 검출하는 흡입 압력 검출부를 구비하고, 상기 흡입 냉매 밀도 검출부는 상기 검출된 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 온도 및 압력에 기초하여 상기 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 밀도를 구하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 9)은, 청구항 8에 기재된 냉동 사이클 장치에 있어서, 상기 순환 경로의 선형 압축기의 냉매 흡입측에 위치하는, 냉매를 증발시키는 열교환기인 증발기내의 냉매의 온도를 상기 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 포화 온도로서 검출하는 냉매 온도 검출부와, 상기 선형 압축기의 운전 상태에 기초하여, 상기 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 온도와 그 포화 온도의 온도차인 상기 냉매의 과열도(過熱度; superheat)를 추정하는 과열도 추정부를 구비하고, 상기 흡입 온도 검출부는 상기 검출된 증발기내의 냉매의 온도와, 상기 추정된 냉매의 과열도를 가산하여 상기 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 온도를 구하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 10)은, 청구항 1 내지 청구항 9중 어느 한 항에 기재된 냉동 사이클 장치를 갖는 공기 조화기로서, 상기 제 1 열교환기는 실외측 열교환기이고, 상기 제 2 열교환기는 실내측 열교환기인 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 11)은, 청구항 1 내지 청구항 9중 어느 한 항에 기재된 냉동 사이클 장치를 갖는 냉장고로서, 상기 제 1 열교환기는 열을 방출하는 응축기이고, 상기 제 2 열교환기는 냉장고내를 냉각하는 증발기인 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 12)은, 청구항 1 내지 청구항 9중 어느 한 항에 기재된 냉동 사이클 장치를 갖는 온수 공급기로서, 물을 저장하는 저수조를 구비하고, 상기 제 1 열교환기는 상기 저수조의 물을 가열하는 물 열교환기이고, 상기 제 2 열교환기는 주변 분위기로부터 열을 흡수하는 공기 열교환기인 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 13)은, 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 냉동 사이클 장치를 갖는 극저온 냉동 장치로서, 냉동실을 갖고, 상기 제 1 열교환기는 열을방출하는 방출기이고, 상기 제 2 열교환기는 상기 냉동실내를 냉각하는 축냉기인 것을 특징으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 냉동 사이클 장치를 설명하기 위한 블록도,

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 냉동 사이클 장치를 설명하기 위한 블록도,

도 3a 내지 도 3c는 상기 제 2 실시예의 냉동 사이클 장치로, 선형 압축기에 있어서의 피스톤의 상사점 위치와 스트로크로부터 냉매 순환량을 산출하는 방법을 설명하는 도면,

도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 냉동 사이클 장치를 설명하기 위한 블록도,

도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 의한 냉동 사이클 장치를 설명하기 위한 블록도,

도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 의한 냉동 사이클 장치를 설명하기 위한 블록도,

도 7은 본 발명의 제 6 실시예에 의한 공기 조화기를 나타내는 모식도,

도 8은 본 발명의 제 7 실시예에 의한 냉장고를 나타내는 모식도,

도 9는 본 발명의 제 8 실시예에 의한 온수 공급기를 나타내는 모식도,

도 10은 본 발명의 제 9 실시예에 의한 극저온 냉동 장치를 나타내는 모식도,

도 11은 종래의 선형 압축기를 설명하기 위한 단면도,

도 12는 일반적인 냉동 사이클 장치를 설명하기 위한 시스템도,

도 13은 종래의 선형 압축기를 사용한 냉동 사이클 장치의 냉동 능력을 제어하는 시스템을 설명하기 위한 블록도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1a, 1b, 1c, 1d, 1e : 선형 압축기

2 : 인버터

3 : 제 2 열교환기 주위 온도 검출기

4 : 제 2 열교환기 주위 온도 지령기

5 : 제 1 열교환기 주위 온도 검출기

6 : 제 1 열교환기 주위 온도 지령기

7 : 체적 순환량 지령부8a, 8b : 체적 순환량 검출부

9 : 스트로크 검출부10 : 상사점 위치 검출부

11 : 중량 순환량 지령부12c, 12d, 12e : 중량 순환량 검출부

13 : 토출 냉매 밀도 검출부14 : 흡입 냉매 밀도 검출부

20, 21 : 인버터 제어부

53a, 111, 122, 132, 152 : 제 1 열교환기(증발기)

55a, 112, 121, 131, 151 : 제 2 열교환기(응축기)

57a, 57b, 57c, 57d, 57e : 스로틀 장치

101 내지 105 : 냉동 사이클 장치

101a, 102a, 103a, 104a, 105a, 101b, 101c, 101d, 101e : 선형 압축기 구동부

106 : 공기 조화기107 : 냉장고

108 : 온수 공급기109 : 극저온 냉동 장치

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

본 발명의 냉동 사이클 장치는, 냉매를 순환시키는 수단으로서 선형 압축기를 사용하는 것이며, 본 발명의 특징은 선형 압축기의 피스톤의 작용으로부터, 냉동 사이클 장치에 있어서의 냉매의 순환량, 즉 선형 압축기의 토출 또는 흡입하는 냉매의 단위 시간당 체적량 또는 중량(이하, 체적 순환량 또는 중량 순환량이라고도 함)을 산출하고, 이 산출한 냉매의 체적량 또는 중량이, 요구되는 냉동 능력에 상당하는 값으로 되는 선형 압축기를 구동 제어함으로써, 냉동 사이클 장치가 고속 또는 안정한 제어를 실행하는 것이다.

여기서, 상기 선형 압축기의 제어는, 리니어 모터에 인가하는 구동 전류를 제어함으로써 실행되는 것이고, 또한 구동 전류의 구체적인 제어 방법에는, 냉동 사이클 장치의 응측기나 증발기 등의 열교환기의 주변 온도와, 상기 열교환기에 대하여 설정된 설정 온도(목표 온도)의 온도차가 감소하도록, 구동 전류의 진폭이나 주파수, 또는 파형 등을 변경하는 방법이 고려된다.

(제 1 실시예)

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 냉동 사이클 장치를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 제 1 실시예의 냉동 사이클 장치(101)는, 실내의 냉방을 실행하는 공기 조화기로서, 도 8에 도시하는 공기 조화기(50)와 마찬가지로, 냉매의 순환 경로(냉동 사이클)를 형성하는 제 1 열교환기(증발기)(53a) 및 제 2 열교환기(응축기)(55a)와, 상기 양 열교환기를 연결하는 가스측 유통로(Gp)에 배치된 선형 압축기(1a)와, 상기 양 열교환기를 연결하는 액체측 유통로(Lp)에 배치된 스로틀 장치(57a)를 갖고 있다.

여기서, 상기 선형 압축기(1a)는, 도 7에 도시하는 선형 압축기(1)와 동일한 것이고, 피스톤(72)을 포함하는 실린더부(71a)와 상기 피스톤(72)을 왕복 동작시키는 리니어 모터(82)를 포함하는 모터부(71b)를 갖고, 상기 피스톤의 왕복 운동에 의해, 상기 냉매의 순환 경로내에서 냉매를 순환시키는 것이다.

또한, 상기 냉동 사이클 장치(101)는 상기 선형 압축기(1a)의 리니어 모터에 구동 전류(Cd)를 공급하여 선형 압축기(1a)를 구동하는 압축기 구동부(101a)를 갖고 있다.

이하, 이 압축기 구동부(101a)에 대하여 상세히 설명한다.

이 압축기 구동부(101a)는 이 냉동 사이클 장치(101)에 걸리는 부하의 상태를 검출하기 위한 온도 검출부(3, 5)를 갖고 있다. 상기 온도 검출기(3)는, 상기 제 2 열교환기(응축기)(55a) 주변의 분위기 온도(주위 온도)(THd)를 검출하고, 상기 검출된 온도(검출 온도)를 나타내는 검출 신호를 출력하는 제 2 열교환기 주위 온도 검출기이다. 상기 온도 검출기(5)는, 상기 제 1 열교환기(증발기)(53a) 주변의 분위기 온도(주위 온도)(TLd)를 검출하고, 상기 검출된 온도(검출 온도)를 나타내는 검출 신호를 출력하는 제 1 열교환기 주위 온도 검출기이다.

또한, 상기 온도 검출기(3, 5)는 열교환기의 주위 온도를 검출하여 온도 정보를 출력하는 것이면 어떤 것이어도 무방하다. 예컨대, 이와 같은 온도 검출기에는, 바이메탈을 사용한 기계식 온도계, 열 팽창 온도계, 자기 온도계, 열전대를 이용한 전기식 온도계, 저항 온도계, 서미스터 온도계, 반도체 온도계, 방사 온도계, 광 온도계 등을 들 수 있다. 또한, 상기 열교환기의 주위 온도를 검출하는 온도 검출기(3 및 5)는, 열교환기 주위의 분위기 온도를 검출하는 것에 한정하지 않고, 열교환기 주변에서 복사열을 검출하는 것일 수도 있다.

상기 압축기 구동부(101a)는, 상기 냉동 사이클 장치의 운전 상태를 지령하기 위한 온도 지령기(4, 6)를 갖고 있다. 상기 온도 지령기(4)는, 제 2 열교환기(응축기)(55a)에 대하여 이용자가 설정한 목표 온도(지령 온도)(THo)를 나타내는 지령 신호를 출력하는 제 2 열교환기 주위 온도 지령기이다. 또한, 상기 온도 지령기(6)는, 제 1 열교환기(증발기)(53a)에 대하여 이용자가 설정한 목표 온도(지령 온도)(TLo)를 나타내는 지령 신호를 출력하는 제 1 열교환기 주위 온도 지령기이다. 여기서, 상기 응축기(55a)에 대하여 설정된 목표 온도는 응축기의 주변 온도(주위 온도)의 목표값이고, 상기 증발기(53a)에 대하여 설정된 목표 온도는 증발기의 주변 온도(주위 온도)의 목표값이다.

또한, 상기 냉동 사이클 장치(101)는, 실내의 냉방을 실행하는 공기 조화기이기 때문에, 통상은 이용자가 제 2 열교환기(55a)에 대하여 그 주변 온도의 목표값을 설정하지 않고, 상기 온도 지령기(4)는 불필요한 것이지만, 예컨대 냉방 운전시에 공기 조화기의 제 2 열교환기로부터 폐기되는 열(폐열)이 온수 공급 시스템으로 이용되는 경우 등에는, 상기 온도 지령기(4)는 온수 공급 시스템에 의해 공급되는 온수의 목표 온도(이용자가 설정한 온도)(THo)를 나타내는 지령 신호를 출력하는 것으로서 이용된다. 또한, 상기 온도 지령기(6)가 출력하는 지령 신호는, 예컨대 공기 조화기의 리모콘에 내장된 마이콤(마이크로 컴퓨터)이 출력하는, 상기 제 1 열교환기의 설정 온도(목표 온도)를 나타내는 디지털 지령 신호이다. 단, 상기 온도 지령기(6)가 출력하는 지령 신호는, 이와 같은 디지털 지령 신호에 한정되지 않고, 공기 조화기에 장착되어 있는, 온도 설정을 실행하기 위한 로터리 스위치가 출력하는 아날로그 지령 신호일 수도 있다.

상기 압축기 구동부(101a)는, 상기 온도 검출기(3, 5) 및 온도 지령기(6)로부터 출력된 온도 정보에 기초하여 본 냉동 사이클 장치에 요구되는 냉동 능력(즉 단위 시간당 실행되어야 할 열교환량)을 계산하고, 계산된 냉동 능력에 따른 냉매의 체적 순환량[즉 선형 압축기(1a)가 단위 시간당 토출 또는 흡입해야 할 냉매의 체적](Vco)을 나타내는 지령 신호(냉매 순환량 정보)를 출력하는 체적 순환량 지령부(7)와, 실제로 본 냉동 사이클 장치의 냉매 순환 경로를 흐르는 냉매의 체적 순환량[즉 실제로 선형 압축기(1a)가 단위 시간당 토출 또는 흡입하는 냉매의 체적](Vcd)을 검출하고, 상기 체적 순환량을 나타내는 검출 신호(냉매 순환량 정보)를 출력하는 체적 순환량 검출부(8a)를 갖고 있다.

여기서, 상기 체적 순환량 검출부(8a)에는 냉매 순환 경로를 흐르는 냉매의 용적 유량을 실측하는 용적 유량계를 이용하고 있다.

또한, 상기 체적 순환량 지령부(7)에서의 구체적인 체적 순환량의 산출 방법에는, 통상 검출 온도(즉 온도 검출기에 의해 검출된 온도)와 지령 온도(즉 온도 지령기로부터의 지령 신호가 나타내는 목표 온도)의 온도값에 기초하여, 냉동 사이클 장치에 필요한 냉매의 체적 순환량을 구하는 방법(제 1 방법)이 사용된다.

단, 공기 조화기를 작은 방에 설치한 경우와 큰 방에 설치한 경우에는, 실질적으로 필요하게 되는 냉방 능력은 상이하다. 예컨대, 상기 온도차가 동일해도, 방이 큰 경우쪽이 필요하게 되는 냉방 능력이 크다.

따라서, 체적 순환량의 산출 방법으로서, 필요한 체적 순환량을 산출하는 연산을, 검출 온도와 지령 온도의 온도차의 일정 시간당 변화량(바꿔 말하면, 검출 온도의 일정 시간당 변화량)을 상기 연산에 피드백하여 실행하는 제 2 방법이 고려된다. 구체적으로는, 이 제 2 방법은, 상기 제 1 방법에 의해 구해진 필요한 체적 순환량을, 검출 온도의 일정 시간당 변화량으로부터 구해진 열 부하의 크기(구체적으로는, 냉방되는 방의 크기)에 따라 보정하는 것이다.

또한, 상기 체적 순환량 지령부(7)에서의 구체적인 체적 순환량의 산출 방법은, 검출 온도값과 지령 온도값의 쌍에 대하여 체적 순환량의 값이 대응되어 있는 매트릭스형 테이블 등을 사용해서, 상기 제 2 방법과 같은 피드백 루프가 아니고 오픈 루프로, 필요한 체적 순환량을 산출하는 제 3 방법일 수도 있다.

상기 압축기 구동부(101a)는, 선형 압축기(1a)의 리니어 모터에 구동 전류로서 공급하는 교류 전류(Cd)를 생성하는 인버터(2)와, 상기 인버터(2)의 동작을, 상기 체적 순환량 지령부(7)로부터의 지령 신호(Vco)가 나타내는 냉매의 체적 순환량과, 상기 체적 순환량 검출부(8a)로부터의 검출 신호가 나타내는 냉매의 체적 순환량(Vcd)의 차이분이 제로로 되도록 제어하는 인버터 제어부(20)를 구비하고 있다.

이하, 선형 압축기를 구동 제어하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

선형 압축기(1a)의 리니어 모터는 단상의 교류 전류, 또는 직류가 중첩된 교류 전류에 의해 구동되고, 또한 선형 압축기(1a)는 스프링이나 가스의 탄성 부재의 공진 현상을 이용하여 고효율로 운전되는 것으로, 이 때문에 선형 압축기의 운전 주파수, 즉 피스톤 왕복 운동의 진동수는 거의 일정하다.

따라서, 선형 압축기를 이용한 냉동 사이클 장치에서의 냉매 순환량을 조정하는 방법이 이하에 나타내는 바와 같이 몇 가지 고려된다.

우선, 인버터(2)가 출력하는 교류 전류의 진폭값을 변화시킴으로써, 선형 압축기(1a)가 토출 또는 흡입하는 냉매 순환량을 조절하는 방법이 있다.

또한, 인버터(2)의 구동 전류가, 직류가 중첩된 교류 전류인 경우, 선형 압축기(1a)내의 피스톤의 진동의 중심 위치가 실린더 헤드에 근접하도록 직류 전류의 레벨을 조정함으로써, 냉매 순환량을 증대시키고, 피스톤의 진동의 중심 위치가 실린더 헤드로부터 멀어지도록 직류 전류의 레벨을 조정함으로서, 냉매 순환량을 감소시키는 방법을 이용할 수 있다. 또한, 교류 전류의 진폭과 직류 전류의 레벨을 함께 변화시킴으로써, 체적 순환량을 조정하는 방법도 고려된다.

또한, 선형 압축기(1a)의 공진 주파수가 어느 일정한 주파수 대역폭을 갖는 경우, 인버터(2)의 출력 전류의 주파수를 변화시킴으로써, 냉매의 체적 순환량을 변화시키는 방법을 이용할 수 있다. 또한, 인버터(2)가 출력하는 교류 전류의 파형을 변화시킴으로써, 상기 냉매의 체적 순환량을 변화시키는 방법도 고려된다.

다음에 동작에 대하여 설명한다.

인버터(2)에 의해 발생된 교류 전류(Cd)가 선형 압축기(1a)의 리니어 모터에 인가되면, 리니어 모터가 구동하고, 피스톤의 왕복 운동이 개시한다. 그 후, 선형 압축기(1a)의 구동 상태가 안정되었을 때, 상기 선형 압축기(1a)는, 일정한 부하 조건하에서는, 피스톤의 왕복 운동이 공진 상태인 공진 구동 상태로 된다. 이 때 피스톤의 왕복 운동의 진동수는, 상기 교류 전류(Cd)의 주파수에 일치한다.

이와 같이 상기 선형 압축기(1a)가 구동되고, 이로써 냉매가 냉동 사이클 장치의 순환 경로내를 순환하면, 제 2 열교환기(증발기)(55a)에서는 냉매의 액화에 의해 상기 열교환기(55a)로부터 대기로의 열의 방출이 실행되고, 또한 제 1 열교환기(증발기)(53a)에서는 냉매의 기화에 의해 주변의 공기로부터의 열의 흡수가 실행된다. 이 때, 냉매는 상기 냉매 순환 경로내를, 선형 압축기(1a), 제 2 열교환기(55a), 스로틀 장치(57a), 제 1 열교환기(53a) 및 선형 압축기(1a)의 순서로 순환한다. 또한, 도 1중, 참조 부호(Cmf)는 본 제 1 실시예의 냉동 사이클 장치(101)의 냉방 운전시에 냉매가 냉매 순환 경로내를 순환하는 방향이다.

이하, 냉동 사이클 장치(101)의 선형 압축기의 구체적인 제어에 대하여 설명한다.

이 공기 조화기(냉동 사이클 장치)(101)에서는, 그 운전중에 온도 검출기(4)에 의해 제 1 열교환기(53a)의 주위 온도가 검출되고, 온도 검출기(3)에 의해 제 2 열교환기(55a)의 주위 온도가 검출된다. 상기 각 온도 검출기(3, 5)로부터는, 상기 검출된 주위 온도(검출 온도)(THd, TLd)를 나타내는 검출 신호가 출력되고, 각각 체적 순환량 지령부(7)에 입력된다. 또한, 온도 지령부(6)로부터는, 제 1 열교환기(53a)에 대하여 설정된 목표 온도(지령 온도), 즉 이용자가 설정한 실내 온도(TLo)를 나타내는 지령 신호가 출력되며, 상기 지령 온도(TLo)를 나타내는 지령 신호가 체적 순환량 지령부(7)에 입력된다.

또한, 본 제 1 실시예에서는, 상술한 바와 같이, 제 2 열교환기(55a)에 대하여 목표 온도가 설정되어 있지 않기 때문에, 선형 압축기의 제어에 온도 지령기(4)의 출력은 사용하지 않지만, 예컨대 이 냉동 사이클 장치의 냉방 운전시에 폐기되는 폐열을, 온수 공급 시스템 등으로 이용하는 경우에는, 온도 지령기(4)로부터는 온수 공급 시스템에 의해 공급되는 온수의, 이용자가 설정한 목표 온도(지령 온도)(THo)를 나타내는 지령 신호가 상기 체적 순환량 지령부(7)에 출력되게 된다.

상기와 같이, 온도 검출기(3, 5)로부터의 검출 신호, 및 온도 지령기로부터의 지령 신호가 체적 순환량 지령부(7)에 입력되면, 체적 순환량 지령부(7)에서는, 상기 검출 온도(TLd)와 지령 온도(TLo)의 온도차, 및 검출 온도(THd)에 기초하여, 본 냉동 사이클 장치에 요구되는 냉매의 체적 순환량(Vco)을 산출하는 연산 처리가 실행되고, 산출된 체적 순환량(Vco)을 나타내는 지령 신호(순환량 정보)가 인버터 제어부(20)에 공급된다.

일반적으로 공기 조화기의 냉방 운전의 경우, 검출 온도(실제 온도)(TLd)가 지령 온도(목표 온도)(TLo)에 대하여 높으면 높을 수록 냉동 사이클에 요구되는 냉매 순환량은 많아진다. 또한, 공기 조화기의 냉방 운전에서는, 실외기(웅축기)의주위 온도가 낮아지면, 냉동 사이클의 부하는 작아져서 필요한 냉매 순환량은 적어지고, 반대로 실외기의 주위 온도가 높아지면, 냉동 사이클의 부하가 커져서 필요한 냉매 순환량은 많아진다. 또한, 상술한 바와 같이, 냉동 사이클 장치로부터 폐기되는 폐열이 온수 공급 시스템에서 이용되는 경우에는, 검출 온도(THd)가 지령 온도(THo)에 대하여 낮으면 낮을 수록 냉동 사이클에 요구되는 냉매 순환량은 많아진다.

또한, 이 공기 조화기(냉동 사이클 장치)(101)의 운전중에는, 체적 순환량 검출부(8a)에 의해 실제 냉매 순환 경로를 순환하고 있는 냉매의 체적량(체적 순환량)(Vcd)이 검출되고, 상기 체적 순환량(Vcd)을 나타내는 검출 신호(순환량 정보)가 상기 인버터 제어부(20)에 공급된다.

그리고, 인버터 제어부(20)에서는, 체적 순환량 지령부(7)로 산출된 냉매의 체적 순환량(Vcd)과, 상기 체적 순환량 검출부(8a)에 의해 검출된 냉매의 체적 순환량(Vcd)에 기초하여 제어 신호(Sc)가 인버터(2)에 공급된다. 그러면 인버터(2)에서는, 제어 신호(Sc)에 기초하여 냉매의 체적 순환량(Vco)과 냉매의 체적 순환량(Vcd)의 차이분이 감소되도록, 상기 인버터(2)의 교류 전류를 발생하는 동작이 제어된다.

예컨대, 필요하게 되는 냉매의 체적 순환량(Vco)과 실제 냉매의 체적 순환량(Vcd)의 차이분이 클수록, 상기 인버터(2)로 발생되는 교류 전류(Cd)의 진폭은 커지게 되어, 이 결과 선형 압축기(1a)에서는 왕복 운동하는 피스톤의 스트로크 길이는 커진다.

이로써, 냉동 사이클에 있어서의 냉매의 순환량이 증대하여, 시간당 열교환량이 증가하고, 증발기(53a)의 주위 온도(TLd)가 그 설정 온도(목표 온도)(TLo)에 근접하게 된다.

이와 같이 본 제 1 실시예에서는, 선형 압축기(1a)를 이용한 냉동 사이클 장치(101)에 있어서, 실내의 열교환기(증발기)(53a)의 주변 온도, 상기 증발기(53a)에 대하여 사용자가 설정한 목표 온도, 및 실외의 열교환기(응축기)(55a)의 주위 온도에 기초하여, 본 냉동 사이클 장치에 요구되는 냉동 능력에 따른 냉매의 체적 순환량(Vco)을 구하는 체적 순환량 지령부(7)와, 실제 본 냉동 사이클 장치의 냉매 순환 경로를 흐르는 냉매의 체적 순환량(Vcd)을 검출하는 체적 순환량 검출부(8a)를 구비하고, 선형 압축기의 구동 전류(교류 전류)를 발생시키는 인버터(2)를 냉매의 체적 순환량(Vco)과 냉매의 체적 순환량(Vcd)의 차이분이 감소하도록 제어하기 때문에, 실내의 실제 온도와, 그 목표 온도의 차이분에 따라 냉동 사이클 장치의 냉동 능력을 고효율로 제어할 수 있다.

또한, 본 제 1 실시예에서는, 실내의 온도[제 1 열교환기(53a)의 주위 온도]뿐만 아니라, 실외의 온도[제 2 열교환기(55a)의 주위 온도]에도 기초하여, 본 냉동 사이클 장치에 요구되는 냉매의 체적 순환량(Vco)을 산출하고 있기 때문에, 냉동 사이클 장치에 요구되는 냉매의 체적 순환량의 산출값을 운전 상태에 따라 적절한 값으로 할 수 있다.

또한, 상기 제 1 실시예에서는, 제 1 및 제 2의 양 열교환기의 주위 온도를 검출하는 경우에 대하여 설명했지만, 냉동 사이클 장치(101)는, 제 1열교환기(53a)의 주위 온도만 검출하는 것일 수도 있고, 이 경우 제 2 열교환기(55a)의 주위 온도를 검출하는 온도 검출부(3)는 불필요하게 된다.

또한, 상기 제 1 실시예에서는, 체적 순환량 검출부(8a)로서 냉매의 용적 유량을 실측하는 용적 유량계를 사용하고 있지만, 상기 체적 순환량 검출부(8a)는 이에 한정되는 것이 아니고, 예컨대 냉매 순환 경로를 흐르는 냉매중에 발생하는 압력차에 기초하여 냉매의 유량을 추측하는 차압 유량계일 수도 있고, 또한 그 밖의 면적 유량계, 터빈 유량계, 와류 유량계, 전자 유량계 등의 유체의 유량을 계측하는 계측기일 수도 있다.

또한, 상기 제 1 실시예에서는, 냉동 사이클 장치가 냉방을 실행하는 공기 조화기인 경우에 대하여 설명했지만, 냉동 사이클 장치는 난방을 실행하는 공기 조화기일 수도 있다. 이 경우, 상기 제 1 열교환기(53a)는 응축기로서 동작하고, 제 2 열교환기(55a)는 증발기로서 동작하게 되며, 사용자는 응축기로서 동작하는 제 1 열교환기(53a)의 주변 온도의 목표값을 설정하게 된다.

이하, 냉동 사이클 장치는 난방 운전을 실행하는 공기 조화기인 경우의 선형 압축기의 구체적인 제어에 대하여 간단히 설명한다. 단, 이 경우도, 제 2 열교환기(55a)에 대해서는 목표 온도가 설정되지 않고, 온도 지령기(4)로부터는 목표 온도(지령 온도)(THo)를 나타내는 지령 신호가 출력되지 않는 것으로 한다.

상기 온도 검출기(3, 5)에서는, 상기 각 열교환기(53a, 55a)의 주위 온도가 검출되고, 검출 온도(THd, TLd)를 나타내는 검출 신호가 출력되며, 온도 지령기(G)로부터는, 제 1 열교환기에 대한 목표 온도(지령 온도), 즉 이용자가 설정한 방의온도(TLo)를 나타내는 지령 신호가 출력된다.

체적 순환량 지령부(7)에서는, 상기 검출 온도(TLd, THd) 및 지령 온도(TLo)에 기초하여, 본 냉동 사이클 장치에 요구되는 냉매의 체적 순환량(Vco)을 산출하는 연산 처리가 실행되고, 산출된 체적 순환량(Vco)을 나타내는 검출 신호(순환량 정보)가 인버터 제어부(20)에 공급된다.

이와 같은 난방 운전을 실행하는 공기 조화기에서는, 검출 온도(TLd)가 지령 온도(TLo)에 대하여 낮으면 낮을수록 냉동 사이클에 요구되는 냉매 순환량은 많아진다. 또한, 이 공기 조화기에서는, 실외기의 주위 온도가 높아지면, 냉동 사이클의 부하는 작아져서 필요한 냉매 순환량은 적어지고, 반대로 실외기의 주위 온도가 낮아지면, 냉동 사이클의 부하가 커져서 필요한 냉매 순환량은 많아진다.

그리고, 이 공기 조화기(냉동 사이클 장치)에서는, 체적 순환량 검출부(8a)에 의해 실제 냉매 순환 경로를 순환하고 있는 냉매의 체적량(체적 순환량)(Vcd)이 검출되고, 상기 체적 순환량(Vcd)을 나타내는 지령 신호(순환량 정보)가 상기 인버터 제어부(20)에 공급되며, 상기 인버터(2)의 동작이 상기 인버터 제어부(20)로부터의 제어 신호(Sc)에 의해, 냉매의 체적 순환량(Vco)과 냉매의 체적 순환량(Vcd)의 차이분이 감소하도록 제어된다.

이와 같은 난방 운전을 실행하는 공기 조화기에 있어서도, 상기 실시예의 냉방 운전을 실행하는 공기 조화기와 마찬가지로, 요구되는 냉매의 체적 순환량(Vco)과 실제 냉매의 체적 순환량(Vcd)의 차이분이 감소하도록, 상기 선형 압축기(1a)의 구동 전류(교류 전류)를 발생시키는 인버터(2)를 제어하기 때문에, 실내의 실제 온도와, 그 목표 온도의 차이분에 따라, 냉동 사이클 장치의 냉동 능력을 고효율로 제어할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 냉동 사이클 장치가 공기 조화기인 경우에 대하여 나타내었지만, 상기 냉동 사이클 장치는 이에 한정되는 것이 아니고, 냉장고나 온수 공급기나 극저온 냉동 장치 등일 수도 있다.

(제 2 실시예)

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 냉동 사이클 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

본 제 2 실시예의 냉동 사이클 장치(102)는, 제 1 실시예의 냉동 사이클 장치(101)에 있어서의 압축기 구동부(101a)를 대신하여, 상기 압축기 구동부(101a)와는 실제 냉매의 체적 순환량을 검출하는 방법이 상이한 압축기 구동부(102a)를 구비한 것으로, 그 밖의 구성은 제 1 실시예의 것과 동일하다.

즉, 상기 압축기 구동부(102a)는, 제 1 실시예의 압축기 구동부(101a)와 마찬가지로, 제 2 열교환기 주위 온도 검출기(3), 제 1 열교환기 주위 온도 검출기(5), 제 2 열교환기 주위 온도 지령기(4), 제 1 열교환기 주위 온도 지령기(6), 체적 순환량 지령부(7), 인버터(2), 및 인버터 제어부(20)를 갖고 있다.

그리고, 본 제 2 실시예의 압축기 구동부(102a)는, 선형 압축기(1a)내에서 왕복 운동하는 피스톤의 스트로크 길이를 검출하고, 검출한 스트로크 길이(Dps)를 나타내는 검출 신호(스트로크 정보)를 출력하는 스트로크 검출부(9)와, 선형 압축기(1a)내에서 왕복 운동하는 피스톤의 상사점 위치, 즉 피스톤 실린더 헤드에 가장 근접했을 때의 피스톤 위치(Dfd)를 검출하며, 상기 상사점 위치를 나타내는 검출 신호(상사점 위치 정보)를 출력하는 상사점 위치 검출부(10)와, 상기 스트로크 길이(Dps) 및 상사점 위치(Dfd)에 기초하여, 냉동 사이클 장치(102)의 냉매 순환 경로를 흐르는 냉매의 실제 체적 순환량(Vcd)을 산출하는 체적 순환량 검출부(8b)를 갖고 있다.

여기서, 상기 스트로크 검출부(9) 및 상사점 위치 검출부(10)에는, 접촉형의 위치 센서를 이용하고 있다. 단, 상기 각 검출부는 접촉형의 위치 센서에 한정되지 않고, 비접촉형의 위치 센서, 예컨대 와전류식 갭 센서나 2개의 코일을 이용한 작동 트랜스일 수도 있으며, 또한 선형 압축기에 입력하는 전류와 전압의 값으로부터, 상기 피스톤의 스트로크 길이 및 상사점 위치를 추측하는 것일 수도 있다.

다음에 동작에 대하여 설명한다.

본 제 2 실시예의 냉동 사이클 장치(102)에서는, 실제 냉매의 체적 순환량을 구하는 동작만 제 1 실시예와 상이하며, 이하에서는 주로 실제 냉매의 체적 순환량을 구하는 동작에 대하여 설명한다.

선형 압축기(1a)내에서 냉매가 압축될 때, 누출 등이 없다고 가정된 경우, 그 냉매의 상태 변화는 단열 변화이다. 따라서, 냉매의 압력을 P, 그 체적을 V, 비열비를 γ로 하면, 이하의 수학식 1이 성립한다.

또한, 상기 비열비(γ)는, 상기 냉매의 정압 비열(CP)과 정적 비열(CV)의 비이고, 이것은 냉매의 종류에 따라 상이한 것이다.

다음에, 피스톤의 1회의 왕복에 의해 선형 압축기(1a)로부터 토출하는 냉매의 체적을, 피스톤의 스트로크 길이와 상사점 위치로부터 구하는 방법에 대하여 설명한다.

도 3a 내지 도 3c는 실린더(71)내에서의 피스톤(72)의 위치를 나타내는 도면으로, 도 3a는 피스톤(72)이 상사점 위치에 있을 때, 즉 피스톤이 실린더 헤드에 가장 접근했을 때의 모양을 나타내고, 도 3b는 피스톤(72)이 하사점 위치에 있을 때, 즉 피스톤이 실린더 헤드로부터 가장 멀어졌을 때의 모양을 나타내고 있다.

도 3a에 도시하는 바와 같이, 피스톤(72)이 상사점 위치에 있을 때, 압축실(76) 내부의 냉매의 압력(Px)은 압력(P1)[㎩]으로 된다. 또한, 냉동 사이클(냉매의 순환 경로)내를 냉매가 순환하고 있는 상태에서, 피스톤이 상사점 위치에 있을 때는, 압축실(76)의 내부 압력(Px)은 냉매가 선형 압축기로부터 토출될 때의 압력(토출 압력)(Pd)[㎩]까지 상승하고 있다. 이 때문에, 피스톤이 상사점 위치에 있을 때의 냉매의 압력(P1)[㎩]은 상기 토출 압력(Pd)[㎩]과 동일하다.

또한, 압축실(76)의 체적(Vx)은 피스톤(72)이 상사점 위치에 있을 때 최소로 되고, 이 때의 압축실의 체적(V1)[㎥]은 피스톤(72)이 상사점 위치에 있을 때의 실린더 헤드 내면과 피스톤 압축면의 간격(x1)[m]과, 피스톤의 단면적(S)[㎡]의 곱으로서 구할 수 있다.

도 3b에 도시하는 바와 같이, 피스톤(72)이 하사점 위치에 있을 때, 압축실내부의 냉매의 압력(Px)은 압력(P2)[㎩]으로 된다. 또한, 냉동 사이클내를 냉매가 순환하고 있는 상태에서, 피스톤이 하사점 위치에 있을 때는, 압축실 내부의 압력(Px)은 냉매가 선형 압축기에 흡입될 때의 압력(흡입 압력)(Ps)[㎩]까지 감소하고 있다. 이 때문에, 피스톤이 하사점 위치에 있을 때의 냉매 압력(P2)[㎩]은 흡입 압력(Ps)[㎩]과 동일하다.

또한, 압축실의 체적(Vx)은 피스톤(72)이 하사점 위치에 있을 때 최대로 되고, 이 때의 압축실의 체적(V2)[㎥]은, 피스톤(72)이 하사점 위치에 있을 때의 실린더 헤드 내면과 피스톤 압축면의 간격(x3)[m]과, 피스톤의 단면적(S)[㎡]의 곱으로 구할 수 있다. 또한, 여기서 상기 간격(x3)[m]은 간격(x1)[m]과 피스톤 스트로크 길이(x2)[m]의 합이다.

도 3c에 도시하는 바와 같이, 피스톤이 그 하사점 위치로부터 실린더 헤드측으로 이동하기 시작하면, 선형 압축기가 압축 상태로 된다. 이 때, 압축실의 체적(Vx)은 감소하기 시작하고, 압축실 내부의 압력(Px)은 흡입 압력(P2)으로부터 상승하기 시작하다. 그리고, 압축실 내부의 압력(Px)이 토출 압력(P1)에 이를 때까지 상승했을 때, 선형 압축기(1a)의 토출 밸브가 개방되고, 냉매의 토출이 개시된다. 이 때의 압축실의 체적(Vx)은 체적(V3)이다.

선형 압축기의 압축 행정에서, 피스톤이 하사점 위치(도 3b)로부터 토출 밸브가 개방되는 위치(도 3c)까지 이동하는 동안은, 압축실 내부의 냉매는 단열 변화하고 있으며, 이하의 수학식 2가 성립한다.

따라서, 토출되는 냉매의 체적은 이하의 수학식 3에 의해 구해진다.

한편, 흡입되는 냉매의 체적은, 선형 압축기의 흡입 행정에서 압축실 내부의 압력(Px)이 흡입 압력(Ps)에 도달했을 때의 압축실의 체적을 V4[m3]로 하면, 이하의 수학식 4로 구해진다.

또한, 본 제 2 실시예에서는, 상기 수학식 3 및 4의 토출압과 흡입압의 압력비(P1/P2)로서, 냉동 사이클을 가동시킬 때의 대표적인 값을 이용하고 있다.

또한, 선형 압축기(1a)에서는, 입력되는 구동 전류와 동일 주파수로 피스톤의 왕복 운동이 실행되기 때문에, 단위 시간에 실행되는 피스톤의 왕복 운동의 횟수는, 인버터의 출력 전류의 주파수와 일치한다.

따라서, 상기 체적 순환량 검출부(8b)에서는, 상기 수학식 3에 의해 구해진, 피스톤의 1회 왕복 운동에 의해 토출되는 냉매의 체적과, 인버터의 주파수의 승산 처리에 의해, 단위 시간당 선형 압축기가 토출하는 냉매의 체적이 구해진다. 또한, 상기 체적 순환량 검출부(8b)에서는, 상기 수학식 4에 의해 구해진, 피스톤의1회 왕복 운동에 의해 흡입되는 냉매의 체적과, 인버터 출력의 주파수의 승산 처리에 의해, 단위 시간당 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 체적이 구해진다.

그리고, 상기 체적 순환량 검출부(8b)로부터는, 단위 시간당 선형 압축기에 의해 토출 또는 흡입되는 냉매의 체적량(Vcd)을 실제의 냉매의 순환량으로서 나타내는 검출 신호(순환량 정보)가 출력되고, 이 검출 신호가 상기 인버터 제어부(20)에 공급되면, 상기 인버터 제어부(20)로부터 인버터(2)의 제어 신호(Sc)가 출력된다. 그러면, 인버터(2)에서는, 상기 제어 신호(Sc)에 기초하여, 필요하게 되는 냉매의 체적 순환량(Vco)과 실제 냉매의 체적 순환량(Vcd)의 차이분이 감소하도록, 교류 전류의 발생 동작이 제어된다.

이와 같이 본 제 2 실시예에서는, 선형 압축기(1a)내를 왕복 운동하는 피스톤의 스트로크 길이를 검출하는 스트로크 검출부(9)와, 선형 압축기(1a)내를 왕복 운동하는 피스톤의 상사점 위치를 검출하는 상사점 위치 검출부(10)를 구비하고, 상기 피스톤의 스트로크 길이, 상사점 위치, 및 선형 압축기(1a)의 구동 전류인 인버터(2)의 출력 교류 전류의 주파수에 기초하여, 냉동 사이클을 순환하는 실제 냉매의 체적 순환량을 산출하기 때문에, 상기 제 1 실시예와 마찬가지로, 선형 압축기를 이용한 냉동 사이클 장치의 냉동 능력을, 냉방하는 방의 실제 온도와, 그 목표 온도의 차이분에 따라, 높은 효율로 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 실제 냉매의 체적 순환량을 계측하는 유체 센서를 불필요하게 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 제 2 실시예에서는, 토출 또는 흡입되는 냉매의 체적의 계산에는, 토출압과 흡입압의 압력비(P1/P2)로서, 냉동 사이클을 구동할 때의 대표적인값을 이용하고 있지만, 이 압력비는 실제로 냉매의 토출 압력과 흡입 압력을 계측하여 구한 값으로도 할 수 있다. 이 경우, 운전 조건에 의해 압력 상태가 변화하고, 냉매의 토출압과 흡입압의 압력비가 변화하는 냉동 사이클 장치라도, 냉매의 체적 순환량에 기초하여, 냉동 사이클 장치의 냉동 능력을 효율 좋게 제어할 수 있다.

여기서, 토출 압력의 값을 구하는 방법에는, 냉동 사이클을 구성하는 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기중, 압축기의 토출측에 설치되어, 응측기로서 작용하고 있는 열교환기의 온도로부터, 상기 토출 압력의 값을, 냉매가 포화될 때의 압력으로 하여 구하는 방법이 있다. 또한, 흡입 압력의 값을 구하는 방법에는, 냉동 사이클을 구성하는 제 1 열교환기, 및 제 2 열교환기중, 압축기의 흡입측에 설치되어, 증발기로서 작용하고 있는 열교환기의 온도로부터, 흡입 압력의 값을 냉매가 포화될 때의 압력으로 하여 구하는 방법이 있다.

즉, 냉매액을 어느 일정한 압력하에서 가열하면, 그 액체 온도가 상승하여 어느 온도에 도달했을 때, 냉매액이 비등하기 시작한다. 이 상태에서는, 냉매액을 더 가열해도, 냉매액이 모두 증발할 때까지는 온도는 일정하게 유지된다. 또한, 냉매 가스를 어느 일정한 압력하에서 냉각하면, 그 가스 온도가 저하하여 어느 온도에 도달했을 때, 냉매 가스는 응축하기 시작한다. 이 상태에서는, 냉매 가스를 더 냉각해도, 냉매 가스가 모두 응축할 때까지는 온도는 일정하게 유지된다. 이와 같이 냉매를 가열 또는 냉각해도 온도가 일정하게 유지되는 상태에서의 냉매의 온도가 포화 온도이며, 그 때의 냉매의 압력이 포화 압력이다. 통상, 증발기 또는응축기의 내부에서는, 냉매의 압력이 일정하게 유지되고 있고, 냉매는 그 액체와 그 증기가 혼재한 상태에서의 포화 상태에 있다. 또한, 포화 상태에 있을 때의 온도(포화 온도)와 압력(포화 압력)의 관계는 냉매에 따라 결정되고 있다. 따라서, 냉매의 포화 온도를 측정할 수 있으면, 포화 압력을 구할 수 있다.

(제 3 실시예)

도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 냉동 사이클 장치를 설명하기 위한 블록도로서, 상기 냉동 사이클 장치를 구성하는 선형 압축기 구동부를 도시하고 있다.

본 제 3 실시예의 냉동 사이클 장치(103)는, 제 1 실시예에 있어서의 냉매의 단위 시간당 체적 순환량(이하, 간단히 체적 순환량이라고도 함)에 기초하여 선형 압축기(1a)를 구동 제어하는 선형 압축기 구동부(101a)를 대신하여, 냉매의 단위 시간당 중량 순환량(이하, 간단히 중량 순환량이라고도 함)에 기초하여 선형 압축기(1a)를 구동 제어하는 선형 압축기 구동부(130a)를 구비한 것으로, 그 밖의 구성은 제 1 실시예의 냉동 사이클 장치(101)의 것과 동일하다.

즉, 상기 냉동 사이클 장치(103)는, 제 1 실시예의 냉동 사이클 장치(101)와 마찬가지로, 실내의 냉방을 실행하는 공기 조화기로서, 냉매의 순환 경로(냉동 사이클)를 형성하는 제 2 열교환기(응축기)(55a) 및 제 1 열교환기(증발기)(53a)와, 상기 양 열교환기를 연결하는 가스측 유통로(Gp)에 배치된 선형 압축기(1a)와, 상기 양 열교환기를 연결하는 액체측 유통로(Lp)에 배치된 팽창 밸브(57a)를 갖고 있다.

상기 선형 압축기 구동부(103a)는, 제 1 실시예의 냉동 사이클 장치(101)의 선형 압축기 구동부(101a)와 마찬가지로, 선형 압축기의 구동 전류인 교류 전류를 발생시키는 인버터(2)와, 제 2 열교환기의 주위 온도를 검출하는 온도 검출기(3)와, 제 2 열교환기의 주위 온도를 지령하는 온도 지령기(4)와, 제 1 열교환기의 주위 온도를 검출하는 온도 검출기(5)와, 제 1 열교환기의 주위 온도를 지령하는 온도 지령기(6)를 갖고 있다.

그리고, 상기 선형 압축기 구동부(103a)는, 상기 각 온도 검출기(3, 5) 및 온도 지령기(4)의 출력에 기초하여, 냉동 사이클에 요구되는 냉동 능력을 계산하고, 상기 계산된 냉동 능력에 따른 냉매의 중량 순환량(Wco)을 나타내는 지령 신호(순환량 정보)를 출력하는 중량 순환량 지령부(11)와, 실제로 냉동 사이클(냉매 순환 경로)을 흐르는 냉매의 중량 순환량을 검출하여, 실제 냉매의 중량 순환량(Wcd)을 나타내는 검출 신호(순환량 정보)를 출력하는 중량 순환량 검출부(12c)와, 상기 실제 순환량(Wcd)과 상기 요구되는 순환량(Wco)의 차이분이 제로로 되도록, 상기 선형 압축기(1a)의 구동 전류(교류 전류)(Id)를 발생시키는 인버터(2)를 제어하는 인버터 제어부(21)를 갖고 있다. 여기서, 상기 중량 순환량 검출부(12c)에는 질량 유량(즉 단위 시간당 냉동 사이클을 흐르는 냉매의 질량)을 계측하는 코리올리 질량 유량계(coriolis mass flowmeter)를 사용하고 있다.

또한, 본 제 3 실시예에서는, 상기 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 2 열교환기(55a)에 대하여 목표 온도가 설정되지 않고, 이 때문에 선형 압축기의 제어에, 온도 지령기(4)의 출력은 사용되지 않는다. 단, 예컨대 이 냉동 사이클 장치의 냉방 운전시에 폐기되는 폐열을, 온수 공급 시스템 등에서 사용하는 경우에는, 온도 지령기(4)로부터는 온수 공급 시스템에 의해 공급되는 온수의, 이용자가 설정한 목표 온도(지령 온도)(HLo)를 나타내는 지령 신호가 상기 중량 순환량 지령부(11)에 출력되게 된다.

다음에 동작에 대하여 설명한다.

본 제 3 실시예의 냉동 사이클 장치(103)에서는, 냉동 사이클 장치에 요구되는 냉동 능력이 제 1 실시예와 같이 냉매의 체적 순환량에 기초하여 제어되지 않고, 냉매의 중량 순환량에 기초하여 제어된다. 따라서, 이하에서는 주로 냉매의 중량 순환량에 기초하여 냉동 사이클 장치의 선형 압축기를 구동 제어하는 동작에 대하여 설명한다.

선형 압축기(1a)가 선형 압축기 구동부(103a)에 의해 구동되어, 냉매 순환 경로내를 냉매가 순환하고, 각 열교환기로 열교환이 실행되고 있는 상태에서, 각 온도 검출기(3, 5)에서는, 제 2 열교환기(응축기)(55a) 및 제 1 열교환기(증발기)(53a)의 주위 온도가 검출되고, 상기 검출된 주위 온도를 나타내는 검출 신호(온도 정보)가 중량 순환량 지령부(11)에 공급된다. 또한, 온도 지령기(6)로부터는, 제 1 열교환기(증발기)(53a)에 대하여 사용자가 설정한 목표 온도(즉, 증발기의 주위 온도의 목표값)를 나타내는 지령 신호(온도 정보)가 출력되어, 상기 중량 순환량 지령부(11)에 공급된다.

그리고, 상기 중량 순환량 지령부(11)에서는, 온도 검출기(3, 5)로부터의 온도 정보(검출 신호)와, 온도 지령기(6)로부터의 온도 정보(지령 신호)에 기초하여,본 냉동 사이클 장치(103)에 요구되는 냉매의 중량 순환량을 산출하는 연산이 실행되고, 산출된 냉매의 중량 순환량 (Wco)을 나타내는 지령 신호(순환량 정보)가 인버터 제어부(21)에 출력된다. 여기서, 상기 중량 순환량 지령부(11)에서는, 중량 순환량을 산출하는 연산 처리는 검출 온도(TLd)와 지령 온도(TLo)의 온도차의 일정 시간당 변화량을 피드백하여 실행되고 있다. 즉, 검출 온도(TLd)와 지령 온도(TLo)의 차이, 및 검출 온도(THd)에 기초하여 필요하게 되는 중량 순환량이 일의적으로 산출되고, 상기 산출된 중량 순환량이 검출 온도(TLd)와 지령 온도(TLo)의 온도차의 일정 시간당 변화량에 기초하여 보정된다. 이 보정된 냉매의 중량 순환량을 나타내는 지령 신호가 상기 인버터 제어부(21)에 공급된다.

또한, 상기 중량 순환량 검출부(12)에서는, 상기 순환 경로를 흐르는 냉매의 실제 중량 순환량이 코리올리 질량 유량계 등의 계측기에 의해 측정되고, 측정된 냉매의 실제 중량 순환량을 나타내는 검출 신호(순환량 정보)가 상기 인버터 제어부(21)에 출력된다.

그러면, 상기 인버터 제어부(21)로부터는 인버터(2)에 그 제어 신호(Sc)가 공급되고, 인버터(2)에서는 냉매의 중량 순환량(Wco)과 냉매의 중량 순환량(Wcd)의 차이분이 감소하도록 제어 신호(Sc)에 기초하여 교류 전류의 발생 동작이 제어된다.

이와 같이 본 제 3 실시예에서는, 선형 압축기(1a)를 사용한 냉동 사이클 장치(103)에 있어서, 실내의 열교환기(증발기)(53a)의 주위 온도, 사용자가 설정한 실내의 목표 온도, 및 실외의 열교환기(응축기)(55a)의 주위 온도에 기초하여, 본냉동 사이클 장치에 요구되는 냉동 능력에 따른 냉매의 중량 순환량(Wco)을 구하는 중량 순환량 지령부(11)와, 실제로 본 냉동 사이클 장치의 냉매 순환 경로를 흐르는 냉매의 중량 순환량(Wcd)을 검출하는 중량 순환량 검출부(12c)와, 선형 압축기(1a)를 구동하는 교류 전류를 발생시키는 인버터(2)를 구비하고, 상기 냉매의 중량 순환량(Wco)과 냉매의 중량 순환량(Wcd)의 차이분이 감소하도록, 상기 인버터(2)를 제어하기 때문에, 냉방하는 방의 실제 온도와, 그 목표 온도의 온도차에 따라, 냉동 사이클 장치의 냉동 능력을 효율적으로 제어할 수 있다. 게다가, 본 제 3 실시예에서는, 냉동 사이클 장치의 냉동 능력의 제어를 상기 장치의 부하에 따라 밀접하게 관련되어 있는 냉매의 중량 순환량에 기초하여 실행하고 있기 때문에, 냉동 능력의 제어를 보다 응답성 양호하게 안정적으로 실행할 수 있다.

또한, 본 제 3 실시예에서는, 실내 온도(증발기의 주위 온도) 뿐만 아니라, 실외의 온도(응축기의 주위 온도)에도 기초하여, 본 냉동 사이클 장치에 요구되는 냉매의 중량 순환량(Wco)을 산출하고 있기 때문에, 냉동 사이클 장치에 요구되는 냉매의 중량 순환량의 산출값을 운전 상태에 따라 적절한 값으로 할 수 있다.

또한, 상기 제 3 실시예에서는, 상기 중량 순환량 지령부(11)로서, 검출 온도와 지령 온도의 온도차의 변화를 피드백하여 필요한 중량 순환량을 산출하는 것을 나타내었지만, 상기 중량 순환량 지령부(11)는 검출 온도의 값과 지령 온도의 값의 쌍에 중량 순환량의 값이 대응되어 있는 매트릭스형 테이블 등을 사용하여, 상기와 같은 피드백 루프가 아니라 오픈 루프를 갖고, 필요한 중량 순환량을 산출하는 것일 수도 있다.

또한, 상기 제 3 실시예에서는, 중량 순환량 검출부(12c)가 질량 유량을 계측하는 코리올리 질량 유량계인 경우에 대하여 나타내었지만, 중량 순환량 검출부(12c)에는, 열식 질량 유량계 등의 계측기를 사용할 수도 있고, 이 경우도 상기 제 3 실시예와 동일한 효과가 얻어진다.

또한, 본 실시예에서는, 냉동 사이클 장치가 실내를 냉방하는 공기 조화기인 경우에 대하여 설명했지만, 본 제 3 실시예의 냉동 사이클 장치는 제 1 실시예에서 설명한 바와 같이, 실내의 난방을 실행하는 공기 조화기이거나, 또는 냉장고나 온수 공급기나 극저온 냉동 장치 등이어도 무방하다.

(제 4 실시예)

도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 의한 냉동 사이클 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

본 제 4 실시예의 냉동 사이클 장치(104)는, 제 3 실시예의 압축기 구동부(103a)를 대신하여, 상기 압축기 구동부(103a)는 냉매의 중량 순환량을 검출하는 방법이 다른 압축기 구동부(104a)를 구비한 것이고, 그 밖의 구성은 제 3 실시예의 것과 동일이다.

즉, 상기 압축기 구동부(104a)는 제 3 실시예의 압축기 구동부(103a)와 같이 제 2 열교환기 주위 온도 검출기(3), 제 1 열교환기 주위 온도 검출기(5), 제 2 열교환기 주위 온도 지령기(4), 제 1 열교환기 주위 온도 지령기(6), 중량 순환량 지령부(11), 인버터(2), 및 인버터 제어부(21)를 갖고 있다.

그리고, 본 제 4 실시예의 압축기 구동부(104a)는, 선형 압축기(1a)내에서왕복 운동하는 피스톤의 스트로크 길이를 검출하고, 검출한 스트로크 길이(Dps)를 나타내는 검출 신호(스트로크 정보)를 출력하는 스트로크 검출부(9)와, 선형 압축기(1a)내에서 왕복 운동하는 피스톤의 상사점 위치, 즉 피스톤이 실린더 헤드에 가장 근접했을 때의 피스톤 위치(Dfd)를 검출하며, 상기 상사점 위치를 나타내는 검출 신호(상사점 위치 정보)를 출력하는 상사점 위치 검출부(10)와, 선형 압축기(1a)로부터 토출되는 냉매의 밀도(Dmd1)를 검출하는 토출 냉매 밀도 검출부(13)와, 상기 스트로크 길이(Dps), 상사점 위치(Dfd), 및 냉매 밀도(Dmd1)에 기초하여, 냉동 사이클 장치의 냉매 순환 경로를 흐르는 냉매의 실제 중량 순환량(Wcd)을 산출하는 중량 순환량 검출부(12d)를 갖고 있다. 여기서는, 토출 냉매 밀도 검출부(13)에는 광섬유를 사용한 밀도 센서를 사용하고 있다. 또한, 상기 스트로크 검출부(9) 및 상사점 위치 검출부(10)에는 상기 제 2 실시예와 같이 접촉형 위치 센서를 사용하고 있다. 단, 상기 각 검출부는 접촉형 위치 센서에 한정하지 않고, 비접촉형 위치 센서, 예컨대 와전류식의 갭 센서나 2개의 코일을 사용한 작동 트랜스를 사용할 수도 있고, 또한 선형 압축기에 입력하는 전류와 전압의 값으로부터, 상기 피스톤의 스트로크 길이 및 상사점 위치를 추측하는 것일 수도 있다.

다음 동작에 대하여 설명한다.

본 제 4 실시예의 냉동 사이클 장치(104)에서는 냉매 순환 경로를 흐르는 냉매의 실제 중량 순환량을 산출하는 동작만 제 3 실시예와 상이하고, 이하에서는 주로 상기 냉매의 중량 순환량의 산출 동작에 대하여 설명한다.

스트로크 검출부(9)에서는, 운전중인 선형 압축기(1a)에서의 피스톤 스트로크 길이(Dps)가 검출되고, 스트로크 길이를 나타내는 검출신호(스트로크 정보)가 중량 순환량 검출부(12d)에 출력된다. 또한, 상사점 위치 검출부(10)에서는, 운전중인 선형 압축기에 있어서의 피스톤 상사점 위치(Dfd)가 검출되며, 상사점 위치를 나타내는 검출 신호(상사점 위치 정보)가 중량 순환량 검출부(12d)에 출력된다. 또한, 토출 냉매 밀도 검출부(13)에서는, 선형 압축기(1)로부터 토출된 냉매의 밀도(Dmd1)가 검출되고, 냉매 밀도를 나타내는 검출 신호(밀도 정보)가 상기 중량 순환량 검출부(12d)에 출력된다.

그러면, 상기 중량 순환량 검출부(12d)에서는, 제 2 실시예의 냉동 사이클 장치(102)에 있어서의 체적 순환량 검출부(8b)와 동일하게 하고, 피스톤 스트로크 길이(Dps)와 상사점 위치(Dfd)에 기초하여, 선형 압축기(1a)가 피스톤 1회 왕복당 토출하는 냉매의 체적이 구해진다. 이 중량 순환량 검출부(12d)에서는, 또한 상기 구해진 피스톤 1회 왕복당 토출 냉매의 체적과, 토출 냉매 밀도 검출부(13)에 의해 검출된 토출 냉매 밀도(Dms1)의 승산 처리가 실행되어, 피스톤의 1회 왕복 운동에 의해 토출되는 냉매 중량이 산출된다. 그리고, 이 중량 순환량 검출부(12d)에서는, 피스톤의 1회 왕복 운동에 의해 토출되는 냉매의 중량에 인버터의 주파수를 승산하는 처리가 실행되고, 단위 시간당 선형 압축기가 토출하는 냉매의 중량(Wcd)이 구해지며, 이 토출 냉매 중량을 나타내는 검출 신호(순환량 정보)가 상기 인버터 제어부(21)에 공급된다. 그러면, 상기 인버터 제어부(21)로부터 인버터(2)에 그 제어 신호(Sc)가 공급되고, 인버터(2)에서는, 요구되는 냉매의 중량 순환량(Wco)과실제 냉매의 중량 순환량(Wcd)의 차이분이 감소하도록, 상기 제어 신호(Sc)에 기초하여 상기 교류 전류의 발생 동작이 제어된다.

이와 같이 본 제 4 실시예에서는, 선형 압축기(1a)내를 왕복 운동하는 피스톤의 스트로크 길이를 검출하는 스트로크 검출부(9)와, 선형 압축기(1a)내를 왕복 운동하는 피스톤의 상사점 위치를 검출하는 상사점 위치 검출부(1O)와, 선형 압축기(1)로부터 토출되는 냉매의 밀도를 검출하는 토출 냉매 밀도 검출부(13)를 구비하고, 상기 피스톤의 스트로크 길이, 상사점 위치, 선형 압축기(1a)에서 토출되는 냉매의 밀도, 및 선형 압축기(1a)의 구동 전류인 인버터(2)의 출력 교류 전류의 주파수에 기초하여, 냉동 사이클을 순환하는 실제 냉매의 중량 순환량을 산출하기 때문에, 상기 제 3 실시예와 같이 선형 압축기를 사용한, 실내의 냉방을 실행하는 공기 조화기인 냉동 사이클 장치의 냉동 능력을, 냉방하는 방의 실제 온도와 그 목표 온도의 온도차에 따라, 고효율로 제어할 수 있는 효과에 부가하여, 실제 냉매의 중량 순환량을 계측하는 유체 센서를 불필요하게 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 제 4 실시예에서는, 토출 냉매 밀도 검출부(13)가, 광섬유를 사용한 밀도 센서인 경우에 대하여 나타내었지만, 상기 토출 냉매 밀도 검출부(13)는 토출 냉매의 온도와 토출 냉매의 압력으로부터 토출 냉매의 밀도를 구하는 것일 수도 있다. 이 경우, 토출 냉매의 밀도를 계측하는 센서를 사용하지 않고, 냉동 사이클 장치의 냉동 능력을 효율적으로 제어할 수 있다.

또한, 토출 냉매의 밀도를 토출 냉매의 온도와 토출 냉매의 압력으로부터 구하는 구체적인 방법으로는, 냉매의 상태 방정식으로부터 산출하는 방법이나, 냉매의 온도의 값과 그 압력의 값의 쌍의 냉매의 밀도를 대응시키는 테이블로부터 구하는 방법이 있다. 여기서, 토출 냉매의 온도는, 일반적으로 선형 압축기(1a)의 보호용 센서로서 선형 압축기(1a)의 토출구에 장착되어 있는 온도 센서의 출력으로부터 구할 수 있고, 또한 토출 냉매의 압력은 선형 압축기(1a)의 토출측에 장착되어 있는 압력 센서의 출력으로부터 구할 수 있다. 또한, 토출 냉매의 압력은, 제 2 실시예에서도 설명한 바와 같이, 냉동 사이클을 구성하는 제 1 열교환기, 및 제 2 열교환기중 선형 압축기(1a)의 토출측에 설치된, 응축기로서 작용하고 있는 열교환기의 온도로부터, 냉매가 포화될 때의 압력으로 하여 구할 수도 있다.

(제 5 실시예)

도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 의한 냉동 사이클 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

본 제 5 실시예의 냉동 사이클 장치(105)는, 상기 제 4 실시예의, 실제 냉매의 중량 순환량을 선형 압축기(1a)에서 토출되는 냉매의 밀도에 기초하여 산출하는 선형 압축기 구동부(104a)를 대신하여, 실제 냉매의 중량 순환량을 선형 압축기(1a)에 흡입되는 냉매의 밀도에 기초하여 산출하는 선형 압축기 구동부(105a)를 구비한 것이고, 그 밖의 구성은 제 4 실시예의 것과 동일하다.

즉, 이 선형 압축기 구동부(105a)는 상기 제 4 실시예와 같이 제 2 열교환기 주위 온도 검출기(3), 제 1 열교환기 주위 온도 검출기(5), 제 2 열교환기 주위 온도 지령기(4), 제 1 열교환기 주위 온도 지령기(6), 스트로크 검출부(9), 상사점 위치 검출부(10), 중량 순환량 지령부(11), 인버터(2), 및 인버터 제어부(21)를 갖고 있다.

그리고, 본 제 5 실시예의 압축기 구동부(105a)는, 선형 압축기(1a)에 흡입되는 냉매의 밀도(Dmd2)를 검출하는 흡입 냉매 밀도 검출부(14)와, 피스톤 스트로크 길이(Dps), 상사점 위치(Dfd), 및 흡입 냉매 밀도(Dmd2)에 기초하여, 선형 압축기(1a)에서의 실제 냉매의 중량 순환량(Wcd)을 산출하는 중량 순환량 검출부(12e)를 갖고 있다. 여기서, 상기 흡입 냉매 밀도 검출부(14)는 광섬유를 사용한 밀도 센서 등을 사용하고 있다.

다음에 동작에 대하여 설명한다.

본 제 5 실시예의 냉동 사이클 장치(105)에서는, 실제 냉매의 중량 순환량을 산출하는 동작만 제 4 실시예와 상이하고, 이하에는 주로 냉매의 중량 순환량의 산출 동작에 대하여 설명한다.

선형 압축기(1a)가 구동되고, 냉매가 순환 경로내를 순환하고 있는 상태에서, 스트로크 검출부(9)에서는 운전중인 선형 압축기(1a)에 있어서의 피스톤 스트로크 길이(Dps)가 검출되며, 스트로크 길이를 나타내는 검출 신호(스트로크 정보)가 중량 순환량 검출부(12e)에 출력된다. 또한, 상사점 위치 검출부(10)에서는, 운전중인 선형 압축기에 있어서의 피스톤 상사점 위치(Dfd)가 검출되고, 상사점 위치를 나타내는 검출 신호(상사점 위치 정보)가 중량 순환량 검출부(12e)에 출력된다. 또한, 흡입 냉매 밀도 검출부(14)에서는, 선형 압축기(1a)에 흡입되는 냉매의 밀도(Dmd2)가 검출되고, 냉매 밀도를 나타내는 검출 신호(밀도 정보)가 상기 중량 순환량 검출부(12e)에 출력된다.

그러면, 상기 중량 순환량 검출부(12e)에서는, 제 2 실시예의 냉동 사이클 장치(102)에 있어서의 체적 순환량 검출부(8b)와 동일하게 하여, 피스톤 스트로크 길이와 상사점 위치에 기초하여, 선형 압축기(1a)가 피스톤 1회 왕복당 흡입하는 냉매의 체적이 구해진다. 이 중량 순환량 검출부(12e)에서는, 또한 상기 구해진, 피스톤 1회 왕복당 흡입 냉매의 체적량과, 흡입 냉매 밀도 검출부(14)에 의해 검출된 흡입 냉매의 밀도의 승산 처리가 실행되고, 피스톤의 1회 왕복 운동에 의해 흡입되는 냉매의 중량이 산출된다. 그리고, 이 중량 순환량 검출부(12e)에서는, 피스톤의 1회 왕복 운동에 의해 흡입되는 냉매의 중량에 인버터의 출력 전류의 주파수를 승산하는 처리가 실행되고, 단위 시간당 선형 압축기가 흡입하는 냉매의 중량(Wcd2)이 구해지며, 이 흡입 냉매 중량을 나타내는 검출 신호(순환량 정보)가 상기 인버터 제어부(21)에 공급된다.

그러면, 상기 인버터 제어부(21)로부터 인버터(2)에 그 제어 신호 (Sc)가 공급되고, 인버터(2)에서는 냉매의 중량 순환량(Wco)과 냉매의 중량 순환량(Wcd)의 차이분이 감소하도록, 제어 신호(Sc)에 기초하여 상기 교류 전류의 발생 동작이 제어된다.

이와 같이 본 제 5 실시예에서는, 선형 압축기(1a)내를 왕복 운동하는 피스톤의 스트로크 길이(Dps)를 검출하는 스트로크 검출부(9)와, 선형 압축기(1a)내를 왕복 운동하는 피스톤의 상사점 위치(Dfd)를 검출하는 상사점 위치 검출부(10)와, 선형 압축기(1a)에 흡입되는 냉매의 밀도(Dmd2)를 검출하는 흡입 냉매 밀도 검출부(14)를 구비하고, 상기 피스톤의 스트로크 길이, 상사점 위치, 선형압축기(1a)에 흡입되는 냉매의 밀도, 및 선형 압축기(1a)의 구동 전류인 인버터(2)의 출력 교류 전류의 주파수에 기초하여, 냉동 사이클을 순환하는 실제 냉매의 중량 순환량을 산출하기 때문에, 상기 제 3 실시예와 같이 선형 압축기를 사용한, 실내를 냉방하는 공기 조화기인 냉동 사이클 장치의 냉동 능력을, 냉방하는 방의 실제 온도와 그 목표 온도의 온도차에 따라, 고효율로 제어할 수 있는 효과에 부가하여, 실제 냉매의 중량 순환량을 계측하는 유체 센서를 불필요하게 할 수 있는 효과가 있다. 예컨대, 토출 냉매의 압력이 지나치게 높아 토출 냉매의 밀도를 검출할 수 없는 경우, 중량 순환량을 계측하는 센서를 사용하지 않고, 흡입 냉매의 밀도를 계측하는 센서만을 사용하여, 냉매의 중량 순환량에 기초하여, 냉동 사이클 장치의 냉동 능력을 효율적으로 제어할 수 있다.

또한, 상기 제 5 실시예에서는, 흡입 냉매 밀도 검출부(14)가 광섬유를 사용한 밀도 센서인 경우에 대하여 나타내었지만, 상기 흡입 냉매 밀도 검출부(14)는 흡입 냉매의 온도와 흡입 냉매의 압력으로부터 흡입 냉매의 밀도를 구하는 것일 수도 있다.

이 경우도, 토출 냉매의 압력이 지나치게 높아 토출 냉매의 압력을 검출할 수 없는 상태에서는, 흡입 냉매의 밀도를 계측하는 센서를 사용하지 않고, 냉매의 중량 순환량에 기초하여 냉동 사이클 장치의 냉동 능력을 효율적으로 제어할 수 있다.

또한, 흡입 냉매의 밀도를 흡입 냉매의 온도와 흡입 냉매의 압력으로부터 구하는 방법으로는, 냉매의 상태 방정식을 사용하는 방법이나, 냉매의 온도의 값과그 압력의 값의 쌍에 그 밀도를 대응시키는 테이블을 사용하는 방법이 있다.

여기서, 흡입 냉매의 온도는, 선형 압축기(1a)의 흡입구에 장착되어 있는 온도 센서의 출력으로부터 구할 수 있고, 또한 흡입 냉매의 압력은, 선형 압축기(1a)의 흡입측에 구비된 압력 센서의 출력으로부터 구할 수 있다. 또한, 흡입 냉매의 압력은, 제 2 실시예에서도 설명한 바와 같이, 냉동 사이클을 구성하는 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기중의, 선형 압축기(1a)의 흡입측에 설치된, 증발기로서 작용하고 있는 열교환기의 온도로부터, 냉매가 포화될 때의 압력으로 하여 구할 수 있다. 또한, 흡입 냉매의 온도의 검출 방법은, 선형 압축기(1a)의 흡입구에 부착되어 있는 온도 센서에 의해 검출하는 방법에 한정하지 않고, 예컨대 냉동 사이클에 관한 과열도(즉 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 온도와 그 포화 온도의 온도차)를 추측하고, 그 과열도와 증발기로서 작용하고 있는 열교환기의 온도의 합으로부터 흡입 냉매의 온도를 추측하도록 할 수도 있다. 이 경우, 토출 냉매의 압력이 지나치게 높아 토출 냉매의 압력을 검출할 수 없을 때에도, 흡입 냉매의 밀도를 계측하는 센서, 및 흡입 냉매의 온도를 측정하는 센서를 사용하지 않고, 냉동 사이클 장치의 부하에 따라 밀접히 관련되어 있는 냉매의 중량 순환량에 기초하여, 냉동 사이클 장치의 능력 제어를 효율적으로 제어할 수 있다.

(제 6 실시예)

도 7은 본 발명의 제 6 실시예에 의한 공기 조화기를 설명하는 블록도이다. 본 제 6 실시예의 공기 조화기(106)는, 실내기(114) 및 실내기(115)를 갖고, 냉난방을 실행하는 공기 조화기로서, 제 1 실시예의 공기 조화기(101)와는, 주로 냉매순환 경로내에서 냉매가 흐르는 방향을 변경하는 사방 밸브(113)를 갖는 점에서 상이하다.

즉, 제 6 실시예의 공기 조화기(106)는, 제 1 실시예의 공기 조화기(101a)와 같이 냉매 순환 경로를 형성하는 선형 압축기(1b), 스로틀 장치(57b), 제 1 열교환기(111) 및 제 2 열교환기(112)를 갖는 동시에, 상기 선형 압축기(1b)를 구동하는 압축기 구동부(101b)를 갖고 있다. 여기서, 제 1 열교환기(111)는 상기 실내기(114)를 구성하고 있고, 스로틀 장치(57b), 제 2 열교환기(112), 선형 압축기(1b), 사방 밸브(113) 및 압축기 구동부(101b)는 상기 실외기(115)를 구성하고 있다. 또한, 상기 선형 압축기(1b), 압축기 구동부(101b), 및 스로틀 장치(57b)는 각각 제 1 실시예의 냉동 사이클 장치(공기 조화기)(101a)를 구성하는 선형 압축기(1a), 압축기 구동부(101a), 및 스로틀 장치(57a)와 동일한 것이다.

또한, 상기 제 1 열교환기(111)는, 실내에 배치된 실내측 열교환기로서, 제 1 실시예의 냉방을 실행하는 공기 조화기(101a)의 제 1 열교환기(증발기)(53a)에 상당하는 것이다. 상기 제 2 열교환기(112)는, 실외에 배치된 실외측 열교환기로서, 제 1 실시예의 냉방을 실행하는 공기 조화기(101a)의 제 2 열교환기(응축기)(55a)에 상당하는 것이다. 여기서, 상기 실내측 열교환기(111)는 열교환의 능력을 향상시키기 위한 송풍기(111a)와, 상기 열교환기(111)의 온도 또는 그 주변 온도를 정하는 온도 센서(111b)를 갖고 있고, 상기 온도 센서(111b)는 제 1 실시예의 제 1 열교환기 주위 온도 검출기(3)에 상당하는 것이다. 상기 실외측 열교환기(112)는, 열교환의 능력을 향상시키기 위한 송풍기(112a)와, 상기 열교환기(112)의 온도 또는 그 주변 온도를 측정하는 온도 센서(112b)를 갖고 있고, 상기 온도 센서(112b)는 제 1 실시예의 제 2 열교환기 주위 온도 검출기(3)에 상당하는 것이다.

그리고, 본 제 6 실시예에서는, 상기 제 1 열교환기(111)와 제 2 열교환기(112) 사이의 냉매 경로에는, 압축기(1b) 및 사방 밸브(113)가 배치되어 있다. 즉 이 공기 조화기(106)는, 제 2 열교환기(112)를 통과한 냉매가 압축기(1b)에 흡입되고, 압축기(1b)로부터 토출된 냉매가 제 1 열교환기(111)로 공급되는 상태[즉 냉매가 화살표(A)의 방향으로 흐르는 상태]와, 제 1 열교환기(111)를 통과한 냉매가 압축기(1b)에 흡입되며, 압축기(1b)로부터 토출된 냉매가 제 2 열교환기(112)로 공급되는 상태[즉 냉매가 화살표(B)의 방향으로 흐르는 상태]가 상기 사방 밸브(113)에 의해 변경되는 것이다.

또한, 상기 스로틀 장치(57b)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 순환하는 냉매의 유량을 조절하는 스로틀 작용과, 냉매의 유량을 자동 조정하는 밸브(자동 조제 밸브)의 작용을 함께 갖는 것이다. 즉, 스로틀 장치(57b)는, 냉매가 냉매 순환 경로를 순환하고 있는 상태에서, 응축기로부터 증발기로 송출된 액체 냉매의 유량을 조절하여 상기 액체 냉매를 팽창시키는 동시에, 증발기에 필요하게 되는 양의 냉매를 과부족 없이 공급하는 것이다.

다음에 동작에 대하여 설명한다.

본 제 6 실시예의 공기 조화기(106)에서는, 압축기 구동부(101b)로부터 선형 압축기(1b)에 구동 전류(Cd)가 인가되면, 냉매 순환 경로내에서 냉매가 순환하여,실내기(114)의 제 1 열교환기(111) 및 실외기(115)의 제 2 열교환기(112)로 열교환이 실행된다. 이로써, 실내 난방 또는 냉방이 실행된다.

예컨대, 공기 조화기(116)의 난방 운전을 실행하는 경우, 사용자의 조작에 의해, 상기 사방 밸브(113)는 냉매가 화살표(A)로 나타내는 방향으로 흐르도록 설정된다. 이 경우, 상기 냉매 순환 경로에서의 냉매의 순환에 의해, 제 1 열교환기(실내측 열교환기)(111)는 응축기로서 동작하여 열을 방출한다. 이로써 실내가 따뜻해진다.

반대로, 공기 조화기(116)의 냉방 운전을 실행하는 경우, 사용자의 조작에 의해, 상기 사방 밸브(113)는 냉매가 화살표(B)로 나타내는 방향으로 흐르도록 설정된다. 이 경우, 상기 냉매 순환 경로에서의 냉매의 순환에 의해, 제 1 열교환기(실내측 열교환기)(111)는 증발기로서 동작하여 주변 공기의 열을 흡수한다. 이로써 실내가 차게 된다.

이와 같이 본 제 6 실시예의 공기 조화기(106)에서는, 제 1 실시예의 공기 조화기(101)와 마찬가지로, 실내 온도[제 1 열교환기(111)의 주위 온도] 뿐만 아니라, 실외 온도[제 2 열교환기(112)의 주위 온도]에도 기초하여, 본 공기 조화기에 요구되는 냉매의 체적 순환량(Vco)을 산출하고 있기 때문에, 요구되는 냉매의 체적 순환량의 산출값을, 운전 상태에 따라 적절한 값으로 할 수 있다.

즉, 공기 조화기가 실내를 지나치게 차게 하거나, 또는 지나치게 따뜻하게 한다는 쾌적성을 저해하는 운전 상태로 되는 것을 회피할 수 있고, 예컨대 실내 온도를 보다 단시간에 설정 온도로 할 수 있다는 효과가 있다.

게다가, 본 제 6 실시예의 공기 조화기(106)에서는, 상기와 같은 쾌적성을 저해하는 운전 상태가 회피되기 때문에, 공기 조화기의 운전에 불필요한 전력(동력)이 사용되지 않고, 보다 고효율의 운전이 가능해진다.

(제 7 실시예)

도 8은 본 발명의 제 7 실시예에 의한 냉장고를 설명하는 블록도이다.

본 제 7 실시예의 냉장고(107)는, 제 1 실시예의 냉동 사이클 장치(101)를 사용한 것으로, 제 1 실시예와 같이 냉매 순환 경로를 형성하는 선형 압축기(1c), 스로틀 장치(57c), 제 1 열교환기(122) 및 제 2 열교환기(121)를 갖는 동시에, 상기 선형 압축기(1c)를 구동하는 압축기 구동부(101c)를 갖고 있다.

즉, 상기 스로틀 장치(57c), 선형 압축기(1c) 및 압축기 구동부(101c)는 제 1 실시예의 스로틀 장치(57a), 선형 압축기(1a) 및 압축기 구동부(101a)와 동일한 것이다.

또한, 상기 제 2 열교환기(121)는, 대기 중에 열을 방출하는 응축기로서, 제 1 실시예의 냉방을 실행하는 공기 조화기(101a)의 제 2 열교환기(응축기)(55a)에 상당하는 것이다. 상기 제 1 열교환기(122)는, 냉장고내를 냉각하는 냉장실 증발기이고, 제 1 실시예의 냉방을 실행하는 공기 조화기(101a)의 제 1 열교환기(증발기)(53a)에 상당하는 것이다. 여기서, 상기 냉장실 증발기(122)는, 열교환의 능력을 향상시키기 위한 송풍기(122a)와, 상기 냉장고내의 온도를 검출하는 온도 센서(122b)를 갖고 있고, 상기 온도 센서(122b)는 제 1 실시예의 제 1 열교환기 주위 온도 검출기(3)에 상당하는 것이다.

다음에 동작에 대하여 설명한다.

본 실시예(7)의 냉장고(107)에서는, 압축기 구동부(101c)로부터 선형 압축기(1c)에 구동 전류(Cd)가 인가되면, 냉매 순환 경로내에서 냉매가 화살표(C)의 방향으로 순환하여, 응축기(121) 및 냉장실 증발기(122)로 열교환이 실행된다. 이로써, 냉장실내가 냉각된다.

즉, 제 2 열교환기(응축기)(121)로 액상으로 냉매는, 스로틀 장치(57c)에 의해 그 유량이 조절됨으로써 팽창하여, 저온의 냉매액으로 된다. 그리고, 제 1 열교환기(냉장실 증발기)(122)로 저온의 액체 냉매가 이송되면, 제 1 열교환기(냉장실 증발기)(122)에서는, 저온의 냉매액이 증발하여, 냉장실의 냉각이 실행된다. 이 때, 열교환기(122)에는, 송풍기(122a)에 의해 강제적으로 냉장실내의 공기가 이송되고 있고, 열교환기(122)에서는 효율적으로 열교환이 실행된다. 또한, 이 때 냉장고내의 온도가 온도 센서(122b)에 의해 검출되고, 검출 신호가 상기 압축기 구동부(101c)로 출력된다. 압축기 구동부(101c)는 온도 센서(122b)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여, 냉동 사이클 장치에 요구되는 냉매의 체적 순환량(Vco)을 산출하고, 상기 산출된 냉매의 체적 순환량에 기초하여 선형 압축기(1c)를 구동 제어한다.

이와 같이 본 제 7 실시예의 냉장고(107)에서는, 제 1 실시예의 공기 조화기(101)와 마찬가지로, 냉장고내의 온도[제 1 열교환기(122)의 주위 온도]에 기초하여, 본 냉장고에 요구되는 냉매의 체적 순환량(Vco)을 산출하고 있기 때문에, 요구되는 냉매의 체적 순환량의 산출값을 운전 상태에 의해 적절한 값으로 할수 있다.

즉, 본 제 7 실시예에서는, 냉장고내가 지나치게 차게 되는 효율이 불량한 운전 상태를 회피할 수 있고, 예컨대 냉장고내의 온도를 보다 단시간에 설정 온도로 할 수 있다는 효과가 있다.

(제 8 실시예)

도 9는 본 발명의 제 8 실시예에 의한 온수 공급기를 설명하는 블록도이다.

본 제 8 실시예의 온수 공급기(108)는, 공급된 물을 가열하여 온수를 배출하는 냉동 사이클 장치(142)와, 냉동 사이클 장치(142)로부터 배출된 온수를 저장하는 온수 저장조(141)를 갖고 있다.

상기 냉동 사이클 장치(142)는, 제 1 실시예의 냉동 사이클 장치(101)와 같이 냉매 순환 경로를 형성하는 선형 압축기(1d), 스로틀 장치(57d), 제 1 열교환기(132), 및 제 2 열교환기(135)를 갖는 동시에, 상기 선형 압축기(1d)를 구동하는 압축기 구동부(101d)를 갖고 있다.

즉, 상기 스로틀 장치(57d), 선형 압축기(1d) 및 압축기 구동부(101d)는 제 1 실시예의 스로틀 장치(57a), 선형 압축기(1a) 및 압축기 구동부(101a)와 동일한 것이다.

상기 제 2 열교환기(135)는, 냉동 사이클 장치(142)에 공급된 물을 가열하는 물 열교환기로서, 제 1 실시예의 냉방을 실행하는 공기 조화기(101a)의 제 2 열교환기(응축기)(55a)에 상당하는 것이다. 상기 제 1 열교환기(132)는, 주변 분위기로부터 열을 흡수하는 공기 열교환기로서, 제 1 실시예의 냉방을 실행하는 공기 조화기(101a)의 제 1 열교환기(증발기)(53a)에 상당하는 것이다. 여기서, 상기 물 열교환기(135)는 가열된 물(온수)의 온도를 검출하는 온도 센서(135a)를 갖고 있고, 상기 온도 센서(135a)는 제 1 실시예의 제 2 열교환기 주위 온도 검출기(5)에 상당하는 것이다. 상기 공기 열교환기(132)는, 열교환의 능력을 향상시키기 위한 송풍기(132a)와, 상기 주변 온도를 검출하는 온도 센서(132b)를 갖고 있다. 상기 온도 센서(132b)는 제 1 실시예의 제 1 열교환기 주위 온도 검출기(3)에 상당하는 것이다.

또한, 도면중, 참조 부호(131)는 선형 압축기(1d), 제 1 열교환기(132), 스로틀 장치(57d), 및 제 2 열교환기(135)에 의해 형성되는 냉매 순환 경로를 따라 상기 냉매를 순환시키는 냉매 배관이다. 상기 냉매 배관(131)에는, 압축기(1d)로부터 토출된 냉매를, 제 2 열교환기(135) 및 스로틀 장치(57d)를 바이패스하여 제 1 열교환기(132)에 공급하는 바이패스 배관(서리 제거 바이패스로)(133)이 접속되어 있고, 상기 바이패스 배관(133)의 일부에는 밸브(서리 제거 바이패스 밸브)(134)가 설치되어 있다.

상기 온수 저장조(141)는, 물 또는 온수를 저장하는 온수 저장 탱크(138)를 갖고 있다. 상기 온수 저장 탱크(138)의 급수구(138c)에는, 상기 온수 저장 탱크(138)내로 물을 외부로부터 공급하는 배관(급수관)(140)이 접속되고, 상기 온수 저장 탱크(138)의 온수 출구(138d)에는, 상기 온수 저장 탱크(138)로부터 욕조(욕탕)에 더운물을 공급하는 배관(욕조 온수 공급관)(140)이 접속되어 있다. 또한, 상기 온수 저장 탱크(138)의 물 출입구(138a)에는, 상기 탱크(138)에 저장된 온수를 외부로 공급하는 온수 공급관(139)이 접속되어 있다.

상기 온수 저장 탱크(138)와 냉동 사이클 장치(142)의 물 열교환기(135)는, 배관(136a, 136b, 146a, 146b)에 의해 접속되어 있고, 온수 저장 탱크(138)와 물 열교환기(135)의 사이에는 물의 순환로가 형성되어 있다.

여기서, 물 배관(136b)은, 물을 온수 저장 탱크(138)로부터 물 열교환기(135)로 공급하는 배관으로, 그 일단부는 온수 저장 탱크(138)의 물 출구(138b)에 접속되고, 그 타단부는 조인트 부분(143b)을 거쳐 물 열교환기(135)의 물 도입측 배관(146b)에 접속되어 있다. 또한, 이 물 배관(136b)의 일단부측에는, 온수 저장 탱크(138)내의 물 또는 온수를 배출하기 위한 배수 밸브(144)가 장착되어 있다. 상기 물 배관(136a)은 물을 물 열교환기(135)로부터 온수 저장 탱크(138)로 복귀시키는 배관으로, 그 일단부는 온수 저장 탱크(138)의 물 출입구(138a)에 접속되고, 그 타단부는 조인트 부분(143a)을 거쳐 물 열교환기(135)의 배출측 배관(146a)에 접속되어 있다.

그리고, 물 열교환기(135)의 도입측 배관(146b)의 일부에는, 상기 물 순환로내에서 물을 순환시키는 펌프(137)가 설치되어 있다.

다음에 동작에 대하여 설명한다.

선형 압축기(1d)에 압축기 구동부(101d)로부터 구동 전류 (Cd)가 인가되고, 선형 압축기(1d)가 구동하면, 선형 압축기(1d)에 의해 압축된 고온 냉매는, 화살표(D)의 방향으로 순환하고, 즉 냉매 배관(131)을 통해 제 2 열교환기(물 열교환기)(135)에 공급된다. 또한, 물 순환로의 펌프(137)가 구동하면, 온수 저장 탱크(138)로부터 물이 제 2 열교환기(135)에 공급된다.

그러면, 제 2 열교환기(물 열교환기)(135)에서는, 냉매와 온수 저장 탱크(138)로부터 공급된 물 사이에서 열교환이 실행되고, 열이 냉매로부터 물로 이동한다. 즉 공급된 물이 가열되고, 가열된 물(온수)은 온수 저장 탱크(138)로 공급된다. 이 때, 가열된 물(온수)의 온도는 응축 온도 센서(135a)로 감시되고 있다.

또한, 제 2 열교환기(물 열교환기)(135)에서는, 냉매는 상기 열교환에 의해 응축하고, 응축된 액체 냉매는, 그 유량이 스로틀 장치(57d)에 의해 조절됨으로써 팽창하고, 제 1 열교환기(공기 열교환기)(132)로 이송된다. 이 온수 공급기(108)에서는, 상기 제 1 열교환기(공기 열교환기)(132)는 증발기로서 작용한다. 즉, 상기 공기 열교환기(132)는 송풍기(132b)에 의해 이송된 외부 공기로부터 열을 흡수하고, 저온의 냉매액을 증발시킨다. 이 때, 상기 공기 열교환기(132)의 주변 분위기 온도는 온도 센서(132b)에 의해 감시되고 있다.

또한, 냉동 사이클 장치(142)에서는, 제 1 열교환기(공기 열교환기)(132)에 서리가 생긴 경우는, 서리 제거 바이패스 밸브(134)가 개방되고, 고온의 냉매가 서리 제거 바이패스로(133)를 거쳐 제 1 열교환기(공기 열교환기)(132)에 공급된다. 이로써 제 2 열교환기(공기 열교환기)(132)의 서리 제거가 실행된다.

한편, 온수 저장조(141)에는, 냉동 사이클 장치(108)의 물 열교환기(135)로부터 온수가 배관(146a 및 136a)을 거쳐 공급되고, 공급된 온수가 온수 저장 탱크(138)에 저장된다. 온수 저장 탱크(138)내의 온수는 필요에 따라 온수공급관(139)을 통해 외부에 공급된다. 특히, 욕조로 온수 공급하는 경우는, 온수 저장 탱크내의 온수는 욕조용 온수 공급관(140)을 통해 욕조에 공급된다.

또한, 온수 저장 탱크(138)내의 물 또는 온수의 저장량이 일정량 이하로 된 경우에는 외부로부터 급수관(140)을 거쳐 물이 보급된다.

이와 같이 본 제 8 실시예의 온수 공급기(108)에서는, 제 1 실시예의 공기 조화기(101)와 마찬가지로, 온도 센서(135a)에 의해 검출된, 온수 공급기(108)로부터 공급되는 온수의 온도에 기초하여, 온수 공급기의 냉동 사이클 장치에 요구되는 냉매의 체적 순환량(Vco)을 산출하고 있기 때문에, 요구되는 냉매의 체적 순환량의 산출값을 온수 공급기의 운전 상태에 따라 적절한 값으로 할 수 있다.

즉, 온수 공급기가 물을 지나치게 따뜻하게 한 효율이 불량한 운전 상태로 되는 것을 회피할 수 있고, 예컨대 온수 공급기로부터 공급되는 온수의 온도를 보다 단시간에 설정 온도로 할 수 있다는 효과가 있다.

(제 9 실시예)

도 10은 본 발명의 제 9 실시예에 의한 극저온 냉동 장치를 설명하는 블록도이다.

본 제 9 실시예의 극저온 냉동 장치(109)는 냉동실을 갖고, 상기 냉동실 내부를 극저온 상태(-50℃ 이하)가 되도록 냉각하는 것으로서, 이 극저온 냉동 장치(109)를 사용하여 냉각하는 물질(냉각 대상물)에는, 초전도용 소자(저항, 코일, 자석 등의 전기 자기 회로 소자), 적외선 센서용 저온 참조부(參照部) 등의 전자 부품, 혈액이나 내장 등의 의료용 물질, 또한 냉동 다랑어 등 냉동 식품이 있다.

전자 부품을 극저온 상태로 하는 것은, 동작 효율 상승, 또는 열 잡음의 제거에 의한 감도 상승을 위한 것이며, 식료품 등에서는 신선 식품을 수송하거나, 신선도 유지나 건조를 행하기 위해서이다

또한, 이 극저온 냉동 장치의 냉각 온도는, 고온 초전도의 용도에서는, 50 내지 100K(K: 절대 온도) 정도로, 통상의 초전도의 용도에서는, 0 내지 50K 정도의 극저온 상태로 설정된다. 또한, 식품 등의 신선 유지에 사용하는 경우는, 이 극저온 냉동 장치의 냉각 온도는 -50℃ 이하(섭씨)로 설정된다.

이하, 구체적으로 설명한다.

본 제 9 실시예의 극저온 냉동 장치(109)는, 제 1 실시예의 냉동 사이클 장치(101)를 사용한 것으로, 제 1 실시예와 마찬가지로 냉매 순환 경로를 형성하는 선형 압축기(1e), 스로틀 장치(57e), 제 1 열교환기(152), 및 제 2 열교환기(151)를 갖는 동시에, 상기 선형 압축기(1e)를 구동하는 압축기 구동부(101e)를 갖고 있다.

즉, 상기 스로틀 장치(57e), 선형 압축기(1e) 및 압축기 구동부(101e)는 제 1 실시예의 스로틀 장치(57a), 선형 압축기(1a) 및 압축기 구동부(101a)와 동일한 것이다.

또한, 상기 제 2 열교환기(151)는, 대기 중에 열을 방출하는 방열기로서, 제 1 실시예의 냉방을 실행하는 공기 조화기(101a)의 응축기(55a)에 상당하는 것이다. 상기 제 1 열교환기(152)는, 냉동실내를 냉각하는 축냉기로서, 제 1 실시예의 냉방을 실행하는 공기 조화기(101a)의 증발기(53a)에 상당하는 것이다. 여기서, 상기 방열기(152)는, 열교환의 능력을 향상시키기 위한 송풍기(152a)와, 냉동실내의 온도를 검출하는 온도 센서(152b)를 갖고 있고, 상기 온도 센서(152b)는 제 1 실시예의 제 1 열교환기 주위 온도 검출기(3)에 상당하는 것이다.

다음에 동작에 대하여 설명한다.

본 제 9 실시예의 극저온 냉동 장치(109)에서는, 압축기 구동부(101e)로부터 선형 압축기(1e)로 구동 전류(Cd)가 인가되면, 냉매 순환 경로내에서 냉매가 화살표(E)의 방향으로 순환하며, 방열기(151) 및 축냉기(152)에 의해 열교환이 실행된다. 이로써, 냉동실이 냉각된다.

즉, 제 2 열교환기(방열기)(151)에 의해 액상으로 된 냉매는, 스로틀 장치(57e)에 의해 그 유량이 조절됨으로써 팽창하여 저온의 냉매액으로 된다. 그리고, 제 1 열교환기(축냉기)(152)로 저온의 액체 냉매가 이송되면, 제 1 열교환기(축냉기)(152)에서는 저온의 냉매액이 증발하여 냉동실의 냉각이 실행된다. 이 때, 축냉기(152)에서는, 송풍기(152a)에 의해 강제적으로 냉동실내의 공기가 이송되고 있고, 축냉기(152)에서는 효율적으로 열교환이 실행된다. 또한, 이 때 냉동실내의 온도가 온도 센서(152b)에 의해 검출되며, 검출 신호가 상기 압축기 구동부(101e)에 출력된다. 압축기 구동부(101e)는, 온도 센서(152b)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여, 냉동 사이클 장치에 요구되는 냉매의 체적 순환량(Vco)을 산출하고, 상기 산출된 냉매의 체적 순환량에 기초하여 선형 압축기(1e)를 구동 제어한다.

이와 같이 본 제 9 실시예의 극저온 냉동 장치(109)에서는, 제 1 실시예의 공기 조화기(101)와 마찬가지로 냉동실내의 온도(즉, 냉동의 대상물의 온도)에 기초하여, 냉동 사이클 장치에 요구되는 냉매의 체적 순환량(Vco)을 산출하고 있기 때문에, 요구되는 냉매의 체적 순환량의 산출값을 극저온 냉동 장치의 운전 상태에 따라 적절한 값으로 할 수 있고, 이로써 냉동 대상물의 온도를 정밀도 높게 제어할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 상기 제 6 실시예 내지 제 9 실시예에서는, 압축기 구동부로서, 제 1 실시예의 냉동 사이클 장치(101)의 압축기 구동부(101a)와 동일한 것을 사용하고 있지만, 제 6 실시예 내지 제 9 실시예의 압축기 구동부는, 제 1 실시예의 것에 한정하지 않고, 제 2 실시예 내지 제 5 실시예중 어느 것[압축기 구동부(102a 내지 105a)]을 사용해도 무방하다.

이상과 같이 본 발명(청구항 1)에 따른 냉동 사이클 장치에 의하면, 냉매의 순환 경로를 형성하는 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기와, 피스톤 및 피스톤을 왕복 운동시키는 리니어 모터를 갖고, 상기 피스톤의 왕복 운동에 의해 상기 순환 경로내에서 냉매를 순환시키는 선형 압축기를 구비한 냉동 사이클 장치로서, 상기 리니어 모터를 구동하는 교류 전류를 발생하는 인버터와, 상기 피스톤의 왕복 운동에 의해 선형 압축기가 단위 시간당 토출 또는 흡입하는 냉매의 체적을 나타내는 실제 냉매 순환량을 검출하는 실순환량 검출부와, 상기 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기의 양쪽 또는 한쪽의 주변 온도와, 적어도 상기 양 열교환기중 한쪽에 대하여 설정된 목표 온도에 기초하여, 상기 선형 압축기가 단위 시간당 토출 또는 흡입해야 할 냉매의 체적을 나타내는 목표 냉매 순환량을 도출하는 목표 순환량 도출부와, 상기 실제 냉매 순환량과 상기 목표 냉매 순환량의 차이분이 감소하도록, 상기 인버터를 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하기 때문에, 선형 압축기를 사용한 냉동 사이클 장치의 냉동 능력의 제어를 종래의 회전형 압축기를 사용한 냉동 사이클 장치와 같이 냉매의 체적 순환량에 기초하여 고효율로 행할 수 있다.

본 발명(청구항 2)에 의하면, 청구항 1에 기재된 냉동 사이클 장치에 있어서, 왕복 운동하는 피스톤의 스트로크 길이를 검출하는 스트로크 검출부와, 왕복 운동하는 피스톤의 상사점 위치를 검출하는 상사점 위치 검출부를 구비하고, 상기 실순환량 검출부는, 검출된 스트로크 길이 및 상기 검출된 상사점 위치에 기초하여, 상기 피스톤의 1회 왕복 운동에 의해 토출 또는 흡입되는 냉매의 용적을 산출하며, 상기 용적과 상기 인버터가 발생시키는 교류 전류의 주파수의 승산에 의해, 상기 실제 냉매 순환량을 구하는 것을 특징으로 하기 때문에, 냉동 사이클 장치의 냉동 능력을 체적 순환량을 계측하는 센서를 사용하지 않고 효율적으로 제어할 수 있다.

본 발명(청구항 3)에 의하면, 청구항 2에 기재된 냉동 사이클 장치에 있어서, 상기 순환 경로의 선형 압축기의 냉매 토출측에 위치하는, 냉매를 응축시키는 열교환기내의 냉매의 온도에 기초하여, 상기 선형 압축기가 토출하는 냉매의 압력을 추정하는 토출 압력 추정부와, 상기 순환 경로의 선형 압축기의 냉매 흡입측에위치하는, 냉매를 증발시키는 열교환기내의 냉매의 온도에 기초하여, 상기 선형 압축기가 흡입하는 냉매의 압력을 추정하는 흡입 압력 추정부를 구비하고, 상기 실순환량 검출부는, 추정된 흡입 냉매의 압력 및 추정된 토출 냉매의 압력으로부터 얻어지는, 상기 순환 경로에 있어서의 냉매의 최고 압력과 최저 압력의 압력비와, 상기 검출된 스트로크 길이 및 상기 검출된 상사점 위치를 사용한 연산에 의해, 상기 피스톤의 1회 왕복 운동에 의해 토출 또는 흡입되는 냉매의 용적을 구하는 것을 특징으로 하기 때문에, 운전 조건에 따라 압력 상태가 변화되어, 냉매의 토출압과 흡입압의 압력비가 변화되는 냉동 사이클 장치라도, 냉동 사이클 장치의 냉동 능력을 냉매의 체적 순환량에 기초하여 효율적으로 제어할 수 있다.

본 발명(청구항 4)에 따른 냉동 사이클 장치에 의하면, 냉매의 순환 경로를 형성하는 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기와, 피스톤 및 피스톤을 왕복 운동시키는 리니어 모터를 갖고, 상기 피스톤의 왕복 운동에 의해 상기 순환 경로내의 냉매를 순환시키는 선형 압축기를 구비한 냉동 사이클 장치로서, 상기 리니어 모터를 구동하는 교류 전류를 발생시키는 인버터와, 상기 피스톤의 왕복 운동에 의해 선형 압축기가 단위 시간당 토출 또는 흡입하는 냉매의 중량을 나타내는 실제 냉매 순환량을 검출하는 실순환량 검출부와, 상기 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기의 양쪽 또는 한쪽의 주변 온도와, 적어도 상기 양 열교환기중 한쪽에 대하여 설정된 목표 온도에 기초하여, 상기 선형 압축기가 단위 시간당 토출 또는 흡입해야 할 냉매의 중량을 나타내는 목표 냉매 순환량을 도출하는 목표 순환량 도출부와, 상기 실제 냉매 순환량과 상기 목표 냉매 순환량의 차이분이 감소하도록, 상기 인버터를 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하기 때문에, 냉방하는 방의 실제 온도와, 그 목표 온도의 온도차에 따라, 냉동 사이클 장치의 냉동 능력을 효율적으로 제어할 수 있으며, 게다가 냉동 사이클 장치의 냉동 능력을, 상기 장치의 부하와 보다 밀접하게 관련되어 있는 냉매의 중량 순환량에 기초하여 실행하고 있기 때문에, 냉동 능력의 제어를 보다 응답성 양호하게 안정하게 실행할 수 있다.

본 발명(청구항 5)에 의하면, 청구항 4에 기재된 냉동 사이클 장치에 있어서, 왕복 운동하는 피스톤의 스트로크 길이를 검출하는 스트로크 검출부와, 왕복 운동하는 피스톤의 상사점 위치를 검출하는 상사점 위치 검출부와, 상기 선형 압축기로부터 토출되는 냉매의 밀도를 검출하는 토출 냉매 밀도 검출부를 구비하고, 상기 실순환량 검출부는, 상기 검출된 스트로크 길이 및 상기 검출된 상사점 위치에 기초하여, 상기 피스톤의 1회 왕복 운동에 의해 토출되는 냉매의 용적을 산출하며, 상기 산출된 용적, 상기 검출된 냉매의 밀도, 및 상기 인버터가 발생시키는 교류 전류의 주파수로부터 상기 단위 시간당 선형 압축기에 의해 토출되는 냉매의 중량을 구하는 것을 특징으로 하기 때문에, 냉매의 중량 순환량에 기초한, 냉동 사이클 장치의 냉동 능력의 효율이 양호한 제어를, 냉매의 중량 순환량을 계측하는 센서를 사용하지 않고, 토출 냉매의 밀도를 계측하는 센서만을 사용하여 실행할 수 있다.

본 발명(청구항 6)에 의하면, 청구항 5에 기재된 냉동 사이클 장치에 있어서, 상기 선형 압축기로부터 토출되는 냉매의 온도를 검출하는 토출 온도 검출부와, 상기 선형 압축기로부터 토출되는 냉매의 압력을 검출하는 토출 압력 검출부를 구비하고, 상기 토출 냉매 밀도 검출부는 상기 검출된 선형 압축기로부터 토출되는냉매의 온도 및 압력에 기초하여, 상기 선형 압축기로부터 토출되는 냉매의 밀도를 도출하는 것을 특징으로 하기 때문에, 냉매의 중량 순환량에 기초한, 냉동 사이클 장치의 냉동 능력의 효율이 양호한 제어를, 토출 냉매의 밀도를 계측하는 센서를 사용하지 않고 실행할 수 있다.

본 발명(청구항 7)에 의하면, 청구항 4에 기재된 냉동 사이클 장치에 있어서, 왕복 운동하는 피스톤의 스트로크 길이를 검출하는 스트로크 검출부와, 왕복 운동하는 피스톤의 상사점 위치를 검출하는 상사점 위치 검출부와, 상기 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 밀도를 검출하는 흡입 냉매 밀도 검출부를 구비하고, 상기 실순환량 검출부는 상기 검출된 스트로크 길이 및 상기 검출된 상사점 위치에 기초하여 상기 피스톤의 1회 왕복 운동에 의해 토출되는 냉매의 용적을 산출하며, 상기 산출된 용적, 상기 검출된 냉매의 밀도, 및 상기 인버터가 발생시키는 교류 전류의 주파수로부터 단위 시간당 상기 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 중량을 구하는 것을 특징으로 하기 때문에, 냉매의 중량 순환량에 기초한 냉동 사이클 장치의 냉동 능력의 효율이 양호한 제어를 중량 순환량을 계측하는 센서를 사용하지 않고, 흡입 냉매의 밀도를 계측하는 센서만을 사용하여 실행할 수 있다.

본 발명(청구항 8)에 의하면, 청구항 7에 기재된 냉동 사이클 장치에 있어서, 상기 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 온도를 검출하는 흡입 온도 검출부와, 상기 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 압력을 검출하는 흡입 압력 검출부를 구비하고, 상기 흡입 냉매 밀도 검출부는 상기 검출된 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 온도 및 압력에 기초하여 상기 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 밀도를 구하는 것을 특징으로 하기 때문에, 냉매의 중량 순환량에 기초한 냉동 사이클 장치의 냉동 능력의 효율이 양호한 제어를 흡입 냉매의 밀도를 계측하는 센서를 사용하지 않고 실행할 수 있다.

본 발명(청구항 9)에 의하면, 청구항 8에 기재된 냉동 사이클 장치에 있어서, 상기 순환 경로의 선형 압축기의 냉매 흡입측에 위치하는, 냉매를 증발시키는 열교환기인 증발기내의 냉매의 온도를 상기 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 포화 온도로서 검출하는 냉매 온도 검출부와, 상기 선형 압축기의 운전 상태에 기초하여, 상기 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 온도와 그 포화 온도의 온도차인 상기 냉매의 과열도를 추정하는 과열도 추정부를 구비하고, 상기 흡입 온도 검출부는 상기 검출된 증발기내의 냉매의 온도와, 상기 추정된 냉매의 과열도를 가산하여, 상기 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 온도를 구하는 것을 특징으로 하기 때문에, 냉매의 중량 순환량에 기초한 냉동 사이클 장치의 냉동 증력의 효율이 양호한 제어를 흡입 냉매의 밀도를 계측하는 센서 및 흡입 냉매의 온도를 측정하는 센서를 사용하지 않고 실행할 수 있다.

본 발명(청구항 10)에 따른 공기 조화기에 의하면, 청구항 1 내지 청구항 9중 어느 한 항에 기재된 냉동 사이클 장치를 갖는 공기 조화기로서, 상기 제 1 열교환기는 실외측 열교환기이고, 상기 제 2 열교환기는 실내측 열교환기인 것을 특징으로 하기 때문에, 지나치게 차거나, 지나치게 따뜻한 쾌적성을 저해하는 운전을 방지할 수 있고, 예컨대 실내 온도를 보다 단시간에 설정 온도로 할 수 있다는 효과가 있다. 또한, 상기와 같은 공기 조화기의 운전에서는, 불필요한 전력(동력)을사용하지 않기 때문에, 공기 조화기의 보다 고효율의 운전이 가능해진다.

본 발명(청구항 11)에 따른 냉장고에 의하면, 청구항 1 내지 청구항 9중 어느 한 항에 기재된 냉동 사이클 장치를 갖는 냉장고로서, 상기 제 1 열교환기는 열을 방출하는 응축기이고, 상기 제 2 열교환기는 냉장고내를 냉각하는 증발기인 것을 특징으로 하기 때문에, 냉장고내를 지나치게 차게 하는 효율이 불량한 운전 상태로 되는 것을 회피할 수 있으며, 예컨대 냉장고내의 온도를 보다 단시간에 설정 온도로 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명(청구항 12)에 따른 온수 공급기에 의하면, 청구항 1 내지 청구항 9중 어느 한 항에 기재된 냉동 사이클 장치를 갖는 온수 공급기로서, 물을 저장하는 저수조를 구비하고, 상기 제 1 열교환기는 상기 저수조의 물을 가열하는 물 열교환기이고, 상기 제 2 열교환기는 주변 분위기로부터 열을 흡수하는 공기 열교환기인 것을 특징으로 하기 때문에, 온수 공급기가 물을 지나치게 따뜻하게 하는 효율이 불량한 운전 상태로 되는 것을 회피할 수 있으며, 예컨대 온수 공급기로부터 공급되는 온수의 온도를 보다 단시간에 설정 온도로 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명(청구항 13)에 따른 극저온 냉동 장치에 의하면, 청구항 1 내지 청구항 9중 어느 한 항에 기재된 냉동 사이클 장치를 갖는 극저온 냉동 장치로서, 냉동실을 갖고, 상기 제 1 열교환기는 열을 방출하는 방열기이고, 상기 제 2 열교환기는 상기 냉동실내를 냉각하는 축냉기인 것을 특징으로 하기 때문에, 정밀도가 높은 온도 제어가 가능한 극저온 냉동 장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims

냉매의 순환 경로를 형성하는 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기와, 피스톤 및 피스톤을 왕복 운동시키는 리니어 모터(linear motor)를 갖고, 상기 피스톤의 왕복 운동에 의해 상기 순환 경로내의 냉매를 순환시키는 선형 압축기(linear compressor)를 구비한 냉동 사이클 장치에 있어서,

상기 리니어 모터를 구동하는 교류 전류를 발생시키는 인버터와,

상기 피스톤의 왕복 운동에 의해 선형 압축기가 단위 시간당 토출 또는 흡입하는 냉매의 체적을 나타내는 실제 냉매 순환량을 검출하는 실순환량 검출부와,

상기 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기의 양쪽 또는 한쪽의 주변 온도와, 적어도 상기 양 열교환기의 중 한쪽에 대하여 설정된 목표 온도에 기초하여, 상기 선형 압축기가 단위 시간당 토출 또는 흡입해야 할 냉매의 체적을 나타내는 목표 냉매 순환량을 도출하는 목표 순환량 도출부와,

상기 실제 냉매 순환량과 상기 목표 냉매 순환량의 차이분이 감소하도록 상기 인버터를 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는

냉동 사이클 장치.
제 1 항에 있어서,

왕복 운동하는 피스톤의 스트로크 길이를 검출하는 스트로크 검출부와,

왕복 운동하는 피스톤의 상사점 위치를 검출하는 상사점 위치 검출부를 구비하며,

상기 실순환량 검출부는, 상기 검출된 스트로크 길이 및 상기 검출된 상사점 위치에 기초하여, 피스톤의 1회 왕복 운동에 의해 토출 또는 흡입되는 냉매의 용적을 산출하며, 상기 산출된 용적과 상기 인버터가 발생시키는 교류 전류의 주파수의 승산에 의해, 상기 실제 냉매 순환량을 구하는 것을 특징으로 하는

냉동 사이클 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 순환 경로의 선형 압축기의 냉매 토출측에 위치하는, 냉매를 응축시키는 열교환기내의 냉매의 온도에 기초하여, 상기 선형 압축기가 토출하는 냉매의 압력을 추정하는 토출 압력 추정부와,

상기 순환 경로의 선형 압축기의 냉매 흡입측에 위치하는, 냉매를 증발시키는 열교환기내의 냉매의 온도에 기초하여, 상기 선형 압축기가 흡입하는 냉매의 압력을 추정하는 흡입 압력 추정부를 구비하며,

상기 실순환량 검출부는, 상기 추정된 흡입 냉매의 압력 및 추정된 토출 냉매의 압력으로부터 얻어지는, 상기 순환 경로에 있어서의 냉매의 최고 압력과 최저 압력의 압력비와, 상기 검출된 스트로크 길이 및 상기 검출된 상사점 위치를 이용한 연산에 의해, 상기 피스톤의 1회 왕복 운동에 의해 토출 또는 흡입되는 냉매의용적을 구하는 것을 특징으로 하는

냉동 사이클 장치.
냉매의 순환 경로를 형성하는 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기와, 피스톤 및 피스톤을 왕복 운동시키는 리니어 모터를 갖고, 상기 피스톤의 왕복 운동에 의해 상기 순환 경로내의 냉매를 순환시키는 선형 압축기를 구비한 냉동 사이클 장치에 있어서,

상기 리니어 모터를 구동하는 교류 전류를 발생시키는 인버터와,

상기 피스톤의 왕복 운동에 의해 선형 압축기가 단위 시간당 토출 또는 흡입하는 냉매의 중량을 나타내는 실제 냉매 순환량을 검출하는 실순환량 검출부와,

상기 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기의 양쪽 또는 한쪽의 주변 온도와, 적어도 상기 양 열교환기중 한쪽에 대하여 설정된 목표 온도에 기초하여, 상기 선형 압축기가 단위 시간당 토출 또는 흡입해야할 냉매의 중량을 나타내는 목표 냉매 순환량을 도출하는 목표 순환량 도출부와,

상기 실제 냉매 순환량과 상기 목표 냉매 순환량의 차이분을 감소시키도록 상기 인버터를 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는

냉동 사이클 장치.
제 4 항에 있어서,

왕복 운동하는 피스톤의 스트로크 길이를 검출하는 스트로크 검출부와,

왕복 운동하는 피스톤의 상사점 위치를 검출하는 상사점 위치 검출부와,

상기 선형 압축기로부터 토출되는 냉매의 밀도를 검출하는 토출 냉매 밀도 검출부를 구비하며,

상기 실순환량 검출부는, 상기 검출된 스트로크 길이 및 상기 검출된 상사점 위치에 기초하여, 상기 피스톤의 1회 왕복 운동에 의해 토출되는 냉매의 용적을 산출하고, 상기 산출된 용적, 상기 검출된 냉매의 밀도, 및 상기 인버터가 발생시키는 교류 전류의 주파수로부터 상기 단위 시간당 선형 압축기에 의해 토출되는 냉매의 중량을 구하는 것을 특징으로 하는

냉동 사이클 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 선형 압축기로부터 토출되는 냉매의 온도를 검출하는 토출 온도 검출부와,

상기 선형 압축기로부터 토출되는 냉매의 압력을 검출하는 토출 압력 검출부를 구비하며,

상기 토출 냉매 밀도 검출부는 상기 검출된 선형 압축기로부터 토출되는 냉매의 온도 및 압력에 기초하여 상기 선형 압축기로부터 토출되는 냉매의 밀도를 도출하는 것을 특징으로 하는

냉동 사이클 장치.
제 4 항에 있어서,

왕복 운동하는 피스톤의 스트로크 길이를 검출하는 스트로크 검출부와,

왕복 운동하는 피스톤의 상사점 위치를 검출하는 상사점 위치 검출부와,

상기 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 밀도를 검출하는 흡입 냉매 밀도 검출부를 구비하며,

상기 실순환량 검출부는, 상기 검출된 스트로크 길이 및 상기 검출된 상사점 위치에 기초하여, 상기 피스톤의 1회 왕복 운동에 의해 토출되는 냉매의 용적을 산출하고, 상기 산출된 용적, 상기 검출된 냉매의 밀도, 및 상기 인버터가 발생시키는 교류 전류의 주파수로부터 단위 시간당 상기 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 중량을 구하는 것을 특징으로 하는

냉동 사이클 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 온도를 검출하는 흡입 온도 검출부와,

상기 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 압력을 검출하는 흡입 압력 검출부를구비하며,

상기 흡입 냉매 밀도 검출부는 상기 검출된 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 온도 및 압력에 기초하여 상기 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 밀도를 구하는 것을 특징으로 하는

냉동 사이클 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 순환 경로의 선형 압축기의 냉매 흡입측에 위치하는, 냉매를 증발시키는 열교환기인 증발기내의 냉매의 온도를 상기 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 포화 온도로서 검출하는 냉매 온도 검출부와,

상기 선형 압축기의 운전 상태에 기초하여, 상기 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 온도와 그 포화 온도의 온도차인 상기 냉매 과열도를 추정하는 과열도 추정부를 구비하며,

상기 흡입 온도 검출부는 상기 검출된 증발기내의 냉매 온도와, 상기 추정된 냉매 과열도를 가산하여 상기 선형 압축기에 흡입되는 냉매의 온도를 구하는 것을 특징으로 하는

냉동 사이클 장치.
제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 기재된 냉동 사이클 장치를 갖는 공기 조화기에 있어서,

상기 제 1 열교환기는 실외측 열교환기이고,

상기 제 2 열교환기는 실내측 열교환기인 것을 특징으로 하는

공기 조화기.
제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 기재된 냉동 사이클 장치를 갖는 냉장고에 있어서,

상기 제 1 열교환기는 열을 방출하는 응축기이고,

상기 제 2 열교환기는 냉장고내를 냉각하는 증발기인 것을 특징으로 하는

냉장고.
제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 기재된 냉동 사이클 장치를 갖는 온수 공급기에 있어서,

물을 저장하는 저수조를 구비하며,

상기 제 1 열교환기는 상기 저수조의 물을 가열하는 물 열교환기이고,

상기 제 2 열교환기는 주변 분위기로부터 열을 회수하는 공기 열교환기인 것을 특징으로 하는

온수 공급기.
제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 기재된 냉동 사이클 장치를 갖는 극저온 냉동 장치에 있어서,

냉동실을 구비하며,

상기 제 1 열교환기는 열을 방출하는 방출기이고,

상기 제 2 열교환기는 상기 냉동실내를 냉각하는 축냉기인 것을 특징으로 하는

극저온 냉동 장치.