(57)【要約】【課題】リニアコンプレッサ１ａを有する冷凍サイクル装置１０１の冷凍能力を、負荷に応じて、高速かつ安定に制御可能とする。【解決手段】室内の熱交換器（蒸発器）５３ａの周辺温度、該蒸発器５３ａに対して使用者が設定した目標温度、及び室外の熱交換器（凝縮器）５５ａの周囲温度に基づいて、本冷凍サイクル装置１０１に要求される冷凍能力に応じた冷媒の体積循環量Ｖｃｏを求める体積循環量指令部７と、実際に本冷凍サイクル装置１０１の冷媒循環経路を流れる冷媒の体積循環量Ｖｃｄを検出する体積循環量検出部８ａと、リニアコンプレッサ１ａを駆動する交流電流を発生するインバータ２とを備え、冷媒の体積循環量Ｖｃｏと冷媒の体積循環量Ｖｃｄとの差分が減少するよう上記インバータ２を制御するようにした。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒の循環経路を形成する第１の熱交換器及び第２の熱交換器と、ピストン及びピストンを往復運動させるリニアモータを有し、該ピストンの往復運動により上記循環経路内の冷媒を循環させるリニアコンプレッサとを備えた冷凍サイクル装置であって、
上記リニアモータを駆動する交流電流を発生するインバータと、
上記ピストンの往復運動によりリニアコンプレッサが単位時間当たりに吐出もしくは吸入する冷媒の体積を示す実際の冷媒循環量を検出する実循環量検出部と、
上記第１の熱交換器および第２の熱交換器の両方あるいは一方の周辺温度と、少なくとも該両熱交換器の一方に対して設定された目標温度とに基づいて、上記リニアコンプレッサが単位時間当たりに吐出もしくは吸入すべき冷媒の体積を示す目標冷媒循環量を導出する目標循環量導出部と、
上記実際の冷媒循環量と上記目標冷媒循環量との差分が減少するよう上記インバータを制御する制御部とを備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
請求項１記載の冷凍サイクル装置において、
往復運動するピストンのストローク長を検出するストローク検出部と、
往復運動するピストンの上死点位置を検出する上死点位置検出部とを備え、
上記実循環量検出部は、上記検出されたストローク長及び上記検出された上死点位置に基づいて、ピストンの１往復運動により吐出もしくは吸入される冷媒の容積を算出し、該算出された容積と上記インバータの発生する交流電流の周波数との乗算により、上記実際の冷媒循環量を求めるものであることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項３】
請求項２記載の冷凍サイクル装置において、
上記循環経路の、リニアコンプレッサの冷媒吐出側に位置する、冷媒を凝縮させる熱交換器内の冷媒の温度に基づいて、該リニアコンプレッサが吐出する冷媒の圧力を推定する吐出圧力推定部と、
上記循環経路の、リニアコンプレッサの冷媒吸入側に位置する、冷媒を蒸発させる熱交換器内の冷媒の温度に基づいて、上記リニアコンプレッサが吸入する冷媒の圧力を推定する吸入圧力推定部とを備え、
上記実循環量検出部は、上記推定された吸入冷媒の圧力及び推定された吐出冷媒の圧力から得られる、上記循環経路における冷媒の最高圧力と最低圧力の圧力比と、上記検出されたストローク長及び上記検出された上死点位置とを用いた演算により、上記ピストンの１往復運動により吐出もしくは吸入される冷媒の容積を求めるものであることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項４】
冷媒の循環経路を形成する第１の熱交換器及び第２の熱交換器と、ピストン及びピストンを往復運動させるリニアモータを有し、該ピストンの往復運動により上記循環経路内の冷媒を循環させるリニアコンプレッサとを備えた冷凍サイクル装置であって、
上記リニアモータを駆動する交流電流を発生するインバータと、
上記ピストンの往復運動によりリニアコンプレッサが単位時間当たりに吐出もしくは吸入する冷媒の重量を示す実際の冷媒循環量を検出する実循環量検出部と、
上記第１の熱交換器および第２の熱交換器の両方あるいは一方の周辺温度と、少なくとも該両熱交換器の一方に対して設定された目標温度とに基づいて、上記リニアコンプレッサが単位時間当たりに吐出もしくは吸入すべき冷媒の重量を示す目標冷媒循環量を導出する目標循環量導出部と、
上記実際の冷媒循環量と上記目標冷媒循環量との差分が減少するよう、上記インバータを制御する制御部とを備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項５】
請求項４記載の冷凍サイクル装置において、
往復運動するピストンのストローク長を検出するストローク検出部と、
往復運動するピストンの上死点位置を検出する上死点位置検出部と、
上記リニアコンプレッサから吐出される冷媒の密度を検出する吐出冷媒密度検出部とを備え、
上記実循環量検出部は、上記検出されたストローク長及び上記検出された上死点位置に基づいて、上記ピストンの１往復運動により吐出される冷媒の容積を算出し、該算出された容積、上記検出された冷媒の密度、及び上記インバータの発生する交流電流の周波数から、上記単位時間当たりにリニアコンプレッサにより吐出される冷媒の重量を求めるものであることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項６】
請求項５記載の冷凍サイクル装置において、
上記リニアコンプレッサから吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度検出部と、
上記リニアコンプレッサから吐出される冷媒の圧力を検出する吐出圧力検出部とを備え、
上記吐出冷媒密度検出部は、上記検出された、リニアコンプレッサから吐出される冷媒の温度及び圧力に基づいて、上記リニアコンプレッサから吐出される冷媒の密度を導出するものであることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項７】
請求項４記載の冷凍サイクル装置において、
往復運動するピストンのストローク長を検出するストローク検出部と、
往復運動するピストンの上死点位置を検出する上死点位置検出部と、
上記リニアコンプレッサに吸入される冷媒の密度を検出する吸入冷媒密度検出部とを備え、
上記実循環量検出部は、上記検出されたストローク長及び上記検出された上死点位置に基づいて、上記ピストンの１往復運動により吐出される冷媒の容積を算出し、該算出された容積、上記検出された冷媒の密度、及び上記インバータの発生する交流電流の周波数から、単位時間当たりに上記リニアコンプレッサに吸入される冷媒の重量を求めるものであることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項８】
請求項７記載の冷凍サイクル装置において、
上記リニアコンプレッサに吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度検出部と、
上記リニアコンプレッサに吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力検出部とを備え、
上記吸入冷媒密度検出部は、上記検出された、リニアコンプレッサに吸入される冷媒の温度及び圧力に基づいて、上記リニアコンプレッサに吸入される冷媒の密度を求めるものであることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項９】
請求項８記載の冷凍サイクル装置において、
上記循環経路の、リニアコンプレッサの冷媒吸入側に位置する、冷媒を蒸発させる熱交換器である蒸発器内の冷媒の温度を、上記リニアコンプレッサに吸入される冷媒の飽和温度として検出する冷媒温度検出器と、
上記リニアコンプレッサの運転状態に基づいて、上記リニアコンプレッサに吸入される冷媒の温度とその飽和温度との温度差である該冷媒の過熱度を推定する過熱度推定部とを備え、
上記吸入温度検出部は、上記検出された蒸発器内の冷媒の温度と、上記推定された冷媒の過熱度とを加算して、上記リニアコンプレッサに吸入される冷媒の温度を求めるものであることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の冷凍サイクル装置を有する空気調和機であって、
上記第１の熱交換器は、室外側熱交換器であり、
上記第２の熱交換器は、室内側熱交換器であることを特徴とする空気調和機。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれかに記載の冷凍サイクル装置を有する冷蔵庫であって、
上記第１の熱交換器は、熱を放出する凝縮器であり、
上記第２の熱交換器は、庫内を冷却する蒸発器であることを特徴とする冷蔵庫。
【請求項１２】
請求項１から９のいずれかに記載の冷凍サイクル装置を有する給湯器であって、
水を貯める貯水槽を備え、
上記第１の熱交換器は、上記貯水槽の水を加熱する水熱交換器であり、
上記第２の熱交換器は、周辺雰囲気から熱を吸収する空気熱交換器であることを特徴とする給湯器。
【請求項１３】
請求項１から９のいずれかに記載の冷凍サイクル装置を有する極低温冷凍装置であって、
冷凍室を有し、
上記第１の熱交換器は、熱を放出する放熱器であり、
上記第２の熱交換器は、上記冷凍室内を冷却する蓄冷器であることを特徴とする極低温冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクル装置に関し、特に、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、冷媒の圧縮ガスを生成するリニアコンプレッサを用いた冷凍サイクル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷媒の圧縮ガスを生成する機器として、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コンプレッサを用いた冷凍サイクル装置が知られている。このような冷凍サイクル装置の具体的な適用例としては、室内の冷暖房を行って室温を快適な温度に保つ空気調和機や、庫内の冷凍により庫内を適正な低温状態に保つ冷凍冷蔵庫などが考えられる。
【０００３】
図１１は、このような冷凍サイクル装置に用いられる、弾性部材としてバネを用いたリニアコンプレッサを説明するための図である。
リニアコンプレッサ１は、所定の軸線に沿って並ぶシリンダ部７１ａと、モータ部７１ｂとを有している。該シリンダ部７１ａ内には、上記軸線方向に沿って摺動自在に支持されたピストン７２が配置されている。シリンダ部７１内には、その一端がピストン７２の背面側に固定されたピストンロッド７２ａが配置され、ピストンロッド７２ａの他端側には、該ピストンロッド７２ａを軸線方向に付勢する支持ばね（共振ばね）８１が設けられている。
【０００４】
また、上記ピストンロッド７２ａには、マグネット７３が取り付けられており、上記モータ部７１ｂの、マグネット７３に対向する部分には、アウターヨーク７４ａとこれに埋設されたステータコイル７４ｂとからなる電磁石７４が取り付けられている。このリニアコンプレッサ１では、電磁石７４と、上記ピストンロッドに取り付けられたマグネット７３とによりリニアモータ８２が構成されており、この電磁石７４とマグネット７３との間で発生する電磁力及び上記ばね８１の弾性力により、上記ピストン７２がその軸線方向に沿って往復運動する。
【０００５】
さらに、シリンダ部７１ａ内には、シリンダ上部内面７５、ピストン圧縮面７２ｂ、及びシリンダ周壁面７１ａ１により囲まれた密閉空間である圧縮室７６が形成されている。シリンダ上部内面７５には、ガス側流通路から圧縮室７６に低圧冷媒ガスを吸入するためのガス側吸入管１ａの一端が開口しており、さらに上記シリンダ上部内面７５には、上記圧縮室７６からガス側流通路へ高圧冷媒ガスを吐出するための吐出管１ｂの一端が開口している。上記吸入管１ａ及び吐出管１ｂの一端には、冷媒ガスの逆流を防止する吸入弁７９及び吐出弁８０が取り付けられている。
【０００６】
そして、リニアコンプレッサ１では、上記リニアモータ８２の駆動回路（図示せず）から該リニアモータ８２への駆動電流の通電により、ピストン７２がその軸線方向に往復動し、圧縮室７６への低圧冷媒ガスの吸入、圧縮室７６での冷媒ガスの圧縮、及び圧縮された高圧冷媒ガスの圧縮室７６からの排出が繰り返し行われる。
【０００７】
また、冷凍サイクル装置を制御する方法として、冷凍サイクル装置の熱負荷状態に基づいて、冷凍サイクル装置を構成するコンプレッサの運転をフィードバック制御する方法が広く行われている。
【０００８】
図１２は、冷凍サイクル装置の一適用例を説明するための図であり、冷房用の空気調和機を示している。
この空気調和機（冷凍サイクル装置）５０は、部屋の内部（室内）に配置され、室内を冷やす室内機５１と、部屋の外部（室外）に配置され、熱を廃棄する室外機５２とを備えている。
【０００９】
室内機５１は、室内の空気と冷媒の間での熱交換を行い、室内の空気から熱を吸収する室内熱交換器（蒸発器）５３と、該蒸発器５３に吸い込まれる空気の温度、つまり室温（蒸発器の周辺温度）を検知する室温検知器５４とを有している。
【００１０】
室外機５２は、外気と冷媒の間で熱交換を行い、外気に熱を放出する室外熱交換器（凝縮器）５５と、冷媒を蒸発器５３から凝縮器５５へ流すガス側流通路Ｇｐの一部に設けられ、蒸発器５３から低温低圧の冷媒ガスを吸入して圧縮し、高温高圧の冷媒ガスを凝縮器５５に送り出すコンプレッサ５６とを有している。また、室外機５２は、冷媒を凝縮器５５から蒸発器５３へ流す液側流通路Ｌｐの一部に配置され、冷媒がより低い温度で蒸発するよう、高圧の液冷媒を低圧の液冷媒に減圧する膨張弁５７を有している。なお、図１２中、Ｌｍｆは、液側流通路Ｌｐ内を冷媒液が流れる方向、Ｇｍｆは、ガス側流通路Ｇｐ内を冷媒ガスが流れる方向を示している。
【００１１】
ここで、上記凝縮器５５と蒸発器５３の働きについて簡単に説明する。
凝縮器５５では、内部を流れる高温高圧の冷媒ガスは、送り込まれる空気により熱を奪われて徐々に液化し、凝縮器５５の出口付近では高圧の液冷媒となる。これは、冷媒が大気中に熱を放熱して液化することと等しい。
【００１２】
また、蒸発器５３には膨張弁５７で低温低圧となった液冷媒が流れ込む。この状態で蒸発器５３に部屋の空気が送り込まれると、液冷媒は空気から大量の熱を奪って蒸発し、低温低圧のガス冷媒に変化する。蒸発器５３にて大量の熱を奪われた空気は空調機の吹きだし口から冷風となって放出される。
【００１３】
以上のように、上記空気調和機５０では、蒸発器５３、凝縮器５５、これらの間のガス側流通路Ｇｐ及び液側流通路Ｌｐ、ガス側流通路Ｇｐに配置されたコンプレッサ５６、並びに、液側流通路Ｌｐに配置された膨張弁５７により、冷媒の循環閉路が形成されており、循環閉路に封入された冷媒をコンプレッサ５６により循環させることにより、冷媒の循環閉路内に周知のヒートポンプサイクルが形成される。
【００１４】
ここで、冷媒の循環量を制御する方式としては、上記空気調和機に対して設定された目標温度と、実際の室温とを用いた方法が一般的である（例えば特許文献１参照。）。
【００１５】
図１３は、冷房用空気調和機を制御する従来の冷凍サイクル制御方法を説明するための図である。
この従来の冷凍サイクル制御方法では、空気調和機により冷房される室内の温度（室温）は、室内器吸込み温度検出器６０により検出される。室温の具体的な検出方法には、熱電対などの温度センサを用いて室内空気の温度をセンシングする方法が考えられる。また、室温設定器６１では、使用者の操作信号に基づいて、使用者が希望する室内温度が目標温度として設定される。この目標温度の具体的な設定方法には、空気調和機のリモコンからの操作信号をマイコンで処理して算出する方法が考えられる。そして、減算器６３では、室内器吸い込み温度検出器６０が検出した室内温度Ｔｄｅｔと、室温設定器６１により設定された目標温度Ｔｏｒｄとの温度差Ｔｄｉｆｆが算出される。コンプレッサ回転数指令器６２では、コンプレッサ５６の回転数ωｏｒｄが、上記温度差Ｔｄｉｆｆに応じた回転数となるようコンプレッサに対する指令が行われる。具体的には、温度差Ｔｄｉｆｆが大きいほどコンプレッサ回転数ωｏｒｄは増加することとなる。
【００１６】
【特許文献１】
特開平９−６８３４１号公報（第１図）
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の冷凍サイクル制御方法は、冷房する部屋の温度とその目標温度との差分に応じてコンプレッサの回転数を変更するものであり、冷凍サイクルを循環する冷媒の循環量が、コンプレッサの回転数により一定の値に決定される冷凍サイクル装置では、高効率な冷凍サイクル制御を行うことができるが、冷媒の循環量が、コンプレッサの回転数のみにより決定されない冷凍サイクル装置では、高効率な冷凍サイクル制御を行うことが困難であるという問題がある。
【００１８】
例えば、従来の回転型モータを利用したコンプレッサ（回転型コンプレッサ）、具体的にはレシプロコンプレッサ、ロータリーコンプレッサ、スクロールコンプレッサ等では、モータが一回転することにより圧縮される冷媒の容積が決まっている。このため、回転型コンプレッサを用いた冷凍サイクル装置では、そのコンプレッサのモータ回転数により、冷凍サイクルを循環する冷媒の循環量が一定値に決定される。このため回転型コンプレッサでは、コンプレッサの回転数を制御することにより、高効率な冷凍サイクル制御を行うことができる。
【００１９】
一方、上記説明したようなリニアコンプレッサを用いた冷凍サイクル装置では、コンプレッサの圧縮室の容積が変動するため、一回の冷媒圧縮動作により圧縮される冷媒の容積が一意に決まらない。また、リニアコンプレッサを用いた冷凍サイクル装置では、圧縮動作終了時に圧縮室に残存する冷媒の量が一定でないため、ピストンのストロークから冷凍サイクルでの冷媒の循環量を算出することもできない。この結果、リニアコンプレッサを用いた冷凍サイクル装置では、コンプレッサの回転数制御により、つまり、単位時間当たりのピストンの往復運動の回数を制御することにより、高効率な冷凍サイクル制御を行うことはできない。
【００２０】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、冷房あるいは暖房が行われる部屋などの実際の温度と、その目標温度との温度差に応じて、冷凍能力の制御を高効率でもって行うことができる、リニアコンプレッサを用いた冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この発明（請求項１）に係る冷凍サイクル装置は、冷媒の循環経路を形成する第１の熱交換器及び第２の熱交換器と、ピストン及びピストンを往復運動させるリニアモータを有し、該ピストンの往復運動により上記循環経路内の冷媒を循環させるリニアコンプレッサとを備えた冷凍サイクル装置であって、上記リニアモータを駆動する交流電流を発生するインバータと、上記ピストンの往復運動によりリニアコンプレッサが単位時間当たりに吐出もしくは吸入する冷媒の体積を示す実際の冷媒循環量を検出する実循環量検出部と、上記第１の熱交換器および第２の熱交換器の両方あるいは一方の周辺温度と、少なくとも該両熱交換器の一方に対して設定された目標温度とに基づいて、上記リニアコンプレッサが単位時間当たりに吐出もしくは吸入すべき冷媒の体積を示す目標冷媒循環量を導出する目標循環量導出部と、上記実際の冷媒循環量と上記目標冷媒循環量との差分が減少するよう上記インバータを制御する制御部とを備えたことを特徴とするものである。
【００２２】
この発明（請求項２）は、請求項１記載の冷凍サイクル装置において、往復運動するピストンのストローク長を検出するストローク検出部と、往復運動するピストンの上死点位置を検出する上死点位置検出部とを備え、上記実循環量検出部は、検出されたストローク長及び上記検出された上死点位置に基づいて、上記ピストンの１往復運動により吐出もしくは吸入される冷媒の容積を算出し、該容積と上記インバータの発生する交流電流の周波数との乗算により、上記実際の冷媒循環量を求めるものであることを特徴とするものである。
【００２３】
この発明（請求項３）は、請求項２記載の冷凍サイクル装置において、上記循環経路の、リニアコンプレッサの冷媒吐出側に位置する、冷媒を凝縮させる熱交換器内の冷媒の温度に基づいて、該リニアコンプレッサが吐出する冷媒の圧力を推定する吐出圧力推定部と、上記循環経路の、リニアコンプレッサの冷媒吸入側に位置する、冷媒を蒸発させる熱交換器内の冷媒の温度に基づいて、上記リニアコンプレッサが吸入する冷媒の圧力を推定する吸入圧力推定部とを備え、上記実循環量検出部は、推定された吸入冷媒の圧力及び推定された吐出冷媒の圧力から得られる、上記循環経路における冷媒の最高圧力と最低圧力の圧力比と、上記検出されたストローク長及び上記検出された上死点位置とを用いた演算により、上記ピストンの１往復運動により吐出もしくは吸入される冷媒の容積を求めるものであることを特徴とするものである。
【００２４】
この発明（請求項４）に係る冷凍サイクル装置は、冷媒の循環経路を形成する第１の熱交換器及び第２の熱交換器と、ピストン及びピストンを往復運動させるリニアモータを有し、該ピストンの往復運動により上記循環経路内の冷媒を循環させるリニアコンプレッサとを備えた冷凍サイクル装置であって、上記リニアモータを駆動する交流電流を発生するインバータと、上記ピストンの往復運動によりリニアコンプレッサが単位時間当たりに吐出もしくは吸入する冷媒の重量を示す実際の冷媒循環量を検出する実循環量検出部と、上記第１の熱交換器および第２の熱交換器の両方あるいは一方の周辺温度と、少なくとも該両熱交換器の一方に対して設定された目標温度とに基づいて、上記リニアコンプレッサが単位時間当たりに吐出もしくは吸入すべき冷媒の重量を示す目標冷媒循環量を導出する目標循環量導出部と、上記実際の冷媒循環量と上記目標冷媒循環量との差分が減少するよう上記インバータを制御する制御部とを備えたことを特徴とするものである。
【００２５】
この発明（請求項５）は、請求項４記載の冷凍サイクル装置において、往復運動するピストンのストローク長を検出するストローク検出部と、往復運動するピストンの上死点位置を検出する上死点位置検出部と、上記リニアコンプレッサから吐出される冷媒の密度を検出する吐出冷媒密度検出部とを備え、上記実循環量検出部は、上記検出されたストローク長及び上記検出された上死点位置に基づいて、上記ピストンの１往復運動により吐出される冷媒の容積を算出し、該算出された容積、上記検出された冷媒の密度、及び上記インバータの発生する交流電流の周波数から、上記単位時間当たりにリニアコンプレッサにより吐出される冷媒の重量を求めるものであることを特徴とするものである。
【００２６】
この発明（請求項６）は、請求項５記載の冷凍サイクル装置において、上記リニアコンプレッサから吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度検出部と、上記リニアコンプレッサから吐出される冷媒の圧力を検出する吐出圧力検出部とを備え、上記吐出冷媒密度検出部は、上記検出された、リニアコンプレッサから吐出される冷媒の温度及び圧力に基づいて、上記リニアコンプレッサから吐出される冷媒の密度を導出するものであることを特徴とするものである。
【００２７】
この発明（請求項７）は、請求項４記載の冷凍サイクル装置において、往復運動するピストンのストローク長を検出するストローク検出部と、往復運動するピストンの上死点位置を検出する上死点位置検出部と、上記リニアコンプレッサに吸入される冷媒の密度を検出する吸入冷媒密度検出部とを備え、上記実循環量検出部は、上記検出されたストローク長及び上記検出された上死点位置に基づいて、上記ピストンの１往復運動により吐出される冷媒の容積を算出し、該算出された容積、上記検出された冷媒の密度、及び上記インバータの発生する交流電流の周波数から、単位時間当たりに上記リニアコンプレッサに吸入される冷媒の重量を求めるものであることを特徴とするものである。
【００２８】
この発明（請求項８）は、請求項７記載の冷凍サイクル装置において、上記リニアコンプレッサに吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度検出部と、上記リニアコンプレッサに吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力検出部とを備え、上記吸入冷媒密度検出部は、上記検出された、リニアコンプレッサに吸入される冷媒の温度及び圧力に基づいて、上記リニアコンプレッサに吸入される冷媒の密度を求めるものであることを特徴とするものである。
【００２９】
この発明（請求項９）は、請求項８記載の冷凍サイクル装置において、上記循環経路の、リニアコンプレッサの冷媒吸入側に位置する、冷媒を蒸発させる熱交換器である蒸発器内の冷媒の温度を、上記リニアコンプレッサに吸入される冷媒の飽和温度として検出する冷媒温度検出器と、上記リニアコンプレッサの運転状態に基づいて、上記リニアコンプレッサに吸入される冷媒の温度とその飽和温度との温度差である該冷媒の過熱度を推定する過熱度推定部とを備え、上記吸入温度検出部は、上記検出された蒸発器内の冷媒の温度と、上記推定された冷媒の過熱度とを加算して、上記リニアコンプレッサに吸入される冷媒の温度を求めるものであることを特徴とするものである。
【００３０】
この発明（請求項１０）は、請求項１から９のいずれかに記載の冷凍サイクル装置を有する空気調和機であって、上記第１の熱交換器は、室外側熱交換器であり、上記第２の熱交換器は、室内側熱交換器であることを特徴とするものである。
【００３１】
この発明（請求項１１）は、請求項１から９のいずれかに記載の冷凍サイクル装置を有する冷蔵庫であって、上記第１の熱交換器は、熱を放出する凝縮器であり、上記第２の熱交換器は、庫内を冷却する蒸発器であることを特徴とするものである。
【００３２】
この発明（請求項１２）は、請求項１から９のいずれかに記載の冷凍サイクル装置を有する給湯器であって、水を貯める貯水槽を備え、上記第１の熱交換器は、上記貯水槽の水を加熱する水熱交換器であり、上記第２の熱交換器は、周辺雰囲気から熱を吸収する空気熱交換器であることを特徴とするものである。
【００３３】
この発明（請求項１３）は、請求項１から９のいずれかに記載の冷凍サイクル装置を有する極低温冷凍装置であって、冷凍室を有し、上記第１の熱交換器は、熱を放出する放熱器であり、上記第２の熱交換器は、上記冷凍室内を冷却する蓄冷器であることを特徴とするものである。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明を行う。
本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒を循環させる手段としてリニアコンプレッサを使用するものであり、本発明の特徴は、リニアコンプレッサのピストンの動きから、冷凍サイクル装置における冷媒の循環量、つまりリニアコンプレッサの吐出あるいは吸入する冷媒の単位時間当たりの体積量あるいは重量（以下、体積循環量あるいは重量循環量ともいう。）を算出し、この算出した冷媒の体積量あるいは重量が、要求される冷凍能力に相当する値となるようリニアコンプレッサを駆動制御することにより、冷凍サイクル装置の高速かつ安定な制御を行うことである。
【００３５】
ここで、上記リニアコンプレッサの制御は、リニアモータに印加する駆動電流を制御することにより行われるものであり、また、駆動電流の具体的な制御方法には、冷凍サイクル装置の凝縮器や蒸発器等の熱交換機の周辺温度と、該熱交換器に対して設定された設定温度（目標温度）との温度差が減少するよう、駆動電流の振幅や周波数、あるいは波形などを変更する方法が考えられる。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による冷凍サイクル装置を説明するための図である。
本発明の実施の形態１の冷凍サイクル装置１０１は、室内の冷房を行う空気調和機であり、図８に示す従来の空気調和機５０と同様、冷媒の循環経路（冷凍サイクル）を形成する第１の熱交換器（蒸発器）５３ａ及び第２の熱交換器（凝縮器）５５ａと、該両熱交換機をつなぐガス側流通路Ｇｐに配置されたリニアコンプレッサ１ａと、該両熱交換器をつなぐ液側流通路Ｌｐに配置された絞り装置５７ａとを有している。
【００３７】
ここで、上記リニアコンプレッサ１ａは、図７に示すリニアコンプレッサ１と同一のものであり、ピストン７２を含むシリンダ部７１ａと該ピストン７２を往復動作させるリニアモータ８２を含むモータ部７１ｂとを有し、該ピストンの往復運動により、上記冷媒の循環経路内で冷媒を循環させるものである。
【００３８】
また、上記冷凍サイクル装置１０１は、上記リニアコンプレッサ１ａのリニアモータに駆動電流Ｃｄを供給してリニアコンプレッサ１ａを駆動するコンプレッサ駆動部１０１ａを有している。
【００３９】
以下、このコンプレッサ駆動部１０１ａについて詳述する。
このコンプレッサ駆動部１０１ａは、この冷凍サイクル装置１０１にかかる負荷の状態を検出するための温度検出器３及び５を有している。該温度検出器３は、上記第２の熱交換器（凝縮器）５５ａ周辺の雰囲気の温度（周囲温度）ＴＨｄを検出し、該検出された温度（検出温度）を示す検出信号を出力する第２の熱交換器周囲温度検出器である。上記温度検出器５は、上記第１の熱交換器（蒸発器）５３ａ周辺の雰囲気の温度（周囲温度）ＴＬｄを検出し、該検出された温度（検出温度）を示す検出信号を出力する第１の熱交換器周囲温度検出器である。
【００４０】
なお、上記温度検出器３及び５は、熱交換器の周囲温度を検出して温度情報を出力するものであれば、どのようなものでもよい。例えば、このような温度検出器には、バイメタルを用いた機械式温度計、熱膨張温度計、磁気温度計、熱電対を用いた電気式温度計、抵抗温度計、サーミスタ温度計、半導体温度計、放射温度計、光温度計などが挙げられる。さらに、上記熱交換器の周囲温度を検出する温度検出器３及び５は、熱交換器周囲の雰囲気温度を検出するものに限らず、熱交換器周辺で輻射熱を検出するものであってもよい。
【００４１】
上記コンプレッサ駆動部１０１ａは、上記冷凍サイクル装置の運転状態を指令するための温度指令器４及び６を有している。該温度指令器４は、第２の熱交換器（凝縮器）５５ａに対して利用者が設定した目標温度（指令温度）ＴＨｏを示す指令信号を出力する第２の熱交換器周囲温度指令器である。また、上記温度指令器６は、第１の熱交換器（蒸発器）５３ａに対して利用者が設定した目標温度（指令温度）ＴＬｏを示す指令信号を出力する第１の熱交換器周囲温度指令器である。ここで、上記凝縮器５５ａに対して設定された目標温度は、凝縮器の周辺温度（周囲温度）の目標値であり、上記蒸発器５３ａに対して設定された目標温度は、蒸発器の周辺温度（周囲温度）の目標値である。
【００４２】
なお、上記冷凍サイクル装置１０１は、室内の冷房を行う空気調和機であるので、通常は、利用者が第２の熱交換器５５ａに対してその周辺温度の目標値を設定することはなく、上記温度指令器４は不要なものであるが、例えば、冷房運転時に空気調和機の第２の熱交換器から廃棄される熱（廃熱）が給湯システムで利用される場合などには、上記温度指令器４は、給湯システムにより供給される温水の目標温度（利用者の設定した温度）ＴＨｏを示す指令信号を出力するものとして利用される。また、上記温度指令器６が出力する指令信号は、例えば、空気調和機のリモコンに内蔵されたマイコン（マイクロコンピュータ）が出力する、上記第１の熱交換器の設定温度（目標温度）を示すデジタル指令信号である。但し、該温度指令器６が出力する指令信号は、このようなデジタル指令信号に限らず、空気調和機に取り付けられている、温度設定を行うためのロータリースイッチが出力するアナログ指令信号であってもよい。
【００４３】
上記コンプレッサ駆動部１０１ａは、上記温度検出器３、５および温度指令器６から出力された温度情報に基づいて、本冷凍サイクル装置に要求される冷凍能力（つまり単位時間当たりに行われるべき熱交換量）を計算し、計算された冷凍能力に応じた冷媒の体積循環量（つまりリニアコンプレッサ１ａが単位時間当たりに吐出もしくは吸入すべき冷媒の体積）Ｖｃｏを示す指令信号（冷媒循環量情報）を出力する体積循環量指令部７と、実際に本冷凍サイクル装置の冷媒循環経路を流れる冷媒の体積循環量（つまり実際にリニアコンプレッサ１ａが単位時間当たりに吐出もしくは吸入する冷媒の体積）Ｖｃｄを検出し、該体積循環量を示す検出信号（冷媒循環量情報）を出力する体積循環量検出部８ａとを有している。
【００４４】
ここで、上記体積循環量検出部８ａには、冷媒循環経路を流れる冷媒の容積流量を実測する容積流量計を用いている。
また、上記体積循環量指令部７での具体的な体積循環量の算出方法には、通常、検出温度（つまり温度検出器により検出された温度）と指令温度（つまり温度指令器からの指令信号が示す目標温度）の温度差に基づいて、冷凍サイクル装置に必要とされる冷媒の体積循環量を求める方法（第１の方法）が用いられる。
【００４５】
但し、空気調和機を小さな部屋に設置した場合と大きな部屋に設置した場合とでは、実質的に必要となる冷房能力は異なる。例えば、上記温度差が同一でも、部屋が大きい場合の方が、必要とされる冷房能力は大きい。
【００４６】
そこで、体積循環量の算出方法として、必要な体積循環量を算出する演算を、検出温度と指令温度の温度差の一定時間内当たりの変化量（言い換えると、検出温度の一定時間内当たりの変化量）を上記演算にフィードバックして行う第２の方法が考えられる。具体的には、この第２の方法は、上記第１の方法により求められた必要な体積循環量を、検出温度の一定時間内当たりの変化量から求められた熱負荷の大きさ（具体的には、冷房される部屋の大きさ）に応じて補正するものである。
【００４７】
さらに、上記体積循環量指令部７での具体的な体積循環量の算出方法は、検出温度の値と指令温度の値との組に対して体積循環量の値が対応付けられているマトリックス状テーブルなどを用いて、上記第２の方法のようなフィードバックループではなくオープンループでもって、必要な体積循環量を算出する第３の方法でもよい。
【００４８】
上記コンプレッサ駆動部１０１ａは、リニアコンプレッサ１ａのリニアモータに駆動電流として供給する交流電流Ｃｄを作成するインバータ２と、該インバータ２の動作を、上記体積循環量指令部７からの指令信号Ｖｃｏが示す冷媒の体積循環量と、上記体積循環量検出部８ａからの検出信号が示す冷媒の体積循環量Ｖｃｄの差分がゼロとなるよう制御するインバータ制御部２０とを備えている。
【００４９】
以下、リニアコンプレッサを駆動制御する方法について具体的に説明する。
リニアコンプレッサ１ａのリニアモータは、単相の交流電流、もしくは直流が重畳された交流電流によって駆動され、また、リニアコンプレッサ１ａは、バネやガスといった弾性部材の共振現象を用いて高効率に運転されるものであり、このためリニアコンプレッサの運転周波数、つまりピストン往復運動の振動数はほぼ一定である。
【００５０】
そこで、リニアコンプレッサを利用した冷凍サイクル装置での冷媒循環量を調整する方法が、以下の示すとおり、いくつか考えられる。
まず、インバータ２が出力する交流電流の振幅値を変化させることにより、リニアコンプレッサ１ａが吐出あるいは吸入する冷媒循環量を調整する方法がある。
【００５１】
また、インバータ２の駆動電流が、直流が重畳された交流電流である場合、リニアコンプレッサ１ａ内のピストンの振動の中心位置がシリンダヘッドに近づくよう直流電流のレベルを調整することにより、冷媒循環量を増大させ、ピストンの振動の中心位置がシリンダヘッドから遠ざかるするよう直流電流のレベルを調整することにより、冷媒循環量を減少させる方法を用いることができる。また、交流電流の振幅と直流電流のレベルを共に変化させることによって、体積循環量を調整する方法も考えられる。
【００５２】
さらに、リニアコンプレッサ１ａの共振周波数がある一定の周波数帯域幅を有する場合、インバータ２の出力電流の周波数を変化させることにより、冷媒の体積循環量を変化させる方法を用いることができる。さらには、インバータ２の出力する交流電流の波形を変化させることにより、上記冷媒の体積循環量を変化させる方法も考えられる。
【００５３】
次に動作について説明する。
インバータ２で発生された交流電流Ｃｄがリニアコンプレッサ１ａのリニアモータに印加されると、リニアモータが駆動し、ピストンの往復運動が開始する。その後、リニアコンプレッサ１ａの駆動状態が安定したとき、該リニアコンプレッサ１ａは、一定の負荷条件の下では、ピストン往復運動が共振状態である共振駆動状態となる。このときピストンの往復運動の振動数は、該交流電流Ｃｄの周波数に一致する。
【００５４】
このように上記リニアコンプレッサ１ａが駆動され、これにより冷媒が冷凍サイクル装置の循環経路内を循環すると、第２の熱交換器（蒸発器）５５ａでは、冷媒の液化により該熱交換器５５ａから大気への熱の放出が行われ、また、第１の熱交換器（蒸発器）５３ａでは、冷媒の気化により周辺の空気からの熱の吸収が行われる。このとき、冷媒は、上記冷媒循環経路内を、リニアコンプレッサ１ａ、第２の熱交換器５５ａ、絞り装置５７ａ、第１の熱交換器５３ａ及びリニアコンプレッサ１ａの順に循環する。なお、図１中、Ｃｍｆは、本実施の形態１の冷凍サイクル装置１０１の冷房運転時に冷媒が冷媒循環経路内を循環する方向である。
【００５５】
以下、冷凍サイクル装置１０１のリニアコンプレッサの具体的な制御について説明する。
この空気調和機（冷凍サイクル装置）１０１では、その運転中に、温度検出器５にて第１の熱交換器５３ａの周囲温度が検出され、温度検出器３にて第２の熱交換器５５ａの周囲温度が検出される。該各温度検出器３、５からは、該検出された周囲温度（検出温度）ＴＨｄ、ＴＬｄを示す検出信号が出力され、それぞれ体積循環量指令部７に入力される。また、温度指令器６からは、第１の熱交換器５３ａに対して設定された目標温度（指令温度）、つまり利用者が設定した室内温度ＴＬｏを示す指令信号が出力され、該指令温度ＴＬｏを示す指令信号が体積循環量指令部７に入力される。
【００５６】
なお、この実施の形態１では、上述したように、第２の熱交換器５５ａに対して目標温度が設定されていないため、リニアコンプレッサの制御に、温度指令器４の出力は用いないが、例えば、この冷凍サイクル装置の冷房運転時に廃棄される廃熱を、給湯システムなどで利用する場合には、温度指令器４からは、給湯システムにより供給される温水の、利用者が設定した目標温度（指令温度）ＴＨｏを示す指令信号が、上記体積循環量指令部７に出力されることとなる。
【００５７】
上記のように、温度検出器３、５からの検出信号、及び温度指令器からの指令信号が体積循環量指令部７に入力されると、体積循環量指令部７では、上記検出温度ＴＬｄと指令温度ＴＬｏとの温度差、及び検出温度ＴＨｄに基づいて、本冷凍サイクル装置に要求される冷媒の体積循環量Ｖｃｏを算出する演算処理が行われ、算出された体積循環量Ｖｃｏを示す指令信号（循環量情報）がインバータ制御部２０に供給される。
【００５８】
一般的に空気調和機の冷房運転の場合、検出温度（実際の室温）ＴＬｄが指令温度（目標温度）ＴＬｏに対して高ければ高いほど冷凍サイクルに要求される冷媒循環量は多くなる。また、空気調和機の冷房運転では、室外機（凝縮器）の周囲温度が低くなると、冷凍サイクルの負荷は小さくなって必要な冷媒循環量は少なくなり、逆に、室外機の周囲温度が高くなると、冷凍サイクルの負荷が大きくなって必要な冷媒循環量は多くなる。さらに、上述したように、冷凍サイクル装置から廃棄される廃熱が給湯システムで利用される場合には、検出温度ＴＨｄが指令温度ＴＨｏに対して低ければ低いほど冷凍サイクルに要求される冷媒循環量は多くなる。
【００５９】
さらに、この空気調和機（冷凍サイクル装置）１０１の運転中には、体積循環量検出部８ａにて、実際に冷媒循環経路を循環している冷媒の体積量（体積循環量）Ｖｃｄが検出され、該体積循環量Ｖｃｄを示す検出信号（循環量情報）が上記インバータ制御部２０に供給される。
【００６０】
そして、インバータ制御部２０では、体積循環量指令部７にて算出された冷媒の体積循環量Ｖｃｏと、上記体積循環量検出部８ａにて検出された冷媒の体積循環量Ｖｃｄとに基づいて制御信号Ｓｃがインバータ２に供給される。するとインバータ２では、制御信号Ｓｃに基づいて、冷媒の体積循環量Ｖｃｏと冷媒の体積循環量Ｖｃｄとの差分が減少するよう、上記インバータ２の、交流電流を発生する動作が制御される。
【００６１】
例えば、必要とされる冷媒の体積循環量Ｖｃｏと実際の冷媒の体積循環量Ｖｃｄとの差分が大きいほど、上記インバータ２で発生される交流電流Ｃｄの振幅は大きなものとなり、この結果、リニアコンプレッサ１ａでは、往復運動するピストンのストローク長は大きくなる。
【００６２】
これにより、冷凍サイクルにおける冷媒の循環量が増大して、時間当たりの熱交換量が増加し、蒸発器５３ａの周囲温度ＴＬｄが、その設定温度（目標温度）ＴＬｏに近づくこととなる。
【００６３】
このように本実施の形態１では、リニアコンプレッサ１ａを用いた冷凍サイクル装置１０１において、室内の熱交換器（蒸発器）５３ａの周辺温度、該蒸発器５３ａに対して使用者が設定した目標温度、及び室外の熱交換器（凝縮器）５５ａの周囲温度に基づいて、本冷凍サイクル装置に要求される冷凍能力に応じた冷媒の体積循環量Ｖｃｏを求める体積循環量指令部７と、実際に本冷凍サイクル装置の冷媒循環経路を流れる冷媒の体積循環量Ｖｃｄを検出する体積循環量検出部８ａとを備え、リニアコンプレッサの駆動電流（交流電流）を発生するインバータ２を、冷媒の体積循環量Ｖｃｏと冷媒の体積循環量Ｖｃｄとの差分が減少するよう制御するので、室内の実際の温度と、その目標温度との差分に応じて、冷凍サイクル装置の冷凍能力を高効率でもって制御することができる。
【００６４】
また、この実施の形態１では、室内の温度（第１の熱交換器５３ａの周囲温度）だけでなく、室外の温度（第２の熱交換器５５ａの周囲温度）にも基づいて、本冷凍サイクル装置に要求される冷媒の体積循環量Ｖｃｏを算出しているので、冷凍サイクル装置に要求される冷媒の体積循環量の算出値を、運転状態により適した値とすることができる。
【００６５】
なお、上記実施の形態１では、第１及び第２の両熱交換器の周囲温度を検出する場合について説明したが、冷凍サイクル装置１０１は、第１の熱交換器５３ａの周囲温度のみを検出するものであってもよく、この場合、第２の熱交換器５５ａの周囲温度を検出する温度検出器３は不要となる。
【００６６】
また、上記実施の形態１では、体積循環量検出部８ａとして冷媒の容積流量を実測する容積流量計を用いているが、上記体積循環量検出部８ａはこれに限るものではなく、例えば、冷媒循環経路を流れる冷媒中に発生する圧力差に基づいて冷媒の流量を推測する差圧流量計であってもよく、さらにその他の、面積流量計、タービン流量計、渦流量計、超音波流量計、電磁流量計などといった、流体の流量を計測する計測器であってもよい。
【００６７】
また、上記実施の形態１では、冷凍サイクル装置が、冷房を行う空気調和機である場合について説明したが、冷凍サイクル装置は、暖房を行う空気調和機であってもよい。この場合、上記第１の熱交換器５３ａは凝縮器として動作し、第２の熱交換器５５ａは蒸発器として動作することとなり、使用者は、凝縮器として動作する第１の熱交換器５３ａの周辺温度の目標値を設定することとなる。
【００６８】
以下、冷凍サイクル装置が暖房運転を行う空気調和機である場合のリニアコンプレッサの具体的な制御について簡単に説明する。但し、この場合も、第２の熱交換器５５ａに対しては目標温度が設定されず、温度指令器４からは、目標温度（指令温度）ＴＨｏを示す指令信号が出力されないものとする。
【００６９】
上記温度検出器３及び５では、上記各熱交換器５３ａ、５５ａの周囲温度が検出され、検出温度ＴＨｄ、ＴＬｄを示す検出信号が出力され、温度指令器６からは、第１の熱交換器に対する目標温度（指令温度）、つまり、利用者が設定した部屋の温度ＴＬｏを示す指令信号が出力される。
【００７０】
体積循環量指令部７では、上記検出温度ＴＬｄ、ＴＨｄ、及び指令温度ＴＬｏに基づいて、本冷凍サイクル装置に要求される冷媒の体積循環量Ｖｃｏを算出する演算処理が行われ、算出された体積循環量Ｖｃｏを示す検出信号（循環量情報）がインバータ制御部２０に供給される。
【００７１】
このように暖房運転を行う空気調和機では、検出温度ＴＬｄが指令温度ＴＬｏに対して低ければ低いほど冷凍サイクルに要求される冷媒循環量は多くなる。また、この空気調和機では、室外機の周囲温度が高くなると、冷凍サイクルの負荷は小さくなって必要な冷媒循環量は少なくなり、逆に、室外機の周囲温度が低くなると、冷凍サイクルの負荷が大きくなって必要な冷媒循環量は多くなる。
【００７２】
そして、この空気調和機（冷凍サイクル装置）では、体積循環量検出部８ａにて、実際に冷媒循環経路を循環している冷媒の体積量（体積循環量）Ｖｃｄが検出され、該体積循環量Ｖｃｄを示す指令信号（循環量情報）が上記インバータ制御部２０に供給され、上記インバータ２の動作が、該インバータ制御部２０からの制御信号Ｓｃにより、冷媒の体積循環量Ｖｃｏと冷媒の体積循環量Ｖｃｄとの差分が減少するよう制御される。
【００７３】
このような暖房運転を行う空気調和機においても、上記実施の形態の冷房運転を行う空気調和機と同様、要求される冷媒の体積循環量Ｖｃｏと実際の冷媒の体積循環量Ｖｃｄとの差分が減少するよう、上記リニアコンプレッサ１ａの駆動電流（交流電流）を発生するインバータ２を制御するので、室内の実際の温度と、その目標温度との差分に応じて、冷凍サイクル装置の冷凍能力を高効率でもって制御することができる。
【００７４】
なお、本実施の形態では、冷凍サイクル装置が空気調和機である場合について示したが、上記冷凍サイクル装置は、これに限るものではなく、冷蔵庫や給湯器や極低温冷凍装置などであってもよい。
【００７５】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２による冷凍サイクル装置を説明するためのブロック図である。
【００７６】
この実施の形態２の冷凍サイクル装置１０２は、実施の形態１の冷凍サイクル装置１０１におけるコンプレッサ駆動部１０１ａに代えて、該コンプレッサ駆動部１０１ａとは、実際の冷媒の体積循環量を検出する方法が異なるコンプレッサ駆動部１０２ａを備えたものであり、その他の構成は実施の形態１のものと同一である。
【００７７】
つまり、上記コンプレッサ駆動部１０２ａは、実施の形態１のコンプレッサ駆動部１０１ａと同様、第２の熱交換器周囲温度検出器３、第１の熱交換器周囲温度検出器５、第２の熱交換器周囲温度指令器４、第１の熱交換器周囲温度指令器６、体積循環量指令部７、インバータ２、及びインバータ制御部２０を有している。
【００７８】
そして、この実施の形態２のコンプレッサ駆動部１０２ａは、リニアコンプレッサ１ａ内で往復運動するピストンのストローク長を検出し、検出したストローク長Ｄｐｓを示す検出信号（ストローク情報）を出力するストローク検出部９と、リニアコンプレッサ１ａ内で往復運動するピストンの上死点位置、つまり、ピストンがシリンダヘッドに最も近づいたときのピストン位置Ｄｆｄを検出し、該上死点位置を示す検出信号（上死点位置情報）を出力する上死点位置検出部１０と、上記ストローク長Ｄｐｓ及び上死点位置Ｄｆｄに基づいて、冷凍サイクル装置１０２の冷媒循環経路を流れる冷媒の実際の体積循環量Ｖｃｄを算出する体積循環量検出部８ｂとを有している。
【００７９】
ここで、上記ストローク検出部９及び上死点位置検出部１０には、接触型の位置センサを用いている。但し、上記各検出部は、接触型の位置センサに限らず、非接触型の位置センサ、例えば渦電流式のギャップセンサや２つのコイルを用いた作動トランスであってもよく、さらに、リニアコンプレッサに入力する電流と電圧の値から、上記ピストンのストローク長及び上死点位置を推測するものであってもよい。
【００８０】
次に動作について説明する。
この実施の形態２の冷凍サイクル装置１０２では、実際の冷媒の体積循環量を求める動作のみ実施の形態１と異なっており、以下では、主に実際の冷媒の体積循環量を求める動作について説明する。
【００８１】
リニアコンプレッサ１ａ内で冷媒が圧縮されるとき、もれ等がないと仮定した場合、その冷媒の状態変化は断熱変化である。そこで、冷媒の圧力をＰ、その体積をＶ、比熱比をγとすると、以下の式（１）が成り立つ。
Ｐ×Ｖγ＝一定　　　・・・（１）
【００８２】
なお、上記比熱比γは、上記冷媒の定圧比熱ＣＰと定積比熱ＣＶの比であり、これは、冷媒の種類によって異なるものである。
次に、ピストンの一往復によりリニアコンプレッサ１ａから吐出する冷媒の体積を、ピストンのストローク長と上死点位置から求める方法について説明する。
【００８３】
図３は、シリンダ７１内でのピストン７２の位置を示す図であり、図３（ａ）は、ピストン７２が上死点位置にあるとき、つまりピストンがシリンダヘッドに最も接近したときの様子を示し、図３（ｂ）はピストン７２が下死点位置にあるとき、つまりピストンがシリンダヘッドから最も遠ざかったときの様子を示している。
【００８４】
図３（ａ）に示すように、ピストン７２が上死点位置にあるとき、圧縮室７６の内部の冷媒の圧力Ｐｘは、圧力Ｐ１［Ｐａ］となる。また、冷凍サイクル（冷媒の循環経路）内を冷媒が循環している状態で、ピストンが上死点位置にあるときは、圧縮室７６の内部圧力Ｐｘは、冷媒がリニアコンプレッサから吐出されるときの圧力（吐出圧力）Ｐｄ［Ｐａ］まで上昇している。このため、ピストンが上死点位置にあるときの冷媒の圧力Ｐ１［Ｐａ］は、上記吐出圧力Ｐｄ［Ｐａ］に等しい。
【００８５】
また、圧縮室７６の体積Ｖｘは、ピストン７２が上死点位置にあるとき最小となり、このときの圧縮室の体積Ｖ１［ｍ３］は、ピストン７２が上死点位置にあるときのシリンダヘッド内面とピストン圧縮面との間隔ｘ１［ｍ］と、ピストンの断面積Ｓ［ｍ２］の積として求めることができる。
【００８６】
図３（ｂ）に示すように、ピストン７２が下死点位置にあるとき、圧縮室内部の冷媒の圧力Ｐｘは、圧力Ｐ２［Ｐａ］となる。また、冷凍サイクル内を冷媒が循環している状態で、ピストンが下死点位置にあるときは、圧縮室内部の圧力Ｐｘは、冷媒がリニアコンプレッサに吸入されるときの圧力（吸入圧力）Ｐｓ［Ｐａ］まで減少している。このため、ピストンが下死点位置にあるときの冷媒圧力Ｐ２［Ｐａ］は、吸入圧力Ｐｓ［Ｐａ］に等しい。
【００８７】
また、圧縮室の体積Ｖｘは、ピストン７２が下死点位置にあるとき最大となり、このときの圧縮室の体積Ｖ２［ｍ３］は、ピストン７２が下死点位置にあるときのシリンダヘッド内面とピストン圧縮面との間隔ｘ３［ｍ］と、ピストンの断面積Ｓ［ｍ２］との積から求めることができる。なお、ここで、上記間隔ｘ３［ｍ］は、間隔ｘ１［ｍ］とピストンストローク長ｘ２［ｍ］の和である。
【００８８】
図３（ｃ）に示すように、ピストンがその下死点位置からシリンダヘッド側へ移動し始めると、リニアコンプレッサは圧縮状態となる。このとき、圧縮室の体積Ｖｘは減少し始め、圧縮室内部の圧力Ｐｘは吸入圧力Ｐ２から上昇し始める。そして、圧縮室内部の圧力Ｐｘが吐出圧力Ｐ１に達するまで上昇したとき、リニアコンプレッサ１ａの吐出弁が開き、冷媒の吐出が開始される。このときの圧縮室の体積Ｖｘは、体積Ｖ３である。
【００８９】
リニアコンプレッサの圧縮行程で、ピストンが下死点位置（図３（ｂ））から吐出弁が開く位置（図３（ｃ））まで移動する間は、圧縮室内部の冷媒は断熱変化しており、以下の式（２）が成り立つ。
Ｐ２×Ｖ２γ＝Ｐ１×Ｖ３γ　　・・・（２）
【００９０】
よって、吐出される冷媒の体積は以下の（３）により求められる。
Ｖ３−Ｖ１＝（Ｐ２／Ｐ１）１／γ×Ｖ２−Ｖ１　　・・・（３）
【００９１】
一方、吸入される冷媒の体積は、リニアコンプレッサの吸入行程にて圧縮室内部の圧力Ｐｘが吸入圧力Ｐｓに達したときの圧縮室の体積をＶ４［ｍ３］とすると、以下の式（４）で求められる。
Ｖ２−Ｖ４＝Ｖ２−（Ｐ１／Ｐ２）１／γ×Ｖ１　　・・・（４）
【００９２】
なお、この実施の形態２では、上記（３）式及び（４）式の、吐出圧と吸入圧の圧力比（Ｐ１／Ｐ２）として、冷凍サイクルを動かすときの代表的な値を用いている。
【００９３】
また、リニアコンプレッサ１ａでは、入力される駆動電流と同一周波数でピストンの往復運動が行われるため、単位時間に行われるピストンの往復運動の回数は、インバータの出力電流の周波数と一致する。
【００９４】
従って、上記体積循環量検出部８ｂでは、上記（３）式により求められた、ピストンの１往復運動により吐出される冷媒の体積と、インバータの周波数との乗算処理により、単位時間あたりにリニアコンプレッサが吐出する冷媒の体積が求められる。また、上記体積循環量検出部８ｂでは、上記（４）式により求められた、ピストンの１往復運動により吸入される冷媒の体積と、インバータ出力の周波数との乗算処理により、単位時間あたりにリニアコンプレッサに吸入される冷媒の体積が求められる。
【００９５】
そして、上記体積循環量検出部８ｂからは、単位時間あたりにリニアコンプレッサにより吐出あるいは吸入される冷媒の体積量Ｖｃｄを実際の冷媒の循環量として示す検出信号（循環量情報）が出力され、この検出信号が上記インバータ制御部２０に供給されると、該インバータ制御部２０からインバータ２の制御信号Ｓｃが出力される。すると、インバータ２では、上記制御信号Ｓｃに基づいて、必要とされる冷媒の体積循環量Ｖｃｏと実際の冷媒の体積循環量Ｖｃｄとの差分が減少するよう、交流電流の発生動作が制御される。
【００９６】
このように本実施の形態２では、リニアコンプレッサ１ａ内を往復運動するピストンのストローク長を検出するストローク検出部９と、リニアコンプレッサ１ａ内を往復運動するピストンの上死点位置を検出する上死点位置検出部１０とを備え、上記ピストンのストローク長、上死点位置、及びリニアコンプレッサ１ａの駆動電流であるインバータ２の出力交流電流の周波数に基づいて、冷凍サイクルを循環する実際の冷媒の体積循環量を算出するので、上記実施の形態１と同様、リニアコンプレッサを用いた冷凍サイクル装置の冷凍能力を、冷房する部屋の実際の温度と、その目標温度との差分に応じて、高い効率でもって制御することができるだけでなく、実際の冷媒の体積循環量を計測する流体センサを不要とできる効果がある。
【００９７】
なお、上記実施の形態２では、吐出あるいは吸入される冷媒の体積の計算には、吐出圧と吸入圧の圧力比（Ｐ１／Ｐ２）として、冷凍サイクルを動かすときの代表的な値を用いているが、この圧力比は、実際に冷媒の吐出圧力と吸入圧力を計測して求めた値としてもよい。この場合、運転条件によって圧力状態が変化し、冷媒の吐出圧と吸入圧の圧力比が変化するような冷凍サイクル装置であっても、冷媒の体積循環量に基づいて、冷凍サイクル装置の冷凍能力を効率よく制御することができる。
【００９８】
ここで、吐出圧力の値を求める方法には、冷凍サイクルを構成する第１の熱交換器及び第２の熱交換器のうち、コンプレッサの吐出側に設置され、凝縮器として作用している熱交換器の温度から、上記吐出圧力の値を、冷媒の飽和するときの圧力として求める方法がある。また、吸入圧力の値を求める方法には、冷凍サイクルを構成する第１の熱交換器、及び第２の熱交換器のうち、コンプレッサの吸入側に設置され、蒸発器として作用している熱交換器の温度から、吸入圧力の値を、冷媒の飽和するときの圧力として求める方法がある。
【００９９】
つまり、冷媒液を、ある一定の圧力のもとで加熱すると、その液温が上昇してある温度に達したとき、冷媒液は沸騰し始める。この状態では、さらに冷媒液を加熱しても、冷媒液がすべて蒸発するまでは温度は一定に保持される。また、冷媒ガスを、ある一定の圧力のもとで冷却すると、そのガス温が低下してある温度に達したとき、冷媒ガスは凝縮し始める。この状態では、さらに冷媒ガスを冷却しても、冷媒ガスがすべて凝縮するまでは温度は一定に保持される。このように冷媒を加熱あるいは冷却しても温度が一定に保持される状態での冷媒の温度が飽和温度であり、そのときの冷媒の圧力が飽和圧力である。通常、蒸発器あるいは凝縮器の内部では、冷媒の圧力が一定に保たれており、冷媒はその液とその蒸気が混在した状態での飽和状態にある。また、飽和状態にあるときの温度（飽和温度）と圧力（飽和圧力）の関係は冷媒によって決まっている。従って、冷媒の飽和温度が測定できれば、飽和圧力を求めることができる。
【０１００】
（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３による冷凍サイクル装置を説明するためのブロック図であり、該冷凍サイクル装置を構成するリニアコンプレッサ駆動部を示している。
【０１０１】
この実施の形態３の冷凍サイクル装置１０３は、実施の形態１における、冷媒の単位時間当たりの体積循環量（以下、単に体積循環量ともいう。）に基づいてリニアコンプレッサ１ａを駆動制御するリニアコンプレッサ駆動部１０１ａに代えて、冷媒の単位時間当たりの重量循環量（以下、単に重量循環量ともいう。）に基づいてリニアコンプレッサ１ａを駆動制御するリニアコンプレッサ駆動部１０３ａを備えたものであり、その他の構成は実施の形態１の冷凍サイクル装置１０１におけるものと同一である。
【０１０２】
つまり、上記冷凍サイクル装置１０３は、実施の形態１の冷凍サイクル装置１０１と同様、室内の冷房を行う空気調和機であり、冷媒の循環経路（冷凍サイクル）を形成する第２の熱交換器（凝縮器）５５ａ及び第１の熱交換器（蒸発器）５３ａと、該両熱交換機をつなぐガス側流通路Ｇｐに配置されたリニアコンプレッサ１ａと、該両熱交換器をつなぐ液側流通路Ｌｐに配置された膨張弁５７ａとを有している。
【０１０３】
上記リニアコンプレッサ駆動部１０３ａは、実施の形態１の冷凍サイクル装置１０１のリニアコンプレッサ駆動部１０１ａと同様、リニアコンプレッサの駆動電流である交流電流を発生するインバータ２と、第２の熱交換器の周囲温度を検出する温度検出器３と、第２の熱交換器の周囲温度を指令する温度指令器４と、第１の熱交換器の周囲温度を検出する温度検出器５と、第１の熱交換器の周囲温度を指令する温度指令器６とを有している。
【０１０４】
そして、上記リニアコンプレッサ駆動部１０３ａは、上記各温度検出器３、５及び温度指令器４の出力に基づいて、冷凍サイクルに要求される冷凍能力を計算し、該計算された冷凍能力に応じた冷媒の重量循環量Ｗｃｏを示す指令信号（循環量情報）を出力する重量循環量指令部１１と、実際に冷凍サイクル（冷媒循環経路）を流れる冷媒の重量循環量を検出して、実際の冷媒の重量循環量Ｗｃｄを示す検出信号（循環量情報）を出力する重量循環量検出部１２ｃと、上記実際の循環量Ｗｃｄと上記要求される循環量Ｗｃｏの差分がゼロとなるよう、上記リニアコンプレッサ１ａの駆動電流（交流電流）Ｉｄを発生するインバータ２を制御するインバータ制御部２１とを有している。ここで、上記重量循環量検出部１２ｃには、質量流量（つまり単位時間当たりに冷凍サイクルを流れる冷媒の質量）を計測するコリオリ質量流量計を用いている。
【０１０５】
なお、この実施の形態３では、上記実施の形態１と同様、第２の熱交換器５５ａに対して目標温度が設定されず、このため、リニアコンプレッサの制御に、温度指令器４の出力は用いない。但し、例えば、この冷凍サイクル装置の冷房運転時に廃棄される廃熱を、給湯システムなどで利用する場合には、温度指令器４からは、給湯システムにより供給される温水の、利用者が設定した目標温度（指令温度）ＨＬｏを示す指令信号が、上記重量循環量指令部１１に出力されることとなる。
【０１０６】
次に動作について説明する。
この実施の形態３の冷凍サイクル装置１０３では、冷凍サイクル装置に要求される冷凍能力が、実施の形態１のように冷媒の体積循環量に基づいて制御されるではなく、冷媒の重量循環量に基づいて制御される。従って、以下では、主に冷媒の重量循環量に基づいて、冷凍サイクル装置のリニアコンプレッサを駆動制御する動作について説明する。
【０１０７】
リニアコンプレッサ１ａがリニアコンプレッサ駆動部１０３ａにより駆動され、冷媒循環経路内を冷媒が循環し、各熱交換器にて熱交換が行われている状態で、各温度検出器３、５では、第２の熱交換器（凝縮器）５５ａ及び第１の熱交換器（蒸発器）５３ａの周囲温度が検出され、該検出された周囲温度を示す検出信号（温度情報）が重量循環量指令部１１に供給される。また、温度指令器６からは、第１の熱交換器（蒸発器）５３ａに対して、使用者が設定した目標温度（つまり、蒸発器の周囲温度の目標値）を示す指令信号（温度情報）が出力され、上記重量循環量指令部１１に供給される。
【０１０８】
そして、上記重量循環量指令部１１では、温度検出器３、５からの温度情報（検出信号）と、温度指令器６からの温度情報（指令信号）とに基づいて、本冷凍サイクル装置１０３に要求される冷媒の重量循環量を算出する演算が行われ、算出された冷媒の重量循環量Ｗｃｏを示す指令信号（循環量情報）がインバータ制御部２１に出力される。ここで、上記重量循環量指令部１１では、重量循環量を算出する演算処理は、検出温度ＴＬｄと指令温度ＴＬｏの温度差の一定時間当たりの変化量をフィードバックして行われている。つまり、検出温度ＴＬｄと指令温度ＴＬｏの差、及び検出温度ＴＨｄに基づいて、必要とされる重量循環量が一意的に算出され、該算出された重量循環量が、検出温度ＴＬｄと指令温度ＴＬｏの温度差の一定時間当たりの変化量に基づいて補正される。この補正された冷媒の重量循環量を示す指令信号が上記インバータ制御部２１に供給される。
【０１０９】
また、上記重量循環量検出部１２では、上記循環経路を流れる冷媒の実際の重量循環量がコリオリ質量流量計などの計測器により測定され、測定された冷媒の実際の重量循環量を示す検出信号（循環量情報）が、上記インバータ制御部２１に出力される。
【０１１０】
すると、上記インバータ制御部２１からはインバータ２にその制御信号Ｓｃが供給され、インバータ２では、冷媒の重量循環量Ｗｃｏと冷媒の重量循環量Ｗｃｄとの差分が減少するよう、制御信号Ｓｃに基づいて交流電流の発生動作が制御される。
【０１１１】
このように本実施の形態３では、リニアコンプレッサ１ａを用いた冷凍サイクル装置１０３において、室内の熱交換器（蒸発器）５３ａの周囲温度、使用者が設定した室内の目標温度、及び室外の熱交換器（凝縮器）５５ａの周囲温度に基づいて、本冷凍サイクル装置に要求される冷凍能力に応じた冷媒の重量循環量Ｗｃｏを求める重量循環量指令部１１と、実際に本冷凍サイクル装置の冷媒循環経路を流れる冷媒の重量循環量Ｗｃｄを検出する重量循環量検出部１２ｃと、リニアコンプレッサ１ａを駆動する交流電流を発生するインバータ２とを備え、上記冷媒の重量循環量Ｗｃｏと冷媒の重量循環量Ｗｃｄとの差分が減少するよう、上記インバータ２を制御するので、冷房する部屋の実際の温度と、その目標温度との温度差に応じて、冷凍サイクル装置の冷凍能力を効率よく制御することができる。しかも、この実施の形態３では、冷凍サイクル装置の冷凍能力の制御を、該装置の負荷とより密接に関連している冷媒の重量循環量に基づいて行っているので、冷凍能力の制御をより応答性よく安定に行うことができる。
【０１１２】
また、この実施の形態３では、室内の温度（蒸発器の周囲温度）だけでなく、室外の温度（凝縮器の周囲温度）にも基づいて、本冷凍サイクル装置に要求される冷媒の重量循環量Ｗｃｏを算出しているので、冷凍サイクル装置に要求される冷媒の重量循環量の算出値を、運転状態により適した値とすることができる。
【０１１３】
なお、上記実施の形態３では、上記重量循環量指令部１１として、検出温度と指令温度の温度差の変化をフィードバックして必要な重量循環量を算出するものを示したが、上記重量循環量指令部１１は、検出温度の値と指令温度の値の組に重量循環量の値が対応付けられているマトリックス状テーブルなどを用いて、上記のようなフィードバックループではなくオープンループでもって、必要な重量循環量を算出するものであってもよい。
【０１１４】
また、上記実施の形態３では、重量循環量検出部１２ｃが、質量流量を計測するコリオリ質量流量計である場合について示したが、重量循環量検出部１２ｃには、熱式質量流量計などといった計測器を用いてもよく、この場合も上記実施の形態３と同様な効果が得られる。
【０１１５】
また、本実施の形態では、冷凍サイクル装置が室内の冷房を行う空気調和機である場合について説明したが、この実施の形態３の冷凍サイクル装置は、実施の形態１で説明しように、室内の暖房を行う空気調和機であっても、あるいは冷蔵庫や給湯器や極低温冷凍装置などであってもよい。
【０１１６】
（実施の形態４）
図５は本発明の実施の形態４による冷凍サイクル装置を説明するためのブロック図である。
【０１１７】
この実施の形態４の冷凍サイクル装置１０４は、実施の形態３のコンプレッサ駆動部１０３ａに代えて、該コンプレッサ駆動部１０３ａとは、冷媒の重量循環量を検出する方法が異なるコンプレッサ駆動部１０４ａを備えたものであり、その他の構成は実施の形態３のものと同一である。
【０１１８】
つまり、上記コンプレッサ駆動部１０４ａは、実施の形態３のコンプレッサ駆動部１０３ａと同様、第２の熱交換器周囲温度検出器３、第１の熱交換器周囲温度検出器５、第２の熱交換器周囲温度指令器４、第１の熱交換器周囲温度指令器６、重量循環量指令部１１、インバータ２、及びインバータ制御部２１とを有している。
【０１１９】
そして、この実施の形態４のコンプレッサ駆動部１０４ａは、リニアコンプレッサ１ａ内で往復運動するピストンのストローク長を検出し、検出したストローク長Ｄｐｓを示す検出信号（ストローク情報）を出力するストローク検出部９と、リニアコンプレッサ１ａ内で往復運動するピストンの上死点位置、つまり、ピストンがシリンダヘッドに最も近づいたときのピストン位置Ｄｆｄを検出し、該上死点位置を示す検出信号（上死点位置情報）を出力する上死点位置検出部１０と、リニアコンプレッサ１ａから吐出される冷媒の密度Ｄｍｄ１を検出する吐出冷媒密度検出部１３と、上記ストローク長Ｄｐｓ、上死点位置Ｄｆｄ、及び冷媒密度Ｄｍｄ１に基づいて、冷凍サイクル装置の冷媒循環経路を流れる冷媒の実際の重量循環量Ｗｃｄを算出する重量循環量検出部１２ｄとを有している。ここでは、吐出冷媒密度検出部１３には、光ファイバを用いた密度センサを用いている。また、上記ストローク検出部９及び上死点位置検出部１０には、上記実施の形態２と同様、接触型の位置センサを用いている。但し、上記各検出部は、接触型の位置センサに限らず非接触型の位置センサ、例えば渦電流式のギャップセンサや２つのコイルを用いた作動トランスを用いてもよく、またリニアコンプレッサに入力する電流と電圧の値から、上記ピストンのストローク長及び上死点位置を推測するものであってもよい。
【０１２０】
次に動作について説明する。
この実施の形態４の冷凍サイクル装置１０４では、冷媒循環経路を流れる冷媒の実際の重量循環量を算出する動作のみ実施の形態３と異なっており、以下では、主に上記冷媒の重量循環量の算出動作について説明する。
【０１２１】
ストローク検出部９では、運転中のリニアコンプレッサ１ａにおけるピストンストローク長Ｄｐｓが検出され、ストローク長を示す検出信号（ストローク情報）が重量循環量検出部１２ｄに出力される。また、上死点位置検出部１０では、運転中のリニアコンプレッサにおけるピストン上死点位置Ｄｆｄが検出され、上死点位置を示す検出信号（上死点位置情報）が重量循環量検出部１２ｄに出力される。また、吐出冷媒密度検出部１３では、リニアコンプレッサ１から吐出された冷媒の密度Ｄｍｄ１が検出され、冷媒密度を示す検出信号（密度情報）が上記重量循環量検出部１２ｄに出力される。
【０１２２】
すると、上記重量循環量検出部１２ｄでは、実施の形態２の冷凍サイクル装置１０２における体積循環量検出部８ｂと同様にして、ピストンストローク長Ｄｐｓと上死点位置Ｄｆｄに基づいて、リニアコンプレッサ１ａがピストン１往復当たりに吐出する冷媒の体積が求められる。この重量循環量検出部１２ｄでは、さらに、上記求められた、ピストン１往復当たりの吐出冷媒の体積と、吐出冷媒密度検出部１３によって検出された吐出冷媒密度Ｄｍｓ１との乗算処理が行われ、ピストンの１往復運動により吐出される冷媒重量が算出される。そして、この重量循環量検出部１２ｄでは、ピストンの１往復運動により吐出される冷媒の重量に、インバータの周波数を乗算する処理が行われ、単位時間あたりにリニアコンプレッサが吐出する冷媒の重量Ｗｃｄが求められ、この吐出冷媒重量を示す検出信号（循環量情報）が上記インバータ制御部２１に供給される。すると、該インバータ制御部２１からインバータ２にその制御信号Ｓｃが供給され、インバータ２では、要求される冷媒の重量循環量Ｗｃｏと実際の冷媒の重量循環量Ｗｃｄとの差分が減少するよう、上記制御信号Ｓｃに基づいて上記交流電流の発生動作が制御される。
【０１２３】
このように本実施の形態４では、リニアコンプレッサ１ａ内を往復運動するピストンのストローク長を検出するストローク検出部９と、リニアコンプレッサ１ａ内を往復運動するピストンの上死点位置を検出する上死点位置検出部１０と、リニアコンプレッサ１から吐出される冷媒の密度を検出する吐出冷媒密度検出部１３とを備え、上記ピストンのストローク長、上死点位置、リニアコンプレッサ１ａから吐出される冷媒の密度、及びリニアコンプレッサ１ａの駆動電流であるインバータ２の出力交流電流の周波数に基づいて、冷凍サイクルを循環する実際の冷媒の重量循環量を算出するので、上記実施の形態３と同様、リニアコンプレッサを用いた、室内の冷房を行う空気調和機である冷凍サイクル装置の冷凍能力を、冷房する部屋の実際の温度とその目標温度との温度差に応じて、高効率でもって制御することができる効果に加えて、実際の冷媒の重量循環量を計測する流体センサを不要とできる効果がある。
【０１２４】
なお、上記実施の形態４では、吐出冷媒密度検出部１３が、光ファイバを用いた密度センサである場合について示したが、上記吐出冷媒密度検出部１３は、吐出冷媒の温度と吐出冷媒の圧力から、吐出冷媒の密度を求めるものであってもよい。この場合、吐出冷媒の密度を計測するセンサを用いることなく、冷凍サイクル装置の冷凍能力を効率よく制御することができる。
【０１２５】
また、吐出冷媒の密度を吐出冷媒の温度と吐出冷媒の圧力から求める具体的な方法としては、冷媒の状態方程式から算出する方法や、冷媒の温度の値とその圧力の値の組に冷媒の密度を対応付けるテーブルから求める方法がある。ここで、吐出冷媒の温度は、一般にリニアコンプレッサ１ａの保護用センサとしてリニアコンプレッサ１ａの吐出口に取り付けられている温度センサの出力から求めることができ、また、吐出冷媒の圧力は、リニアコンプレッサ１ａの吐出側に取り付けられている圧力センサの出力から求めることができる。さらに、吐出冷媒の圧力は、実施の形態２でも説明したように、冷凍サイクルを構成する第１の熱交換器、及び第２の熱交換器のうち、リニアコンプレッサ１ａの吐出側に設置された、凝縮器として作用している熱交換器の温度から、冷媒の飽和するときの圧力として求めることもできる。
【０１２６】
（実施の形態５）
図６は本発明の実施の形態５による冷凍サイクル装置を説明するためのブロック図である。
この実施の形態５の冷凍サイクル装置１０５は、上記実施の形態４の、実際の冷媒の重量循環量を、リニアコンプレッサ１ａから吐出される冷媒の密度に基づいて算出するリニアコンプレッサ駆動部１０４ａに代えて、実際の冷媒の重量循環量を、リニアコンプレッサ１ａに吸入される冷媒の密度に基づいて算出するリニアコンプレッサ駆動部１０５ａを備えたものであり、その他の構成は、実施の形態４におけるものと同一である。
【０１２７】
つまり、このリニアコンプレッサ駆動部１０５ａは、上記実施の形態４と同様、第２の熱交換器周囲温度検出器３、第１の熱交換器周囲温度検出器５、第２の熱交換器周囲温度指令器４、第１の熱交換器周囲温度指令器６、ストローク検出部９、上死点位置検出部１０、重量循環量指令部１１、インバータ２、及びインバータ制御部２１を有している。
【０１２８】
そして、この実施の形態５のコンプレッサ駆動部１０５ａは、リニアコンプレッサ１ａに吸入される冷媒の密度Ｄｍｄ２を検出する吸入冷媒密度検出部１４と、ピストンストローク長Ｄｐｓ、上死点位置Ｄｆｄ、及び吸入冷媒密度Ｄｍｄ２に基づいて、リニアコンプレッサ１ａにおける実際の冷媒の重量循環量Ｗｃｄを算出する重量循環量検出部１２ｅとを有している。ここで、上記吸入冷媒密度検出部１４は、光ファイバを用いた密度センサ等を用いている。
【０１２９】
次に動作について説明する。
この実施の形態５の冷凍サイクル装置１０５では、実際の冷媒の重量循環量を算出する動作のみ実施の形態４と異なっており、以下では、主に冷媒の重量循環量の算出動作について説明する。
【０１３０】
リニアコンプレッサ１ａが駆動され、冷媒が循環経路内を循環している状態で、ストローク検出部９では、運転中のリニアコンプレッサ１ａにおけるピストンストローク長Ｄｐｓが検出され、ストローク長を示す検出信号（ストローク情報）が重量循環量検出部１２ｅに出力される。また、上死点位置検出部１０では、運転中のリニアコンプレッサにおけるピストン上死点位置Ｄｆｄが検出され、上死点位置を示す検出信号（上死点位置情報）が重量循環量検出部１２ｅに出力される。また、吸入冷媒密度検出部１４では、リニアコンプレッサ１ａに吸入される冷媒の密度Ｄｍｄ２が検出され、冷媒密度を示す検出信号（密度情報）が上記重量循環量検出部１２ｅに出力される。
【０１３１】
すると、上記重量循環量検出部１２ｅでは、実施の形態２の冷凍サイクル装置１０２における体積循環量検出部８ｂと同様にして、ピストンストローク長と上死点位置に基づいて、リニアコンプレッサ１ａがピストン１往復当たりに吸入する冷媒の体積が求められる。この重量循環量検出部１２ｅでは、さらに、上記求められた、ピストン１往復当たりの吸入冷媒の体積量と、吸入冷媒密度検出部１４によって検出された吸入冷媒の密度との乗算処理が行われ、ピストンの１往復運動により吸入される冷媒の重量が算出される。そして、この重量循環量検出部１２ｅでは、ピストンの１往復運動により吸入される冷媒の重量に、インバータの出力電流の周波数を乗算する処理が行われ、単位時間あたりにリニアコンプレッサが吸入する冷媒の重量Ｗｃｄ２が求められ、この吸入冷媒重量を示す検出信号（循環量情報）が上記インバータ制御部２１に供給される。
【０１３２】
すると、該インバータ制御部２１からインバータ２にその制御信号Ｓｃが供給され、インバータ２では、冷媒の重量循環量Ｗｃｏと冷媒の重量循環量Ｗｃｄとの差分が減少するよう、制御信号Ｓｃに基づいて上記交流電流の発生動作が制御される。
【０１３３】
このように本実施の形態５では、リニアコンプレッサ１ａ内を往復運動するピストンのストローク長Ｄｐｓを検出するストローク検出部９と、リニアコンプレッサ１ａ内を往復運動するピストンの上死点位置Ｄｆｄを検出する上死点位置検出部１０と、リニアコンプレッサ１ａに吸入される冷媒の密度Ｄｍｄ２を検出する吸入冷媒密度検出部１４とを備え、上記ピストンのストローク長、上死点位置、リニアコンプレッサ１ａに吸入される冷媒の密度、及びリニアコンプレッサ１ａの駆動電流であるインバータ２の出力交流電流の周波数に基づいて、冷凍サイクルを循環する実際の冷媒の重量循環量を算出するので、上記実施の形態３と同様、リニアコンプレッサを用いた、室内を冷房する空気調和機である冷凍サイクル装置の冷凍能力を、冷房する部屋の実際の温度とその目標温度との温度差に応じて、高効率でもって制御することができる効果に加えて、実際の冷媒の重量循環量を計測する流体センサを不要とできる効果がある。例えば、吐出冷媒の圧力が高すぎて吐出冷媒の密度が検出できない場合、重量循環量を計測するセンサを用いることなく、吸入冷媒の密度を計測するセンサだけを用いて、冷媒の重量循環量に基づいて、冷凍サイクル装置の冷凍能力を効率よく制御することができる。
【０１３４】
なお、上記実施の形態５では、吸入冷媒密度検出部１４が、光ファイバを用いた密度センサである場合について示したが、上記吸入冷媒密度検出部１４は、吸入冷媒の温度と吸入冷媒の圧力から吸入冷媒の密度を求めるものであってもよい。
【０１３５】
この場合も、吐出冷媒の圧力が高すぎて吐出冷媒の圧力が検出できない状態では、吸入冷媒の密度を計測するセンサを用いることなく、冷媒の重量循環量に基づいて冷凍サイクル装置の冷凍能力を効率よく制御することができる。
【０１３６】
また、吸入冷媒の密度を吸入冷媒の温度と吸入冷媒の圧力から求める方法としては、冷媒の状態方程式を用いる方法や、冷媒の温度の値とその圧力の値の組にその密度を対応付けるテーブルを用いる方法がある。
【０１３７】
ここで、吸入冷媒の温度は、リニアコンプレッサ１ａの吸入口に取り付けられている温度センサの出力から求めることができ、また、吸入冷媒の圧力は、リニアコンプレッサ１ａの吸入側に備えられた圧力センサの出力から求めることができる。さらに、吸入冷媒の圧力は、実施の形態２でも説明したように、冷凍サイクルを構成する第１の熱交換器及び第２の熱交換器のうちの、リニアコンプレッサ１ａの吸入側に設置された、蒸発器として作用している熱交換器の温度から、冷媒の飽和するときの圧力として求めることができる。さらに、吸入冷媒の温度の検出方法は、リニアコンプレッサ１ａの吸入口に付いている温度センサにより検出する方法に限らず、例えば、冷凍サイクルに関する過熱度（つまりリニアコンプレッサに吸入される冷媒の温度とその飽和温度との温度差）を推測し、その過熱度と、蒸発器として作用している熱交換器の温度との和から吸入冷媒の温度を推測するようにしてもよい。この場合、吐出冷媒の圧力が高すぎて吐出冷媒の圧力が検出できないときでも、吸入冷媒の密度を計測するセンサ、及び吸入冷媒の温度を測定するセンサを用いることなく、冷凍サイクル装置の負荷により密接に関連している冷媒の重量循環量に基づいて、冷凍サイクル装置の能力制御を、効率よく制御することができる。
【０１３８】
（実施の形態６）
図７は本発明の実施の形態６による空気調和機を説明するブロック図である。この実施の形態６の空気調和機１０６は、室内機１１４及び室内機１１５を有し、冷暖房を行う空気調和機であり、実施の形態１の空気調和機１０１とは、主に、冷媒循環経路内で冷媒が流れる方向を切り替える四方弁１１３を有する点で異なっている。
【０１３９】
すなわち、実施の形態６の空気調和機１０６は、実施の形態１の空気調和機１０１ａと同様、冷媒循環経路を形成するリニアコンプレッサ１ｂ，絞り装置５７ｂ，第１の熱交換器１１１及び第２の熱交換器１１２を有するとともに、該リニアコンプレッサ１ｂを駆動するコンプレッサ駆動部１０１ｂを有している。ここで、第１の熱交換器１１１は上記室内機１１４を構成しており、絞り装置５７ｂ，第２の熱交換器１１２，リニアコンプレッサ１ｂ，四方弁１１３及びコンプレッサ駆動部１０１ｂは上記室外機１１５を構成している。また、上記リニアコンプレッサ１ｂ，コンプレッサ駆動部１０１ｂ，及び絞り装置５７ｂはそれぞれ、実施の形態１の冷凍サイクル装置（空気調和機）１０１ａを構成するリニアコンプレッサ１ａ，コンプレッサ駆動部１０１ａ，及び絞り装置５７ａと同一のものである。
【０１４０】
また、上記第１の熱交換器１１１は、室内に配置された室内側熱交換器であり、実施の形態１の冷房を行う空気調和機１０１ａの第１の熱交換器（蒸発器）５３ａに相当するものである。上記第２の熱交換器１１２は、室外に配置された室外側熱交換器であり、実施の形態１の冷房を行う空気調和機１０１ａの第２の熱交換器（凝縮器）５５ａに相当するものである。ここで、上記室内側熱交換器１１１は、熱交換の能力を上げるための送風機１１１ａと、該熱交換器１１１の温度もしくはその周辺温度を測定する温度センサ１１１ｂとを有しており、該温度センサ１１１ｂは、実施の形態１の第１の熱交換器周囲温度検出器３に相当するものである。上記室外側熱交換器１１２は、熱交換の能力を上げるための送風機１１２ａと、該熱交換器１１２の温度もしくはその周辺温度を測定する温度センサ１１２ｂとを有しており、該温度センサ１１２ｂは、実施の形態１の第２の熱交換器周囲温度検出器３に相当するものである。
【０１４１】
そして、この実施の形態６では、上記第１の熱交換器１１１と第２の熱交換器１１２との間の冷媒経路には、コンプレッサ１ｂ及び四方弁１１３が配置されている。つまりこの空気調和機１０６は、第２の熱交換器１１２を通過した冷媒がコンプレッサ１ｂに吸入され、コンプレッサ１ｂから吐出された冷媒が第１の熱交換器１１１へ供給される状態（つまり冷媒が矢印Ａの方向に流れる状態）と、第１の熱交換器１１１を通過した冷媒がコンプレッサ１ｂに吸入され、コンプレッサ１ｂから吐出された冷媒が第２の熱交換器１１２へ供給される状態（つまり冷媒が矢印Ｂの方向に流れる状態）とが、上記四方弁１１３により切り替えられるものである。
【０１４２】
また、上記絞り装置５７ｂは、実施の形態１のものと同様、循環する冷媒の流量を絞る絞り作用と、冷媒の流量を自動調整する弁（自動調製弁）の作用とをあわせ持つものである。つまり、絞り装置５７ｂは、冷媒が冷媒循環経路を循環している状態で、凝縮器から蒸発器へ送り出された液冷媒の流量を絞って該液冷媒を膨張させるとともに、蒸発器に必要とされる量の冷媒を過不足なく供給するものである。
【０１４３】
次に動作について説明する。
この実施の形態６の空気調和機１０６では、コンプレッサ駆動部１０１ｂからリニアコンプレッサ１ｂに駆動電流Ｃｄが印加されると、冷媒循環経路内で冷媒が循環し、室内機１１４の第１の熱交換器１１１及び室外機１１５の第２の熱交換器１１２にて熱交換が行われる。これにより、室内の暖房あるいは冷房が行われる。
【０１４４】
例えば、空気調和機１１６の暖房運転を行う場合、ユーザの操作により、上記四方弁１１３は、冷媒が矢印Ａで示す方向に流れるよう設定される。この場合、上記冷媒循環経路での冷媒の循環により、、第１の熱交換器（室内側熱交換器）１１１は凝縮器として動作し、熱を放出する。これにより室内が暖められる。
【０１４５】
逆に、空気調和機１１６の冷房運転を行う場合、ユーザの操作により、上記四方弁１１３は、冷媒が矢印Ｂで示す方向に流れるよう設定される。この場合、上記冷媒循環経路での冷媒の循環により、第１の熱交換器（室内側熱交換器）１１１は蒸発器として動作し、周辺空気の熱を吸収する。これにより室内が冷やされる。
【０１４６】
このように本実施の形態６の空気調和機１０６では、実施の形態１の空気調和機１０１と同様、室内の温度（第１の熱交換器１１１の周囲温度）だけでなく、室外の温度（第２の熱交換器１１２の周囲温度）にも基づいて、本空気調和機に要求される冷媒の体積循環量Ｖｃｏを算出しているので、要求される冷媒の体積循環量の算出値を、運転状態により適した値とすることができる。
【０１４７】
つまり、空気調和機が室内を冷やしすぎる、あるいは暖めすぎるといった快適性を阻害する運転状態となるのを回避することができ、例えば、室内温度をより短時間で設定温度にすることができるといった効果がある。
【０１４８】
しかも、この実施の形態６の空気調和機１０６では、上記のような快適性を阻害する運転状態が回避されることから、空気調和機の運転に無駄な電力（動力）が使用されることがなく、より高効率な運転が可能となる。
【０１４９】
（実施の形態７）
図８は本発明の実施の形態７による冷蔵庫を説明するブロック図である。
この実施の形態７の冷蔵庫１０７は、実施の形態１の冷凍サイクル装置１０１を用いたものであり、実施の形態１と同様、冷媒循環経路を形成するリニアコンプレッサ１ｃ，絞り装置５７ｃ，第１の熱交換器１２２及び第２の熱交換器１２１を有するとともに、上記リニアコンプレッサ１ｃを駆動するコンプレッサ駆動部１０１ｃを有している。
【０１５０】
つまり、上記絞り装置５７ｃ，リニアコンプレッサ１ｃ，及びコンプレッサ駆動部１０１ｃは、実施の形態１の絞り装置５７ａ，リニアコンプレッサ１ａ，及びコンプレッサ駆動部１０１ａと同一のものである。
【０１５１】
また、上記第２の熱交換器１２１は、大気中に熱を放出する凝縮器で、実施の形態１の冷房を行う空気調和機１０１ａの第２の熱交換器（凝縮器）５５ａに相当するものである。上記第１の熱交換器１２２は、冷蔵庫内を冷却する冷蔵室蒸発器であり、実施の形態１の冷房を行う空気調和機１０１ａの第１の熱交換器（蒸発器）５３ａに相当するものである。ここで、上記冷蔵室蒸発器１２２は、熱交換の能力を上げるための送風機１２２ａと、該冷蔵庫内の温度を検出する温度センサ１２２ｂとを有しており、該温度センサ１２２ｂは、実施の形態１の第１の熱交換器周囲温度検出器３に相当するものである。
【０１５２】
次に動作について説明する。
この実施の形態７の冷蔵庫１０７では、コンプレッサ駆動部１０１ｃからリニアコンプレッサ１ｃに駆動電流Ｃｄが印加されると、冷媒循環経路内で冷媒が矢印Ｃの方向に循環し、凝縮器１２１及び冷蔵室蒸発器１２２にて熱交換が行われる。これにより、冷蔵室内が冷却される。
【０１５３】
つまり、第２の熱交換器（凝縮器）１２１で液状となった冷媒は、絞り装置５７ｃにてその流量が絞られることにより膨張して、低温の冷媒液となる。そして、第１の熱交換器（冷蔵室蒸発器）１２２へ低温の液冷媒が送り込まれると、第１の熱交換器（冷蔵室蒸発器）１２２では、低温の冷媒液が蒸発して、冷蔵室の冷却が行われる。このとき、熱交換器１２２には、送風機１２２ａにより強制的に冷蔵室内の空気が送り込まれており、熱交換器１２２では、効率よく熱交換が行われる。また、このとき、庫内の温度が温度センサ１２２ｂにより検出され、検出信号が上記コンプレッサ駆動部１０１ｃに出力される。コンプレッサ駆動部１０１ｃは、温度センサ１２２ｂにより検出された温度情報に基づいて、冷凍サイクル装置に要求される冷媒の体積循環量Ｖｃｏを算出し、該算出された冷媒の体積循環量に基づいてリニアコンプレッサ１ｃを駆動制御する。
【０１５４】
このように本実施の形態７の冷蔵庫１０７では、実施の形態１の空気調和機１０１と同様、冷蔵庫内の温度（第１の熱交換器１２２の周囲温度）に基づいて、本冷蔵庫に要求される冷媒の体積循環量Ｖｃｏを算出しているので、要求される冷媒の体積循環量の算出値を、運転状態により適した値とすることができる。
【０１５５】
つまり、この実施の形態７では、冷蔵庫内が冷やしすぎとなるといった効率の悪い運転状態を回避することができ、例えば、冷蔵庫内の温度をより短時間で設定温度にすることができるといった効果がある。
【０１５６】
（実施の形態８）
図９は本発明の実施の形態８による給湯器を説明するブロック図である。
この実施の形態８の給湯器１０８は、供給された水を加熱して温水を排出する冷凍サイクル装置１４２と、冷凍サイクル装置１４２から排出された温水を貯める貯湯槽１４１とを有している。
【０１５７】
上記冷凍サイクル装置１４２は、実施の形態１の冷凍サイクル装置１０１と同様、冷媒循環経路を形成するリニアコンプレッサ１ｄ，絞り装置５７ｄ，第１の熱交換器１３２，及び第２の熱交換器１３５を有するとともに、上記リニアコンプレッサ１ｄを駆動するコンプレッサ駆動部１０１ｄを有している。
【０１５８】
つまり、上記絞り装置５７ｄ，リニアコンプレッサ１ｄ，及びコンプレッサ駆動部１０１ｄは、実施の形態１の絞り装置５７ａ，リニアコンプレッサ１ａ，及びコンプレッサ駆動部１０１ａと同一のものである。
【０１５９】
上記第２の熱交換器１３５は、冷凍サイクル装置１４２に供給された水を加熱する水熱交換器で、実施の形態１の冷房を行う空気調和機１０１ａの第２の熱交換器（凝縮器）５５ａに相当するものである。上記第１の熱交換器１３２は、周辺雰囲気から熱を吸収する空気熱交換器であり、実施の形態１の冷房を行う空気調和機１０１ａの第１の熱交換器（蒸発器）５３ａに相当するものである。ここで、上記水熱交換器１３５は、加熱された水（温水）の温度を検出する温度センサ１３５ａを有しており、該温度センサ１３５ａは、実施の形態１の第２の熱交換器周囲温度検出器５に相当するものである。上記空気熱交換器１３２は、熱交換の能力を上げるための送風機１３２ａと、該周辺温度を検出する温度センサ１３２ｂとを有している。該温度センサ１３２ｂは、実施の形態１の第１の熱交換器周囲温度検出器３に相当するものである。
【０１６０】
なお、図中、１３１は、上記冷媒を、リニアコンプレッサ１ｄ，第１の熱交換器１３２，絞り装置５７ｄ，及び第２の熱交換器１３５により形成される冷媒循環経路に沿って循環させる冷媒配管である。該冷媒配管１３１には、コンプレッサ１ｄから吐出された冷媒を、第２の熱交換器１３５及び絞り装置５７ｄをバイパスして第１の熱交換器１３２に供給するバイパス配管（除霜バイパス路）１３３が接続されており、該バイパス配管１３３の一部には弁（除霜バイパス弁）１３４が設けられている。
【０１６１】
上記貯湯槽１４１は、水あるいは温水を貯める貯湯タンク１３８を有している。該貯湯タンク１３８の受水口１３８ｃには、該貯湯タンク１３８内へ水を外部から供給する配管（給水管）１４０が接続され、上記貯湯タンク１３８の湯出口１３８ｄには、該貯湯タンク１３８から浴槽（風呂）へ湯を供給する配管（浴槽給湯管）１４０が接続されている。また、上記貯湯タンク１３８の水出入口１３８ａには、該タンク１３８に貯められた湯を外部に供給する給湯管１３９が接続されている。
【０１６２】
上記貯湯タンク１３８と冷凍サイクル装置１４２の水熱交換器１３５とは、配管１３６ａ，１３６ｂ，１４６ａ，及び１４６ｂにより接続されており、貯湯タンク１３８と水熱交換器１３５との間には水の循環路が形成されている。
【０１６３】
ここで、水配管１３６ｂは、水を貯湯タンク１３８から水熱交換器１３５へ供給する配管であり、その一端は、貯湯タンク１３８の水出口１３８ｂに接続され、その他端は、ジョイント部分１４３ｂを介して、水熱交換器１３５の入水側配管１４６ｂに接続されている。また、この水配管１３６ｂの一端側には、貯湯タンク１３８内の水あるいは温水を排出するための排水弁１４４が取り付けられている。上記水配管１３６ａは、水を水熱交換器１３５から貯湯タンク１３８へ戻す配管であり、その一端は、貯湯タンク１３８の水出入口１３８ａに接続され、その他端は、ジョイント部分１４３ａを介して水熱交換器１３５の排出側配管１４６ａに接続されている。
そして、水熱交換器１３５の入側配管１４６ｂの一部には、上記水循環路内で水を循環させるポンプ１３７が設けられている。
【０１６４】
次に動作について説明する。
リニアコンプレッサ１ｄにコンプレッサ駆動部１０１ｄから駆動電流Ｃｄが印加され、リニアコンプレッサ１ｄが駆動すると、リニアコンプレッサ１ｄにより圧縮された高温冷媒は、矢印Ｄの方向に循環し、つまり冷媒配管１３１を通り、第２の熱交換器（水熱交換器）１３５に供給される。また、水循環路のポンプ１３７が駆動すると、貯湯タンク１３８から水が第２の熱交換器１３５に供給される。
【０１６５】
すると、第２の熱交換器（水熱交換器）１３５では、冷媒と貯湯タンク１３８から供給された水との間で熱交換が行われ、熱が冷媒から水へ移動する。つまり供給された水が加熱され、加熱された水（温水）は、貯湯タンク１３８へ供給される。このとき、加熱された水（温水）の温度は凝縮温度センサ１３５ａにて監視されている。
【０１６６】
また、第２の熱交換器（水熱交換器）１３５では、冷媒は上記熱交換により凝縮し、凝縮した液冷媒は、その流量が絞り装置５７ｄにより絞られることにより膨張し、第１の熱交換器（空気熱交換器）１３２に送り込まれる。この給湯器１０８では、該第１の熱交換器（空気熱交換器）１３２は、蒸発器として働く。つまり、該空気熱交換器１３２は、送風機１３２ｂにより送り込まれた外気から熱を吸収し、低温の冷媒液を蒸発させる。このとき、上記空気熱交換器１３２の周辺雰囲気の温度は温度センサ１３２ｂにより監視されている。
【０１６７】
また、冷凍サイクル装置１４２では、第１の熱交換器（空気熱交換器）１３２に霜がついた場合は、除霜バイパス弁１３４が開き、高温の冷媒が除霜バイパス路１３３を介して第１の熱交換器（空気熱交換器）１３２に供給される。これにより第２の熱交換器（空気熱交換器）１３２の除霜が行われる。
【０１６８】
一方、貯湯槽１４１には、冷凍サイクル装置１０８の水熱交換器１３５から温水が配管１４６ａ及び１３６ａを介して供給され、供給された温水が貯湯タンク１３８に貯められる。貯湯タンク１３８内の温水は、必要に応じて、給湯管１３９を通して外部に供給される。特に、浴槽へ給湯する場合は、貯湯タンク内の温水は浴槽用給湯管１４０を通して浴槽に供給される。
【０１６９】
また、貯湯タンク１３８内の水あるいは温水の貯蓄量が一定量以下となった場合には、外部から給水管１４０を介して水が補給される。
【０１７０】
このように本実施の形態８の給湯器１０８では、実施の形態１の空気調和機１０１と同様、温度センサ１３５ａにより検出された、給湯器１０８から供給される温水の温度に基づいて、給湯器の冷凍サイクル装置に要求される冷媒の体積循環量Ｖｃｏを算出しているので、要求される冷媒の体積循環量の算出値を、給湯器の運転状態により適した値とすることができる。
【０１７１】
つまり、給湯器が水を温めすぎるといった効率の悪い運転状態となるのを回避することができ、例えば、給湯器から供給される温水の温度をより短時間で設定温度にすることができるといった効果がある。
【０１７２】
（実施の形態９）
図１０は本発明の実施の形態９による極低温冷凍装置を説明するブロック図である。
この実施の形態９の極低温冷凍装置１０９は、冷凍室を有し、該冷凍室内部を極低温状態（−５０°Ｃ以下）となるよう冷却するものであり、この極低温冷凍装置１０９を用いて冷却する物（冷却対象物）には、超電導用の素子（抵抗，コイル，磁石などの電気磁気回路素子）、赤外線センサ用の低温参照部などの電子部品、血液や内臓といった医療用のもの、さらに、冷凍マグロなど冷凍食品がある。
【０１７３】
電子部品を極低温状態にするのは、動作効率アップ，あるいは熱雑音の除去による感度アップのためであり、食料品などでは、生鮮食品を輸送したり、鮮度維持や乾燥を行ったりするためである。
【０１７４】
また、この極低温冷凍装置の冷却温度は、高温超電導の用途では、５０から１００Ｋ（Ｋ：絶対温度）程度に、通常の超電導の用途では、０〜５０Ｋ程度の極低温状態に設定される。また、食品などの生鮮維持に用いられる場合は、この極低温冷凍装置の冷却温度は−５０°Ｃ弱（摂氏）に設定される。
【０１７５】
以下、具体的に説明する。
この実施の形態９の極低温冷凍装置１０９は、実施の形態１の冷凍サイクル装置１０１を用いたものであり、実施の形態１と同様、冷媒循環経路を形成するリニアコンプレッサ１ｅ，絞り装置５７ｅ，第１の熱交換器１５２，及び第２の熱交換器１５１を有するとともに、上記リニアコンプレッサ１ｅを駆動するコンプレッサ駆動部１０１ｅを有している。
【０１７６】
つまり、上記絞り装置５７ｅ，リニアコンプレッサ１ｅ，及びコンプレッサ駆動部１０１ｅは、実施の形態１の絞り装置５７ａ，リニアコンプレッサ１ａ，及びコンプレッサ駆動部１０１ａと同一のものである。
【０１７７】
また、上記第２の熱交換器１５１は、大気中に熱を放出する放熱器で、実施の形態１の冷房を行う空気調和機１０１ａの凝縮器５５ａに相当するものである。上記第１の熱交換器１５２は、冷凍室内を冷却する蓄冷器であり、実施の形態１の冷房を行う空気調和機１０１ａの蒸発器５３ａに相当するものである。ここで、上記放熱器１５２は、熱交換の能力を上げるための送風機１５２ａと、冷凍室内の温度を検出する温度センサ１５２ｂとを有しており、該温度センサ１５２ｂは、実施の形態１の第１の熱交換器周囲温度検出器３に相当するものである。
【０１７８】
次に動作について説明する。
この実施の形態９の極低温冷凍装置１０９では、コンプレッサ駆動部１０１ｅからリニアコンプレッサ１ｅに駆動電流Ｃｄが印加されると、冷媒循環経路内で冷媒が、矢印Ｅの方向に循環し、放熱器１５１及び蓄冷器１５２にて熱交換が行われる。これにより、冷凍室が冷却される。
【０１７９】
つまり、第２の熱交換器（放熱器）１５１で液状となった冷媒は、絞り装置５７ｅにてその流量が絞られることにより膨張して低温の冷媒液となる。そして、第１の熱交換器（蓄冷器）１５２へ低温の液冷媒が送り込まれると、第１の熱交換器（蓄冷器）１５２では、低温の冷媒液が蒸発して、冷凍室の冷却が行われる。このとき、蓄冷器１５２には、送風機１５２ａにより強制的に冷凍室内の空気が送り込まれており、蓄冷器１５２では、効率よく熱交換が行われる。また、このとき、冷凍室内の温度が温度センサ１５２ｂにより検出され、検出信号が上記コンプレッサ駆動部１０１ｅに出力される。コンプレッサ駆動部１０１ｅは、温度センサ１５２ｂにより検出された温度情報に基づいて、冷凍サイクル装置に要求される冷媒の体積循環量Ｖｃｏを算出し、該算出された冷媒の体積循環量に基づいてリニアコンプレッサ１ｅを駆動制御する。
【０１８０】
このように本実施の形態９の極低温冷凍装置１０９では、実施の形態１の空気調和機１０１と同様、冷凍室内の温度（つまり、冷凍の対象物の温度）に基づいて、冷凍サイクル装置に要求される冷媒の体積循環量Ｖｃｏを算出しているので、要求される冷媒の体積循環量の算出値を、極低温冷凍装置の運転状態により適した値とすることができ、これにより冷凍対象物の温度を精度よく制御することができるといった効果がある。
【０１８１】
なお、上記実施の形態６〜９では、コンプレッサ駆動部として、実施の形態１の冷凍サイクル装置１０１のコンプレッサ駆動部１０１ａと同一のものを用いているが、実施の形態６〜９のコンプレッサ駆動部は、実施の形態１のものに限らず、実施の形態２〜５のいずれのもの（コンプレッサ駆動部１０２ａ〜１０５ａ）を用いてもよい。
【０１８２】
【発明の効果】
以上のように本発明（請求項１）に係る冷凍サイクル装置によれば、冷媒の循環経路を形成する第１の熱交換器及び第２の熱交換器と、ピストン及びピストンを往復運動させるリニアモータを有し、該ピストンの往復運動により上記循環経路内で冷媒を循環させるリニアコンプレッサとを備えた冷凍サイクル装置であって、上記リニアモータを駆動する交流電流を発生するインバータと、上記ピストンの往復運動によりリニアコンプレッサが単位時間当たりに吐出もしくは吸入する冷媒の体積を示す実際の冷媒循環量を検出する実循環量検出部と、上記第１の熱交換器および第２の熱交換器の両方あるいは一方の周辺温度と、少なくとも該両熱交換器の一方に対して設定された目標温度とに基づいて、上記リニアコンプレッサが単位時間当たりに吐出もしくは吸入すべき冷媒の体積を示す目標冷媒循環量を導出する目標循環量導出部と、上記実際の冷媒循環量と上記目標冷媒循環量との差分が減少するよう、上記インバータを制御する制御部とを備えたことを特徴とするので、リニアコンプレッサを用いた冷凍サイクル装置の冷凍能力の制御を、従来の回転型コンプレッサを用いた冷凍サイクル装置と同様に、冷媒の体積循環量に基づいて高効率でもって行うことができる。
【０１８３】
本発明（請求項２）によれば、請求項１記載の冷凍サイクル装置において、往復運動するピストンのストローク長を検出するストローク検出部と、往復運動するピストンの上死点位置を検出する上死点位置検出部とを備え、上記実循環量検出部は、検出されたストローク長及び上記検出された上死点位置に基づいて、上記ピストンの１往復運動により吐出もしくは吸入される冷媒の容積を算出し、該容積と上記インバータの発生する交流電流の周波数との乗算により、上記実際の冷媒循環量を求めるものであることを特徴とするので、冷凍サイクル装置の冷凍能力を、体積循環量を計測するセンサを用いることなく効率よく制御することができる。
【０１８４】
本発明（請求項３）によれば、請求項２記載の冷凍サイクル装置において、上記循環経路の、リニアコンプレッサの冷媒吐出側に位置する、冷媒を凝縮させる熱交換器内の冷媒の温度に基づいて、該リニアコンプレッサが吐出する冷媒の圧力を推定する吐出圧力推定部と、上記循環経路の、リニアコンプレッサの冷媒吸入側に位置する、冷媒を蒸発させる熱交換器内の冷媒の温度に基づいて、上記リニアコンプレッサが吸入する冷媒の圧力を推定する吸入圧力推定部とを備え、上記実循環量検出部は、推定された吸入冷媒の圧力及び推定された吐出冷媒の圧力から得られる、上記循環経路における冷媒の最高圧力と最低圧力の圧力比と、上記検出されたストローク長及び上記検出された上死点位置とを用いた演算により、上記ピストンの１往復運動により吐出もしくは吸入される冷媒の容積を求めるものであることを特徴とするので、運転条件によって圧力状態が変化し、冷媒の吐出圧と吸入圧の圧力比が変化するような冷凍サイクル装置であっても、冷凍サイクル装置の冷凍能力を、冷媒の体積循環量に基づいて効率よく制御することができる。
【０１８５】
本発明（請求項４）に係る冷凍サイクル装置によれば、冷媒の循環経路を形成する第１の熱交換器及び第２の熱交換器と、ピストン及びピストンを往復運動させるリニアモータを有し、該ピストンの往復運動により上記循環経路内の冷媒を循環させるリニアコンプレッサとを備えた冷凍サイクル装置であって、上記リニアモータを駆動する交流電流を発生するインバータと、上記ピストンの往復運動によりリニアコンプレッサが単位時間当たりに吐出もしくは吸入する冷媒の重量を示す実際の冷媒循環量を検出する実循環量検出部と、上記第１の熱交換器および第２の熱交換器の両方あるいは一方の周辺温度と、少なくとも該両熱交換器の一方に対して設定された目標温度とに基づいて、上記リニアコンプレッサが単位時間当たりに吐出もしくは吸入すべき冷媒の重量を示す目標冷媒循環量を導出する目標循環量導出部と、上記実際の冷媒循環量と上記目標冷媒循環量との差分が減少するよう、上記インバータを制御する制御部とを備えたことを特徴とするので、冷房する部屋の実際の温度と、その目標温度との温度差に応じて、冷凍サイクル装置の冷凍能力を効率よく制御することができ、しかも、冷凍サイクル装置の冷凍能力を、該装置の負荷とより密接に関連している冷媒の重量循環量に基づいて行っているので、冷凍能力の制御をより応答性よく安定に行うことができる。
【０１８６】
本発明（請求項５）によれば、請求項４記載の冷凍サイクル装置において、往復運動するピストンのストローク長を検出するストローク検出部と、往復運動するピストンの上死点位置を検出する上死点位置検出部と、上記リニアコンプレッサから吐出される冷媒の密度を検出する吐出冷媒密度検出部とを備え、上記実循環量検出部は、上記検出されたストローク長及び上記検出された上死点位置に基づいて、上記ピストンの１往復運動により吐出される冷媒の容積を算出し、該算出された容積、上記検出された冷媒の密度、及び上記インバータの発生する交流電流の周波数から、上記単位時間当たりにリニアコンプレッサにより吐出される冷媒の重量を求めるものであることを特徴とするので、冷媒の重量循環量に基づいた、冷凍サイクル装置の冷凍能力の効率のよい制御を、冷媒の重量循環量を計測するセンサを用いることなく、吐出冷媒の密度を計測するセンサだけを用いて行うことができる。
【０１８７】
本発明（請求項６）によれば、請求項５記載の冷凍サイクル装置において、上記リニアコンプレッサから吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度検出部と、上記リニアコンプレッサから吐出される冷媒の圧力を検出する吐出圧力検出部とを備え、上記吐出冷媒密度検出部は、上記検出された、リニアコンプレッサから吐出される冷媒の温度及び圧力に基づいて、上記リニアコンプレッサから吐出される冷媒の密度を導出するものであることを特徴とするので、冷媒の重量循環量に基づいた、冷凍サイクル装置の冷凍能力の効率のよい制御を、吐出冷媒の密度を計測するセンサを用いることなく行うことができる。
【０１８８】
本発明（請求項７）によれば、請求項４記載の冷凍サイクル装置において、往復運動するピストンのストローク長を検出するストローク検出部と、往復運動するピストンの上死点位置を検出する上死点位置検出部と、上記リニアコンプレッサに吸入される冷媒の密度を検出する吸入冷媒密度検出部とを備え、上記実循環量検出部は、上記検出されたストローク長及び上記検出された上死点位置に基づいて、上記ピストンの１往復運動により吐出される冷媒の容積を算出し、該算出された容積、上記検出された冷媒の密度、及び上記インバータの発生する交流電流の周波数から、単位時間当たりに上記リニアコンプレッサに吸入される冷媒の重量を求めるものであることを特徴とするので、冷媒の重量循環量に基づいた、冷凍サイクル装置の冷凍能力の効率のよい制御を、重量循環量を計測するセンサを用いることなく、吸入冷媒の密度を計測するセンサだけを用いて行うことができる。
【０１８９】
本発明（請求項８）によれば、請求項７記載の冷凍サイクル装置において、上記リニアコンプレッサに吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度検出部と、上記リニアコンプレッサに吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力検出部とを備え、上記吸入冷媒密度検出部は、上記検出された、リニアコンプレッサに吸入される冷媒の温度及び圧力に基づいて、上記リニアコンプレッサに吸入される冷媒の密度を求めるものであることを特徴とするので、冷媒の重量循環量に基づいた、冷凍サイクル装置の冷凍能力の効率のよい制御を、吸入冷媒の密度を計測するセンサを用いることなく行うことができる。
【０１９０】
本発明（請求項９）によれば、請求項８記載の冷凍サイクル装置において、上記循環経路の、リニアコンプレッサの冷媒吸入側に位置する、冷媒を蒸発させる熱交換器である蒸発器内の冷媒の温度を、上記リニアコンプレッサに吸入される冷媒の飽和温度として検出する冷媒温度検出器と、上記リニアコンプレッサの運転状態に基づいて、上記リニアコンプレッサに吸入される冷媒の温度とその飽和温度との温度差である該冷媒の過熱度を推定する過熱度推定部とを備え、上記吸入温度検出部は、上記検出された蒸発器内の冷媒の温度と、上記推定された冷媒の過熱度とを加算して、上記リニアコンプレッサに吸入される冷媒の温度を求めるものであることを特徴とするので、冷媒の重量循環量に基づいた、冷凍サイクル装置の冷凍能力の効率のよい制御を、吸入冷媒の密度を計測するセンサ及び吸入冷媒の温度を測定するセンサを用いることなく行うことができる。
【０１９１】
本発明（請求項１０）にかかる空気調和機によれば、請求項１から９のいずれかに記載の冷凍サイクル装置を有する空気調和機であって、上記第１の熱交換器は、室外側熱交換器であり、上記第２の熱交換器は、室内側熱交換器であることを特徴とするものであるので、冷やしすぎる、暖めすぎるといった快適性を阻害する運転を防止することができ、例えば、室内温度をより短時間で設定温度にすることができるといった効果がある。また、上記のような空気調和機の運転では、無駄な電力（動力）を使用しないことから、空気調和機のより高効率な運転が可能となる。
【０１９２】
本発明（請求項１１）にかかる冷蔵庫によれば、請求項１から９のいずれかに記載の冷凍サイクル装置を有する冷蔵庫あって、上記第１の熱交換器は、熱を放出する凝縮器であり、上記第２の熱交換器は、庫内を冷却する蒸発器であることを特徴とするものであるので、冷蔵庫内を冷やしすぎるといった効率の悪い運転状態となるのを回避することができ、例えば、冷蔵庫内の温度をより短時間で設定温度にすることができるといった効果がある。
【０１９３】
本発明（請求項１２）にかかる給湯器によれば、請求項１から９のいずれかに記載の冷凍サイクル装置を有する給湯器であって、水を貯める貯水槽を備え、上記第１の熱交換器は、上記貯水槽の水を加熱する水熱交換器であり、上記第２の熱交換器は、周辺雰囲気から熱を吸収する空気熱交換器であることを特徴とするものであるので、給湯器が水を温めすぎるといった効率の悪い運転状態となるのを回避することができ、例えば、給湯器から供給される温水の温度をより短時間で設定温度にすることができるといった効果がある。
【０１９４】
本発明（請求項１３）にかかる極低温冷凍装置によれば、請求項１から９のいずれかに記載の冷凍サイクル装置を有する極低温冷凍装置であって、冷凍室を有し、上記第１の熱交換器は、熱を放出する放熱器であり、上記第２の熱交換器は、上記冷凍室内を冷却する蓄冷器であることを特徴とするものであるので、精度の高い温度制御が可能な極低温冷凍装置を得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による冷凍サイクル装置を説明するためのブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態２による冷凍サイクル装置を説明するためのブロック図である。
【図３】上記実施の形態２の冷凍サイクル装置で、リニアコンプレッサにおけるピストンの上死点位置とストロークから冷媒循環量を算出する方法を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態３による冷凍サイクル装置を説明するためのブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態４による冷凍サイクル装置を説明するためのブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態５による冷凍サイクル装置を説明するためのブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態６による空気調和機を示す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態７による冷蔵庫を示す模式図である。
【図９】本発明の実施の形態８による給湯器を示す模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態９による極低温冷凍装置を示す模式図である。
【図１１】従来のリニアコンプレッサを説明するための断面図である。
【図１２】一般的な冷凍サイクル装置を説明するためのシステム図である。
【図１３】従来のリニアコンプレッサを用いた冷凍サイクル装置の冷凍能力を制御するシステムを説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ　リニアコンプレッサ
２　インバータ
３　第２の熱交換器周囲温度検出器
４　第２の熱交換器周囲温度指令器
５　第１の熱交換器周囲温度検出器
６　第１の熱交換器周囲温度指令器
７　体積循環量指令部
８ａ、８ｂ　体積循環量検出部
９　ストローク検出部
１０　上死点位置検出部
１１　重量循環量指令部
１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ　重量循環量検出部
１３　吐出冷媒密度検出部
１４　吸入冷媒密度検出部
２０、２１　インバータ制御部
５３ａ，１１１，１２２，１３２，１５２　第１の熱交換器（蒸発器）
５５ａ，１１２，１２１，１３１，１５１　第２の熱交換器（凝縮器）
５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄ，５７ｅ　絞り装置
１０１〜１０５　冷凍サイクル装置
１０１ａ，１０２ａ，１０３ａ，１０４ａ，１０５ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅ　リニアコンプレッサ駆動部
１０６　空気調和機
１０７　冷蔵庫
１０８　給湯器
１０９　極低温冷凍装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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