CN105247753A - 用于整合hvacr和其它能量效率和需求响应的系统和装置 - Google Patents

Abstract

根据来自蒸汽压缩蒸发器或其它源的反馈信号和可能其它物理信号自动地控制和管理由交流电流供电的能量消耗设备的负载需求和操作的电子控制器装置，用于补充预定、习得或缺省设置以优化冷却和制冷设备中的压缩器操作(运行时间)，从而改善蒸发器中的热传递。

Description

用于整合HVACR和其它能量效率和需求响应的系统和装置

本申请基于35U.S.C.119§(e)要求2013年3月15日提交的在先美国临时专利申请No.61/799,501的权益，上述申请通过引用完整地合并于本文中。

技术领域

本发明涉及用于自动地控制和优化包括经由电动控制系统控制的燃气的、燃油的和燃烧丙烷的加热设备的电控制能量消耗设备的系统和装置。本发明也涉及包括所述装置的加热、通风、空气调节和制冷设备系统以及在这样的系统中使用所述装置的方法。

背景技术

已设计出加热、通风、空气调节和/或制冷(“HVACR”或“HVAC&R”)控制系统来执行两个主要功能：温度调节和除湿。对于碳足迹和绿色技术的日益关注已导致许多能量相关的改进，包括更有效的制冷剂、变速压缩器和风扇、循环修改以及更有效的燃烧器。尽管可以在新HVAC&R设备的许多单元上发现这些改进中的一些，但是有较老的现有设备的大安装基座仍然在工作，但不能利用这些能量相关改进作为改造改进。

应对能源使用的普通改造技术包括许多方法，例如设置点缩减(setpointcurtailment)，温度预期，设备分级，变速风扇、燃烧器和压缩器，以及闭环负载感测代替基于定时器。通常难以使用这些方法改造现有的设施，原因是这些方法高度依赖于HVAC&R设备、配置和安装细节。将常规节能方法加入现有HVAC&R系统会是成本高的和耗时的。

美国专利No.5,687,139和5,426,620(Budney‘139和‘620专利)部分地涉及在电设备的单独单元的控制信号线中的专用控制开关(例如标准空调单元上的控制信号线),其组合数字再循环计数器和电负载的控制线。控制装置的数字再循环计数器与预设置一起使用以便对广大范围的电动设备提供需求控制。除了所述的Budney专利以外，许多其它专利也涉及HVAC&R系统和设备功率和需求控制和管理。在这方面，本申请通过引用完整地合并下列的每一个：美国专利Nos.5,426,620(Budney)，5,687,139(Budney)，7,177,728(Gardner)，5,735,134(ShengLiu等)，6,658,373(Rossi等)，5,261,247(Knezic等)，5,996,361(Bessler等)，5,669,222(Jaster等)，以及7,242,114(Cannon等)。

发明内容

本发明的特征是提供一种用于加热、通风、空气调节和/或制冷(HVAC&R)系统的装置，其使用来自蒸汽压缩蒸发器和/或其它源的反馈信号和用于补充预定(pre-fixed)、习得设置(learnedsetting)(经由优化和模糊逻辑程序)或缺省设置的可能其它物理信号进行控制，以优化冷却和制冷设备中的压缩器操作(运行时间)，并且也由此改善蒸发器中的热传递。

另一特征是提供一种装置，其可以以类似方式优化燃气的、燃油的和燃烧丙烷的加热设备中的燃烧器操作，并且也由此改善横越燃烧器的热交换器的热传递。

另一特征是提供一种装置，其可以用于优化压缩空气或其它气体压缩操作中的压缩器操作。

本发明的附加特征和优点将部分地在以下描述中进行叙述，并且部分地将从描述变得明显，或者可以通过本发明的实施而获悉。本发明的目标和其它优点将借助于特别在描述和附带的权利要求中指出的元件和组合实现和获得。

为了获得这些和其它优点，并且根据本发明的目的，如本文中体现和宽泛地描述，本发明涉及一种用于自动地控制和管理由交流电流供电的能量消耗设备的负载需求和操作的电子控制器装置，其包括：a)控制器开关，所述控制器开关与控制信号线可串联地连接，所述控制信号线与控制操作功率流动到负载单元的负载单元控制开关连接；并且所述控制器开关能够打开和闭合所述控制信号线；b)包括计数器的数字再循环计数器，所述计数器用于生成所述控制信号线中的振荡控制信号的振荡的计数，并且能够限定所述负载单元的经过运行时间间隔和经过空闲时间间隔；c)数字定时器，所述数字定时器用于提供实时(realtime)的输入索引，并且能够限定所述负载单元的经过运行时间间隔和经过空闲时间间隔；d)学习模块，所述学习模块用于输入信息的分析和算法的导出，用于所述负载单元的能量使用和/或需求的改善优化，包括初始缺省值和查找表中的至少一种，其能够保证负载单元在恒温负载下以不大于习得每小时操作循环次数运行；e)外部调节装置，所述外部调节装置能够与用于感测与所述负载单元的负载单元循环和/或空间的温度相关的至少一个物理值的至少一个传感器通信；f)高值选择控制信号装置，所述高值选择控制信号装置能够从由b)、c)、d)和e)中的两个或更多个获得的输入信号选择最高或最低值并且将被选择信号作为高值选择控制信号输出到所述控制器开关，其中来自所述负载单元的反馈信号可由所述电子控制器装置处理以用于补充预定、习得设置或缺省设置以优化冷却和制冷设备中的负载单元操作(运行时间)，并且也由此改善蒸发器中的热传递，并且也以类似方式优化燃气的、燃油的和燃烧丙烷的燃烧器操作，并且也优化压缩空气或其它气体压缩操作。

本发明也涉及一种加热、通风、空气调节或制冷(HVAC&R)系统，其包括所述的控制装置，恒温器或其它控制信号源，以及可操作地连接到电源线的至少一个HVAC&R负载单元。

本发明也涉及一种用于自动地控制和管理由电力供电的HVAC&R负载单元的负载需求和操作的方法，其包括在用于负载装置的恒温器或其它控制信号源和用于所述负载装置的设备负载控制开关之间的控制信号线中电连接所述控制装置的步骤。

应当理解前面的一般描述和以下的详细描述都仅仅是示例性的和解释性的，并且旨在提供本发明的进一步解释，如权利要求所述。

附图说明

包含在本申请中并且构成本申请的一部分的附图示出本发明的一些实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。

图1是包括根据本发明的例子的电子控制器装置的HVAC&R系统的方块/示意图。

图2A是显示在正常控制下以设计负载操作的4单元空调系统的操作的绘图(安培和小时)，并且图2B是显示在建筑物管理系统下的模拟的绘图，显示在根据本发明的例子的原型控制器装置下的相同4单元空调系统的操作，并且显示相同负载的减小能量消耗(安培和小时)。

图3A是显示蒸汽压缩冷却或制冷系统的基本部件和热动力学循环的标记图。

图3B是显示蒸汽压缩冷却或制冷系统的机械部件的标记图。

图4A和4B是显示在优化燃气商业家用热水锅炉燃烧器的操作中的根据本发明的原型例子的控制器装置的试验的绘图(°F和小时)。

具体实施方式

本发明部分地涉及用于提供HVAC&R系统或其它电控制冷却和/或加热系统和/或气体压缩或压缩空气系统等中的自动控制的电子控制器装置。本发明的控制器装置可以包括封闭在图1中的虚线卵圆1内、标记“能量效率/需求控制装置”的单元。参考图1，交流电通过电源线3经由测量在该位置处的电能的电能使用和需求的交流功率计2被供应。通过负载单元控制开关4，交流电供应能量消耗负载单元5，在所提供的例子中，HVAC&R压缩器或燃烧器，或气体压缩/压缩空气压缩器。交流电也可以通过辅助设备控制开关7供应辅助设备6。

在卵圆1内的本发明的装置中，高值选择中央处理单元(CPU)8接收来自多个源的输入，确定高值选择最佳优化信号以优化控制器开关9。在图1的图示中，这些输入包括数字再循环计数器10，数字时钟11，和学习模块12。学习模块12又接收来自制造商数据的查找库13的输入和与设备能量优化相关的历史算法输入。学习模块12也接收来自操作日志模块14的输入，所述操作日志模块包含经由传感器15(例如，制冷剂质量流率传感器、温度传感器、压力传感器等)获得的、通过外部调节装置调节的设备操作变量的运行数据集。装置1可以经由本地或远程输入/输出用户接口17(例如，恒温器或其它控制信号源)进行操作，并且查看其输出和输入。

使用本发明的电子控制器装置，来自蒸汽压缩蒸发器或其它源的反馈信号和可能其它物理信号可以用于补充预定、习得(经由优化和模糊逻辑程序)或缺省设置以优化冷却和制冷设备中的压缩器操作(运行时间)，并且也由此改善蒸发器中的热传递。效果可以是改善单元的能量效率比(EER)、季节能量效率比(SEER)和性能系数(COP)。而且，电子控制器装置可以允许各种补充命令或其它外部系统信号改变这些预定、习得或缺省设置以输送需求响应和“智能电网”功能性。这些外部命令控制信号可以有用于空气调节或制冷能量消耗的极端控制“节流”，经由外部恒温传感器受到保护，允许各种水平的电需求减小(建筑物分区，设施，或电网分区)。该需求控制器装置和机构也可以有用于经由不同的机构和热力学作用保证关联设施上的太阳能PV电功率的设置分配的可靠性，例如美国专利No.7,177,728中所示的系统的改进，并且允许优化例如用于空间和水加热和过程加热的燃气的、燃油的和燃烧丙烷的设备(燃料燃烧加热)。在燃料燃烧加热设备的情况下，来自补充温度或压力感测装置或传感器的反馈信号可以用于补充预定、习得或缺省设置以优化燃料燃烧加热设备中的燃烧器操作(运行时间)，并且也由此改善燃烧器燃烧空间中的热传递到加热介质(空气或水)。而且，允许各种补充命令或其它外部系统信号改变这些预定、习得或缺省设置以输送需求响应和其它功能性。本发明的电子控制器装置可以相对于以前用于HVAC&R系统的控制器设备(例如在所述的‘139和‘260Budney专利中所示的那些)提供能量效率和/或需求控制的更进一步改进。

另外，最近已出现关于具有互联网连接的联网、建筑物范围控制系统的安全问题的关注。本发明提供一种巧妙的“单点能量管理系统”方法以在整体HVAC&R装置的水平输送相当大的能量节约，而不需要互联网可访问联网。

因而，电子控制器装置独特地适合于在极其广泛的应用中在加热、通风、空气调节和制冷(HVACR)设备中并且也在过程冷却和加热设备中输送下列的全部，例如在下列中：

基本热循环的能量效率改善，

整体压缩器防短循环保护和其它延长寿命特征，包括可选的软起动电路，

总体负载多样化和需求减小(用于电、或也用于气体或其它化石燃料分配网络)，

精细可控需求响应功能性，

能够响应外部命令或系统信号输送附加负载减小和其它功能性(例如，PV太阳能阵列优化)。

本申请涉及装置，并且涉及控制电路的编程。因此，它可以由HVACR和可能其它原始设备制造商(OEM)用作改造装置(实施例)，并且用作现有控制电路的增强。如果在控制系统的控制体系中以算法体现，这些控制系统：

可以处于HVACR单元水平、处于建筑物或场地的水平或更大系统；

和/或

可以是有线或无线网络的一部分，即，建筑物管理系统或能量管理系统(BMS/EMS)。

作为改造装置，电子控制器装置是特别通用的HVAC&R“通用智能节点”，能够输送多种多样的冷却、制冷和加热设备的稳态能量效率改善；隔离或ISO级“智能电网”活动的自动或手动需求响应，和PV太阳能可靠性优化，其大部分不需要昂贵的和费力的有线或无线联网。电子控制器装置可以体现为包括封闭在图1中所示的更大卵圆中的所有特征的单个整体装置，或者控制器装置可以在可操作地连接在一起以如本文中所述起作用的若干不同部分中体现。控制器装置可以包括用于信号输入和信号输出的标准连接器(例如，针形端子连接器)。

优化冷却或制冷操作中的操作

蒸汽压缩冷却/制冷(VCCR)单元的压缩器(一个或多个)可以在高值选择(auctioneered)控制信号下运行，所述信号可以从下列中的较短者导出，也如图1中的图中所示：

a)经过时间间隔，其由数字再循环计数器或经由定时计数器限定，当压缩器在蒸汽压缩循环中起动时所述数字再循环计数器或定时计数器开始其计数，

b)通过蒸发器盘管的制冷剂质量流率或制冷剂质量流率的代理变量从初始水平到该水平的预定、习得或缺省分数，或到从查找表获得的临界相对水平的减小，

c)VCCR单元循环中的另一感测物理值的变化，或

d)从关联的恒温感测装置接收到恒温器满足信号。

可以针对控制机构进一步高值选择运行时间，其保证VCCR压缩器在恒温负载下以不大于以下每小时操作循环次数运行：

a)预定、习得或缺省次数(例如，每小时6次)，或

b)从查找表获得的次数。

高值选择控制信号可以是从电路装置输出的信号，其用于选择多个独立控制信号中的最高或最低信号并且根据被选择控制信号将能量供应到负载。用于高值选择控制信号的技术可以适合于在这方面使用。例如，参见美国专利Nos.2,725,549和3,184,611，上述专利通过引用完整地合并于本文中。

以上多个比较/误差信号增强压缩器操作，并且基本优化定时控制a)也保证网络内的电负载多样性，即同步操作。因此，该机构可以减小或消除来自一组VCCR装置的电负载峰值而没有有线或无线连接的必要性，同时改善每个装置的能量效率。电网络操作的该二级改善(改善的单元级能量效率加上减小的总体需求，在实时的基础上)由该改进优化机构增强。

VCCR压缩器(一个或多个)可以在上述的方案下运行，并且然后可以由装置空闲。空闲期的持续时间可以根据高值选择控制信号，所述信号可以从下列中的较长者导出，也如以下流程图中所示：

a)蒸发器盘管排出温度从初始水平增加到预定、习得或缺省分数较高水平(增加的过热，在蒸发器中的饱和制冷剂气体的状态变化和警告之后；也就是说，在状态变化之后，对比仅仅增加过热)，或增加到从查找表(例如，从OEM指南开发的关于最小空闲时间的查找表以避免压缩器短循环)获得的临界相对水平。

b)预设置、预导出或习得经过时间间隔，其由数字再循环计数器或经由再循环定时器限定，当压缩器在蒸汽压缩循环中停止时所述再循环定时器开始其计数(如下面进一步所述，这些时间间隔可以全部反映来自压缩器OEM的关于避免短循环的最小“关闭”时间的知识主体和宣传，因此，该间隔可以将防短循环保护加入关联的VCCR单元)。

c)VCCR单元循环中的另一感测物理值的变化，或

d)从关联的恒温感测装置接收到恒温器呼叫信号。

与运行时间一样，可以针对控制机构进一步高值选择VCCR压缩器空闲时间，其保证VCCR压缩器在恒温负载下以不大于以下每小时操作循环次数运行：

a)预定、习得或缺省次数(例如，每小时6次)，或

b)从查找表获得的次数。

当从具有夜间温度降低的可编程恒温器接收到信号时，装置也可以能够根据如上所述的预设置、预导出或习得经过时间间隔的集合以类似于需求响应(也参见下面的进一步描述)的方式延长“关闭”压缩器循环和/或缩短压缩器“开启”循环。

体现为改造和算法形式的装置能够操作指定VCCR单元内的多级压缩器。

具有防短循环的装置的优化压缩器操作的显著潜在优点是增强保护以免于液击(液体制冷剂传入压缩器中)并且也免于盘管冻结。因而，制冷剂的充料可以能够在VCCR中增加，因此提供系统中的更多热质量并且因此提供相同额定电功率的更大冷却能力。

装置的另一潜在优点是其节能器操作的增强。节能器的常见问题是湿度感测的退化，导致过湿的空气进入空间—装置提供更好的控制。另一个是装置能够评价空闲冷凝器风扇和其它辅助设备对VCCR操作的影响，并且然后也在VCCR操作期间每隔一段时间使它们空闲。除了额外能量节约以外，空闲冷凝器风扇可以通过允许保持更高的制冷剂压力改善热传递。

进一步关于再循环定时器对比实时定时器的使用，以上机构需要再循环(从0计数并且重置)的装置，定时器或计数器。定时器的使用将做不了使用数字再循环计数器可以做的事情，例如如图‘139和‘620Budney专利中所示。

电子控制器装置或设备提供很低成本的、巧妙的方式从而立即a)允许优化没有功率需要并且不干扰实时控制输入的单独的压缩器的循环，b)压缩器的队列的故意非同步操作而不需要昂贵的无线或有线控制，c)微小需求响应功能性，和d)低成本主动或被动触发减载。在一个基本单元中的全部可能具有一个或多个低成本外围设备。

如果在电子控制器装置中仅仅使用再循环定时器，则能够获得系统益处中的一些，但是将不保证电负载操作的时间的多样化，其对于由多个电(冷却或制冷)负载组成的非同步网络是明显的，所有经由基于交流电源线频率的数字再循环计数器优化。该多样性可以被看到并且是有用的，甚至在单个电操作系统(例如，多压缩器冷却单元)中。图2A和2B显示作用于单个配电板的4个大空调单元的这样的非同步网络操作对如电表测量的电流消耗的影响。图2A显示在正常控制下以设计负载操作的4单元空调系统的操作(安培和小时)，并且图2B显示在建筑物管理系统下的控制模拟，显示在本发明的控制器装置的原型的控制下的相同4单元空调系统的操作(安培和小时)。更具体地，图2A和2B显示配电板的计量之前/之后为大分配中心上的4个大(40-50吨)封装A/C单元供电，清楚地显示平均需求从～80安培移动到～60(每个阶段的实际电流消耗显示4x，原因是每个阶段有4个导体；因此，平均电流消耗从～320下降到～240安培每阶段，或25％减小)。

此外，关于可以适合于在本申请中使用的现有技术的再循环定时器，它们首先由SSAC(以后称为ABBSSAC)开发作为灯的“RC”电路的一部分。该定时控制机构证明是不可靠的，并且SSAC然后转到用于多样性和同步的电源线频率计数。它们不能准时完成，原因是在如在本发明中配置的HVACR单元中没有被控制的东西基于实时工作。尽管工作以实时索引开始，然后移动到基于时间的再循环定时器(JO)，但是这些仍然不允许期望操作。而且，使用基于时间的再循环定时器，当在停电之后电力再次恢复时压缩器起动，而不是让接触器闭合并且然后再次优化计数。结果是可以快速地开启和关闭压缩器，使它短循环。

一旦由技术人员安装，本发明的所述控制器装置/设备的实施例的特征可以在于上面所述的优化设置点中的任何一个或全部，即：

a)预设置/预导出，

b)基于实时回顾输入或第一X设备循环上的学习部件的习得优化，

c)来自查找表的值，或

d)其它设置点源。

因此，装置/设备的安装作为“设置[或“安装”]和遗忘”独特地促进。预定值设置可以来自工厂，并且以上a)-d)的值可以能够改变或覆写，如果装置是有线或无线网络的一部分，即，建筑物管理系统或能量管理系统(BMS/EMS)。

设置点调节的灵活性在作为VCCR改造装置的实施例中是必要的，原因在于不同设备可以具有必须生效的不同延迟和操作参数。特别重要的是不具有固定的预设置最小值，原因是现有的控制体系可能具有限制：例如，对于大地源热泵，各种时间延迟可能需要很短增量空闲期(例如，0.1分钟的关闭期)，但是总空闲时间可以更接近2.8分钟。

冷却和制冷循环中的装置的操作的机制

该作用可以以许多方式改善基本蒸汽压缩冷却循环，主要如下：(1)使蒸发器热传递更有效，因此增加每分钟压缩器运行时间的热传递的BTU’s，(2)大幅消除盘管冻结，(3)减小压缩器电机平均温度，(4)改善润滑，和(5)在程序上消除短循环。为了以下论述参考图3A-B。简单地说，蒸汽压缩冷却循环是多数空调设备和几乎所有制冷设备的基本技术。它有用于考虑在冷却循环中的R-22(或R-410A等)制冷剂的分子的水平的冷却循环操作。冷却循环的很好解释如Weston的EnergyConversion(第8章，“RefrigerationandAirConditioning”，WestEngineering-Series，1992)中所述，图3A和3B中所示的图基于上述文献。以下是逐步概述：(1)当HVAC单元起动时，压缩器(A)在蒸汽制冷剂离开冷却区域中的蒸发器盘管(B)时进行压缩蒸汽制冷剂的做功，当其穿过盘管时带走热。R-22的过冷(在沸点之下)分子将沸腾中的热吸收到稍稍过热(在沸点之上)蒸汽，如图3A中所示的蒸汽压缩循环的理想化温度-熵图中所示。(2)压缩蒸汽然后穿过冷凝器(C)，在那里它冷凝并且放出热，然后(3)穿过HVAC单元的节流装置(D)—通常在这些项目中预期尺寸的HVAC单元中，热膨胀阀(TXV，TEV)或电子孔。TXV的工作是“提供保持两个热交换器(蒸发器和冷凝器)之间的压力差所必需的流动阻力。它也用于控制从冷凝器到蒸发器的流动的速率”(Weston，第284页)。最初，TXV大开，并且R-22通过蒸发器的流动仅仅由压缩器的泵送作用大幅限制。然而当HVAC单元运行并且TXV关闭时，2个并行和联系现象发生在蒸发器和压缩器中。第一，由于TXV的更大节流，蒸发器中的单位时间有更少的R-22的分子，并且因此单位时间的更少分子能够沸腾至蒸汽，因此每个单位的压缩器运行时间的冷却更少。第二，压缩器同时抵抗更高的下游压力下泵送(在机械方面)，抵抗更闭合的阀泵送，并且因此必须做更多的功以输送冷却剂的体积。这可以导致压缩器电机的增加绕组加热，并且使用在HVAC设备中所使用的类型的多种多样的正排量压缩器将看到这2两个现象。在每单位时间输送的冷却对比输送它所消耗的电能方面两者造成减小的系统效率。

改造单元(RU)所做的是提供很灵活的方式以运行压缩器持续优化的时间间隔，在此期间每个单位时间汽化R-22的最大量，并且然后使压缩器(冷却循环中的最大能量消耗元件)空闲持续由OEM指定的时间以消除短循环。在该OEM指定关闭时间(典型地仅仅大约3-4分钟)期间，当辅助设备(吹风机和风扇，图3B中的图中的E和F)继续操作时冷却和除湿继续。蒸发器盘管将稍稍变热，具有2个有益效果：(1)初始蒸发器盘管结冰的减小—晶体形成的第一层对于进一步盘管结冰是关键的，并且减小的盘管结冰是RU安装的大额外益处。(2)当压缩器恢复并且R-22再次注入蒸发器盘管中时，稍稍增加的温度将改善R-22沸腾至蒸汽的速率，因此改善单位时间去除的加热负载。

热力学第二定律提到(Weston，第271页)“能量(热)将不会在没有帮助的情况下从冷区域流动到热区域”，即，对系统做的功。在蒸汽压缩冷却循环中，做功由压缩器执行，因此它通常是HVAC单元中的最大能量消耗装置。在图3A中的温度-熵图上的点1、2、3、4处通过蒸发器盘管从冷却空间去除的热QL和经由冷凝器盘管释放的热QH(其中，h(i)是R-22质量(lbs.)“M”的熵，具有质量流率(lb/hour)“m”)可以写成(例如，Weston，第281页)：

蒸发器盘管：QL/M＝h1-h4

冷凝器盘管：QH/M＝h2-h3

导致该能量流动的压缩器功W然后与QL和QH相关，如：

QL+QH＝W，其中QL和W(进入系统的能量)<0。

随着时期“t”的BTU中的蒸发器盘管热传递因此可以由以下给出：

QL＝∫(massflow[lb/hour)*(h1[t]-h4[t])*dt

＝∫m(t)*dh(t)*dt。

随着时期“t”(连续)的BTU中的蒸发器盘管热传递：

QL＝∫(massflow[lb/hour])*(h1[t]-h4[t])*dt

＝∫m(t)*dh(t)*dt。

作为蒸发器盘管热传递的更详细关注：

1.TXV(D)的感测球头在点1处感测离开蒸发器(B)的R-22中的过热的程度，并且打开和闭合以保持到达压缩器的过热蒸汽的屏障，从而避免进入它的液体R-22损坏压缩器。

2.然而，在盘管中获得太多过热意味着盘管中的较少液体R-22能够急骤蒸发成蒸汽，从而提供冷却—R-22正穿过不能输送最大冷却的盘管的至少一部分(经由R-22急骤蒸发成蒸汽)。这可以在RU改造和非改造盘管的IR照片中看到—在后一种情况下，盘管的排出端部的相当大部分为红色。

3.而且，更高过热加热压缩器，因此具有对压缩器寿命的不利影响。通过优化压缩器运行时间，RU也允许优化过热条件—压缩器空闲时间补充压缩器保护中的过热，允许更低的过热，保持压缩器安全性。

4.结果是冷却器盘管具有致力于R-22汽化对比过热的更大表面面积—与更高平均质量流率组合，意味着保持热传递QL。

5.RU改造对比“基线”A/C单元操作中的序列：

基线：压缩器运行，TXV首先打开，然后闭合以保持蒸发器和冷凝器之间的ΔP；大过热，

RU：压缩器运行，TXV打开，然后当TXV继续闭合时，压缩器空闲持续～3分钟→在点1处T↑P↑，TXV再次打开以增加进入盘管中的R-22质量流动；当压缩器重新起动时，入口R-22的更高质量流动和更低过冷加上出口处的减小过热导致增强的热传递。

6.因此，基线对比RU改造热传递：

QL(BaseCase)＝∫m(t)*dh(t)*dt

QL(RU)＝∫m(t)↑*dh(t)↑*dt↓。

如以上描述中的最后方程所示，在增强质量流率(m(t))和焓变化(dh(t))的时期期间运行压缩器，和因此盘管中的单位压缩器运行时间的热传递，允许保持由盘管传递的总热(QL)，即使当压缩器运行时间减小(dt)时。

这在图4A和4B中所述的控制实验室测试中明确地显示。改造单元(RU)在压缩器空闲时期期间设置较暖的盘管，这可以带走更多的热并且因此可以一旦再次进入导致更多的制冷剂改变状态。

这与典型的VCCR配置形成对比，其中当压缩器开始驱动制冷剂通过时蒸发器盘管更冷；因而，制冷剂耗费更长的时间改变状态(汽化)，并且汽化是热去除的主要机制—不简单地是制冷剂的感测温度的变暖。在由RU产生的限度内，盘管越暖，状态的质量变化越大，经由更低平均盘管温度具有制冷剂密度的相关影响。并且由于RU仅仅使压缩器空闲，因此使辅助设备(吹风机和风扇)正常操作，在有益的关闭时期期间来自房间的热继续上传到盘管。

这些现象也在具有和没有装置改造的VCCR蒸发器的红外热成像中清楚地可见。压缩器优化的作用是允许压缩器盘管的更线性表面进行传递汽化的潜热。

RU到VCCR操作的大额外益处是盘管冻结(主要减小系统能量效率)的减小。在广泛实验研究期间，当制冷剂蒸发器盘管在起动之后开始冰冻时观察它们，并且在该过程中建立在气体之下-40°F和80°F空气之间的绝缘屏障(外部空气因此看不到-40°F，而是32°F冰温度)。冰冻盘管在冷却的极大ΔT上略去并且冷却的速率与ΔT成正比。这是寄生加热方法(电阻加热或热气体旁路)典型地在几乎所有制冷设备和许多空调设备中使用的原因。

改善蒸汽压缩循环的能量效率的现有技术一般集中于控制，特别是反馈，缺陷是影响测量时间延迟，控制器时间延迟，并且增加更多的输入。通过比较，所述装置集中于热传递循环的固有热动力学，同时反馈环(恒温控制)保持仍然受到控制。并且它以使用非同步数字控制网络原理的方式完成，这也使本发明的技术出色地作为低成本的、容易可部署的“智能电网”需求响应方法。

在输送需求响应、自动需求响应和负载减小功能性中的装置的操作的机制

在美国和其它发达国家，甚至在世界的快速发展经济体中，HVAC销售的主要驱动力是将几十年来在发达世界的一些部分中被视为准奢侈品的空调越来越多地接受作为日常生活的必要。当然，与经济因素一起，气候更热的地区更强地展现该趋势。

市场接受的该变动对供应所有该新冷却负载所需的电网络具有很大影响。问题由以下事实加剧：自然地，地区中的空调负载倾向于在相同时间、即通常在午后当带空调的建筑物已在早晨从太阳和周围空气吸收能量时达到峰值。在每个热天，特别是在没有足够的发电设施或者替代地没有从该地区之外引入电力的传输能力的地区中，该HVAC峰值负载会导致电网应急、限制用电和轮流停电，其产生相当大的个人和经济破坏。

作为该挑战的指示，来自新英格兰电网运营商(ISO新英格兰)的2004-2005年的数据显示，正如预期那样，新英格兰电网的总需求的最高峰值发生在七月。感兴趣的是，尽管年同比平均需求2004-5上升2％，但是峰值需求(其必须由地区发电或输入电力应对)在年同比的基础上上升11％。并且根据ISO新英格兰，该新峰值需求的大部分是用于空调。在新英格兰出现的情况也在加利福利亚和美国的其它地方、在欧洲、印度、中国和世界上的其它地方发生，并且该峰值需求常常由最昂贵(并且在发展中世界，常常是最脏的，即石油和柴油)的发电源应对。CEC数据清楚地显示在吨/MWh基础上开启峰值碳排放高于关闭峰值。

公用事业和电网运营商正寻求关于来自A/C的峰值需求的许多策略。在需求响应或自愿缩减中，程序，设施所有者签署在某些条件下征调他们的建筑物，如果本地电网络在夏季热天超载的话。在区域电网运营商宣布的应急中，人工地或经由专用远程操作控制，登记设施的照明和A/C设备中的一些可以关闭或减小负载，减小电网上的电负载。如果实际上被征调以减小负载则通常以减小电费率、“备用支付”和“额外支付”的某个组合支付设施所有者。在美国，实际缩减事件在夏季可能根本不发生或发生几次，这取决于本地电网、它的供应/需求平衡和天气。实际缩减时期通常仅仅限制在事件日的午后的4-6小时。然而，作为缓解的当前DR仍然受到聚集障碍、市场忽视、技术部署的困难和成本、M&V要求和其它因素妨碍。参考作为最终目标的自动需求响应，装置能够将许多HVAC设备桥接到“旋转备用”的位置。“智能电网”理想地是由下而上的、完全自动的基本系统，其中建筑物进行减载。

如Budney‘139专利中所述，作为RU或算法实施例的装置可以允许独立HVACR单元之间的压缩器运行循环上的基于电源线频率的交错。

也如Budney‘139专利中所述，RU可以在主动和/或被动的基础上，基于其感测电源线频率的变化，灵活地改变延长-关闭空调和制冷压缩器单元。也就是说，RU也可以以远远优于现有技术中的“插头拔出”技术的方式在峰值时期期间将高度微小需求响应功能性输送到“节流”。主动DR作用的信号可以以许多方式中继，例如从公用事业经由来自计量器的信号，或经由DR聚合器，经由通过EMS、互联网链路或无线或蜂窝网络发送的信号。

因此，配备RU的HVACR设备可以是低成本、容易可部署和很灵活的减载程序，由此例如在：

59.XHz：“商业A”负载组进入延长-关闭模式(“商业A”可以是例如具有一定的过量能力或在非关键区域中的大制冷和商业A/C负载)

59.YHz：“商业B”负载组进入延长-关闭模式。

体现为RU致动器或系统的一部分的装置也可以输送增强的“2级”和“3级”需求响应功能性，加上自动需求响应功能性。它经由在各种自动和感测条件下进入连续可变延长关闭压缩器操作的能力而这样做。需求响应功能性可以如下工作：

a)2级：当接收到信号时，(多压缩器HVACR单元的)1压缩器延长-关闭空闲持续达到6小时

b)3级：(i)RU单元可以如它正常那样安装，延长-运行温度传感器接线到相关返回空气管道气流中以便延长压缩器运行时间超过基本运行设置，如果返回空气温度上升到高于预定设置点的话。可以设置装置，电流CT监视1阶段的HACR单元电流消耗，并且延长运行温度探头监视返回空气管道温度。(ii)在正常DR单元操作期间，RU单元可以输送压缩器效率改善，导致大约10％-20％的平均需求减小。(iii)当来自DR协调网络的一系列信号：

1)DR单元可以首先进入简单“预冷却”序列，从而将DR单元的控制空间温度减小1-2°F，然后

2)可以移动到“DR”序列，使用RU单元的延长-关闭特征，从而断开DR单元的压缩器持续足以获得所需的30％-40％目标平均kW减小的时段，受到

3)由RU单元上的延长-运行传感器提供的居住者舒适保护，如果温度在返回空气管道中达到上述的80-82°F区带其可以延长DR单元压缩器运行时间。

4)除了输送合适的信号之外，每个HVACR单元上的单元可以输送询问时段所期望的线电流、返回空气管道温度和状态数据。

(iv)替代的3级序列：

A)RU可以作为选择包含：电表，和能量监视器。

B)RU可以响应返回空气温度，并且可以决定在某个值之上不执行控制。

C)电表可以记录一个单元中的三个阶段和其它中的仅仅一个阶段的能量使用。

D)能量监视器可以接受来自电表的脉冲输入，并且保持电使用的永久登记。

E)能量监视器数据可以每15分钟报告给无线网关。

F)RU可以在永久登记中中记录冷却和加热的每个阶段的操作的时间。

G)RU可以创建室内空气和外部空气温度的日志以保持度日(或度小时)的永久日志，其可以与运行时间比较以用于估计能量节约。

H)RU外围设备也可以用作始终收听的路由器。

I)需求响应可以由该系统如下执行：

a1)网络协调器可以发出“预冷却”或“需求响应”命令，

a2)RU可以近似实时地收听命令，并且可以通过根据计划改变设置点作出响应，

a3)能量监视器检查时，它可以接收“预冷却”或“需求响应”命令，并且可以输出：

b1)如果“预冷却”命令，则关闭信号中继到步幅控制器以“延长运行”，

b2)如果“需求响应”命令，则关闭信号中继到步幅控制器以“延长关闭”，

a4)在每个“预冷却”和“需求响应”模式的开始和结束时，RU和能量监视器可以发送它们的登记值，使得中心计算机可以在这些临界时期期间独立于长期的一般登记使用记录所述值。

在需求减小和分配中：使用由Gardner的美国专利No.7,177,728描述的能量管理系统，RU可以用作致动器。

在每个预冷却”和“需求响应”模式的开始和结束时，RU和能量监视器可以发送它们的登记值，使得中心计算机可以在这些临界时期期间独立于长期的一般登记使用记录所述值。

燃料燃烧加热循环中的装置的操作的机制

对于燃气的、燃油的和燃烧丙烷的燃烧器控制电路，对引用的‘139和‘260Budney专利中所述的装置的改进，由此上述的相同RU可以接收来自温度或压力传感器或其它源的返回信号以优化冷却和制冷设备中的燃烧器运行时间。

在加热应用中，装置可以基本上将不太高效的燃烧器变成更现代和高效的“间隔燃烧”系统。“标准效率”燃烧器可以长时间燃烧以达到更高温度，持续比满足恒温器设置点所必需的更长的时期。天然气和油炉可以加热增压室以达到800°F+的温度，排出许多热，同时恒温器满足处于远远更低的可能70°F的空气温度或160°F的水温度。

通过间隔燃烧，即，每单位时间燃料更离散运送到燃烧室中，可以在作为“标准效率”(即，具有将大约80％的燃料的化学能转换成可使用热的燃烧器体系)的90％的加热设备中获得热传递效率的显著改善。装置因此在现有控制体系的范围内并且通过所有安全、起动和停机机构的保留产生燃烧室燃料利用和热传递的改善。以与冷却应用相同的方式，燃烧序列程序可以遵循每小时循环、最小循环时间和其它因素的所有合适的锅炉OEM指南。

装置的作用因此是减小燃烧器燃烧中的浪费热，否则浪费热沿着竖管上升，同时也保持竖管条件使得避免冷凝和其它因素。图4A和4B基于实验室测试显示装置对轻型商业燃气家用热水加热器的影响。数据日志显示在间隔一周的匹配天和时间的时期期间(星期四，12:00-2:30pm)作为燃烧器燃烧时间的代理的锅炉烟道废气温度以及燃烧室温度。图4A中的图形显示在“离线”系列中锅炉燃烧5次，对比实际相同次数(5)、尽管更短的图4B中所示的在线系列中的燃烧时段，并且具有更有效的燃料使用(传递到热水的热)，由更长的“关闭”时间显示，同时全部仍然在恒温器的控制下。

本发明的附加特征

装置会在下列中的任何一个的诊断故障上“故障保护”：a)质量流率感测装置；b)EPROM；c)DRC或DRT；或d)其它软件或硬件部件的故障。

在“故障保护”中，如果以下事件中的任何一个发生，则关联的HVACR设备可以返回正常操作，除非另外安排。

装置也可以在损失功率或选定类型的功率瞬变时以这样的方式帮助关联的HVACR设备“重新启动安全”使得将电网的“硬化”提供给这样的拥塞和需求相关事件。这可以是除了所有其它“智能电网”特征以外的基本单元特征(停电时的自动行为)。

RU实施例中的装置可以具有“关闭”/“开启”和工作状态的局部可见指示。

在RU实施例中，1个RU可以能够操作达到3个压缩器，即，用于分级多压缩器VCCR设备。

装置可以能够(经由MODBUS，BACnet和可能其它EMS/BMS协议)远程地可重置和可操作。经由夹式电流和电压换能器，或监视线路功率消耗的其它手段，能够监视关联的HVACR单元的能量消耗。容易输入和输出。

在RU实施例中，可以容易地手动设置单元。

装置减小对作为能量效率的反馈源的热传感器的依赖。这是新颖和积极的要素，原因在于已知热传感器随着时间变得不灵敏并且需要再校准。

本发明按照任何顺序和/或以任何组合包括以下方面/实施例/特征：

1.本发明涉及一种用于自动地控制和管理由交流电流供电的能量消耗设备的负载需求和操作的电子控制器装置，其包括：

a)控制器开关，所述控制器开关与控制信号线可串联地连接，所述控制信号线与控制操作功率流动到负载单元的负载单元控制开关连接，并且所述控制器开关能够打开和闭合所述控制信号线；

b)包括计数器的数字再循环计数器，所述计数器用于生成所述控制信号线中的振荡控制信号的振荡的计数，并且能够限定所述负载单元的经过运行时间间隔和经过空闲时间间隔；

c)数字定时器，所述数字定时器用于提供实时的输入索引，并且能够限定所述负载单元的经过运行时间间隔和经过空闲时间间隔；

d)学习模块，所述学习模块用于输入信息的分析和算法的导出，用于所述负载单元的能量使用和/或需求的改善优化，包括初始缺省值和查找表中的至少一种，其能够保证负载单元在恒温负载下以不大于习得每小时操作循环次数运行；

e)外部调节装置，所述外部调节装置能够与用于感测与所述负载单元的负载单元循环和/或空间的温度相关的至少一个物理值的至少一个传感器通信；

f)高值选择控制信号装置，所述高值选择控制信号装置能够从由b)、c)、d)和e)中的两个或更多个获得的输入信号选择最高或最低值并且将被选择信号作为高值选择控制信号输出到所述控制器开关，其中来自所述负载单元的反馈信号可由所述电子控制器装置处理以用于补充预定、习得设置或缺省设置以优化负载单元操作(运行时间)。

2.任何在先的或随后的实施例/特征/方面的电子控制器装置，其中所述负载单元包括在所述高值选择控制信号下运行的蒸汽压缩冷却/制冷(VCCR)单元的压缩器，其中所述高值选择控制信号从下列中的较短者导出：

1)经过时间间隔，其由所述数字再循环计数器或经由再循环定时器限定，当所述压缩器在蒸汽压缩循环中起动时所述再循环定时器开始计数；

2)通过蒸发器盘管的制冷剂质量流率或制冷剂质量流率的代理变量从初始水平到该水平的预定、习得或缺省分数，或到从所述查找表获得的临界相对水平的感测减小；

3)VCCR单元循环中不同于2)中的感测物理值的变化；或

4)从关联的恒温感测装置接收到OEM恒温器满足信号。

3.任何在先的或随后的实施例/特征/方面的电子控制器装置，其中针对控制机构进一步高值选择负载单元运行时间，其保证所述VCCR压缩器在恒温负载下以不大于以下每小时操作循环次数运行：

i)预定、习得或缺省次数，或

ii)从所述查找表获得的次数。

4.任何在先的或随后的实施例/特征/方面的电子控制器装置，其中在所述VCCR压缩器在负载单元运行时间下运行之后，所述负载单元空闲持续一段时段，其中所述空闲时段的持续时间在高值选择控制信号下被确定，其中所述空闲时段信号从下列中的较长者导出：

a)蒸发器盘管排出温度从初始水平增加到预定、习得或缺省分数较高水平，或增加到从查找表获得的临界相对水平；

b)预设置、预导出或习得经过时间间隔，其由所述数字再循环计数器或经由再循环定时器限定，当所述压缩器在蒸汽压缩循环中停止时所述再循环定时器开始其计数；

c)VCCR单元循环中的另一感测物理值的变化；或

d)从关联的恒温感测装置接收到OEM恒温器呼叫信号。

5.任何在先的或随后的实施例/特征/方面的电子控制器装置，其中针对控制机构进一步高值选择负载单元空闲时间，其保证所述VCCR压缩器在恒温负载下以不大于以下每小时操作循环次数运行：

i)预定、习得或缺省次数，或

ii)从所述查找表获得的次数。

6.任何在先的或随后的实施例/特征/方面的电子控制器装置，其中各种补充命令或其它外部系统信号用于改变预定、习得或缺省设置以输送需求响应和智能电网功能性。

7.任何在先的或随后的实施例/特征/方面的电子控制器装置，其中所述装置能够作为致动器被应用以有用地增加关联设施上的太阳能PV电功率的设置分配的可靠性。

8.任何在先的或随后的实施例/特征/方面的电子控制器装置，其中使用所述装置对VCCR压缩器操作和蒸发器热传递提供的优化作用也用于通过允许盘管在压缩器驱动制冷剂泵送之间稍稍变热减小或消除盘管冻结。

9.任何在先的或随后的实施例/特征/方面的电子控制器装置，其中使用允许制冷剂的充量在VCCR中增加的所述装置增强保护以免于液击(液体制冷剂传入压缩器中)并且也免于盘管冻结，因此对于相同的额定电功率提供系统中的更大热质量和因此更大冷却能力。

10.任何在先的或随后的实施例/特征/方面的电子控制器装置，其中所述装置能够用于评价空闲冷凝器风扇和其它辅助设备对VCCR操作的影响，并且然后也在VCCR操作期间每隔一段时间使它们空闲以允许额外能量节约，并且也通过允许保持更高的制冷剂压力改善热传递。

11.任何在先的或随后的实施例/特征/方面的电子控制器装置，其中经由不同机构和热力学作用，使用用于燃料燃烧加热的装置，其中来自补充温度或压力感测装置的反馈信号可用于补充预定、习得或缺省设置以优化燃料燃烧加热设备中的燃烧器操作(运行时间)，并且也由此改善燃烧器燃烧空间中的热传递到加热介质(空气或水)。

12.任何在先的或随后的实施例/特征/方面的电子控制器装置，由此各种补充命令或其它外部系统信号可以被施加以改变预定、习得或缺省设置以输送需求响应和其它功能性。

13.任何在先的或随后的实施例/特征/方面的电子控制器装置，其中所述装置能够为关联的压缩器或燃烧器设备提供防短循环保护。

14.任何在先的或随后的实施例/特征/方面的电子控制器装置，其中所述装置的控制体系的学习特征便于所述装置的安装。

15.任何在先的或随后的实施例/特征/方面的电子控制器装置，其中所述装置相比于没有所述装置操作的HVAC&R系统减小对作为HVAC&R系统中的反馈源的热传感器和湿度传感器的依赖。

16.本发明涉及一种加热、通风、空气调节或制冷(HVAC&R)系统，其包括加热、通风、空气调节或制冷单元和根据权利要求1所述的电子控制器装置，所述电子控制器装置拦截所述HVAC&R系统的恒温器控制信号以便处理被拦截恒温器命令以生成作为所述HVAC&R系统的负载单元的输出信号的被调节控制信号。

17.本发明涉及一种用于自动控制HVAC&R系统的系统，其包括：

恒温器(或其它控制信号源)；

电子控制器装置，以及

可操作地连接到电源线的至少一个负载单元，

其中所述电子控制器装置能够在控制信号源和待控制的设备的负载之间插入控制信号线中，所述电子控制器装置包括：

a)控制器开关，所述控制器开关与控制信号线可串联地连接，所述控制信号线与控制操作功率流动到负载单元的负载单元控制开关连接，并且所述控制器开关能够打开和闭合所述控制信号线；

b)包括计数器的数字再循环计数器，所述计数器用于生成所述控制信号线中的振荡控制信号的振荡的计数，并且能够限定所述负载单元的经过运行时间间隔和经过空闲时间间隔；

c)数字定时器，所述数字定时器用于提供实时的输入索引，并且能够限定所述负载单元的经过运行时间间隔和经过空闲时间间隔；

d)学习模块，所述学习模块用于输入信息的分析和算法的导出，用于所述负载单元的能量使用和/或需求的改善优化，包括初始缺省值和查找表中的至少一种，其能够保证负载单元在恒温负载下以不大于习得每小时操作循环次数运行；

e)外部调节装置，所述外部调节装置能够与用于感测与所述负载单元的负载单元循环和/或空间的温度相关的至少一个物理值的至少一个传感器通信；

f)高值选择控制信号装置，所述高值选择控制信号装置能够从由b)、c)、d)和e)中的两个或更多个获得的输入信号选择最高或最低值并且将被选择信号作为高值选择控制信号输出到所述控制器开关，其中来自所述负载单元的反馈信号可由所述电子控制器装置处理以用于补充预定、习得设置或缺省设置以优化负载单元操作(运行时间)。

18.任何在先的或随后的实施例/特征/方面的系统，其中所述HVAC&R系统包括气体压缩/压缩空气系统(例如，VCCR系统)。

19.一种用于自动地控制和管理由电力供电的HVAC&R系统中的至少一个负载单元的功率使用和/或负载需求和操作的方法，其包括以下步骤：

在恒温器(或其它控制信号源)和待控制的设备的负载之间的控制信号线中电连接电子控制装置，其中所述电子控制器装置包括a)控制器开关，所述控制器开关与控制信号线可串联地连接，所述控制信号线与控制操作功率流动到负载单元的负载单元控制开关连接，并且所述控制器开关能够打开和闭合所述控制信号线，b)包括计数器的数字再循环计数器，所述计数器用于生成所述控制信号线中的振荡控制信号的振荡的计数，并且能够限定所述负载单元的经过运行时间间隔和经过空闲时间间隔，c)数字定时器，所述数字定时器用于提供实时的输入索引，并且能够限定所述负载单元的经过运行时间间隔和经过空闲时间间隔，d)学习模块，所述学习模块用于输入信息的分析和算法的导出，用于所述负载单元的能量使用和/或需求的改善优化，包括初始缺省值和查找表中的至少一种，其能够保证负载单元在恒温负载下以不大于习得每小时操作循环次数运行，e)外部调节装置，所述外部调节装置能够与用于感测与所述负载单元的负载单元循环和/或空间的温度相关的至少一个物理值的至少一个传感器通信，f)高值选择控制信号装置，所述高值选择控制信号装置能够从由b)、c)、d)和e)中的两个或更多个获得的输入信号选择最高或最低值并且将被选择信号作为高值选择控制信号输出到所述控制器开关，其中来自所述负载单元的反馈信号可由所述电子控制器装置处理以用于补充预定、习得设置或缺省设置以优化负载单元操作(运行时间)；

在所述电子控制器装置处拦截来自所述恒温器的用于冷却、制冷或加热的至少一个恒温器命令；

在所述电子控制器装置处处理被拦截恒温器命令以生成作为输出信号的被调节控制信号；以及

将由所述电子控制器装置生成的输出信号输出到所述控制器开关以控制所述负载单元的操作。

20.任何在先的或随后的实施例/特征/方面的系统，其中所述HVAC&R系统包括气体压缩/压缩空气系统(例如，VCCR系统)。

本发明可以包括在上面和/或下面如句子和/或段落中所述的这些各种特征或实施例的任何组合。本文中所公开的特征的任何组合被视为本发明的一部分并且相对于可组合特征不旨在限制。

本公开中所引用的所有参考文献的完整内容通过引用完整地合并于本文中。此外，当数量、浓度或其它值或参数作为范围、优选范围或优选上限值和优选下限值的列表给出时，这应当理解为具体地公开由任何上限范围或优选值和任何下限范围或优选值形成的所有范围，不管是否独立地公开范围。在本文中叙述数值的范围的情况下，除非另外说明，该范围旨在包括其端点，以及该范围内的所有整数和分数。本发明的范围不旨在被限制到当限定范围时叙述的具体值。

本领域的技术人员通过考虑本说明书和本文中所公开的本发明的实施将显而易见本发明的其它实施例。本说明书和例子旨在被视为仅仅是示例性的，本发明的真实范围和精神由以下权利要求及其等效物指示。

Claims (20)

1.一种用于自动地控制和管理由交流电流供电的能量消耗设备的负载需求和操作的电子控制器装置，其包括：

a)控制器开关，所述控制器开关与控制信号线可串联地连接，所述控制信号线与控制操作功率流动到负载单元的负载单元控制开关连接，并且所述控制器开关能够打开和闭合所述控制信号线；

b)包括计数器的数字再循环计数器，所述计数器用于生成所述控制信号线中的振荡控制信号的振荡的计数，并且能够限定所述负载单元的经过运行时间间隔和经过空闲时间间隔；

c)数字定时器，所述数字定时器用于提供实时的输入索引，并且能够限定所述负载单元的经过运行时间间隔和经过空闲时间间隔；

d)学习模块，所述学习模块用于输入信息的分析和算法的导出，用于所述负载单元的能量使用和/或需求的改善优化，包括初始缺省值和查找表中的至少一种，其能够保证负载单元在恒温负载下以不大于习得每小时操作循环次数运行；

e)外部调节装置，所述外部调节装置能够与用于感测与所述负载单元的负载单元循环和/或空间的温度相关的至少一个物理值的至少一个传感器通信；

f)高值选择控制信号装置，所述高值选择控制信号装置能够从由b)、c)、d)和e)中的两个或更多个获得的输入信号选择最高或最低值，并且将被选择信号作为高值选择控制信号输出到所述控制器开关，其中来自所述负载单元的反馈信号可由所述电子控制器装置处理以用于补充预定、习得设置或缺省设置以优化负载单元操作时间。

2.根据权利要求1所述的电子控制器装置，其中所述负载单元包括在所述高值选择控制信号下运行的蒸汽压缩冷却/制冷(VCCR)单元的压缩器，其中所述高值选择控制信号从下列中的较短者导出：

1)经过时间间隔，其由所述数字再循环计数器或经由再循环定时器限定，当所述压缩器在蒸汽压缩循环中起动时所述数字再循环计数器或所述再循环定时器开始计数；

2)通过蒸发器盘管的制冷剂质量流率或制冷剂质量流率的代理变量从初始水平到该水平的预定、习得或缺省分数，或到从所述查找表获得的临界相对水平的感测减小；

3)VCCR单元循环中不同于2)中的感测物理值的变化；或

4)从关联的恒温感测装置接收到OEM恒温器满足信号。

3.根据权利要求2所述的电子控制器装置，其中针对控制机构进一步高值选择负载单元运行时间，其保证所述VCCR压缩器在恒温负载下以不大于以下每小时操作循环次数运行：

i)预定、习得或缺省次数，或

ii)从所述查找表获得的次数。

4.根据权利要求2所述的电子控制器装置，其中在所述VCCR压缩器在负载单元运行时间下运行之后，所述负载单元空闲持续一段时段，其中所述空闲时段的持续时间在高值选择控制信号下被确定，其中所述空闲时段信号从下列中的较长者导出：

a)蒸发器盘管排出温度从初始水平增加到预定、习得或缺省分数较高水平，或增加到从查找表获得的临界相对水平；

b)预设置、预导出或习得经过时间间隔，其由所述数字再循环计数器或经由再循环定时器限定，当所述压缩器在蒸汽压缩循环中停止时所述数字再循环计数器或所述再循环定时器开始其计数；

c)VCCR单元循环中的另一感测物理值的变化；或

d)从关联的恒温感测装置接收到OEM恒温器呼叫信号。

5.根据权利要求4所述的电子控制器装置，其中针对控制机构进一步高值选择负载单元空闲时间，其保证所述VCCR压缩器在恒温负载下以不大于以下每小时操作循环次数运行：

i)预定、习得或缺省次数，或

ii)从所述查找表获得的次数。

6.根据权利要求1所述的电子控制器装置，其中各种补充命令或其它外部系统信号用于改变预定、习得或缺省设置以输送需求响应和智能电网功能性。

7.根据权利要求1所述的电子控制器装置，其中所述装置能够作为致动器被应用以有用地增加关联设施上的太阳能PV电功率的设置分配的可靠性。

8.根据权利要求1所述的电子控制器装置，其中使用所述装置对VCCR压缩器操作和蒸发器热传递提供的优化作用也用于通过允许盘管在压缩器驱动制冷剂泵送之间稍稍变热来减小或消除盘管冻结。

9.根据权利要求1所述的电子控制器装置，其中使用允许制冷剂的充量在VCCR中增加的所述装置增强保护以免于液击(液体制冷剂传入压缩器中)并且也免于盘管冻结，因此对于相同的额定电功率提供系统中的更大热质量和因此更大冷却能力。

10.根据权利要求1所述的电子控制器装置，其中所述装置能够用于评价空闲冷凝器风扇和其它辅助设备对VCCR操作的影响，并且然后也在VCCR操作期间每隔一段时间使它们空闲以允许额外能量节约，并且也通过允许保持更高的制冷剂压力改善热传递。

11.根据权利要求1所述的电子控制器装置，其中经由不同机构和热力学作用，使用用于燃料燃烧加热的装置，其中来自补充温度或压力感测装置的反馈信号可用于补充预定、习得或缺省设置以优化燃料燃烧加热设备中的燃烧器操作(运行时间)，并且也由此改善燃烧器燃烧空间中的热传递到加热介质(空气或水)。

12.根据权利要求11所述的电子控制器装置，其中各种补充命令或其它外部系统信号可以被施加以改变预定、习得或缺省设置以输送需求响应和其它功能性。

13.根据权利要求1所述的电子控制器装置，其中所述装置能够为关联的压缩器或燃烧器设备提供防短循环保护。

14.根据权利要求1所述的电子控制器装置，其中所述装置的控制体系的学习特征便于所述装置的安装。

15.根据权利要求1所述的电子控制器装置，其中所述装置相比于没有所述装置操作的HVAC&R系统减小对作为HVAC&R系统中的反馈源的热传感器和湿度传感器的依赖。

16.一种加热、通风、空气调节或制冷HVAC&R系统，其包括加热、通风、空气调节或制冷单元和根据权利要求1所述的电子控制器装置，所述电子控制器装置拦截所述HVAC&R系统的恒温器控制信号以便处理被拦截恒温器命令，以生成作为所述HVAC&R系统的负载单元的输出信号的被调节控制信号。

17.一种用于自动控制HVAC&R系统的系统，其包括：

恒温器；

电子控制器装置，以及

可操作地连接到电源线的至少一个负载单元，

其中所述电子控制器装置能够插入在控制信号源和待控制的设备的负载之间的控制信号线中，所述电子控制器装置包括：

a)控制器开关，所述控制器开关与控制信号线可串联地连接，所述控制信号线与控制操作功率流动到负载单元的负载单元控制开关连接，并且所述控制器开关能够打开和闭合所述控制信号线；

b)包括计数器的数字再循环计数器，所述计数器用于生成所述控制信号线中的振荡控制信号的振荡的计数，并且能够限定所述负载单元的经过运行时间间隔和经过空闲时间间隔；

c)数字定时器，所述数字定时器用于提供实时的输入索引，并且能够限定所述负载单元的经过运行时间间隔和经过空闲时间间隔；

d)学习模块，所述学习模块用于输入信息的分析和算法的导出，用于所述负载单元的能量使用和/或需求的改善优化，包括初始缺省值和查找表中的至少一种，其能够保证负载单元在恒温负载下以不大于习得每小时操作循环次数运行；

e)外部调节装置，所述外部调节装置能够与用于感测与所述负载单元的负载单元循环和/或空间的温度相关的至少一个物理值的至少一个传感器通信；

f)高值选择控制信号装置，所述高值选择控制信号装置能够从由b)、c)、d)和e)中的两个或更多个获得的输入信号选择最高或最低值并且将被选择信号作为高值选择控制信号输出到所述控制器开关，其中来自所述负载单元的反馈信号可由所述电子控制器装置处理以用于补充预定、习得设置或缺省设置以优化负载单元操作。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述HVAC&R系统包括气体压缩/压缩空气系统。

19.一种用于自动地控制和管理HVAC&R系统中由电力供电的至少一个负载单元的功率使用和/或负载需求和操作的方法，其包括以下步骤：

在恒温器和待控制的设备的负载之间的控制信号线中电连接电子控制装置，其中所述电子控制器装置包括a)控制器开关，所述控制器开关与控制信号线可串联地连接，所述控制信号线与控制操作功率流动到负载单元的负载单元控制开关连接，并且所述控制器开关能够打开和闭合所述控制信号线，b)包括计数器的数字再循环计数器，所述计数器用于生成所述控制信号线中的振荡控制信号的振荡的计数，并且能够限定所述负载单元的经过运行时间间隔和经过空闲时间间隔，c)数字定时器，所述数字定时器用于提供实时的输入索引，并且能够限定所述负载单元的经过运行时间间隔和经过空闲时间间隔，d)学习模块，所述学习模块用于输入信息的分析和算法的导出，用于所述负载单元的能量使用和/或需求的改善优化，包括初始缺省值和查找表中的至少一种，其能够保证负载单元在恒温负载下以不大于习得每小时操作循环次数运行，e)外部调节装置，所述外部调节装置能够与用于感测与所述负载单元的负载单元循环和/或空间的温度相关的至少一个物理值的至少一个传感器通信，f)高值选择控制信号装置，所述高值选择控制信号装置能够从由b)、c)、d)和e)中的两个或更多个获得的输入信号选择最高或最低值并且将被选择信号作为高值选择控制信号输出到所述控制器开关，其中来自所述负载单元的反馈信号可由所述电子控制器装置处理以用于补充预定、习得设置或缺省设置以优化负载单元操作(运行时间)；

在所述电子控制器装置处拦截来自所述恒温器的用于冷却、制冷或加热的至少一个恒温器命令；

在所述电子控制器装置处处理被拦截恒温器命令以生成作为输出信号的被调节控制信号；以及

将由所述电子控制器装置生成的输出信号输出到所述控制器开关以控制所述负载单元的操作。

20.根据权利要求19所述的系统，其中所述HVAC&R系统包括气体压缩/压缩空气系统。