JP2002372279A - 暖房モードと冷房モードとを有する機器を制御するための方法および装置 - Google Patents

暖房モードと冷房モードとを有する機器を制御するための方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 暖房動作モードと冷房動作モードとの両方を
含む、暖房、換気および空調（ＨＶＡＣ）装置（１０
４）が、装置（１０４）の動作パラメータを選択するた
めの使い勝手のよいインターフェイス（１１０）を提供
する。 【解決手段】 インターフェイス（１１０）は、ＨＶＡ
Ｃ装置（１０４）が空間（１０２）の周囲温度を調節す
る設定点温度の入力を可能にする。モード切換アルゴリ
ズム（２００）が、設定点温度、空気調節された空間か
らの感知温度、および装置の動作能力に依存する予め記
憶されたしきい値を用いて、暖房モードと冷房モードと
の間で装置をいつ変更させるべきかを判断する。また、
それぞれのモードの各々内には、暖房（３００）または
冷房（４００）アルゴリズムが、装置（１０４）の暖房
要素および冷房要素の作動および解除を制御して、空気
調節された空間（１０２）の温度を所望の快適ゾーン内
に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】この発明は、空間の温度調節を行なうため
の機器に関し、より特定的には、動作の暖房モードおよ
び冷房モードの両方を含むそのような機器に関する。
【０００２】
【背景技術】部屋または他の空間の温度を調整または調
節するために用いられる暖房、換気および空調（ＨＶＡ
Ｃ）機器は、典型的には、暖房炉などの別個の暖房源お
よびエアコンなどの冷房源を含む。通常は、機器の各タ
イプのための別個の制御を設けて、それぞれの機器をオ
ンまたはオフにすることや各機器の動作パラメータを設
定することを制御する。統合された制御インターフェイ
スが設けられてもよいが（たとえば、壁サーモスタット
ユニット）、通常は、機器の２つのタイプ間の手動の切
換と、各機器タイプのための動作パラメータを別個に設
定することとが必要である。
【０００３】他のＨＶＡＣ機器は、単一の機器に暖房モ
ードおよび冷房モードの両方を含む環境において使用さ
れる。そのような機器においては、暖房要素または冷房
要素のいずれかが、空気調節された空間が所望するより
も暑いかまたは寒いかに依存して、動作のために選択さ
れる。このタイプのＨＶＡＣ機器のための制御インター
フェイスは、上述した別個のＨＶＡＣ機器のものと同じ
ぐらい分かりにくく煩雑である。特に、部屋にいる人
は、典型的には、所望により冷房と暖房との間で動作モ
ードを手動で切換える必要がある。さらに、異なった動
作モードの各々について、部屋にいる人は、サーモスタ
ット制御を設定して機器の動作パラメータを設定するこ
ともしなければならない。
【０００４】特に、室内または室外の温度変動が穏やか
な時期であって、ＨＶＡＣ機器がモード間で切換えられ
空気調節された空間を一貫して調整するようにしばしば
適合される必要のある時期には、ＨＶＡＣ機器を制御す
るためのそのようなインターフェイスは非常に煩雑であ
る。たとえば、そのような温度変動の時期は、日中には
冷房が夕方には暖房が望まれる季節の移り変わる時期
や、比較的暖かい時期に寒冷前線が通過することや、装
置（たとえば、オーブン、ストーブなど）の作動が室温
を快適ゾーン外にしてしまうことを含み得る。
【０００５】したがって、動作の暖房モードまたは冷房
モードの１つを選択することにより室温を調整すること
のできるＨＶＡＣ機器において、簡単な制御インターフ
ェイスが暖房／冷房モード切換および温度調整を実現す
ることが必要とされている。
【０００６】
【発明の開示】この発明は、ハードウェアおよびソフト
ウェアを組合せて、モード切換アルゴリズム、暖房アル
ゴリズムおよび冷房アルゴリズムを備え、部屋にいる人
が物理的空間を空気調節する機器を制御するために設定
点温度を入力することだけを必要とするＨＶＡＣ機器を
提供することによって、これらおよび他の必要を満た
す。特に、この発明のある局面は、動作の暖房モードお
よび動作の冷房モードを有する機器を制御して物理的空
間を空気調節するための方法に関する。この局面に従え
ば、設定点温度が空間のために獲得され、空間のための
温度が感知され、機器のモードが最後に変更してからの
時間の長さが維持される。感知された温度が少なくとも
第１の時間期間の間第１のしきい値温度の上に留まり、
かつ、機器のモードが第２の時間期間内で変化しなかっ
たならば、機器は冷房モードに切換えられる。代替的
に、感知された温度が少なくとも第１の時間期間の間第
２のしきい値温度より下に留まり、かつ、機器が第２の
時間期間内で動作のモードを変更しなかったならば、機
器は暖房モードに切換えられる。
【０００７】この発明の別の局面は、動作の暖房モード
および動作の冷房モードを有する機器を制御して物理的
空間を空気調節するための装置に関する。この発明のこ
の局面に従えば、当該装置は、マイクロコントローラ
と、設定点温度および空間の感知された温度を受ける入
力と、機器が最後に動作モードを変更してからの時間の
長さを示すタイマとを含む。当該装置は、機器が暖房モ
ードであるならば感知温度を第１のしきい値と比較し、
または、機器が冷房モードにあるならば感知温度を第２
のしきい値と比較する比較器も含む。装置出力は、ある
基準に依存して動作のモードを切換えるよう機器にそれ
ぞれ信号を与える。感知温度が少なくとも第１の時間期
間の間第１のしきい値より上に留まり、かつ、タイマが
最後のモード切換から適切な時間の長さが過ぎたことを
示すならば、機器には、暖房モードから冷房モードに切
換わるよう信号が与えられる。感知温度が少なくとも第
１の時間期間の間第２のしきい値より下に留まり、か
つ、タイマが最後のモード切換から適切な時間の長さが
過ぎたことを示すならば、機器には、冷房モードから暖
房モードに切換わるよう信号が与えられる。
【０００８】この発明のさらなる局面は、動作の冷房モ
ードおよび暖房モードを有する機器を利用して室温をほ
ぼ設定点に維持するための方法に関する。この発明のこ
の局面に従えば、室温が感知され、装置が最後に動作モ
ードを変更したときを示す値が維持される。機器が暖房
モードにある場合、（ａ）室温が十分な時間の長さの間
第１の値より上に留まり、かつ、（ｂ）機器が最後の動
作モードを変更してから適切な長さの時間期間があった
ならば、機器は冷房モードに切換えられる。機器が冷房
モードにある場合、（ａ）室温が十分な時間の長さの間
第２の値より下に留まり、かつ、（ｂ）機器が最後に動
作モードを変更してから適切な長さの時間期間があった
ならば、機器は暖房モードに切換えられる。
【０００９】この発明のさらに他の目的および利点は、
この発明を実施する企図された最良の態様を単に例とし
て、以下の詳細な説明から容易に明らかとなるであろ
う。すべてこの発明から逸脱することなしに、この発明
は他のおよび異なった実施例が可能であり、そのいくつ
かの詳細はさまざまな自明の点において変形が可能であ
ることが認められる。したがって、図面および説明は、
本質的に例示として見なされ、制限的なものと見なされ
るべきでない。
【００１０】この発明は、添付の図面の図において制限
するためではなく例として示され、同様の参照番号は同
様の要素を参照する。
【００１１】
【発明を実施するための最良の態様および産業上適用可
能性】この発明を理解しやすくするために、例示の実施
例が、単一の空気調節された部屋に対してマイクロコン
トローラベースのＨＶＡＣ機器を含む特定の環境内で提
示される。しかしながら、一般的には、この発明は、複
数の部屋の空間など他の環境の機器、マイクロプロセッ
サおよびマイクロコントローラに適用可能である。他の
場合には、この発明を不必要に不明瞭にすることを回避
するために、ここでは、周知の構造、装置およびプロセ
スがブロック図の形で示される。
【００１２】図１は、この発明のある実施例のための例
示の環境を示す。図１において、建物内の部屋などの空
気調節された空間１０２が表わされる。動作の暖房モー
ドおよび冷房モードの両方を提供するために、部屋１０
２内の一部には、暖房要素および冷房要素（たとえば暖
気源および冷気源）の両方を有するＨＶＡＣ機器１０４
がある。そのような機器の一例は、多くのモーテルの部
屋に一般的であるような、パッケージ・ターミナル・エ
アーコンディショナおよびヒートポンプ（ＰＴＡＣ／Ｐ
ＴＨＰ）ユニットである。この発明は、暖房モードおよ
び冷房モードの両方を含む他の同様のＨＶＡＣ機器をそ
の範囲内に企図する。
【００１３】機器１０４は、その動作を制御するために
マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサ１０６
を含む。マイクロコントローラ１０６は、典型的には、
組込型または搭載型のいずれかのメモリ１２２と、タイ
マおよび／またはクロック回路１２０と、コントローラ
回路１２６と、アナログデジタル変換器１２４と、入力
／出力回路１２８とを含む。メモリ１２２は、機器１０
４の動作を制御するために通常クロックまたはタイマ１
２０と同期して動作する、コントローラ回路１２６によ
って実行されるシステムアプリケーションを中に格納す
る。コントローラ回路１２６は、典型的には、Ａ／Ｄ変
換器１２４を介してＩ／Ｏ回路１２８の少なくとも一部
とインターフェイスする。Ｉ／Ｏ回路１２８は、キーパ
ッド１１０データエントリなどの入力データ値および温
度センサ１０８からのデータを受けるための入力を含
む。Ｉ／Ｏ回路１２８は、機器１０４の別個の暖房要素
および冷房要素を制御するスイッチ１３０などの外部装
置に信号およびデータを伝送するための出力も含む。
【００１４】空気調節された部屋１０２は、単一の部屋
として表わされるが、他の実施例は、複数の部屋環境を
含む。そのような代替の実施例では、空気調節された空
間全体の暖房および冷房を行なうために付加的な送風機
および通風孔が必要かもしれない。
【００１５】この発明のある実施例に従えば、キーパッ
ド１１０を用いて、空気調節された空間１０２のための
所望の温度を入力する。マイクロコントローラのメモリ
１２２内に記憶されるのは、所望の温度に対して、機器
１０４の動作モード（すなわち、冷房モードまたは暖房
モード）を判断するしきい値である。マイクロコントロ
ーラ１０６は、その動作全体の一部として、センサ１０
８からの感知温度と、キーパッド１１０により入力され
た所望温度と、格納されたしきい値温度とを用いて機器
の動作を制御して空間１０２の空気調節を制御し、空間
１０２内の温度が許容域内に維持されるようにするモー
ド選択アプリケーションを実行する。これを行なう際、
マイクロコントローラは、暖房モードと冷房モードとの
間の、部屋にいる人による手動の切換を必要とせず、ま
た異なったモードのための別個の温度の設定を必要とす
ることもない。
【００１６】好ましい実施例では、しきい値温度は、空
間１０２の寸法ならびに機器１０４の暖房要素および冷
房要素の動作能力に基づいて、機器１０４およびマイク
ロコントローラ１０６の設置、保守または製造の際に技
術者によって設定または更新される。代替の実施例で
は、これらのしきい値温度は（所望の温度とともに）、
キーパッド１１０を用いて部屋にいる人によって入力可
能である。さらなる実施例では、マイクロコントローラ
は、当業者には公知のように、機器１０４の過去の動作
を追跡し特定の空気調節された空間１０２のための最適
な動作範囲を学習する適応的プログラミング特徴を含ん
でもよい。
【００１７】マイクロコントローラ１０６上で実行する
さまざまなソフトウェアアプリケーションは、マイクロ
コントローラ１０６の動作を指定するために使用される
多数の変数を含む。これらの変数は以下を含む： 設定点温度（ＳＰ）：空間１０２が調節される所望のま
たは目標温度である。
【００１８】周囲温度（ＡＴ）：温度センサ１０８によ
って感知される空間１０２の温度である。
【００１９】温度差（ＤＩＦＦ）：（ＳＰ−ＡＴ）の差
である。 Ｃswitch：機器が暖房モードから冷房モードに変わる温
度差である。
【００２０】Ｈswitch：機器が冷房モードから暖房モー
ドに変わる温度差である。 Ｃengage：機器１０４の冷房要素が空間１０２の冷房を
開始するよう動作する温度差である。
【００２１】Ｈengage：機器１０４の暖房要素が空間１
０２の暖房を開始するよう動作する温度差である。
【００２２】Ｃdisengage：機器１０４の冷房要素が空
間１０２の冷房を終了するようオフにされる温度差であ
る。
【００２３】Ｈdisengage：機器１０４の暖房要素が空
間１０２の暖房を終了するようオフにされる温度差であ
る。
【００２４】上記３対のアナログしきい値温度は、正の
差が設定点より下の周囲温度に対応し、負の差が設定点
より上の周囲温度に対応するように、設定点に対して計
算される。当業者は、これらの値を用いるその後の比較
も同様に逆にされるかまたは尺度決めされる限り、この
規則を逆にするかまたはおそらく尺度決めすることが可
能であることを認めるであろう。差のすべてに対する尺
度の単位は、設定点温度のものと同じである。
【００２５】好ましくは、これらのしきい値は、機器１
０４の暖房および冷房能力、空間１０２の寸法、および
温度センサ１０８の分解能（resolution）に基づいて、
技術者によって選択されマイクロコントローラ１０６に
プログラムされる。特定の環境のための適切な値の選択
は、熟練した冷暖房技術者の能力内にある。
【００２６】そのような値を選択する詳細は、この発明
を理解するために重大ではなく、したがってここには含
まれない。しかしながら、異なったしきい値を選択する
とき以下の関係が維持される：Ｈswitch＞Ｃswitch、Ｈ
switchの大きさはＨdisengag eの大きさの約２倍であ
り、Ｃswitchの大きさはＣdisengageの大きさの約２倍
である。これらの関係に従うことにより、本質的に暖房
モードと冷房モードとを間違って切換える可能性がなく
なる。さらに、Ｃengage＞ＣdisengageおよびＨdis
engage＜Ｈengageであって、これはＤＩＦＦが上に定義
された態様から直接得られる。
【００２７】異なった変数を理解しやすくするために以
下に簡単な例が提示される。この例は、説明の目的のた
めにのみ特定の設定点およびしきい値温度を含む。この
発明は、例示のデータ値に限られるものでなく、代わり
に広範な温度範囲内で動作可能である。
【００２８】たとえば、空間１０２のための所望の温度
は６８度Ｆに設定されてもよい。この空間１０２内の機
器１０４の能力に基づいて、機器１０４は、センサ１０
８によって感知された温度が７４度以上に上昇すると冷
房モードに切換えられ、感知された温度が６４度より下
に下がると暖房モードに切換えられる必要がある。した
がって、Ｃswitch＝−６度（すなわち６８−７４）であ
りかつＨswitch＝４度（すなわち６８−６４）である。
第２に、機器１０４の暖房要素は、能力を考慮するため
に、たとえば、感知温度が設定点より少なくとも２度下
である（すなわちＨengage＝２度）場合作動し、感知温
度が設定点の少なくとも２度上である（すなわちＨ
disengage＝−２度）場合解除することが必要とされ得
る。すなわち、感知温度が６６度以下であり、かつ機器
１０４が暖房モードにあるとき、機器１０４は熱源をオ
ンにして空間１０２を暖め、感知温度が７０度に達する
とき熱源を切断する。また、機器１０４の冷房要素は、
能力を考慮するために、たとえば、空間１０２の感知温
度が設定点の少なくとも３度上である（すなわちＣenga
ge＝−３度）場合作動し、感知温度が設定点の少なくと
も３度下である（すなわちＣdisengage＝３度）場合解
除することが必要とされ得る。すなわち、感知温度が７
１度以上であり、かつ機器１０４が冷房モードにあると
き、機器１０４は冷房源をオンにして空間１０２を冷や
し、温度が６５度に達するとき冷房源を切断する。
【００２９】例示の値からわかるように、Ｈswitch＞Ｃ
switchであり、Ｃdisengage＞Ｃeng ageであり、Ｈ
disengage＜Ｈengageである。また、ＨswitchおよびＣ
switchの大きさは、それぞれ、ＨdisengageおよびＣ
disengageの大きさの約２倍である。
【００３０】機器１０４の動作モードを判断するための
暖房および冷房切換アルゴリズム２００のある実施例の
フローチャートが図２に示される。図２の論理フロー
は、マイクロコントローラ１０６に記憶されたソフトウ
ェアによって実現可能である。データエントリステップ
の動作に関する詳細は切換アルゴリズムまたはルーチン
２００の動作にとって重大ではないので、図２のフロー
チャートは、ユーザまたは技術者が機器１０４のための
さまざまな動作点を入力または設定する入力ステップを
明示的に表わさない。ルーチン２００は、マイクロコン
トローラ１０６上で連続的に実行するシステムアプリケ
ーションループの一部でありそこから呼出され得る。そ
のようなシステムアプリケーションソフトウェアは、機
器１０４の全動作のすべての局面を制御する。
【００３１】電力が投入されるかまたはリセットされる
と、ルーチン２００はステップ２０２において初期化ル
ーチンを行なう。初期化ステップ２０２は、所望の温度
設定点（ＳＰ）と空間１０２内の感知された周囲温度
（ＡＴ）との温度差（ＤＩＦＦ）を計算することを含み
得る。タイマもステップ２０２において起動される。た
とえば、カウントダウンタイマを用いて、タイマが０に
達すると予め定められた期間の満了が表示されるよう
に、予め定められた時間期間を測定することができる。
このタイマの目的は、機器１０４の動作モードが変更不
可能である時間期間を設けることである。そのような時
間期間を設けることにより、機器１０４は、予め定めら
れた時間期間よりも短い速度で動作モード間を振動する
ことから防がれる。
【００３２】この目的のために、このタイマを９分に設
定することができる。というのも、９分は、機器１０４
の損耗を最小にし、過渡的条件が整定することを可能に
するためには十分に長い時間期間であるが、ほとんどの
状況において空間１０２が設定点温度から大きくずれる
ことを防ぐためには十分に短いからである。他のタイマ
期間が、この発明の範囲から逸脱することなしに選択可
能である。
【００３３】ルーチン２００の動作の間、設定点ＳＰが
変更されるならば（ステップ２５０）、タイマはステッ
プ２５２においてクリアされる（すなわち、タイマが切
れっぱなしにされた場合と同様の値に設定される）。し
たがって、新しい設定点を受取ることにより、機器１０
４はタイマが切れるのを待つ代わりに即座にモードを変
更することができる。
【００３４】ステップ２０４において、初期化は、ＤＩ
ＦＦを計算し調べることにより続く。ＤＩＦＦが正であ
るならば、室温ＡＴは設定点ＳＰより下であり、暖房モ
ードが選択され、暖房アルゴリズムがステップ２０６に
おいて起動され実行可能となる。この暖房アルゴリズム
は、図３に関して詳細に説明される。しかし、ＤＩＦＦ
が負であるならば、冷房モードが選択され、冷房アルゴ
リズムがステップ２０８において起動され実行可能とな
る。動作モード選択は、機器１０４のどちらの動作モー
ドが現在のところ活性であるかを判断し、実際の暖房要
素が作動されるべきかまたは冷房要素が作動されるべき
かは判断しない。
【００３５】ルーチン２００の初期実行の間以外は、モ
ード切換ルーチン２００へのエントリポイントはステッ
プ２１０である。ＤＩＦＦがステップ２１０において計
算され、論理フローがステップ２１４またはステップ２
１８に続く。ステップ２１４において、動作の現在のモ
ードをチェックして、それが「暖房」であるかどうかを
確かめる。もしそうであれば、ＤＩＦＦをしきい値Ｃ
switchと比較して、少なくとも過去１０秒間、ＤＩＦＦ
がＣswitch以下であったかどうかを判断する。換言すれ
ば、感知温度を調べて、過去１０秒間にチェックするご
とにそれが予め定められた温度範囲より下にあったかど
うかを判断する。マイクロコントローラ１０６などの典
型的なマイクロコントローラはクロックおよびタイマ１
２０を含むので、ＤＩＦＦとＣswitchとの適切な関係が
１０秒以上の間維持されたかどうかを判断することは、
熟練したプログラマーの通常の能力内のことである。
【００３６】１０秒という長さは、本質的に例示のもの
であり、それより長いまたは短い時間期間であってもよ
い。この時間期間が長ければ長いほど、動作モードが
「冷房」に切換えられ得る前に周囲温度差ＤＩＦＦがＣ
switchより下でなければならない長さが長くなり、動作
モードの切換への過渡的温度変化の影響をフィルタリン
グまたは平滑化する。
【００３７】ステップ２１４の条件が満たされるなら
ば、タイマ（ステップ２０２から）をチェックして、ス
テップ２１２においてそれが切れたかどうかを確かめ
る。さもなくば、ステップ２１４の条件が満たされなけ
れば、その次の実行までルーチン２００はステップ２３
０で終わる。
【００３８】ステップ２１２に従って、タイマが切れた
ならば、フローはステップ２１６に続く。さもなくば、
ルーチン２００は、その次の実行までステップ２３０で
終わる。ステップ２１４のＤＩＦＦとＣswitchとの関係
が満足され、タイマが切れたとき、ステップ２１６に到
達し、動作モードは「冷房」に変えられ、暖房アルゴリ
ズムが終了され、冷房アルゴリズムが起動され、９分間
のタイマが再開される。したがって、ステップ２１６に
は、両方のフィルタリングレベル（すなわち、９分のタ
イマおよび１０秒の時間期間）が満足された場合のみ到
達する。したがって、ルーチン２００は、機器１０４の
動作モードの保証されない振動を防ぎ、過渡的温度条件
から守られるようにする。機器１０４の「冷房」モード
への実際の変更は、機器１０４の適切なスイッチ１３０
の開閉により行なうことができる。
【００３９】動作モードが「冷房」である場合、実行
は、ＤＩＦＦが少なくとも１０秒（または何らかの他の
時間期間）の間Ｈswitch以上であったかどうかを判断す
るステップ２１８に続く。換言すれば、空間１０２の暖
房が潜在的に必要であるかどうかを判断するために、感
知された周囲温度を調べてそれが少なくとも１０秒の間
特定の温度範囲より下にあったかどうかを確かめる。
【００４０】ステップ２１８の条件が満たされるなら
ば、タイマ（ステップ２０２から）をチェックして、ス
テップ２２０において、それが切れたかどうかを確かめ
る。さもなくば、ステップ２１８の条件が満たされなけ
れば、ルーチン２００は、その次の実行までステップ２
３０で終わる。
【００４１】ステップ２２０に従って、タイマが切れた
ならば、フローはステップ２２２に続く。さもなくば、
ルーチン２００は、その次の実行までステップ２３０で
終わる。ステップ２１８のＤＩＦＦとＨswitchとの関係
が満足され、かつタイマが切れたとき、ステップ２２２
に到達し、動作モードが「暖房」に変更され、冷房アル
ゴリズムが終了され、暖房アルゴリズムが起動され、９
分間のタイマが再開される。したがって、ステップ２２
２には、両方のフィルタリングレベル（すなわち９分の
タイマおよび１０秒の時間期間）が満足される場合にの
み到達する。したがって、ルーチン２００は、機器１０
４の動作モードの保証されない振動を防ぎ、過渡的温度
条件から守られるようにする。機器１０４の「暖房」モ
ードへの実際の変更は、機器１０４内の適切なスイッチ
１３０の開閉により行なうことができる。
【００４２】先のモード切換アルゴリズムは、機器１０
４の動作モードが「暖房」モードと「冷房」モードとの
間で変わるべきときを判断するこの発明の実施例を提供
する。しかしながら、これらのモードの各々の中には、
そのモード内で動作するための適切なアルゴリズムがあ
る。前に言及された、暖房および冷房アルゴリズムの例
示の実施例はそれぞれ図３および図４に表わされる。こ
れらのアルゴリズムは、動作モードが選択されると機器
１０４の動作を制御するようにマイクロコントローラ１
０６によって実行されるソフトウェアにおいて具現化す
ることができる。
【００４３】ステップ２０６または２１６のいずれかに
おいて言及された、暖房アルゴリズムの実施例は、図３
のフローチャートとして示される。暖房アルゴリズム３
００は、機器１０４が暖房モードで動作している間にマ
イクロコントローラ１０６によって実行されるソフトウ
ェアルーチンにおいて実現可能である。暖房アルゴリズ
ム３００は、典型的には、機器が暖房モードにあるとき
マイクロコントローラ１０４上での主システムソフトウ
ェアの実行の各ループの間に少なくとも１回実行され
る。図２に関して記載されたように、暖房アルゴリズム
３００は、切換アルゴリズム２００の初期化（ステップ
２０６）の間およびステップ２２２の実行中にも起動可
能である。暖房アルゴリズム３００が起動される態様に
かかわりなく、アルゴリズム３００はステップ３０２で
開始し、ステップ３０４でその実行を続ける。ステップ
３０４において、空気調節された空間１０２からの感知
温度が獲得される。この温度は、周囲温度を感知する何
らかの前の機能の実行中にメモリ１２２に記憶された値
から獲得されてもよく、または、この温度は、現在の値
に対して温度センサ１０８をポーリングすることにより
獲得可能である。感知温度値および記憶された設定点温
度から、差ＤＩＦＦがステップ３０６において計算され
る。換言すれば、暖房アルゴリズム３００は、感知温度
を設定点温度と比較して、空気調節された空間が設定点
温度よりも暖かいかまたは涼しいかを確かめる。
【００４４】感知温度が設定点よりも予め定められたし
きい値Ｈengageより大きい分だけ涼しければ、ステップ
３０８において、機器１０４の暖房源が作動され（まだ
作動されていない場合）、空気調節された空間１０２の
暖房を始める。しきい値Ｈen gageの設定は、機器１０４
の暖房能力、空間１０２の寸法、および温度センサ１０
８の分解能に依存する。
【００４５】代替的に、感知温度が設定点よりも予め定
められたしきい値Ｈdisengageより大きい分だけ暖かけ
れば、ステップ３１０において、機器１０４の暖房源
が、既に作動されていれば、解除される。しきい値Ｈ
disengageの設定は、機器１０４の暖房能力、空間１０
２の寸法、および温度センサ１０８の分解能に依存す
る。
【００４６】ＨengageおよびＨdisengageの値の選択
は、当業者の能力内にあり、空気調節された空間１０２
の温度範囲が設定点の付近の小さな温度ゾーン付近で変
動するとき、熱源の作動および解除が不必要に振動する
ことを防ぐよう選択される。
【００４７】暖房アルゴリズム３００はステップ３１２
で終わる。ステップ２０８またはステップ２２２のいず
れかにおいて言及された、冷房アルゴリズムの実施例は
図４のフローチャートとして示される。冷房アルゴリズ
ム４００は、機器１０４が冷房モードで動作している間
マイクロコントローラ１０６によって実行されるソフト
ウェアルーチンにおいて実現可能である。冷房アルゴリ
ズム４００は、典型的には、機器が冷房モードにあると
きマイクロコントローラ１０４上で主システムソフトウ
ェアが実行する各ループの間に少なくとも１回実行され
る。図２に関して記載されたように、冷房アルゴリズム
４００は、切換アルゴリズム２００の初期化（ステップ
２０８）の間におよびステップ２１６の実行においても
起動される。冷房アルゴリズム４００が起動される態様
にかかわりなく、アルゴリズム４００はステップ４０２
で開始し、ステップ４０４でその実行を続ける。ステッ
プ４０４において、空気調節された空間１０２からの感
知温度が獲得される。この温度は、周囲温度を感知する
前の機能の実行中にメモリ１２２に記憶された値から獲
得されてもよく、または、この温度は、現在の値に対し
て温度センサ１０８をポーリングすることによって獲得
可能である。温度値および記憶された設定点温度から、
差ＤＩＦＦがステップ４０６において計算される。換言
すれば、冷房アルゴリズム４００は、感知温度を設定点
温度と比較して、空気調節された空間が設定点温度より
も暖かいかまたは涼しいかを確かめる。
【００４８】感知温度が設定点よりも予め定められたし
きい値Ｃengageより大きい分だけ暖かければ、ステップ
４０８において、機器１０４の冷房源が作動され（まだ
作動されていなければ）、空気調節された空間１０２の
冷房を始める。しきい値Ｃen gageの設定は、機器１０４
の冷房能力、空間１０２の寸法、および温度センサ１０
８の分解能に依存する。
【００４９】代替的に、感知温度が設定点よりも予め定
められたしきい値Ｃdisengageより大きい分だけ涼しけ
れば、ステップ４１０において、機器１０４の冷房源
は、既に作動されていれば、解除される。しきい値Ｃ
disengageの設定は、機器１０４の冷房能力、空間１０
２の寸法、および温度センサ１０８の分解能に依存す
る。
【００５０】ＣengageおよびＣdisengageの値の選択
は、当業者の能力内にあり、空気調節された空間１０２
の温度範囲が設定点付近の小さな温度ゾーン付近で変動
するとき、冷房源の作動および解除が不必要に振動する
ことを防ぐよう選択される。
【００５１】冷房アルゴリズム４００はステップ４１２
で終わる。よって、動作の暖房モードおよび冷房モード
の両方を含むマイクロコントローラベースのＨＶＡＣ機
器の動作を制御するための１組のアルゴリズムが提示さ
れた。これらのアルゴリズムは、設定点温度からの、空
気調節された空間の許容変動量を判断するしきい値温度
差ＣswitchおよびＨswitchの特定に依拠し、その後にＨ
ＶＡＣ機器の動作モードが暖房モードと冷房モードとの
間で変更される。切換アルゴリズムによって判断された
動作のモードに依存して、暖房または冷房アルゴリズム
のいずれかが実行され、差／限界法を用いて空間の空気
調節を制御する。これらのアルゴリズムの各々は、空気
調節された空間が設定点からどれだけ変動し得るかを判
断する「作動」および「解除」しきい値の特定に依拠
し、その後に冷房（または暖房）機器が適切に作動また
は解除される。好ましくは、予め定められたしきい値
は、機器の設置中に設置者によってまたは設置中にマイ
クロコントローラによって特定の空気調節された空間に
対して修正または調整可能であるように、プログラマブ
ル不揮発性メモリに記憶される。その結果、部屋にいる
人は、空気調節された空間の温度が所望どおりに維持さ
れるように機器の動作パラメータを簡単に設定するため
に、簡素なインターフェイスを介してＨＶＡＣ機器に単
一の設定点温度を供給するだけでよい。
【００５２】この発明は、最も実際的かつ好ましい実施
例と現在のところみなされるものと関連して記載された
が、この発明は開示された実施例に限られるものでな
く、反対に、前掲の特許請求の範囲の精神および範囲内
に含まれるさまざまな変形および等価の構成を含むこと
が意図されることが理解される。この発明は、すべてこ
の発明から逸脱することなしに、他のおよび異なった実
施例が可能であり、そのいくつかの詳細はさまざまな自
明の点で変形が可能である。したがって、図面および説
明は、本質的に例示としてみなされ、制限的なものとし
てみなされるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施例が利益を受ける例示的環境
の図である。
【図２】 この発明の実施例に従う例示のモード切換ソ
フトウェアの高次機能図である。
【図３】 この発明の例示の実施例に従う暖房アルゴリ
ズムの流れ図である。
【図４】 この発明の例示の実施例に従う冷房アルゴリ
ズムの流れ図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・ギルマン・チャップマン・ジュニ ア アメリカ合衆国、43015 オハイオ州、デ ラウェア、プラム・コート、215 Ｆターム(参考） 3L060 AA05 CC02 DD07 EE01

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 物理的空間（１０２）を空気調節するた
    めの動作の暖房モードおよび冷房モードを有する機器
    （１０４）を制御するための方法であって、前記方法
    は、 物理的空間のための設定点温度を獲得するステップと、 物理的空間の温度を感知する（１０８）ステップと、 機器の動作モードが切換えられてからの時間の長さに対
    応するモード切換時間期間を判断する（２１２および２
    ２０）ステップと、 温度が第１の時間期間を超える間第１のしきい値温度よ
    り上に留まる場合（２１４）、モード切換時間期間が予
    め定められた時間期間よりも長ければ機器を動作の冷房
    モードに切換える（２１６）ステップとを含み、第１の
    しきい値温度は設定点温度よりも大きく、前記方法はさ
    らに、 温度が第１の時間期間を超える間第２のしきい値温度よ
    り下に留まる場合（２１８）、モード切換時間期間が予
    め定められた時間期間よりも長ければ機器を動作の暖房
    モードに切換える（２２２）ステップを含み、第２のし
    きい値温度は設定点温度よりも低い、方法。
  2. 【請求項２】 冷房モードに切換えるステップは、機器
    がまだ冷房モードにない場合のみ行なわれ、 暖房モードに切換えるステップは、機器がまだ暖房モー
    ドにない場合のみ行なわれる、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 設定温度と異なる新しい設定点温度を獲
    得する（２５０）ステップと、 新しい設定点温度に基づいて新しい第１および第２のし
    きい値温度を判断するステップとをさらに含み、 冷房モードに切換えるステップは、モード切換時間期間
    が予め定められた時間期間よりも短くても（２５２）行
    なわれる、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 設定点温度と異なる新しい設定点温度を
    獲得する（２５０）ステップをさらに含み、 暖房モードに切換えるステップは、モード切換時間期間
    が予め定められた時間期間よりも短くても（２５２）行
    なわれる、請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 第１の温度差しきい値Ｃswitchを獲得す
    ることと、 設定点温度から温度を周期的に減じて一連の第１の差を
    発生することと、 周期的に発生された第１の差が第１の時間期間の間Ｃ
    switch以下に留まるかを判断することとにより、温度が
    第１の時間期間を超える間第１のしきい値温度より上に
    留まるかを判断するステップと、 第２の温度差しきい値Ｈswitchを獲得することと、 設定点温度から温度を周期的に減じて一連の第２の差を
    発生することと、 周期的に発生された第２の差が第１の時間期間の間Ｈ
    switch以上に留まるかを判断することとにより、温度が
    第１の時間期間を超える間第２のしきい値温度より下に
    留まるかを判断するステップとをさらに含む、請求項１
    に記載の方法。
  6. 【請求項６】 冷房モードに切換える（２１６）ステッ
    プは、 暖房アルゴリズムを終了させるステップを含み、前記暖
    房アルゴリズムは、動作の暖房モードにあるとき機器の
    動作を制御し、さらに、 冷房アルゴリズムを起動するステップを含み、前記冷房
    アルゴリズムは、動作の冷房モードにあるとき機器の動
    作を制御し、さらに、 モード切換時間期間をリセットするステップを含む、請
    求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 冷房アルゴリズムは、 温度が第３のしきい値温度以上である場合、冷房源がま
    だ作動されていなければ機器の冷房源を作動させる（４
    ０８）ステップと、 温度が第４のしきい値温度以下である場合、冷房源が既
    に作動していれば冷房源を解除する（４１０）ステップ
    とを含む、請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 第１のしきい値温度差Ｃengageを獲得す
    ることと、 設定点から温度を減じて第３の差を発生することと、 第３の差がＣengage以下であるかを判断することとによ
    り、温度が第３のしきい値温度以上であるかを判断する
    ステップと、 第２のしきい値温度差Ｃdisengageを獲得することと、 設定点から温度を減じて第４の差を発生することと、 第４の差がＣdisengage以上であるかを判断することと
    により、温度が第４のしきい値温度以下であるかを判断
    するステップとをさらに含む、請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 暖房モードに切換える（２２２）ステッ
    プは、 冷房アルゴリズムを終了させるステップを含み、前記冷
    房アルゴリズムは動作の冷房モードにあるとき機器の動
    作を制御し、さらに、 暖房アルゴリズムを起動するステップを含み、前記暖房
    アルゴリズムは、動作の暖房モードにあるとき機器の動
    作を制御し、さらに、 モード切換時間期間をリセットするステップを含む、請
    求項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 暖房アルゴリズムは、 温度が第３のしきい値温度以下である場合、暖房源がま
    だ作動されていなければ、機器の暖房源を作動させる
    （３０８）ステップと、 温度が第４のしきい値温度以上である場合、暖房源が既
    に作動されていれば暖房源を解除する（３１０）ステッ
    プとを含む、請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 第１のしきい値温度差Ｈengageを獲得
    することと、 設定点から温度を減じて第３の差を発生することと、 第３の差がＨengage以上であるかを判断することとによ
    り、温度が第３のしきい値温度以下であるかを判断する
    ステップと、 第２のしきい値温度差Ｈdisengageを獲得することと、 設定点から温度を減じて第４の差を発生することと、 第４の差がＨdisengage以下であるかを判断することと
    により、温度が第４のしきい値温度以上であるかを判断
    するステップとをさらに含む、請求項１０に記載の方
    法。
  12. 【請求項１２】 物理的空間（１０２）を空気調節する
    ための動作の暖房モードおよび冷房モードを有する機器
    （１０４）を制御するための装置であって、 機器（１０４）の動作を制御するよう構成されるマイク
    ロコントローラ（１０６）と、 設定点温度を受けるよう構成される第１の入力（１１
    ０）と、 物理的空間の温度を受けるよう構成される第２の入力
    （１２４）と、 機器の動作モードが切換えられてからの時間の長さと関
    連付けられる第１の時間期間を測定するよう構成される
    第１のタイマ（１２０）と、 機器が暖房モードにある場合、温度を第１のしきい値温
    度と比較し、かつ、 機器が冷房モードにある場合、温度を第２のしきい値温
    度と比較するよう構成される、比較器と、 温度が少なくとも第２の時間期間の間第１のしきい値温
    度より上に留まり、かつ第１の時間期間が予め定められ
    た時間期間を超えるかまたは等しい場合、暖房モードか
    ら冷房モードに切換わるよう機器（１０４）に信号を与
    え、 温度が少なくとも第３の時間期間の間第２のしきい値温
    度より下に留まり、かつ第１の時間期間が予め定められ
    た時間期間を超えるかまたは等しい場合、冷房モードか
    ら暖房モードに切換わるよう機器（１０４）に信号を与
    えるよう構成される、第１の出力（１２８）とを含む、
    装置。
  13. 【請求項１３】 第１の入力（１１０）は、新しい設定
    点温度を受けるようさらに構成され、 第１のタイマ（１２０）は、新しい設定点温度に応答し
    てリセットするようさらに構成される、請求項１２に記
    載の装置。
  14. 【請求項１４】 第１のタイマは、 第１の時間期間と等しい初期値を有し、機器が動作モー
    ドを切換えるとき動作を始めるよう構成されるカウント
    ダウンタイマをさらに含む、請求項１２に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 第１の温度差しきい値Ｃswitchを記憶
    するよう構成されるメモリ（１２２）と、 設定点温度から温度を周期的に減じて一連の第１の差を
    発生するよう構成される減算回路と、 周期的に発生される第１の差が少なくとも第２の時間期
    間の間Ｃswitch以下に留まるかを判断するよう構成され
    る比較回路とをさらに含み、 比較回路による判断は、温度が少なくとも第２の時間期
    間の間第１のしきい値温度よりも上にあったかどうかを
    示す、請求項１２に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 第１の温度差しきい値Ｈswitchを記憶
    するよう構成されるメモリ（１２２）と、 設定点温度から温度を周期的に減じて一連の第１の差を
    発生するよう構成される減算回路と、 周期的に発生される第１の差が少なくとも第３の時間期
    間の間Ｈswitch以上に留まるかを判断するよう構成され
    る比較回路とをさらに含み、 比較回路による判断は、温度が少なくとも第３の時間期
    間の間第２のしきい値温度より下にあったかどうかを示
    す、請求項１２に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 動作の冷房モードにあるとき機器の動
    作を制御する冷房アルゴリズム（４００）と、 動作の暖房モードにあるとき機器の動作を制御する暖房
    アルゴリズム（３００）とを記憶するよう構成される第
    １のメモリ（１２２）をさらに含む、請求項１２に記載
    の装置。
  18. 【請求項１８】 機器（１０４）が暖房モードから冷房
    モードに切換えられるとき冷房アルゴリズム（４００）
    の実行を起動するようマイクロコントローラ（１０６）
    に信号を与え、かつ、 リセットするよう第１のタイマ（１２０）に信号を与え
    るよう構成される第２の出力（１２８）をさらに含む、
    請求項１７に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 機器（１０４）が冷房モードから暖房
    モードに切換えられるとき暖房アルゴリズム（３００）
    の実行を起動するようマイクロコントローラ（１０６）
    に信号を与え、かつ、 リセットするよう第１のタイマ（１２０）に信号を与え
    るように構成される第２の出力（１２８）をさらに含
    む、請求項１７に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 設定点温度付近の許容域内に室温を維
    持するための方法であって、前記方法は、 室温を感知する（１０８）ステップと、 空気調節機器（１０４）の動作モードが変更してからの
    第１の時間期間に関連するモード切換時間値を維持する
    （２０２）ステップとを含み、空気調節機器（１０４）
    は、部屋の温度に影響を与えるための動作の冷房モード
    および暖房モードを有し、前記方法はさらに、 機器が動作の暖房モードにある場合、 室温が第１の予め定められた時間の長さの間第１のしき
    い値温度より上に留まり、モード切換時間値が、第１の
    時間期間が第２の予め定められた時間の長さ以上である
    ことを示すならば、機器を冷房モードに切換え（２１
    ６）、第１のしきい値温度は設定点温度よりも大きく、
    かつ、 冷房アルゴリズム（４００）を起動するステップを含
    み、前記冷房アルゴリズムは冷房モードにあるとき機器
    の動作を制御し、前記方法はさらに、 機器が動作の冷房モードにある場合、 室温が第１の予め定められた時間の長さの間第２のしき
    い値温度以下に留まり、モード切換時間値が、第１の時
    間期間が第２の予め定められた時間の長さ以上であるこ
    とを示すならば、機器を暖房モードに切換え（２２
    ２）、第２のしきい値温度は設定点温度よりも小さく、
    かつ、 暖房アルゴリズム（３００）を起動するステップを含
    み、前記暖房アルゴリズムは、暖房モードにあるとき機
    器の動作を制御する、方法。
  21. 【請求項２１】 冷房アルゴリズム（４００）は、 温度が第３のしきい値温度以上である場合、冷房源がま
    だ作動されていなければ機器の冷房源を作動させるステ
    ップと、 温度が第４のしきい値温度以下である場合、冷房源が既
    に作動されていれば冷房源を解除するステップとを含
    む、請求項２０に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 暖房アルゴリズム（３００）は、 温度が第３のしきい値温度以下である場合、暖房源がま
    だ作動されていなければ機器の暖房源を作動させるステ
    ップと、 温度が第４のしきい値温度以上である場合、暖房源が既
    に作動されていれば暖房源を解除するステップとを含
    む、請求項２０に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 部屋の温度を調節するために動作の暖
    房モードおよび冷房モードを含む機器を制御するための
    方法であって、前記方法は、 （ａ） 部屋から設定点温度を獲得するステップと、 （ｂ） 部屋の周囲温度を周期的に感知するステップと
    を含み、一連の周囲温度が感知され、前記方法はさら
    に、 （ｃ） 感知された周囲温度の各々から設定点温度を減
    じることにより一連の差を決定するステップと、 （ｄ） 差のサブセットの実質的にすべてが （ｄ．１） 機器が暖房モードにある場合、第１の予め
    定められたしきい値以上であるか、または、 （ｄ．２） 機器が冷房モードにある場合、第２の予め
    定められたしきい値以下であるかを判断するステップと
    を含み、 サブセットは、差のうち、第１の時間期間の間感知され
    る周囲温度に関連する差を含み、前記方法はさらに、 （ｅ） 機器が動作のモード間で変更してから第２の時
    間期間が経過したかを判断するステップと、 （ｆ） 第２の時間期間が経過し、かつ、差のサブセッ
    トの実質的にすべてが、第１の予め定められたしきい値
    以上であると判断された場合、機器を冷房モードに切換
    えるための第１の制御信号を生成するステップと、 （ｇ） 第２の時間期間が経過し、かつ、差のサブセッ
    トの実質的にすべてが、第２の予め定められたしきい値
    以下であると判断された場合、機器を暖房モードに切換
    えるための第２の制御信号を生成するステップとを含
    む、方法。
  24. 【請求項２４】 第１の予め定められたしきい値は、機
    器の冷房能力に基づく、請求項２３に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 第２の予め定められたしきい値は、機
    器の暖房能力に基づく、請求項２３に記載の方法。
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