JP3818940B2 - 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

Description

【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（ＨＶＡＣ）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１０２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／ＰＴＨＰ）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１０４の動作を制御するために通常クロックまたはタイマ１２０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１０８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。
Ｃ_switch：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】
Ｈ_switch：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。
Ｃ_engage：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】
Ｈ_engage：機器１０４の暖房要素が空間１０２の暖房を開始するよう動作する温度差である。
【００２２】
Ｃ_disengage：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】
Ｈ_disengage：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１０４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：Ｈ_switch＞Ｃ_switch、Ｈ_switchの大きさはＨ_disengageの大きさの約２倍であり、Ｃ_switchの大きさはＣ_disengage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、Ｃ_engage＞Ｃ_disengageおよびＨ_disengage＜Ｈ_engage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１０８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、Ｃ_switch＝−６度（すなわち６８−７４）でありかつＨ_switch＝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Ｈ_engage＝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Ｃ_engage＝−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Ｃ_disengage＝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７１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、Ｈ_switch＞Ｃ_switchであり、Ｃ_disengage＞Ｃ_engageであり、Ｈ_disengage＜Ｈ_engageである。また、Ｈ_switchおよびＣ_switchの大きさは、それぞれ、Ｈ_disengage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１０４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、ＤＩＦＦ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２１８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Ｃ_switch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１２０を含むので、ＤＩＦＦとＣ_switch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２３０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Ｃ_switch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Ｈ_switch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２３０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Ｈ_switch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２２２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「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１０４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１０６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３００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Ｈ_engage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Ｈ_engage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１０８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Ｈ_disengage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１０２の寸法、および温度センサ１０８の分解能に依存する。
【００４６】
Ｈ_engageおよびＨ_disengage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Ｃ_engage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Ｃ_engage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１０８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Ｃ_disengage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１０２の寸法、および温度センサ１０８の分解能に依存する。
【００５０】
Ｃ_engageおよびＣ_disengage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Ｃ_switchおよびＨ_switchの特定に依拠し、その後にＨＶＡＣ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。

Claims (25)

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２２０）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. 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. 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. 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. 第１の温度差しきい値Ｃ_switch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Ｈ_switch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. 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. 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（４０８）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. 第１のしきい値温度差Ｃ_engage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Ｃ_engage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Ｃ_disengage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Ｃ_disengage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. 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. 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. 第１のしきい値温度差Ｈ_engage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Ｈ_engage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Ｈ_disengage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Ｈ_disengage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. 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（１１０）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. 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. 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. 第１の温度差しきい値Ｃ_switch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Ｃ_switch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. 第１の温度差しきい値Ｈ_switch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Ｈ_switch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. 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. 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. 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. 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（２１６）、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（２２２）、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. 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. 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. 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. 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. 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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