JP6532453B2 - Ｈｖａｃ＆ｒシステムの自動制御用の電子コントローラデバイス並びにそれを使用するｈｖａｃ＆ｒシステム及び方法 - Google Patents

Description

本出願は、２０１３年３月１５日に出願された先の米国仮特許出願第６１／７９９，８０４号について米国特許法第１１９条（ｅ）項の利益を主張し、その全体を参照してここに援用する。

本発明は、電力が供給される制御システムを介して制御され、ブロワを有し又は有しない、コンプレッサー、並びに／若しくは、ガス式、オイル式及びプロパン式の燃焼暖房機器を備え、デューティーサイクルを有する電力エネルギー消費機器の制御及び最適化を自動的に行う電子コントローラに関する。また、本発明は、電子コントローラを組み込んだ暖房、換気、空調及び冷凍機器システム、並びに、当該システムにおける前記コントローラの使用方法に関する。

暖房、換気、空調及び／又は冷凍（「ＨＶＡＣＲ」又は「ＨＶＡＣ＆Ｒ」）制御システムは、２つの主要な機能、つまり、温度調節及び除湿を行うように設計されてきた。これらのシステムで使用されるコンプレッサ及びブロアは、一般的には電動モータで動く。二酸化炭素排出量及び環境技術への関心の高まりが、数多くのエネルギー関連の改良につながっている。当該改良には、高効率の冷媒、可変速のコンプレッサー及びファン、サイクル変更、並びに、高効率のバーナーが含まれる。多くの市場において電力エネルギー使用量及びそのコストが増加しているため、新規システム及び既存システムにおいて、ＨＶＡＣ＆Ｒのエネルギー効率を向上させることが必要とされてきた。

ＨＶＡＣ＆Ｒにおいて使用されているものも含めて、冷却／冷凍コンプレッサー、及び／又は、暖房／冷却ブロアのために、オリジナル及び／又は後付け可能な、使用／要求制御及びエネルギー管理の技術が提供されることが望まれていた。当該技術は、サーモスタットからのリモートセンサ又は他のセンサには依存しない自動制御を提供可能にし、ＯＥＭ（オリジナル機器メーカ）仕様書、事前設定及び／又は設置者の判断を超えて、エネルギー効率の向上を可能にする。

本発明の特徴は、サーモスタット制御を有するＨＶＡＣ＆Ｒシステムにおいて追加デバイスとして使用することができ、サーモスタット制御自体による動作と比較して改良された方法で、エネルギー消費及び／又は需要消費の管理及び削減を自動的に行う電子コントローラを提供することにある。

本発明の更なる特徴及び利点は、以下の説明において部分的に明記され、当該説明から部分的に明らかになり、あるいは、本発明の実施によって学ぶことができる。本発明の目的及び他の利点は、明細書及び添付した請求の範囲において特に指摘した要素及び組み合わせを用いることにより実現及び達成される。

これら及び他の利点を達成するために、また、本願発明の目的に従って、ここに具体化されて広範囲に記載されているように、本発明は、暖房、還気、空調又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの自動制御用の電子コントローラデバイスに関する。当該電子コントローラデバイスは、ａ）少なくとも１つのサーモスタット信号線を取り付けるための少なくとも１つの入力コネクタと、前記コントローラデバイスから負荷ユニットへ制御信号を出力するための少なくとも１つの信号線を取り付けるための少なくとも１つの出力コネクタとを有し、前記コントローラデバイスは、前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの負荷ユニットに対するサーモスタット命令を遮断することが可能であり、さらに、ｂ）負荷ユニットをパワーオンするための信号の送信を遅延させることが可能であり、また、選択され調整された空間温度変化を実現する遅延始動コントローラと、ｃ）選択された電力需要を得るためにオン時間及びオフ時間を計算可能な需要調整器コントローラとによって構成される。前記電子コントローラは、さらに、少なくとも１つの超過時間コントローラ及び超過サイクルコントローラをオプションとして含むことができる。

さらに、本発明は、暖房、換気、空調又は冷凍ユニットと、前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムのサーモスタット制御信号を遮断し、そこにアルゴリズムを適用して前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの負荷ユニットに対する出力制御信号を生成する前述の電子コントローラデバイスとを備える暖房、換気、空調、又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムに関する。

さらに、本発明は、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの自動制御システムに関し、当該システムは、ｉ）サーモスタット、ｉｉ）前述の電子コントローラデバイス、ｉｉｉ）電力供給線に接続されて動作する少なくとも１つの負荷ユニットを備える。

さらに、本発明は、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムにおいて電力が供給される少なくとも１つの負荷ユニットのエネルギー使用及び／又は負荷需要並びに動作を自動的に制御及び管理する方法に関し、当該方法は、ａ）負荷ユニットのためのサーモスタットと、前記負荷ユニットのための機器負荷制御スイッチとの間の制御信号線に前述のコントローラデバイスを電気的に接続し、ｂ）前記コントローラデバイスにおいて、冷却、冷凍又は暖房のための前記サーモスタットからの少なくとも１つのサーモスタット命令を遮断し、ｃ）前記電子コントローラによるアルゴリズムを前記遮断されたサーモスタット命令に適用することにより、出力信号として、調整された制御信号を生成し、あるいは、前記ＯＥＭ信号を承認し、ｄ）前記負荷ユニットの動作を制御する負荷ユニットスイッチへ前記コントローラデバイスによって生成された前記出力信号を出力し、ｅ）前記エネルギー消費及び／又は需要消費の節約を推定するステップにより構成される。

以上の一般的な記述及び以下の詳細な記述は、いずれも例示的かつ説明的なものに過ぎず、クレームされている通りの本発明の更なる説明を提供することを意図していると理解すべきである。

添付図面は、本出願に組み込まれてその一部を構成し、明細書とともに本発明のいくつかの実施形態を示しており、本発明の原理を説明するのに役立つ。

本発明の一例によるＨＶＡＣ＆Ｒシステムのブロック／概略図であり、当該システムは、電子コントローラを含む。

本発明の一例による図１の電子コントローラのマイクロコントローラのブロック図である。

本発明の一例によるＨＶＡＣ＆Ｒシステムの動作を自動制御するための電子コントローラを用いたプロセスのプロセス制御ロジックのフローチャートである。 本発明の一例によるＨＶＡＣ＆Ｒシステムの動作を自動制御するための電子コントローラを用いたプロセスのプロセス制御ロジックのフローチャートである。

本発明の一例による電子コントローラの超過時間コントローラの動作のためのプロセス制御ロジックのフローチャートである。 本発明の一例による電子コントローラの超過時間コントローラの動作のためのプロセス制御ロジックのフローチャートである。

本発明の一例による電子コントローラの遅延起動コントローラの動作のためのプロセス制御ロジックのフローチャートである。

本発明の一例による電子コントローラの需要調整器コントローラの動作のためのプロセス制御ロジックのフローチャートである。

本発明の一例による電子コントローラの超過サイクルコントローラの動作のためのプロセス制御ロジックのフローチャートである。 本発明の一例による電子コントローラの超過サイクルコントローラの動作のためのプロセス制御ロジックのフローチャートである。

本発明の一例による電子コントローラを用いる機器の制限「遅延時間、オン時間及びオフ時間」のためのプロセス制御ロジックのフローチャートである。 本発明の一例による電子コントローラを用いる機器の制限「遅延時間、オン時間及びオフ時間」のためのプロセス制御ロジックのフローチャートである。

本発明の一例による図３Ａ及び図３Ｂに示された電子コントローラの信号生成器の動作のためのプロセス制御ロジックのフローチャートである。 本発明の一例による図３Ａ及び図３Ｂに示された電子コントローラの信号生成器の動作のためのプロセス制御ロジックのフローチャートである。

本発明の一例による図３Ｂ、８Ｃ及び８Ｄの信号生成器の動作のためのチャンネル１入力（ｕ１）及びチャンネル１出力（ｙ１）時間履歴を示すグラフである。

本発明の一例による電子コントローラを用いた単一ステージ冷却アプリケーションのための電気的接続図であり、単一サーモスタットを使用して１つのＨＶＡＣ冷却デバイス（例えば、コンプレッサー）を制御するときに使用される構成が示されている。

本発明の一例による電子コントローラを用いた二重ステージ冷却アプリケーションのための電気的接続図であり、二重サーモスタットを使用して２つのＨＶＡＣ冷却デバイス（例えば、コンプレッサー）を制御するときに使用される構成が示されている。

本発明の一例による電子コントローラを用いた単一ステージガス暖房アプリケーションのための電気的接続図であり、単一サーモスタットを使用して単一ステージガス暖房デバイスを制御するときに使用される構成が示されている。

本発明の一例による電子コントローラを用いた二重ステージガス暖房アプリケーションのための電気的接続図であり、二重サーモスタットを使用して二重ステージガス暖房デバイスを制御するときに使用される構成が示されている。

本発明の一例による電子コントローラを用いた単一ステージ電気暖房アプリケーションのための電気的接続図であり、単一サーモスタットを使用して単一ステージ電気暖房デバイスを制御するときに使用される構成が示されている。

本発明の一例による電子コントローラを用いた二重ステージ電気暖房アプリケーションのための電気的接続図であり、二重サーモスタットを使用して二重ステージ電気暖房デバイスを制御するときに使用される構成が示されている。

本発明の一例による電子コントローラを用いた電気暖房アプリケーションを有する冷却のための電気的接続図であり、二重サーモスタットを使用して空調コンプレッサー及び電気暖房デバイスを制御するときに使用される構成が示されている。

本発明の一例による電子コントローラを用いたガス暖房アプリケーションを有する冷却のための電気的接続図であり、二重サーモスタットを使用して空調コンプレッサー及びガス暖房デバイス（温風又は温水のいずれかを利用）を制御するときに使用される構成が示されている。

本発明の一例による電子コントローラを用いた電気暖房アプリケーションを有するヒートポンプのための電気的接続図であり、二重サーモスタットを使用して、補助的な電気暖房デバイスを有するヒートポンプコンプレッサーを制御するときに使用される構成が示されている。「オプション外部温度スイッチ」は、蒸発器の排出部に取り付けられ、ユニットが冷却又は暖房モードで動作しているときに検知を行う。

本発明の一例による電子コントローラを用いたボイラアプリケーションのための電気的接続図であり、単一サーモスタットを使用して単一ステージボイラ暖房デバイスを制御するときに使用される構成が示されている。

ＯＥＭコントローラ（サーモスタット）を有するとともに、本発明の一例による電子コントローラを離れて有するＨＶＡＣ＆Ｒシステムの冷却アプリケーションにおいて、負荷デバイスのシミュレーション制御の期間にわたる調整空間（領域）温度（°Ｆ）を示すグラフである。

ＯＥＭコントローラ（サーモスタット）を有するとともに、本発明の一例による電子コントローラを離れて有するＨＶＡＣ＆Ｒシステムの負荷デバイスの図１９に示されたシミュレーション制御の期間にわたる需要設定値に関し、エネルギー消費を表す需要（％）を示すグラフである。

本発明の一例による電子コントローラを有するＨＶＡＣ＆Ｒシステムの負荷デバイスの図１９に示されたシミュレーション制御のためのコントローラオフ時間、オン時間及び遅延時間を示すグラフである。

ＯＥＭコントローラ（サーモスタット）を有するとともに、本発明の一例による電子コントローラを離れて有するＨＶＡＣ＆Ｒシステムの負荷デバイスの図１９に示されたシミュレーション制御における目盛付稼働時間エネルギー消費を示すグラフである。

本発明の一例による電子コントローラを有するＨＶＡＣ＆Ｒシステムの負荷デバイスの図１９に示されたシミュレーション制御のための、許可された最大値及び時間当たりの実際の機器起動を示すグラフである。

本発明の一例による電子コントローラを有するＨＶＡＣ＆Ｒシステムの負荷デバイスの図１９に示されたシミュレーション制御のために、類似動作時間の期間におけるＯＥＭエネルギー要求のパーセンテージ（％）として、エネルギー節約を示すグラフである。

発明の詳細な説明

本発明は、デューティーサイクルを用いて制御される暖房機器、冷却機器及び／又は冷凍機器のために、デューティーサイクル及びサイクル継続時間の自動的かつ最適に計算及び実行制御を行うことができる統合プログラムを含む後付け可能なコントローラ追加デバイスに一部関連する。

追加デバイスは、１以上のサーモスタット制御信号線に直列に取り付けることができる電子コントローラであり、サーモスタット制御信号がＨＶＡＣ＆Ｒシステムにおける目的とする負荷ユニットに到達する前に、サーモスタット制御信号を遮断することが可能である。電子コントローラは、ＯＥＭ信号及びその作用にアルゴリズムを適用することにより、元の制御信号を置き換えた（又は承認した）負荷ユニットに対する出力信号を生成し、当該システムにおける負荷ユニットの動作のエネルギー効率を向上させることができる。この改良を実現するに当たって、電子コントローラは、少なくとも遅延起動（ＤＳ：delayed start）コントローラ及び需要調整器（ＤＲ：demand regulator）コントローラと、オプションとしての超過時間（ＥＴ：excess time）コントローラ及び／又は超過サイクル（ＥＣ：excess cycle）コントローラとを含む。これらのコントローラは、メモリに格納された一組のコンピュータプログラムであって、電子コントローラにより具現化されたマイクロプロセッサにより実行可能なものとして実装される。併せて、当該プログラムは、信号処理アルゴリズムを提供することができる。電子コントローラは、制御信号をコントローラデバイスから負荷ユニットへ出力する信号生成機能を有する。電子コントローラは、既存のＨＶＡＣ＆Ｒシステム内に容易に後付することが可能であり、あるいは、新規のＨＶＡＣ＆Ｒシステム内に組み込むことができる。電子コントローラは、設計通りに機能するために、直接的なセンサ補助又はライン電源を必要としない。

遅延起動コントローラは、電子コントローラを構成し、ＯＥＭオン信号の負荷ユニットへの到達を遅延又は先送りすることができる。これは、ＯＥＭオフ時間に因数又は乗数を適用することにより行われる。その結果、負荷ユニットへの電源投入前の待機時間がより長くなる。この操作により、空調スペースの温度プロファイルを著しく変化させることなく、エネルギーを節約できることがわかった。電子コントローラは、需要管理も向上させることができる。需要調整器コントローラは、電子コントローラを構成し、需要を満たすために負荷ユニットが継続して動作するのを防止することができる。需要調整器コントローラは、負荷ユニットを周期的に停止させることができ、設定値に戻す温度調整に必要な時間を増加させる傾向があるかもしれないが、必要とされる総需要を全体として削減する。このことは、商工業アプリケーションにおける電力コストが（１）総ｋＷ消費及び（２）ピークｋＷ需要という２つの項目に基づいていることから、重要である。総ｋＷ消費は（理想的には）機器稼働時間に比例する。ピークｋＷ需要は、１５又は３０分の間隔又はウィンドウにおけるｋＷ消費の最大平均値である。ピークｋＷ需要の値は、電力料金がどのように定められるかを決定するのに用いられる。電力は、ｋＷｈの、異なる「逓減ブロック料金」で請求され、各逓減ブロック料金には、ｋＷｈコストが対応づけられている。第１ブロック（初めに適用されるもの）は、最も高価であり、第２ブロック（次に適用されるもの）は、より安価であり、以下も同様である。総ｋＷ消費が一定であれば、電力の総コストは、ピークｋＷ需要の値によって変化し、ピークｋＷ需要の値が低下するほど、コストも低下する。本発明の電子コントローラの上述の需要制御調整器を使用することにより、ピークｋＷ需要の値を低下させることができる。需要調整器コントローラは、最悪の場合の需要を削減することができるとともに、それでも空調スペースに適切な冷房及び暖房を提供することができ、制御された負荷ユニットに適用可能である。

超過時間コントローラは、オプションであり、電子コントローラを構成することにより、電子コントローラが継続稼働状態（例えば、ＯＥＭが決して停止しない状態）にある状況において需要設定値を変更する。これが発生したとき、温度設定値が満たされていないという仮定が行われ、それによって、需要設定値がＯＥＭ制御サイクルまで増加される。需要設定値がその最大値まで増加され、かつ、ＯＥＭが未だサイクルしていないならば、需要設定値は１．０に設定され、コントローラを事実上迂回し、ＯＥＭに対する制御を諦める。超過サイクル（ＥＣ）コントローラは、オプションであり、電子コントローラを構成することにより、コントローラ出力信号のオン及びオフ時間を調整し、それにより、最大値を超過しないように、時間当たりの機器起動の回数を制御する。

図１には、電子コントローラ１８を備えたＨＶＡＣ＆Ｒシステム１１が示されている。電子コントローラ１８は、上述した遅延起動コントローラ、需要調整器コントローラ、超過時間コントローラ及び超過サイクルコントローラのプログラムを保持し、当該プログラムが実行されることにより、信号の処理及び生成が行われる。電子コントローラ１８は、システム１１内に後付けされることにより、領域２において空調制御を行う少なくとも１つのＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニット２０を制御することができる。電力線１０は、少なくとも１つの制御されるべき負荷ユニット２０が設置されている建造物の需給メーターを通る。メーター１２は、その場所において電力エネルギーの使用及び需要を計測する。負荷ユニット２０は、例えば、空調、ヒートポンプ、加熱炉、冷凍、ボイラ又はＨＶＡＣ＆Ｒシステムの他の負荷ユニットである。駆動用主電力線１０は、通常、条件が設けられておらず、リレーのような負荷コントロールスイッチ２６を介して、また、一般的には他の負荷及び同じ構造物内の電気器具を介して（不図示）、負荷ユニット２０へ駆動用電力を供給する。電力供給線１０は、例えば、１１０ボルト交流電流（ＶＡＣ）、２２０ＶＡＣ、又は、コントローラ１８を後付けしたＨＶＡＣ＆Ｒシステム１１に電力を供給する他の主電力供給線である。後付けが行われるシステム１１は、ＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニット２０に接続された少なくとも１つの標準サーモスタット１４を有する。サーモスタット１４は、ライン１３を介して電力線１０に接続される。この図を簡略化するために、電力線１０からサーモスタットへの電力供給に用いられる２４ボルトトランスのような降圧トランスは、この図には描かれていないが、図９〜１８に示した配線図には描かれている。電子コントローラ１８は、電力線１０から直接的に電力供給されておらず、その必要もない。電子コントローラ１８は、負荷デバイスを対象とすることを意図したサーモスタット信号によって電力供給される。電子コントローラ１８は、一般的には、サーモスタットからのオン信号を受信／遮断するまで、その信号処理機能に関して電気的な休止状態（又は非アクティブ）であり、あるいは、スリープしている。その後、コントローラ１８は、覚醒され（アクティブになり）、対象とする負荷デバイスに対する信号制御処理及び信号生成制御のために、一連のプログラムをアルゴリズムの一部として活用する。

１つの典型的な状況において、サーモスタット制御が、例えば、空調ユニット（負荷ユニット）による冷却、又は、電気炉による加熱などを要求している期間中、サーモスタット１４の制御信号線１５は、２４ボルトの交流電圧を伝送することができる。制御信号は、通常、主電力線１０上の負荷制御スイッチ２６をアクティブにし、負荷ユニット２０に電力を供給する。つまり、電子コントローラ１８がなければ、制御信号線１５が負荷ユニット制御スイッチ２６の開閉を制御し、それにより、駆動電力線１０の回路を開閉し、負荷ユニット２０への駆動電力の流れを制御する。電子コントローラ１８は、サーモスタット１４及び負荷ユニット制御スイッチ２６の間のどこかにおいて、直列にサーモスタット信号線１５に割り込ませて設置される。図示した通り、サーモスタット線１５は、切断され、一方の切断端において電子コントローラ１８に接続され得る。また、図示した通り、切断された制御信号線の残りの部分は、線２４として参照され、一端において電子コントローラ１８に接続され、他端において負荷制御スイッチ２６に接続され得る。

電子コントローラ１８は、例えば、負荷ユニットに使用される標準的な板金構造の筐体のような、負荷ユニット２０近傍の板金（不図示）に物理的に取り付けることができる。好ましくは、コントローラ１８の制御信号線１５（２４）内への上記挿入は、実際に実現可能な限り負荷制御スイッチ２６の近くで行われる。通常、負荷ユニット自身の物理的領域内において接続することが可能である。電子コントローラ１８の制御信号線への接続は、例えば、住宅の空調ユニットのコンプレッサーユニットを含むケーシング内で行われ得る。例えば、電子コントローラ１８は、空調ユニットのコンプレッサー用のＯＥＭ制御装置を収容する板金筐体に取り付けることができ、当該空調ユニットは、当該ユニットを支持する家又はビルに直接隣接する地面近傍のスラブ又はプラットホーム上又はその屋上に設置される。電子コントローラ１８は、オンボードユーザインタフェース制御装置１９を含むことができ、及び／又は、リモート入力デバイス２１からの制御入力及び／又はパラメータデータ２３を受信することができる。このことは後述する本書の他の説明により、もっと理解することができる。入力デバイス２１は、電子コントローラ１８から物理的に分離しているデバイスという意味では「リモート」であり、着脱可能な通信ワイヤ、ケーブルリンク又はワイヤレス通信リンクなどを介して、コントローラと通信することができる。

動作時、電子コントローラ１８は、負荷ユニット２０に電源を投入するためのサーモスタット制御信号に基づく制御信号線１５上の電気の流れを受信する。そして、出力制御信号が電子コントローラ１８から負荷ユニットスイッチ２６へ送られる前に、制御コントローラ１８は、直ちに覚醒して、サーモスタット信号を遮断し、一連の制御プログラムを初期化する。上述したように、出力制御信号は、ＯＥＭ信号の置換信号であってもよいし、あるいは、ＯＥＭ信号であってもよく、コントローラのアルゴリズムの実行結果に依存している。

サーモスタット１４は、好ましくは、オン／オフ信号のみを生成するように（予め）設定され、それにより、空調／ヒートポンプコンプレッサー、加熱炉又は他の負荷ユニットがオン／オフされる。好ましくは、システム１１で使用されるサーモスタット１４は、負荷ユニットにおけるオン／オフ制御を提供し、負荷ユニットを完全にオンし、あるいは、完全にオフするように設計されている。サーモスタットがオン／オフ制御デバイスであるとき、サーモスタットは、出力がオンされ、オフされ、あるいは、現状維持されることが必要であるかどうかを決定できる。ＯＥＭサーモスタットによるオン／オフ制御は、通常、設定値の選択を含み、当該設定値を跨ぐネイティブ又はデフォルトのＯＥＭ不感帯が適用され、あるいは、ユーザによって選択される。ここで述べるように、本発明のコントローラの一つの特徴は、不感帯タイプ制御を調整又は最適化し、エネルギー効率を増加させる機能に関する。可変速制御を提供するサーモスタットは、電子コントローラとの組み合わせによる使用にはあまり向いていない。

電子コントローラ１８は、専用の温度センサからの直接入力を必要とすることなく、設計された通りに動作及び機能する。本発明のシステムは、当該システム内の既存の１又は２以上のサーモスタットの温度検知性能、若しくは、そのユニットによる処理用のサーモスタットにそのような情報を送ることが可能なリモートセンサを含むシステムの温度検知性能に依存している。サーモスタットから離れているか、あるいは、サーモスタットに組み込まれた検知部品としてかにかかわらず、当該コントローラを使用するＨＶＡＣ＆Ｒシステムにおいて温度センサを用いる必要は全くない。温度信号は、ＯＥＭ制御信号タイミングと、既存のＡＳＨＲＡＥ又はそれに類似する設定値用のデータと、ヒステリシス温度値とから推定され得る。

単純化のために、図１には、切断され、単一サーモスタット１４から接続され、電子コントローラ１８へ接続された単一の制御線１５が示されているが、図１０、１２及び１４〜１７に示すような単一又は二重のサーモスタットの構成において、単一のサーモスタットからの二重の制御線（例えば、図１０、１２、１４）、又は、二重のサーモスタットのそれぞれからの単一の制御線（例えば、図１５〜１７）のそれぞれが、切断され、電子コントローラの異なる各入力ピンに接続されるように、電子コントローラ１８に別々に接続され得ることが十分に理解されるであろう。図１０、１２及び１４〜１７に示すように、電子コントローラ１８が２以上の負荷デバイスを制御する場合、出力信号制御線は、一端が電子コントローラ１８に接続され、他端が各負荷デバイスの負荷制御スイッチに接続され得る。例えば、単純化のために、図１のＨＶＡＣ＆Ｒシステム１１には、単一の制御信号線上にあり、電子コントローラ１８の負荷制御及び管理下にある１つの負荷ユニット２０のみが示されているが、ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１１は、例えば、並列のコンプレッサー、又は、コンプレッサーユニット及びブロワ、さらに、その構成に依存する類似する又は異なる複数の負荷のような、サーモスタット制御下にある並列の個別負荷を含むことができる。上述した通り、この発明の電子コントローラは、機器の複数の個別サブ負荷の複数の制御線において、全てに接続されることが可能である。換言すると、空調機器は、コンプレッサーユニット及びブロワユニットのサブ負荷用の別々の制御線を有することが可能である。電子コントローラは、これらのサブ負荷の１つ又は両方のいずれかを制御するのに用いられ得る。空調ユニットの全てのサブ負荷への全ての電力線が、一般に、本発明の電子コントローラによって変更されることは一切ない。さらに、本発明に特に関連する事項ではないので、通常の従来の電気接地手段は、図１の概略図には示されていない。

図１の電子コントローラ１８は、例えば、スタンドアローン構成又はネットワーク構成において実現される。スタンドアローン構成は、例えば、単一負荷ユニット家庭用アプリケーション（例えば、約５トン未満のＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニット）において用いられ得る。ネットワーク構成は、例えば、エネルギー使用／需要の大きな住宅用、商業用又は産業用のビル又は機器などのような大規模アプリケーションにおいてＨＶＡＣ＆Ｒを供給するビル管理システム（ＢＭＳ）の一部として、あるいは、それぞれが専用の負荷ユニットに取り付けられた複数の電子コントローラのネットワークとして、使用される。

図１の電子コントローラ１８は、サーモスタット入力信号を受信し、上記プログラムを受信したサーモスタット信号に適用し、且つ、マイクロコントローラの命令により出力信号を制御対象のＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットへ送信することができる少なくとも１つのマイクロプロセッサを含む。

図２に示す通り、マイクロコントローラ１８３（図１における１８）は、例えば、マイクロプロセッサを備え、当該マイクロプロセッサが、上述した遅延起動コントローラ、需要調整器コントローラ、超過時間コントローラ、並びに、超過サイクルコントローラプログラムを格納及び実行し、さらに、データ収集機能、負荷デバイスへの制御信号生成、並びに、エネルギー及び／又は需要の節約計算を実行することができる。図２に示す通り、マイクロコントローラ１８３は、マイクロプロセッサ１８３２、メモリ１８３５を組み込んだものとして示されたコンピュータ読取可能な媒体１８３３及びクロック１８３４を備え、これら全てが同一チップに集積されている。マイクロプロセッサ１８３２は、中央処理装置（ＣＰＵ）としても知られており、ここで述べるコントローラ機能をサポートするための計算能力を提供するために必要とされる演算、ロジック及び制御回路を含む。コンピュータ読取可能な記憶媒体１８３２のメモリ１８３５は、不揮発性メモリ、揮発性メモリ又はその両方を含むことができる。コンピュータ読取可能な記憶媒体１８３３は、少なくとも１つの非一時的なコンピュータ利用可能な記憶媒体を備えることができる。不揮発性メモリは、例えば、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）又は他の永久記憶媒体を含むことができる。揮発性メモリは、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、バッファー、キャッシュメモリ、ネットワーク回路又はこれらの組み合わせを含むことができる。マイクロコントローラ１８３のコンピュータ読取可能な記憶媒体１８３３は、組み込み型ＲＯＭ及びＲＡＭを備えることができる。図４に関連して述べる通り、マイクロコントローラ用のリード／ライト増設（フラッシュ）メモリも提供される。プログラミング及びデータは、メモリ１８３５を含むコンピュータ読取可能な記憶媒体１８３３に記憶され得る。プログラムメモリは、例えば、上述した遅延起動コントローラプログラム１８３６、需要調整器コントローラプログラム１８３７、超過時間コントローラプログラム１８３１及び超過サイクルコントローラプログラム１８３９のために提供され、さらに記憶メニュー、制御指示、及び、本書で述べるような他のプログラミング、コントローラ１８を制御するためのパラメータ値などに提供され得る。これらのプログラムは、ＲＯＭ又は他のメモリに記憶され得る。これらのプログラムは、ＲＯＭ又は他のメモリに記録され得る。上述した遅延起動コントローラプログラム１８３６、需要調整器コントローラプログラム１８３７、超過時間コントローラプログラム１８３１、及び超過サイクルコントローラプログラム１８３９は、組み合わせることにより、コントローラ１８に格納されている統合された制御プログラム１８３８を提供する。フラッシュメモリのようなデータメモリは、データパラメータにより構成され得る。メモリは、サーモスタット命令のオン時間及び計算されたオフ時間のような、制御対象の負荷デバイスの動作に関連する取得データを記憶するために用いることができる。クロック１８３４は、オフ状態の間、コントローラのマイクロプロセッサ機能とともに電源が遮断されない実時間クロックである。クロック１８３４は、「オン」状態の開始又は終了の記録に用いることができるタイミングデバイスを提供する。電子コントローラ１８は、「オン」状態及びその継続時間を記録して「オフ」時間を算出することにより、サーモスタットＯＥＭ制御の挙動を学習することができる。サーモスタット信号に基づくデューティーサイクルの「オフ」状態の間、コントローラの信号処理機能は、通常、動作可能ではない。このため、サーモスタットに基づくデューティーサイクルのオフ状態と同時にコントローラが電源を遮断したときの時刻を記録し、負荷ユニットを対象としてサーモスタットにより送信された次の継続的パワーオン信号を遮断した場合にＯＥＭが再び電源投入する次の時刻を記録し、「オフ時間」の期間に対応するこれら２つの記録された時刻の差を計算することにより、「オフ」状態の継続時間を計算することができる。このデータは、マイクロプロセッサの不揮発性のフラッシュメモリ又は他のメモリに記録され得る。上記のように、クロック１８３４は、例えば、実時間デジタルクロックである。クロック１８３４は、バッテリ駆動することができる（例えば、リチウムボタン電池等）。マイクロプロセッサ１８３２、メモリ１８３３及びクロック１８３４は、それら全てが汎用マザーボード１８３０等上に集約され支持される。当該汎用マザーボードは、筐体（不図示）内に収容され、当該筐体は、入出力接続ターミナルピン、コミュニケーションリンク／インターフェース接続ポート（例えば、対応するサイズのＵＳＢプラグを受け付けるミニ、マイクロ又はスタンダードサイズのＵＳＢポート）などを有し、これらについては図９〜１８に関してさらに述べる。

マイクロコントローラ１８３は、例えば、８ビット又は１６ビット、若しくは、より大きなマイクロチップのマイクロプロセッサであり、上述したマイクロプロセッサ、メモリ及びクロック部品を含み、上述した遅延起動コントローラ、需要調整器コントローラ、超過時間コントローラ及び超過サイクルコントローラプログラムの入力及び実行を行うことができる。プログラマブルマイクロコントローラは、商業的に入手可能であり、本書で述べた制御プログラムが当該プログラマブルコントローラへ入力されることにより、所望の制御が提供される。この点に関して適切なマイクロコントローラは、アリゾナ州チャンドラー市のマイクロチップテクノロジ社のような商用ベンダから入手可能なものを含む。この点に関して商業的に入手可能なマイクロコントローラの例には、例えば、マイクロチップテクノロジ社のＰＩＣ１６Ｆ８７Ｘ、ＰＩＣ１６Ｆ８７７、ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ、ＰＩＣ１６Ｆ８８７、ｄｓＰＩＣ３０Ｆ４０１２及びＰＩＣ３２ＭＸ７９５Ｆ５１２Ｌ−８０１／ＰＴ、アナログデバイセズのＡＤＳＰシリーズ、ジェニックのＪＮファミリー、ナショナルセミコンダクタのＣＯＰ８ファミリ、フリースケールの６８０００ファミリー、マキシムのＭＡＸＱシリーズ、テキサスインスツルメンツのＭＳＰ４３０シリーズ、並びに、インテルの８０５１ファミリーなどが含まれる。他に可能性のあるデバイスとしては、ＦＰＧＡ／ＡＲＭ及びＡＳＩＣがある。本書で述べる遅延起動コントローラ、需要調整器コントローラ、超過時間コントローラ及び超過サイクルコントローラプログラムは、マイクロチップテクノロジ社が提供するＭＰＬＡＢＸ統合開発環境のような産業開発ツールを用いて、それぞれのマイクロコントローラへ入力される。

コントローラ１８は、制御対象の負荷ユニットにつながるサーモスタット信号線１５（２４）内に挿入されたスタンドアロンユニットとして図１に示されているが、コントローラの上述したマイクロエレクトロニクスは、サーモスタットユニット又はビル管理システム（ＢＭＳ）内に付加的に組み込まれて集約されてもよい。遅延起動コントローラ、需要調整器コントローラ、超過時間コントローラ及び超過サイクルコントローラを組み込んだアルゴリズム並びに電子デバイスの機能は、サーモスタットの生来のサーモスタット信号制御に加えることができ、あるいは、ビル管理システム（ＢＭＳ）が負荷ユニット又はＨＶＡＣ＆Ｒのユニットに制御を提供する場合におけるＢＭＳソフトウェアに加えることができるので、電子コントローラデバイスが物理的に離れている必要はない。サーモスタット／電子コントローラを組み合わせた構成では、ＯＥＭサーモスタット信号の遮断及びコントローラマイクロエレクトロニクスによるその処理は、改良されたサーモスタットユニットにおいて行うことができ、サーモスタット及び制御対象の負荷ユニットの間においてサーモスタット信号線１５（２４）上に挿入される物理的に分離されたマイクロエレクトロニクスコントローラを必要としない。

図３Ａ及び３Ｂは、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの動作を自動制御するために本発明の電子コントローラ１００が使用するプロセス制御ロジック１００を示す。コントローラ内には、（１）４つのコントローラ、（２）限定モジュール及び（３）制御信号生成器、並びに、図３〜８に示した他の機能が存在している。上述した通り、コントローラは、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムにおいて、ＯＥＭサーモスタット信号が、目的とする負荷ユニットに直接的に到達するのを阻み、そして、これらの信号を遮断することにより、目的とする負荷ユニットに対する最適化された出力信号へ変換するための学習及び処理が行われる。信号取得は時間ベースである。上述した通り、ＯＥＭオン及びオフ時間は、電子コントローラによって決定される。電子コントローラは、時間出力のトリプレット又はトライアドを計算するアルゴリズムを具現化する。当該時間出力は、負荷ユニットへ出力される制御信号に関する遅延時間、オン時間及びオフ時間である。これらの信号は、図３のブロック「信号生成器」において時間履歴信号に変換される。出力信号は、図３Ｂに示す出力ｙ１及びｙ２に用いられているように、０又は１の値をもつバイナリ出力として記録及び処理される。

電子コントローラへの読取可能な入力は、１）ＯＥＭ入力１０５：ＯＥＭチャンネル１（ｃｈ１）（ｕ１：コンプレッサー又はヒータ）、ＯＥＭチャンネル２（ｃｈ２）（ｕ２；ブロワ又はコンプレッサー２又はヒータ２）及びビル管理システム（ＢＭＳ）に集約可能なドライ接点（全て１／０＝オン／オフ）；２）算出値１０６：ＦＰＦ１及びＦＰＦ２（ＯＥＭｃｈ１及びＯＥＭｃｈ２用の第１パスフラグ、ｃｈ１−ｔオフＯＥＭ及びｃｈ２−ｔオフＯＥＭ（ＯＥＭｃｈ１及びｃｈ２オフ時間）、及び、３）パラメータ１０７：サービスツール等からコントローラに入力され、メモリ（例えば、フラッシュメモリ）に記録される設定パラメータを含む。入力チャンネル１（ｕ１）及びチャンネル２（ｕ２）の値は、当該システムにおける２つの異なる負荷ユニットに対する読み出されたＯＥＭ入力に対応する。単一の負荷ユニットに対するサーモスタット制御を有するシステムでは、チャンネル１及びチャンネル２の一つに対するＯＥＭ入力が用いられる。算出値１０６のために、ＯＥＭｃｈ１及びｃｈ２オフ時間は、電子コントローラがアクティブになった最初のときにゼロに初期化され、その後は、遭遇したＯＥＭデューティーサイクル履歴に基づいて計算される。電子コントローラは、そのパラメータ設定１０７を通して構築され、コンプレッサー、加熱炉、ボイラ又は他のＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットを制御する。

電子コントローラ１００は、遅延起動コントローラ１０１、需要調整器コントローラ１０２、超過時間コントローラ１０３及び超過サイクルコントローラ１０４を具現化することができる。これらのプログラムは、電子コントローラのアセンブリ中に、あるいは、使用前のどこかで、ＲＯＭのような電子コントローラのメモリ内にロードされる。需要調整器コントローラ１０２及び超過時間コントローラは、必須であり、遅延起動コントローラ１０１及び超過サイクルコントローラ１０４は、オプションである。これらのコントローラの実行シーケンスがある。遅延起動コントローラ１０１は、それが使用されるならば、最初に実行され、その後に、需要調整器コントローラ１０２及び超過時間コントローラが並列に実行されるが、Ｓ→Ｖボックス１１２における処理のために出力を組み合わせる。超過サイクルコントローラ１０４が、もし含まれるなら、これに続き、限定モジュール１０８、最終的に信号生成器１０９がさらに続く。コントローラの出力は、１）コンプレッサー又はヒーター並びにブロワのそれぞれに対するｙ１及びｙ２（ｃｈ1及びｃｈ2出力；１／０＝オン／オフ）、並びに、２）４つのＬＥＤ信号である。出力ｙ1は、コンプレッサー又はヒーター用のチャンネル１制御信号に一致し、出力ｙ2は、ブロワ用のチャンネル２出力に対応する。出力の書き込み及びＬＥＤの書き込みは、１１０及び１１１に示されている。アルゴリズムは、コントローラが覚醒している期間中、２ｘ／秒、３ｘ／秒、４ｘ／秒又は５ｘ／秒若しくは他の速度のような、１秒当たり１掛ける（ｘ）の一定間隔で実行される。

図４Ａ及び４Ｂは、プロセス制御ロジック１２０Ａ、１２０Ｂ及び１２０Ｃのフローチャートであり、これらのロジックは、電子コントローラの、オプションとして使用可能な超過時間コントローラの動作のためのものである。制御ロジック１２０Ａ及び１２０Ｂは、図４Ａに示され、制御ロジック１２０Ｃは、図４Ｃに示される。図示した通り、プロセス制御ロジック１２０Ｂによって生成された「オンタイム」値、及び、図４Ａに示された制御ロジック１２０Ａにおいてロードされないパラメータは、他の前記算出値及び／又はパラメータに加えて、図４Ａに示された制御ロジックから続く図４Ｂに示されたプロセスフローロジック１２０Ｃにおける入力として用いられる。超過時間（ＥＴ）コントローラは、当該コントローラが継続動作状態（この状態において、OEMは決して停止しない）にある状況において、需要設定値を変更することができる。これが起きるとき、温度設定値が充足されておらず、そのために需要設定値がＯＥＭ制御サイクルまで増加したという仮定が行われる。需要設定値がその最大値に増加し、ＯＥＭが未だサイクルしていない場合、需要設定値を１．０に維持し、コントローラを事実上迂回してＯＥＭが制御することを許可する。この機能は、３つのパラメータ：待機時間＝初期動作のオン時間、この時間の間、何も動作は行われない、及び、水平時間＆最大需要：「待機時間」秒後にＯＥＭが未だサイクルしていなければ、需要設定値は、その初期設定値「需要設定値１」から値：（待機時間後の時間）＊（最大需要−需要設定値１）／（水平時間−待機時間）ごとにリニアに増加される、を有する。このコントローラは、需要設定値を１までリニアに増加させることができ、ＯＥＭがサイクルしていなければ、次のＯＥＭサイクルが発生するまで、需要設定値＝１に設定する。

図５は、プロセス制御ロジック１３０Ａ及び１３０Ｂのフローチャートであり、これらのロジックは、本発明の一例による電子コントローラの遅延起動コントローラの動作のためのものである。図示した通り、プロセス制御ロジック１３０Ａの「要因設定値」及び「生来時間遅延」値は、他の前記算出値及び／又はパラメータに加え、図５に示されたプロセスフローロジック１３０Ｂにおける入力として用いられる。遅延起動（ＤＳ）コントローラは、遅延時間（ｔ遅延速度）を算出する。例えば、ほとんどのＯＥＭサーモスタットは、設定値の華氏±１度（°Ｆ）内への制御を行っており、これは不感帯（Ｔｄｂ）が華氏２度であることを意味する。ＯＥＭサーモスタット設定値が７０°Ｆに設定されれば、領域温度は６９〜７１°Ｆの範囲になる。Ｔｄｂ=２°Ｆ（設定値=７０°Ｆ）、ＯＥＭは領域温度を６９〜７１°Ｆに制御する。要因設定値が１．７５であれば、速度は、不感帯＝１．７５＊２＝３．５°Ｆ（６９°Ｆ〜７２．５°Ｆ）に制御する。２°Ｆの不感帯を超えるために必要な時間は、「ｔオフ領域」（領域のオフ時間）として計測される。不感帯がｄＴ１であり、オフ時間がｔ１であれば、ｄＴ１／ｔ１が、（概ね）等しい（＝）定数として記載される。オフタイム値が倍増されｔ２＝２＊ｔ１になると、不感帯も概ね倍増ｄＴ２＝２＊ｄＴ１されるのに対し、比率は一定=ｄＴ２/ｔ２＝ｄＴ１/ｔ１に維持される。要因は、ｄＴ２/ｄＴ１＝要因＝ｔ２/ｔ１により定義され、要因＊ｔ１＝ｔ２として、あるいは、両辺からｔ１を引いて要因＊ｔ１−ｔ１＝ｔ２−ｔ１として記載される。値ｔ２−ｔ１は、「ｔ遅延速度」として規定される追加的な時間遅延であり、ｔ遅延速度=ｔ１＊（要因−１）により求められる。図５に示された生来時間遅延は、加熱又は冷却のための電気的要求と、機器がサイクルしてオンする時刻との間の遅延時間である。それはＯＥＭ制御において時々存在する。既存システムの生来遅延時間が分からない場合、サーモスタットがオンしてから負荷ユニットがオンするまでの時間を計測することにより、あるいは、推定値を用いて初期化して必要に応じて調整することにより、決定することができる。

ｔ遅延速度の値は、遅延起動コントローラによって算出され、ブロワの制御にも用いられる。ブロワ制御は、コンプレッサーの最初の起動時に起動され、サーモスタットがそれを停止するまで動作状態を維持する。この方法は、ＯＥＭコントローラサイクルの間、ブロワの好ましくないサイクルを防止するが、その初期遅延が節約メカニズムとして優位性を有する。

図６は、プロセス制御ロジック１４０Ａ及び１４０Ｂのフローチャートであり、これらのロジックは、本発明の一例に係る電子コントローラの需要調整器コントローラの動作のためのものである。図示した通り、「要求設定値」、「短サイクル時間」及び「コンプレッサー消費割合」の値は、プロセス制御ロジック１４０Ａによって生成され、他の前記算出値及び／又はパラメータに加え、図６に示したプロセスフローロジック１４０Ｂにおける入力として用いられる。需要調整器コントローラは、コントローラ出力「オン」時間の値、「ｔオン速度値」を算出することにより、需要設定値を得ることができる。需要調整（ＤＲ）コントローラは、コントローラ出力オン時間を算出する。コントローラ出力オン時間は、ｔオン速度のための次の方程式を解くことにより、デューティーサイクル（需要設定値）及びコントローラオフ時間（ｔオフ速度＝短サイクル時間）が与えられる。

需要設定値=（ｔオン速度／（ｔオン速度＋ｔオフ速度））＊コンプレッサー消費，割合＋１−コンプレッサー消費，割合）。ブロワ消費は、（１−コンプレッサー消費，割合）として定義される。最も右側の項は、この計算において、ブロワが常時オンであると仮定している（従って、（1−コンプレッサー消費，割合）が存在）。この機能も、需要設定値をブロワ消費割合（1−コンプレッサー消費，割合）未満にさせる値以下にｔオン速度が低下することを認めるものではない。これが発生すれば、ｔオン速度は０に設定され、効果的にコンプレッサーを停止させる。

上述した通り、需要調整（ＤＲ）コントローラは、負荷ユニットに送られるコントローラ出力「オン」（ｔオン速度）及び「オフ」（ｔオフ速度）時間を調整することにより、所望の電力需要が得られる。理論上、電力需要は、通常、１５分間隔の間における総「オン」時間として算出される。ＤＲコントローラは、速度コントローラが１５分間隔の全ての間、継続的にサイクルする状況である「最悪」需要を推定することができる。最悪需要は、負荷が増加するほど正確になり、より低い負荷ではより正確でなくなるが、常に、実際の需要よりも大きい最悪需要が推定される。ＤＲコントローラは、ｔオフ速度の値を短サイクル時間（例えば、一般に３〜４分）に固定し、所望の需要を満たすためにｔオン速度を調整することができる。

図７Ａ及び７Ｂは、プロセス制御ロジック１５０Ａ、１５０Ｂ及び１５０Ｃのフローチャートであり、これらのロジックは、本発明の一例による電子コントローラの、オプションとして使用可能な超過サイクルコントローラの動作のためのものである。制御ロジック１５０Ａ及び１５０Ｂは、図７Ａに示され、制御ロジック１５０Ｃは、図７Ｂに示される。図示された通り、プロセス制御ロジック１５０Ａの「１時間当たり機器起動最大」値は、プロセス制御ロジック１５０Ｂにおいて用いられ、プロセス制御ロジック１５０Ｂによって生成される「ｔオン速度」値、並びに、プロセス制御ロジック１５０Ａによって生成される「需要設定値」及び「コンプレッサー消費要因」値は、前記算出値及び／又はパラメータに加え、図７Ａに示された制御ロジックから続く図７Ｂに示されたプロセスフローロジック１５０Ｃにおける入力として用いられる。超過サイクルコントローラは、１時間当たり機器起動最大（MAX）を充足するために、ｔオン速度を増加することができる。超過サイクル（ＥＣ）コントローラは、ｔオン速度及びｔオフ速度を調整することにより、最大（ＭＡＸ）値を超えないように、１時間当たり機器起動の回数を制御する。最初に、超過サイクルコントローラは、１時間当たり機器起動の回数がＭＡＸを超えているかどうかを決定する。超過していれば、その後、実際の１時間当たり機器起動回数＜MAX値になるまでｔオン速度が増加される。ｔオン速度の増加後に需要設定値が未だ得られていない場合、ｔオフ速度は、その後、実需要（ｔオン速度／（ｔオン速度＋ｔオフ速度）に等しい）≦需要設定値になるまで増加される。従って、ｔオン速度が変更されたが、需要が満たされていない場合、ｔオフ速度は、その後、需要設定値を充足するように更に調整される。

図８Ａ及び８Ｂは、プロセス制御ロジック１７０Ａ及び１７０Ｂのそれぞれのフローチャートであり、これらのロジックは、本発明の一例による電子コントローラを用いる機器起動を限定するためのものである。図示した通り、図８Ａのプロセス制御ロジック１７０Ａによって生成される「動作モード」は、前記他の算出値及び／又はパラメータに加えて、図８Ｂに示されたプロセスフローロジック１７０Ｂにおいて入力として用いられる。この機能は、ｔオン速度、ｔオフ速度及びｔ遅延速度に最少（ＭＩＮ）及び最大（ＭＡＸ）限界を与える。ドライ接点入力は、以下のように規定される動作モードを選択するために用いられる：１＝拡張（超過暖房又は冷却の要求）、０＝通常。ドライ接点入力は、電子コントローラによって制御されるｔ遅延、ｔオン及びｔオフ（「速度」）値を限定するために、通常又は拡張設定のいずれを用いるのかを選択するために使用される。有効ドライ接点：１／０＝ドライ接点入力が可能／不可能。ドライ接点入力＝１／０＝オープン回路／クローズド回路。直流インバータは、ドライ接点入力信号の極性反転を許可する。直流インバータ＝「オフ」＝０のとき、動作モードは、ドライ接点入力値に設定される。ドライ接点入力＝１のとき、拡張設定が用いられる。ドライ接点入力＝０のとき、通常設定が用いられる。直流インバータ＝「オン」＝１のとき、動作モードは、（ドライ接点入力）値のない設定値にされる。ドライ接点入力＝１のとき、通常設定が用いられる。ドライ接点入力＝０のとき、拡張設定が用いられる。

暖房アプリケーションにおける一例として

暖房アプリケーションでは、ＯＡＴ上の５５°Fスナップセンサが、超過暖房要求の検知に用いられ、当該センサは、温度＜５５°Ｆにおいて閉じ、温度＞５５°Ｆにおいて開き、ドライ接点入力＝０／１（クローズ／オープン＝拡張／通常）＝５５°Ｆ未満／５５°Ｆ超＝拡張値／通常値であり、ＤＣインバータ＝オフに設定する。

冷却アプリケーションでは、ＯＡＴ上の８５°Ｆスナップセンサが、超過冷却要求の検知に用いられ、当該センサは、温度＞８５°Ｆにおいて閉じ、温度＜８５°Ｆにおいて開き、ドライ接点入力=１／０（オープン／クローズ＝通常／拡張）＝８５°Ｆ未満／８５°Ｆ超＝通常値及び拡張値であり、及び、ＤＣインバータ＝オンに設定する。

ヒートポンプアプリケーションでは、蒸発器ライン上の５５°Ｆスナップセンサが、ヒートポンプが冷却又は暖房動作中であるか否かの検出に用いられ、当該センサは、温度＜５５°Ｆ（冷却用）において閉じ、温度＞５５°Ｆ（暖房用）において開き、ドライ接点入力=０／１（クローズ／オープン＝通常／拡張）＝５５°Ｆ未満／５５°Ｆ超であり、拡張値は暖房に用いられ、通常値は冷却に用いられ、直流インバータ＝オフに設定する。

図８Ｃ及び８Ｄは、プロセス制御ロジック１８０Ａ及び１８０Ｂのそれぞれのフローチャートであり、これらのロジックは、図３Ｂに示された電子コントローラの信号生成器１０９の動作のためのものである。図示した通り、図８Ｃのプロセス制御ロジック１８０Ａによって生成される「速度サイクル時間」値は、前記他の算出値及び／又はパラメータに加えて、図８Ｃに示された制御ロジックから続く図８Ｄに示されたプロセスフローロジック１８０Ｂにおいて入力として用いられる。単純化のために、図８Ｃ〜８Ｄでは、２つのチャンネルのうち１つのみが図示されている（入力ｕ１及び出力ｙ１を有するチャンネル１）。第２チャンネル２（入力ｕ２及び出力ｙ２を有するチャンネル２）は、チャンネル１のために図示されているのと同様に処理される。信号生成器１０９は、上述したＤＳ及びＤＲコントローラによって算出された時間トリプレット（ｔ遅延速度1、ｔオン速度１及びｔオフ速度１）の機能として、バイナリ変調された制御信号を生成するように機能することができる。信号生成器は、次のように動作することができる。ＯＥＭ制御信号がオフからオンへ変遷するとき、第１パスフラグ（ＦＰＦ１）がパルス化され、図８Ｃのタイマ機能「ｕＯＥＭオン時間タイマ」が動き始め、ＯＥＭ制御信号の「オン時間」を測定する。「オン時間」が「ｔ遅延速度１」値を超えるとすぐに、「サイクルタイマ」機能は「速度サイクル時間」の算出を開始する。「速度サイクル時間」は、望ましいサイクル期間「ｔオン速度１＋ｔオフ速度１」を超える各時間をリセットして０にする。「ｙ１」制御信号は、「オン時間」≧「ｔ遅延速度１」及び「速度サイクル時間」＜「ｔオン速度１」のときにオンであり、そうでないときにはオフである。

種々のコントローラ及びモジュールの機能、並びに、図３、４Ａ〜Ｂ、５、６、７Ａ〜Ｂ及び８Ａ〜Ｄの何れかに示されたプロセス制御ロジックの他の特徴は、電子コントローラの前記マイクロプロセッサで実行可能なソフトウェアを用いて実現される。

図３、８Ｃ及び８Ｄに示された信号生成器１０９の動作を図示する図８Ｅを参照すると、ＯＥＭ信号ｕ１は、次の設定を用いる一例における信号生成器に適用される。ｔ遅延速度１=２０秒、ｔオン速度１＝１０秒及びｔオフ速度１＝２０秒である。ｕ１及びｙ１時間履歴は、図８Ｅに示されている。ｕ１信号の与えられたサイクルに対し、ｙ１信号は、最初にｔ遅延速度１＝２０秒を伴って生成され、その後、１０秒オン（ｔオン速度１）のシーケンスを繰り返し、更にその後、２０秒オフ（ｔオフ速度１）となる。ｙ１信号は、ｕ１信号がオフになるときに、オフになる。前記図におけるｕ１信号は、サイクルの間に増加するオン時間を伴って生成され、それゆえに、最初のｕ１サイクル及びその後の３つのｙ１サイクルには、２つのｙ１サイクルだけがある。

１０例のインストール設定のそれぞれに対する終端配線は、図９〜図１８を参照しつつ以下に示されている。図９〜１８の図の全てに対し、電子コントローラ１０１８は、異なる機器構成をサポートするように配線された２つの独立した制御チャンネルを提供する。第１ピンモジュール１００１を参照すると、第１チャンネル１００１Ａは、ピン１〜３の１つを備え、第２チャンネル１００１Ｂは、そのピン４〜６の１つを備える。負荷ユニットへの出力線は、ピン４〜６の１つから延伸するように示される。第１チャンネル１００１Ａ及び第２チャンネル１００１Ｂは、特に、図９のみに示されており、これらのチャンネルに対する同一表示のピン割当は、図１０〜１８のそれぞれにおいて電子コントローラ１０１８内に示されたような類似するピンモジュール１００１に適用可能であると理解できる。加えて、コントローラは、既存のＢＭＳシステムのような、コントローラのリモート制御に用いられる分離「ドライ接点」入力チャンネルを提供する。第２ピンモジュール１０１０を参照すれば、そのピン１〜２が、このドライ接点入力モジュールに用いられている。通信ポート１０２０は、これらの図では、ミニＵＳＢポート（例えば、カメラサイズＵＳＢポート）として示されているが、それに限定されない。サービスツール（不図示）は、ポート１０２０を介してコントローラとの通信リンクを確立することにより、パラメータ等を電子コントローラ１０１８内へ取り込み／入力するために使用される。電子コントローラ１０１８は、上述した遅延起動コントローラ、需要調整器コントローラ、超過時間コントローラ及び超過サイクルコントローラのプログラムを備え、これらのプログラムは、その組み立て中及び現地における設置前に、コントローラのオンボードメモリ内に予めロードされる。

図９は、本発明の一例による電子コントローラを用いる単一ステージ冷却アプリケーションのための電気接続図１０００である。この構成に対する終端配線は、図に示されている。単一の空調サーモスタットが１つのＨＶＡＣ冷却デバイス（コンプレッサー）の制御に用いられるときに、この構成が使用される。この構成は、複数のサーモスタットをサポートし、これらのサーモスタットは、暖房又は冷却動作のいずれかを選択する手動スイッチを提供する。コンプレッサーは、蒸気圧縮冷却／冷凍システムにおける使用に適したコンプレッサーである。コンプレッサーは、当該コンプレッサーを駆動するのに用いられる電気モータ（不図示）を含むことができる。電気モータ自身は、このような負荷ユニットを駆動するのに使用され又は活用できる従来型の電気モータ又は他の適した電気モータである。

サーモスタットは、ビル内のいくつかの位置に配置され、周囲の空気の温度を検知し、選択された快適設定よりも温度が高ければ、空調ユニットをアクティブにするための信号を送信する。上述した通り、本発明では、コントローラがサーモスタット信号を遮断し、当該信号が電子コントローラに電源を投入することにより、そのプログラムされたアルゴリズムに従って当該信号が処理された後、コントローラ処理された出力信号を負荷ユニットへ送る。空調ユニットは、通常、閉じられた冷却システム（不図示）において、互いに接続されたコンプレッサー、凝縮器及び蒸発器を備える。冷却サイクル自身は、よく知られている（例えば、その全体を参照して本明細書に援用されている米国特許第４，０９４，１６６号を参照）。基本的に、ガス状の冷媒は、コンプレッサーから凝縮器コイルへ運ばれ、そこで熱を放出し、その後、拡張バルブを通って蒸発器コイルへ送られ、蒸発器ファンによってその向こう側を通る循環空気から熱を吸収する。周囲の空気が選択されたレベルまで冷却されたことをサーモスタットが検知したとき、周囲の空気が更なる冷却が必要となるレベルに再び到達するまで、サーモスタットは、オフ状態になり、コンプレッサー、蒸発器ファン及びコンデンサファンを停止させる。上述した通り、本発明の電子コントローラは、サーモスタットが負荷ユニットへの信号送信を停止したとき、サーモスタットが次の起動信号を同じ負荷ユニットへ送信するまでスリープする。サーモスタット信号は、上述した通り、コントローラによって遮断され、当該信号が電子コントローラに電源を投入することにより、そのプログラムされたアルゴリズムに従って当該信号が処理された後、コントローラ処理された出力信号を負荷ユニットへ送る。上述した通り、不感帯は、通常、サーモスタットにおける制御温度設定に適用されるが、当該不感帯は、電子コントローラによって効果的に変更されることにより、制御された方法により、エネルギー節約を増加させることができる。

図１０は、本発明の一例による電子コントローラを用いる二重冷却アプリケーションのための電気接続図１１００である。この構成に対する終端配線は、図に示されている。単一サーモスタットが、この例では２つのコンプレッサーである２つのＨＶＡＣ冷却デバイスの制御に用いられるときに、この構成が使用される。この構成も、複数のサーモスタットをサポートし、これらのサーモスタットは、暖房又は冷却動作のいずれかを選択する手動スイッチを提供する。

図１１は、本発明の一例による電子コントローラを用いる単一ステージガス暖房アプリケーションのための電気接続図１２００である。この構成に対する終端配線は、図に示されている。単一サーモスタットが、単一ステージガス加熱デバイスの制御に用いられるときに、この構成が使用される。この構成も、複数のサーモスタットをサポートし、これらのサーモスタットは、暖房又は冷却動作のいずれかを選択する手動スイッチを提供する。

図１２は、本発明の一例による電子コントローラを用いる二重ステージガス暖房アプリケーションのための電気接続図１３００である。この構成に対する終端配線は、図に示されている。単一サーモスタットが、二重ステージガス加熱デバイスの制御に用いられるときに、この構成が使用される。この構成も、複数のサーモスタットをサポートし、これらのサーモスタットは、暖房又は冷却動作のいずれかを選択する手動スイッチを提供する。

図１３は、本発明の一例による電子コントローラを用いる単一ステージ電気暖房アプリケーションのための電気接続図１４００である。この構成に対する終端配線は、図に示されている。単一サーモスタットが、１つの単一ステージ電気加熱デバイスの制御に用いられるときに、この構成が使用される。この構成も、複数のサーモスタットをサポートし、これらのサーモスタットは、暖房又は冷却動作のいずれかを選択する手動スイッチを提供する。

図１４は、本発明の一例による電子コントローラを用いる二重ステージ電気暖房アプリケーションのための電気接続図１５００を示す。この構成に対する終端配線は、図に示されている。単一サーモスタットが、二重ステージ電気加熱デバイスの制御に用いられるときに、この構成が使用される。この構成も、複数のサーモスタットをサポートし、これらのサーモスタットは、暖房又は冷却動作のいずれかを選択する手動スイッチを提供する。

図１５は、本発明の一例による電子コントローラを用いる電気暖房付の冷却アプリケーションのための電気接続図１６００である。この構成に対する終端配線は、図に示されている。二重サーモスタットが、空調コンプレッサー及び電気加熱デバイスの制御に用いられるときに、この構成が使用される。この構成も、複数のサーモスタットをサポートし、これらのサーモスタットは、暖房又は冷却動作のいずれかを選択する手動スイッチを提供する。コントローラ１０１８は、ＢＭＳ又は他の類似システム（不図示）からの入力によってリモートで制御され得る。この機能が必要とされる場合、「ドライ接点」入力１０１０が使用される。図１５も、オプションの外部温度センサをドライ接点入力に接続するための終端配線を含んでいる。

図１６は、本発明の一例による電子コントローラを用いるガス暖房付の冷却アプリケーションのための電気接続図１７００である。この構成に対する終端配線は、図に示されている。二重サーモスタットが、空調コンプレッサー及びガス加熱デバイスの制御に用いられるときに、この構成が使用される。この構成も、複数のサーモスタットをサポートし、これらのサーモスタットは、暖房又は冷却動作のいずれかを選択する手動スイッチを提供する。コントローラ１０１８は、ＢＭＳ又は他の類似システム（不図示）からの入力によってリモートで制御され得る。図１５の構成と同様、この機能が必要とされる場合、「ドライ接点」入力が使用される。図１６も、オプションの外部温度センサをドライ接点入力に接続するための終端配線を含んでいる。

図１７は、本発明の一例による電子コントローラを用いる電気暖房付のヒートポンプアプリケーションのための電気接続図１８００である。この構成に対する終端配線は、図に示されている。二重サーモスタットが、補助的電気加熱デバイスを有するヒートポンプコンプレッサーの制御に用いられるときに、この構成が使用される。この構成も、複数のサーモスタットをサポートし、これらのサーモスタットは、暖房又は冷却動作のいずれかを選択する手動スイッチを提供する。コントローラ１０１８は、ＢＭＳ又は他の類似システム（不図示）からの入力によってリモートで制御され得る。図１５及び１６の構成と同様、この機能が必要とされる場合、「ドライ接点」入力が使用される。図１７も、オプションの外部温度センサをドライ接点入力に接続するための終端配線を含んでいる。

図１８は、本発明の一例による電子コントローラを用いるボイラアプリケーションのための電気接続図１９００である。この構成に対する終端配線は、図に示されている。単一サーモスタットが、１つの単一ステージボイラ暖房デバイスの制御に用いられるときに、この構成が使用される。

これらの方法により、例えば、上述した遅延起動コントローラ、需要調整器コントローラ、超過時間コントローラ及び超過サイクルコントローラのプログラムを有する電子コントローラは、強化された制御信号を自動生成するアルゴリズムを用いて、サーモスタットの制御信号を遮断及び処理することができる。他の利益及び優位性において、既存のＨＶＡＣ＆Ｒシステムは、例えば、本願において図示したようなコントローラを実装することにより、暖房、冷却及び冷凍機器のエネルギー消費を改善し、エネルギーコストを削減することができる。

本発明は、任意の順序及び／又は組み合わせにおいて、以下の態様／実施形態／特徴を含む。
１． 本発明は、暖房、換気、空調又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの自動制御用の電子コントローラデバイスに係り、以下のものによって構成される。
少なくとも１つのサーモスタット信号線を取り付けるための少なくとも１つの入力コネクタと、前記コントローラデバイスから負荷ユニットへ制御信号を出力するための少なくとも１つの信号線を取り付けるための少なくとも１つの出力コネクタとを備え、前記コントローラデバイスは、前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの負荷ユニットに対するサーモスタット命令を遮断することが可能であり、
さらに、負荷ユニットをパワーオンするための信号の送信を遅延させることが可能であり、また、選択され調整された空間温度変化を実現する遅延始動コントローラと、
選択された電力需要を得るためにオン時間及びオフ時間を計算することが可能な需要調整器コントローラ。
２． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかのコントローラデバイスは、コンプレッサー、ブロワ又はヒーターの少なくとも１つに対するサーモスタット命令を遮断することが可能である。
３． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかのコントローラデバイスは、コンピュータ読取可能な記憶媒体と、プログラム可能なマイクロプロセッサと、リアルタイムクロックとを備え、前記遅延起動コントローラ及び需要調整器コントローラは、前記コンピュータ読取可能な記憶媒体にプログラムとして記録され、前記マイクロプロセッサにおいて実行可能であり、前記コントローラデバイスは、前記リアルタイムクロックを参照してＯＥＭパワーオン時間を記録する。
４． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかのコントローラデバイスは、前記遅延起動コントローラが、負荷ユニットを起動するための信号の送信を遅延させることが可能であり、サーモスタットのＯＥＭ温度不感帯設定が、ＯＥＭ温度不感帯を置換する領域温度不感帯を求めるために、１以上である数値を有する選択された係数が乗算される。
５． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかのコントローラデバイスは、前記要求調整器コントローラが、コントローラオフ時間値を固定値に設定することが可能であるとともに、１００％及び０％需要の間の選択された電力需要設定値を満たすコントローラオン時間値を調整することが可能である。
６． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかのコントローラデバイスは、少なくとも１つの超過時間コントローラ及び超過サイクルコントローラをさらに備える。
７． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかのコントローラデバイスは、前記遅延起動コントローラ及び需要調整器コントローラと少なくとも部分的に協働して、前記電子コントローラデバイスによって遮断されたサーモスタット命令に対し、信号処理アルゴリズムのアプリケーションに少なくとも部分的に基づいて、制御信号を生成することが可能である信号生成器をさらに備える。
８． 本発明は、暖房、換気、空調又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムに係り、当該システムは、暖房、換気、空調又は冷凍ユニットと、前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムのサーモスタット制御信号を遮断し、そこにアルゴリズムを適用して前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの負荷ユニットに対する出力制御信号を生成する請求項１の前記電子コントローラデバイスとを備える。
９． 本発明は、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの自動制御システムに係り、当該システムは、
サーモスタットと、
電子コントローラデバイスと、
電力供給線に接続された少なくとも１つの負荷ユニットとを備え、
前記電子コントローラデバイスは、ａ）少なくとも１つのサーモスタット信号線を取り付けるための少なくとも１つの入力コネクタと、前記コントローラデバイスから負荷ユニットへ制御信号を出力するための少なくとも１つの信号線を取り付けるための少なくとも１つの出力コネクタとを有し、前記コントローラデバイスは、前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの負荷ユニットに対するサーモスタット命令を遮断することが可能であり、さらに、ｂ）負荷ユニットをパワーオンするための信号の送信を遅延させることが可能であり、また、選択され調整された空間温度変化を実現する遅延始動コントローラと、ｃ）選択された電力需要を得るためにオン時間及びオフ時間を計算することが可能な需要調整器コントローラとを有する。
１０． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかのシステムは、前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの多重負荷ユニットが、前記電子コントローラによって同時に制御される。
１１． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかのシステムは、前記遅延起動コントローラ及び需要調整器コントローラと少なくとも部分的に協働して、前記電子コントローラデバイスによって遮断されたサーモスタット命令に対し、信号処理アルゴリズムのアプリケーションに少なくとも部分的に基づいて、制御信号を生成することが可能である信号生成器をさらに備える。
１２． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかのシステムは、少なくとも前記遅延起動コントローラ及び前記需要調整器コントローラを組み込んだアルゴリズムは、前記サーモスタットのサーモスタットソフトウェア又はビル管理システム（ＢＭＳ）ソフトウェアに加えられ、ＢＭＳが前記少なくとも１つの負荷ユニットに対し制御を提供する。
１３． 本発明は、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムにおいて電気で駆動される少なくとも１つの負荷ユニットの電力使用及び／又は負荷需要並びに動作を自動的に制御及び管理する方法に係り、当該方法は、
負荷ユニットのためのサーモスタットと、前記負荷ユニットのための機器負荷制御スイッチとの間の制御信号線にコントローラデバイスを電気的に接続し、前記コントローラデバイスは、ａ）少なくとも１つのサーモスタット信号線を取り付けるための少なくとも１つの入力コネクタと、前記コントローラデバイスから負荷ユニットへ制御信号を出力するための少なくとも１つの信号線を取り付けるための少なくとも１つの出力コネクタとを有し、前記コントローラデバイスは、前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの負荷ユニットに対するサーモスタット命令を遮断することが可能であり、さらに、ｂ）負荷ユニットをパワーオンするための信号の送信を遅延させることが可能であり、また、選択され調整された空間温度変化を実現する遅延始動コントローラと、ｃ）選択された電力需要を得るためにオン時間及びオフ時間を計算することが可能な需要調整器コントローラとを有し、
前記コントローラデバイスにおいて、冷却、冷凍又は暖房のための前記サーモスタットからの少なくとも１つのサーモスタット命令を遮断し、
前記電子コントローラによるアルゴリズムを前記遮断されたサーモスタット命令に適用することにより、出力信号として、調整された制御信号を生成し、あるいは、前記ＯＥＭ信号を承認し、
前記負荷ユニットの動作を制御する負荷ユニットスイッチへ前記コントローラデバイスによって生成された前記出力信号を出力し、
ｅ）前記エネルギー消費及び／又は需要消費の節約を推定するステップを備える。
１４． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかの方法は、前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの前記負荷ユニットが、コンプレッサー、ブロワ、ガス式、オイル式又は電気式のヒーター、若しくは、ボイラによって構成される。
１５． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかの方法は、前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの多重負荷ユニットが、前記電子コントローラによって同時に制御される。

本発明は、これらの様々な特徴、若しくは、上記及び／又は以下の文章及び／又は段落において明記された実施形態の組み合わせを含むことができる。ここに開示された特徴のいかなる組み合わせも本発明の一部とみなされ、組み合わせ可能な特徴に関して、限定することを意図していない。

本発明は、本発明の例示を目的とする次の実施例により、さらに明確になるであろう。

［実施例１］

性能は次のように評価された。単一サーモスタットを使用して、図９に示されたような１つのコンプレッサーを制御する単一ステージ冷却システムの動作のシミュレーションが、電子コントローラを備える場合、また、電子コントローラを備えない（ＯＥＭ制御のみ）場合について、実施された。シミュレーションは、米国マサチューセッツ州ウェストフォードのヴィジュアルソリューションから入手したヴィスシムソフトウェアを用いて開発されたコンピュータモデル上で実行された。開発されたプログラムは、図３〜８に示したプロセス制御ロジックを利用する電子コントローラの動作と、単独で動作するＯＥＭサーモスタット制御（電子コントローラを有しない）の動作とをシミュレーションするためのものである。改良されたモデルは、上述した単一ステージ冷却設定が行われ、あるいは、現地に独立のＯＥＭサーモスタットを有する同一機器の動作から得られた実データに部分的に基づいている。シミュレーションモデルは、現地データと一致するように較正される。

要因設定値に従う電子コントローラの能力は、温度調整の観点から、図１９に示された履歴グラフに表わされている。要因設定値は、最初に２．７に設定され、需要設定値は０．８に設定され、１時間当たり機器起動は７に設定される。２．７の要素設定値は、目的領域温度が２．７＊２度＝５．４度の不感帯を横切って変化すべきことを意味し、今回は、シミュレーションが行われる領域温度が６８及び７１．７５度の間で変化し、３．７５度の不感帯を受け入れ可能である。タイム１００００秒において、要因設定値は、減少して１．５（３度の領域温度変化に相当し、シミュレーションされた変化は６８から７１度、つまり、３度であった）になり、その後に増大してタイム２００００秒では２．７に戻り、その後に減少してタイム６００００秒では１．５に戻った。これらの温度は、全て°Ｆを参照している。

需要設定値に従う電子コントローラの能力は、温度調整の観点から、図２０に示された履歴グラフに表されている。需要設定値は、減少してタイム４００００秒のときに６０％になったが、その後に増加してタイム５００００秒のときに８０％まで戻った。需要設定値の追従は受け入れ可能であるが、タイム６５０００及び８００００秒の間、「オン」及び「オフ」時間が動作の限定された状態（これらの限定は、可変であるが、機器へのダメージを防止するために実施されている）にあったため、需要設定値を補足することができなかった。また、タイム４００００及び５００００の間において、右上に時間履歴グラフが見られるように、需要設定値が減少しているので、温度について逆効果になっている。
需要設定値が減少しているので、当該機器は、低い頻度で動作し、空調スペースの温度は増加する。

図２０は、ＤＲコントローラの需要追従性能を示す。

図２１に示したグラフは、ＤＳコントローラによって算出された時間遅延（ｔ遅延速度）、並びに、需要設定値及び要因設定値が変化したのでＤＲコントローラにより算出された「オン」及び「オフ」時間（ｔオン速度及びｔオフ速度）が表されている。

時間当たりの機器起動は、図２３に示した時間履歴において示される。時間当たりの起動は、タイム６５０００秒まで７回に固定され、そこで３回に減少され、その後、タイム８００００秒のときに６回に戻る。コントローラは、許容された時間当たり機器起動の最大を超過しないように設計されている。

図２２は、同一負荷状態における同一機器で動作するＯＥＭ制御と比較した本発明による制御下のコンプレッサー及びブロワのエネルギー消費を示している。

図２３は、時間当たりのコンプレッサー起動を示しており、説明を要しない。

図２４は、本発明の一例による電子コントローラを含むＨＶＡＣ＆Ｒシステムにおける負荷デバイスの図１９に示されたシミュレーションによる制御に対し、類似する動作期間におけるＯＥＭエネルギー要求の正規化された割合（％）として、エネルギー節約を示すグラフである。この図の場合のエネルギー節約は、約２０％である。

本開示において引用される全ての文献の全内容は、それらの全体を参照してここに援用する。さらに、量、濃度、その他の値又はパラメータは、範囲、好ましい範囲、又は、上側の好適値及び下側の好適値のリストのいずれかとして与えられる。このことは、どの範囲が具体的に開示されているかに拘わらず、任意の上側の範囲限度又は好適値と、任意の下側の範囲限度又は好適値との任意のペアから形成される範囲の全てを開示していると理解されるべきである。ここに数値の範囲が開示されている場合、特に明記しない限り、その範囲は、端点を含み、また、その範囲内の全ての整数及び小数を含んでいる。範囲を定義するときに挙げられた具体的な数値へ発明の範囲を限定することは意図していない。

本発明の他の実施形態は、本明細書の考察、及び、ここに開示された本発明の実施によって、当業者には自明である。本明細書および実施例は、下記の特許請求の範囲及びその均等物によって示される発明の真の範囲及び精神のみを備えた例示として理解されることを意図している。

Claims (15)

1. 暖房、換気、空調又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの自動制御用の電子コントローラデバイスにおいて、
   少なくとも１つのサーモスタット信号線を取り付けるための少なくとも１つの入力コネクタと、前記電子コントローラデバイスから負荷ユニットへ制御信号を出力するための少なくとも１つの信号線を取り付けるための少なくとも１つの出力コネクタとを備え、前記電子コントローラデバイスは、前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの負荷ユニットに対するサーモスタット命令を遮断することが可能であり、
   さらに、負荷ユニットをパワーオンするための信号の送信を遅延させることが可能であり、また、選択され調整された空間温度変化を実現する遅延起動コントローラと、
   選択された電力需要を得るためにオン時間及びオフ時間を計算することが可能な需要調整器コントローラとを備える電子コントローラデバイス。
2. コンプレッサー、ブロワ又はヒーターの少なくとも１つに対するサーモスタット命令を遮断することが可能である請求項１に記載の電子コントローラデバイス。
3. コンピュータ読取可能な記憶媒体と、プログラム可能なマイクロプロセッサと、リアルタイムクロックとを備え、前記遅延起動コントローラ及び需要調整器コントローラは、前記コンピュータ読取可能な記憶媒体にプログラムとして記録され、前記マイクロプロセッサにおいて実行可能であり、前記電子コントローラデバイスは、前記リアルタイムクロックを参照してＯＥＭパワーオン時間を記録する請求項１に記載の電子コントローラデバイス。
4. 前記遅延起動コントローラは、負荷ユニットを起動するための信号の送信を遅延させることが可能であり、サーモスタットのＯＥＭ温度不感帯設定は、ＯＥＭ温度不感帯を置換する領域温度不感帯を求めるために、１以上である数値を有する選択された係数が乗算される請求項１に記載の電子コントローラデバイス。
5. 前記需要調整器コントローラは、コントローラオフ時間値を固定値に設定することが可能であるとともに、１００％及び０％の間の選択された電力需要設定値を満たすコントローラオン時間値を調整することが可能である請求項１に記載の電子コントローラデバイス。
6. 少なくとも１つの超過時間コントローラ及び超過サイクルコントローラをさらに備える請求項１に記載の電子コントローラデバイス。
7. 前記遅延起動コントローラ及び需要調整器コントローラと少なくとも部分的に協働して、前記電子コントローラデバイスによって遮断されたサーモスタット命令に対し、信号処理アルゴリズムのアプリケーションに少なくとも部分的に基づいて、制御信号を生成することが可能である信号生成器をさらに備える請求項１に記載の電子コントローラデバイス。
8. 暖房、換気、空調又は冷凍ユニットと、前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムのサーモスタット制御信号を遮断し、そこにアルゴリズムを適用して前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの負荷ユニットに対する出力制御信号を生成する請求項１の前記電子コントローラデバイスとを備える暖房、換気、空調又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システム。
9. サーモスタットと、
   電子コントローラデバイスと、
   電力供給線に接続された少なくとも１つの負荷ユニットとを備え、
   前記電子コントローラデバイスは、ａ）少なくとも１つのサーモスタット信号線を取り付けるための少なくとも１つの入力コネクタと、前記電子コントローラデバイスから負荷ユニットへ制御信号を出力するための少なくとも１つの信号線を取り付けるための少なくとも１つの出力コネクタとを有し、前記電子コントローラデバイスは、暖房、換気、空調又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの負荷ユニットに対するサーモスタット命令を遮断することが可能であり、さらに、ｂ）負荷ユニットをパワーオンするための信号の送信を遅延させることが可能であり、また、選択され調整された空間温度変化を実現する遅延起動コントローラと、ｃ）選択された電力需要を得るためにオン時間及びオフ時間を計算することが可能な需要調整器コントローラとを有するＨＶＡＣ＆Ｒシステムの自動制御システム。
10. 前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの多重負荷ユニットが、前記電子コントローラデバイスによって同時に制御される請求項９に記載のシステム。
11. 前記遅延起動コントローラ及び需要調整器コントローラと少なくとも部分的に協働して、前記電子コントローラデバイスによって遮断されたサーモスタット命令に対し、信号処理アルゴリズムのアプリケーションに少なくとも部分的に基づいて、制御信号を生成することが可能である信号生成器をさらに備える請求項９に記載のシステム。
12. 少なくとも前記遅延起動コントローラ及び前記需要調整器コントローラを組み込んだアルゴリズムは、前記サーモスタットのサーモスタットソフトウェア又はビル管理システム（ＢＭＳ）ソフトウェアに加えられ、ＢＭＳが前記少なくとも１つの負荷ユニットに対し制御を提供する請求項９に記載のシステム。
13. ＨＶＡＣ＆Ｒシステムにおいて電気で駆動される少なくとも１つの負荷ユニットの電力使用及び／又は負荷需要並びに動作を自動的に制御及び管理する方法であって、
    負荷ユニットのためのサーモスタットと、前記負荷ユニットのための機器負荷制御スイッチとの間の制御信号線に電子コントローラデバイスを電気的に接続し、前記電子コントローラデバイスは、ａ）少なくとも１つのサーモスタット信号線を取り付けるための少なくとも１つの入力コネクタと、前記電子コントローラデバイスから負荷ユニットへ制御信号を出力するための少なくとも１つの信号線を取り付けるための少なくとも１つの出力コネクタとを有し、前記電子コントローラデバイスは、前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの負荷ユニットに対するサーモスタット命令を遮断することが可能であり、さらに、ｂ）負荷ユニットをパワーオンするための信号の送信を遅延させることが可能であり、また、選択され調整された空間温度変化を実現する遅延起動コントローラと、ｃ）選択された電力需要を得るためにオン時間及びオフ時間を計算することが可能な需要調整器コントローラとを有し、
    前記電子コントローラデバイスにおいて、冷却、冷凍又は暖房のための前記サーモスタットからのＯＥＭ信号を構成する少なくとも１つのサーモスタット命令を遮断し、
    前記電子コントローラデバイスによるアルゴリズムを前記遮断されたサーモスタット命令に適用することにより、出力信号として、調整された制御信号を生成し、あるいは、前記ＯＥＭ信号を承認し、
    前記負荷ユニットの動作を制御する負荷ユニットスイッチへ前記電子コントローラデバイスによって生成された前記出力信号を出力し、
    ｅ）エネルギー消費及び／又は需要消費の節約を推定するステップを備えた方法。
14. 前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの前記負荷ユニットは、コンプレッサー、ブロワ、ガス式、オイル式又は電気式のヒーター、若しくは、ボイラによって構成される請求項１３に記載の方法。
15. 前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの多重負荷ユニットは、前記電子コントローラデバイスによって同時に制御される請求項１３に記載の方法。

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