(57)【要約】【課題】  容量限界を設けた可変冷媒流量システムを提供する。【解決手段】  可変冷媒流量システムは、１つ以上の室外ユニットと、１つ以上の室外ユニットから冷媒を受け取るように構成された複数の室内ユニットの第１の室内ユニットと、を含む。第１の室内ユニットは、第１の建物ゾーンにサービスを提供するように構成される。可変冷媒流量システムはまた、第１の室内ユニットによる第１の建物ゾーンの暖房又は冷房を要求するユーザコマンドを受け取るように構成されたユーザ入力装置も含む。可変冷媒流量システムはまた、コントローラも含み、これは、ユーザ入力装置からコマンドを受け取り、エネルギーの現在価格の表示を受け取り、コマンドを受け取ったことに応答して、１つ以上の室外ユニットの容量に対する制約をエネルギーの現在価格に基づいて生成し、１つ以上の室外ユニットを制御して制約に従って動作させるように構成される。【選択図】図３
2020038050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変冷媒流量システムであって、
１つ以上の室外ユニットと、
前記１つ以上の室外ユニットから冷媒を受け取るように構成された複数の室内ユニットの第１の室内ユニットであって、第１の建物ゾーンにサービスを提供するように構成された第１の室内ユニットと、
前記第１の室内ユニットによる前記第１の建物ゾーンの暖房又は冷房を要求するユーザコマンドを受け取るように構成されたユーザ入力装置と、
コントローラと
を含み、
前記コントローラは、
前記ユーザ入力装置からの前記コマンドを受け取ることと、
エネルギーの現在価格の表示を受け取ることと、
前記コマンドを受け取ったことに応答して、前記エネルギーの現在価格に基づいて前記１つ以上の室外ユニットの容量に対する制約を生成することと、
前記１つ以上の室外ユニットを制御して、前記制約に従って動作させることと
を行うべく構成される、可変冷媒流量システム。
【請求項２】
前記コントローラは、容量限界期間が終了した後に前記制約を取り払うように構成される、請求項１の可変冷媒流量システム。
【請求項３】
前記コントローラは、最大室外ユニット容量に前記エネルギーの現在価格の関数を乗じて前記制約を生成し、修正後の制約容量を決定するように構成され、
前記コントローラは、前記１つ以上の室外ユニットの動作容量が前記修正後の制約容量を超えないようにすることにより、前記１つ以上の室外ユニットを制御するように構成される、請求項１の可変冷媒流量システム。
【請求項４】
前記関数は、前記エネルギーの現在価格が閾値価格より低いときは１と等しく、前記エネルギーの現在価格が前記閾値価格より高いときは０と１との間の値と等しい、請求項３の可変冷媒流量システム。
【請求項５】
前記値は約０．４〜０．８である、請求項４の可変冷媒流量システム。
【請求項６】
前記コントローラは、前記１つ以上の室外ユニットを制御して、前記制約によって有限とされる費用関数を最適化することにより前記制約に従って動作させるように構成される、請求項１の可変冷媒流量システム。
【請求項７】
前記コントローラは、
容量限界期間が終了した後に前記制約を取り払うことと、
前記費用関数を、前記容量限界期間より長く、前記容量限界期間を含む最適化期間にわたって最適化することと
を行うべく構成される、請求項６の可変冷媒流量システム。
【請求項８】
ビルの暖房又は冷房を行う方法であって、
１つ以上の室外ユニットを操作して、複数の室内ユニットに冷媒を提供することであって、各室内ユニットは建物のあるゾーンに関連付けられることと、
前記複数の室内ユニットの第１の室内ユニットによる第１の建物ゾーンの暖房又は冷房を要求するユーザからの入力を受け取ることと、
エネルギーの現在価格の表示を受け取ることと、
前記入力を受け取ったことに応答して、前記エネルギーの現在価格に基づいて前記１つ以上の室外ユニットの容量に関する制約を生成することと、
前記１つ以上の室外ユニットを制御して、前記制約に従って動作させることと
を含む、方法。
【請求項９】
容量限界期間が終了した後に前記制約を取り払うことをさらに含む、請求項８の方法。
【請求項１０】
前記制約を生成することは、最大室外ユニット容量に前記エネルギーの現在価格の関数を乗じて、修正後の制約容量を決定することを含み、
前記１つ以上の室外ユニットを制御することは、前記１つ以上の室外ユニットの動作容量が前記修正後の制約容量を超えないようにすることを含む、請求項８の方法。
【請求項１１】
前記関数は、前記エネルギーの現在価格が閾値価格より低いときは１と等しく、前記エネルギーの現在価格が前記閾値価格より高いときは０と１との間の値と等しい、請求項１０の方法。
【請求項１２】
前記値は約０．４〜０．８である、請求項１１の方法。
【請求項１３】
前記１つ以上の室外ユニットを制御することは、前記制約により有限とされる費用関数を最適化することを含む、請求項８の方法。
【請求項１４】
容量限界期間が終了した後に前記制約を取り払うことと、
前記容量限界期間より長く前記容量限界期間を含む最適化期間にわたり前記費用関数を最適化することと、
をさらに含む、請求項１３の方法。
【請求項１５】
可変冷媒流量システムであって、
１つ以上の室外ユニットと、
前記１つ以上の室外ユニットから冷媒を受け取るように構成された複数の室内ユニットの第１の室内ユニットであって、第１の建物ゾーンにサービスを提供する第１の室内ユニットと、
建物ゾーン内の占有者の存在を検出するように構成された占有検出器と、
制御回路と
を含み、
前記制御回路は、
前記占有検出器から、前記占有者が前記建物ゾーン内にいることを示す表示を受け取ることと、
エネルギーの現在価格を受け取ることと、
前記表示を受け取ったことに応答して、前記１つ以上の室外ユニットの容量に関する制約を前記エネルギーの現在価格に基づいて生成することと、
前記第１の室内ユニットと前記１つ以上の室外ユニットとを制御して、前記制約に従って動作させ、前記建物ゾーンに暖房又は冷房を提供することと
を行うべく構成される、可変冷媒流量システム。
【請求項１６】
前記制御回路は、容量限界期間が終了した後に前記制約を取り払うように構成される、請求項１５の可変冷媒流量システム。
【請求項１７】
前記制御回路は、最大室外ユニット容量に前記エネルギーの現在価格の関数を乗じて、修正後の制約容量を決定することによって、前記制約を生成するように構成され、
前記制御回路は、前記１つ以上の室外ユニットの動作容量が前記修正後の制約容量を超えないようにすることによって、前記１つ以上の室外ユニットを制御するように構成される、請求項１５の可変冷媒流量システム。
【請求項１８】
前記関数は、前記エネルギーの現在価格が閾値価格より低いときは１と等しく、前記エネルギーの現在価格が前記閾値価格より高いときは０と１との間の値と等しい、請求項１７の可変冷媒流量システム。
【請求項１９】
前記制御回路は、前記１つ以上の室外ユニットを制御して、前記制約により有限とされる費用関数を最適化することによって前記制約に従って動作させるように構成される、請求項１５の可変冷媒流量システム。
【請求項２０】
前記制御回路は、
容量限界期間が終了した後に前記制約を取り払うことと、
前記容量限界期間より長く前記容量限界期間を含む最適化期間にわたり前記費用関数を最適化することと
を行うべく構成される、請求項１９の可変冷媒流量システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１８年９月５日出願の米国特許出願第１６／１２２，３９９号の利益及び優先権を主張し、これは、参照によりその全体を本明細書に援用する。
【０００２】
本開示は一般に、可変冷媒流量（ＶＲＦ−ｖａｒｉａｂｌｅ  ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ  ｆｌｏｗ）システムに関する。ＶＲＦシステムは典型的に、１つ以上の室外ＶＲＦユニットを含み、これらは冷媒を加熱及び／又は冷却するために電力を消費する。ＶＲＦシステムはまた、典型的に、建物の様々な空間に配置された複数の室内ＶＲＦユニットを含み、その各々が室外ＶＲＦユニットから冷媒を受け取り、この冷媒を使って熱を特定の空間へと、又はそこから外に伝達する。
【背景技術】
【０００３】
多くの場合、ＶＲＦシステムがサービスを提供する様々な空間は散発的に、及び／又は不規則的に使用され得、それによって、各空間はある時点では使用され、他の時点では使用されない。空間の使用時は利用者が快適となるように暖房及び／又は冷房を提供し、その一方で、その空間の不使用時は暖房及び／又は冷房を切って、エネルギー費用を削減することが望ましい可能性がある。例えば、幾つかの場合、室内ＶＲＦユニットはユーザにより制御されてもよく、ユーザが空間に入る際にＶＲＦユニットのスイッチを入れ、ユーザがその空間を去る際に室内ＶＲＦユニットのスイッチを切る。したがって、散発的な建物の使用により、ＶＲＦシステムに対する需要は不規則で予測困難となる可能性がある。
【０００４】
このような建物システムは、建物の暖房及び冷房に関連付けられる公共料金費用を将来のシステムの状態の予測に基づいて最小化しようとするものである。しかしながら、建物ゾーンの散発的使用に起因するＶＲＦシステムへの不規則で予想困難な需要により、建物の暖房冷房システムのための公共料金費用最適化に対する既存の方式の実効性は実質的に低下し得る。例えば、建物ゾーンの予測不能な使用は、ＶＲＦシステムへの負荷のスパイクを生じさせ、これは既存の方式による費用最適化の妨げとなる。したがって、ＶＲＦシステムが散発的に使用される建物ゾーンのユーザに快適さを提供し、それと同時に、ＶＲＦシステムの運転のための公共料金費用を削減又は最小化できるようなシステムと方法が求められている。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の１つの実装は、可変冷媒流量システムである。可変冷媒流量システムは、１つ以上の室外ユニットと、１つ以上の室外ユニットから冷媒を受け取るように構成された複数の室内ユニットの第１の室内ユニットと、を含む。第１の室内ユニットは、第１の建物ゾーンにサービスを提供するように構成される。可変冷媒流量システムはまた、ユーザ入力装置も含み、これは、第１の室内ユニットによる第１の建物ゾーンの暖房又は冷房を要求するユーザコマンドを受け取るように構成される。可変冷媒流量システムはまた、コントローラも含み、これはユーザ入力装置からコマンドを受け取り、エネルギーの現在価格の表示を受け取り、コマンドを受け取ったことに応答して、エネルギーの現在価格に基づいて１つ以上の室外ユニットの容量に対する制約を生成し、１つ以上の室外ユニットを制御して、制約に従って動作させるように構成される。
【０００６】
幾つかの実施形態では、コントローラは、容量限界期間が終了した後に制約を取り払うように構成される。幾つかの実施形態において、コントローラは、最大室外ユニット容量にエネルギーの現在価格の関数を乗じて制約を生成し、修正後の制約容量を決定するように構成される。コントローラは、１つ以上の室外ユニットの動作容量が修正後の制約容量を超えないようにすることにより、１つ以上の室外ユニットを制御するように構成される。
【０００７】
幾つかの実施形態では、関数は、エネルギーの現在価格が閾値価格より低いときは１と等しく、エネルギーの現在価格が閾値価格より高いときは０と１との間の値と等しい。幾つかの実施形態において、この値は約０．４〜０．８である。
【０００８】
幾つかの実施形態では、コントローラは、制約により有限とされる費用関数を最適化することによって、１つ以上の室外ユニットを制御して、制約に従って動作させるように構成される。幾つかの実施形態において、コントローラは、容量限界期間が終了した後に制約を取り払い、費用関数を、容量限界期間より長く、容量限界期間を含む最適化期間にわたって最適化するように構成される。
【０００９】
本開示の他の実装は、建物の暖房又は冷房を行う方法である。方法は、１つ以上の室外ユニットを操作して、複数の室内ユニットに冷媒を提供する工程を含む。各室内ユニットは、建物のあるゾーンに関連付けられる。方法はまた、複数の室内ユニットの第１の室内ユニットによる第１の建物ゾーンの暖房又は冷房を要求するユーザからの入力を受け取る工程と、エネルギーの現在価格の表示を受け取る工程と、入力を受け取ったことに応答して、１つ以上の室外ユニットの容量に関する制約をエネルギーの現在価格に基づいて生成する工程と、１つ以上の室外ユニットを制御して、制約に従って動作させる工程と、を含む。
【００１０】
幾つかの実施形態では、方法は、容量限界期間が終了した後に制約を取り払う工程を含む。幾つかの実施形態では、制約を生成する工程は、最大室外ユニット容量にエネルギーの現在価格の関数を乗じて、修正後の制約容量を決定する工程を含む。１つ以上の室外ユニットを制御する工程は、１つ以上の室外ユニットの動作容量が修正後の制約容量を超えないようにする工程を含む。
【００１１】
幾つかの実施形態では、関数は、エネルギーの現在価格が閾値価格より低いときは１と等しく、エネルギーの現在価格が閾値価格より高いときは０と１との間の値と等しい。幾つかの実施形態では、この値は約０．４〜０．８である。
【００１２】
幾つかの実施形態では、１つ以上の室外ユニットを制御する工程は、制約により有限とされる費用関数を最適化する工程を含む。幾つかの実施形態では、方法はまた、容量限界期間が終了した後に制約を取り払う工程と、容量限界期間より長く、容量限界期間を含む最適化期間にわたり費用関数を最適化する工程も含む。
【００１３】
本開示の他の実施例は、可変冷媒流量システムである。可変冷媒流量システムは、１つ以上の室外ユニットと、１つ以上の室外ユニットから冷媒を受け取るように構成された複数の室内ユニットの第１の室内ユニットと、を含む。第１の室内ユニットは、第１の建物ゾーンにサービスを提供するように構成される。可変冷媒流量システムはまた、占有検出器も含み、これは建物ゾーン内の占有者の存在を検出するように構成される。可変冷媒流量システムはまた、制御回路も含み、これは、占有検出器から占有者がその建物ゾーン内にいることを示す表示を受け取り、エネルギーの現在価格を受け取り、表示を受け取ったことに応答して、１つ以上の室外ユニットの容量に関する制約をエネルギーの現在価格に基づいて生成し、第１の室内ユニットと１つ以上の室外ユニットとを制御して、制約に従って動作させ、建物ゾーンに暖房又は冷房を提供するように構成される。
【００１４】
幾つかの実施形態では、コントローラは、容量限界期間が終了した後に制約を取り払うように構成される。幾つかの実施形態では、コントローラは、最大室外ユニット容量にエネルギーの現在価格の関数を乗じて、修正後の制約容量を決定することによって、制約を生成するように構成される。コントローラは、１つ以上の室外ユニットの動作容量が修正後の制約容量を超えないようにすることによって、１つ以上の室外ユニットを制御するように構成される。幾つかの実施形態では、関数は、エネルギーの現在価格が閾値価格より低いときは１と等しく、エネルギーの現在価格が閾値価格より高いときは０と１との間の値と等しい。
【００１５】
幾つかの実施形態では、制御回路は、制約により有限とされる費用関数を最適化することにより、１つ以上の室外ユニットを制御して、制約に従って動作するように構成される。幾つかの実施形態では、制御回路は、容量限界期間が終了した後に制約を取り払い、容量限界期間より長く、容量限界期間を含む最適化期間にわたり費用関数を最適化するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１Ａは、幾つかの実施形態による建物のための可変冷媒流量システムの第１の図である。図１Ｂは、幾つかの実施形態による建物のための可変冷媒流量システムの第２の図である。
【図２】幾つかの実施形態による建物のための可変冷媒流量システムの詳細図である。
【図３】幾つかの実施形態による図１〜２の可変冷媒流量システムに使用するためのコントローラのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
可変冷媒流量システム
ここで図１Ａ〜Ｂを参照すると、可変冷媒流量（ＶＲＦ）システム１００が幾つかの実施形態に従って示される。ＶＲＦシステム１００は、１つ以上の室外ＶＲＦユニット１０２と複数の室内ＶＲＦユニット１０４とを含むように示される。室外ＶＲＦユニット１０２は建物外に位置し得、冷媒を加熱又は冷却するように動作し得る。室外ＶＲＦユニット１０２は、液相、気相、及び／又は加熱気相（ｓｕｐｅｒ−ｈｅａｔｅｄ  ｇａｓ  ｐｈａｓｅ）間で冷媒を変換するために電気を消費し得る。室内ＶＲＦユニット１０４は建物内の様々な建物ゾーン全体にわたって分散され得、加熱又は冷却された冷媒を室外ＶＲＦユニット１０２から受け取り得る。各室内ＶＲＦユニット１０４は、室内ＶＲＦユニット１０４が位置する特定建物ゾーンの温度制御を提供し得る。用語「室内」は、室内ＶＲＦユニット１０４が通常は建物内に位置するということを表すために使用されるが、幾つかのケースでは、１つ以上の室内ＶＲＦユニットは例えばパティオ、入口通路、歩道等を加熱／冷却するために「室外」（すなわち建物外に）位置する。
【００１８】
ＶＲＦシステム１００の１つの利点は、他の室内ＶＲＦユニット１０４が加熱モードで動作する一方でいくつかの室内ＶＲＦユニット１０４が冷却モードで動作し得るということである。例えば、室外ＶＲＦユニット１０２及び室内ＶＲＦユニット１０４のそれぞれは加熱モード、冷却モード、又はオフモードで動作し得る。各建物ゾーンは独立に制御され得、様々な温度設定点を有し得る。いくつかの実施形態では、各建物は、建物外（例えば屋上）に位置する最大３つの室外ＶＲＦユニット１０２と、建物全体にわたって（例えば様々な建物ゾーン内に）分散される最大１２８個の室内ＶＲＦユニット１０４とを有する。建物ゾーンは、他の可能性もあるが、アパートユニット、オフィス、小売りスペース、及び共用領域を含み得る。いくつかのケースでは、様々な建物ゾーンは、多様なテナントにより所有される、リースされる、又はそうでなければ占有され、すべてＶＲＦシステム１００によりサービスされる。
【００１９】
多くの様々な構成がＶＲＦシステム１００には存在する。いくつかの実施形態では、ＶＲＦシステム１００は、各室外ＶＲＦユニット１０２が単一冷媒戻りラインと単一冷媒出口ラインとへ接続する二重配管システムである。二重配管システムでは、室外ＶＲＦユニット１０２のすべては、加熱された冷媒又は冷却された冷媒のうちの一方だけが単一冷媒出口ラインを介し供給され得るので、同じモードで動作し得る。他の実施形態では、ＶＲＦシステム１００は、各室外ＶＲＦユニット１０２が冷媒戻りライン、温熱冷媒出口ライン、及び冷熱冷媒出口ラインへ接続する三重配管システムである。三重配管システムでは、加熱と冷却の両方がデュアル冷媒出口ラインを介し同時に提供され得る。三重配管ＶＲＦシステムの例は図２を参照し詳細に説明される。
【００２０】
次に図２を参照すると、ＶＲＦシステム２００のブロック図が幾つかの実施形態に従って示される。ＶＲＦシステム２００は、室外ＶＲＦユニット２０２、幾つかの熱回収ユニット２０６、及び幾つかの室内ＶＲＦユニット２０４を含むように示される。図２は１つの室外ＶＲＦユニット２０２を示しているが、複数の室外ＶＲＦユニット２０２を含む実施形態も本開示の範囲に含まれる。室外ＶＲＦユニット２０２は、コンプレッサ２０８、ファン２１０、又は冷媒を液相、気相、及び／又は超高温気相間で変換するように構成された他の電力消費冷却部品を含み得る。室内ＶＲＦユニット２０４は、建物内の様々な建物ゾーン全体にわたって分散され得、加熱又は冷却された冷媒を室外ＶＲＦユニット２０２から受け取り得る。各室内ＶＲＦユニット２０４は、室内ＶＲＦユニット２０４が位置する特定建物ゾーンの温度制御を提供し得る。熱回収ユニット２０６は、室外ＶＲＦユニット２０２と室内ＶＲＦユニット２０４との間の冷媒の流れを（例えばバルブを開閉することにより）制御し得、室外ＶＲＦユニット２０２によりサービスが提供される加熱又は冷却負荷を最小化し得る。
【００２１】
室外ＶＲＦユニット２０２はコンプレッサ２０８及び熱交換器２１２を含むように示される。コンプレッサ２０８は冷媒を熱交換器２１２と室内ＶＲＦユニット２０４との間で循環する。コンプレッサ２０８は室外ユニット制御回路２１４により制御される可変周波数で動作する。高周波では、コンプレッサ２０８はより大きな伝熱容量を室内ＶＲＦユニット２０４に与える。コンプレッサ２０８の消費電力はコンプレッサ周波数に比例して増加する。
【００２２】
熱交換器２１２は、ＶＲＦシステム２００が冷却モードで動作するときは凝縮器（冷媒が熱を外気へ廃棄し得るようにする）として又はＶＲＦシステム２００が加熱モードで動作するときには蒸発器（冷媒が外気から熱を吸収し得るようにする）として機能し得る。ファン２１０は熱交換器２１２を介し気流を供給する。ファン２１０の速度は熱交換器２１２内の冷媒への又はそれからの伝熱速度を変調するように調整され得る（例えば室外ユニット制御回路２１４により）。
【００２３】
各室内ＶＲＦユニット２０４は熱交換器２１６及び膨張バルブ２１８を含むように示される。熱交換器２１６のそれぞれは、室内ＶＲＦユニット２０４が加熱モードで動作するときは凝縮器（冷媒が熱を部屋又はゾーン内の大気へ廃棄し得るようにする）として又は室内ＶＲＦユニット２０４が冷却モードで動作するときには蒸発器（冷媒が部屋又はゾーン内の大気から熱を吸収し得るようにする）として機能し得る。ファン２２０は熱交換器２１６を介し気流を供給する。ファン２２０の速度は熱交換器２１６内の冷媒への又はそれからの伝熱速度を変調するように調整され得る（例えば室内ユニット制御回路２２２により）。
【００２４】
図２では、室内ＶＲＦユニット２０４は冷却モードで動作するように示される。冷却モードでは、冷媒は冷却ライン２２４を介し室内ＶＲＦユニット２０４へ供給される。冷媒は、膨張バルブ２１８により冷たい低圧状態へ膨張され、そして建物内の部屋又はゾーンから熱を吸収するために熱交換器２１６（蒸発器として機能する）を貫流する。次に、加熱された冷媒は戻りライン２２６を介し室外ＶＲＦユニット２０２へ逆流し、コンプレッサ２０８により熱い高圧状態に圧縮される。圧縮された冷媒は、熱交換器２１２（凝縮器として機能する）を貫流し、熱を外気へ廃棄する。冷却された冷媒は冷却ライン２２４を介し室内ＶＲＦユニット２０４へ戻すことができる。冷却モードでは、流量調節バルブ２２８が閉じられ、膨張バルブ２３０は完全に開放され得る。
【００２５】
加熱モードでは、冷媒は加熱ライン２３２を介し熱い状態の室内ＶＲＦユニット２０４へ供給される。温熱冷媒は、熱交換器２１６（凝縮器として機能する）を貫流し、熱を建物の部屋又はゾーン内の大気へ廃棄する。次に、冷媒は、冷却ライン２２４を介し室外ＶＲＦユニット（図２に示す流れ方向とは反対方向）へ逆流する。冷媒は膨張バルブ２３０により冷たい低圧状態へ膨張され得る。膨張された冷媒は熱交換器２１２（蒸発器として機能する）を貫流し、外気から熱を吸収する。加熱された冷媒は、コンプレッサ２０８により圧縮され、熱い圧縮状態の加熱ライン２３２を介し室内ＶＲＦユニット２０４へ戻すことができる。加熱モードでは、流量調節バルブ２２８は、コンプレッサ２０８からの冷媒が加熱ライン２３２に流入し得るように完全に開放され得る。
【００２６】
図２に示すように、各室内ＶＲＦユニット２０４は室内ユニット制御回路２２２を含む。室内ユニット制御回路２２２は、建物ゾーン温度設定点に応答して、又は建物ゾーンへ加熱／冷却を提供するようにとの他の要求に応答してファン２２０及び膨張バルブ２１８を含む室内ＶＲＦユニット２０４の部品の動作を制御する。室内ユニット制御回路２２２はまた、室内ＶＲＦユニット２０４が必要とする熱伝達容量を決定し、室外ＶＲＦユニット２０２が対応する容量で動作して、室内ＶＲＦユニット２０４に加熱／冷却された冷媒を提供し、室内ＶＲＦユニット２０４が所望のレベルの暖房／冷房をその建物ゾーンに提供することを求める要求を室外ＶＲＦユニット２０２へ送信し得る。
【００２７】
各室内ユニット制御回路２２２は、１つ以上のセンサ２５０及びユーザ入力装置２５２に通信可能に連結されているように示される。幾つかの実施形態では、１つ以上のセンサ２５０は、温度センサ（例えば、室内空気温度を測定する）、湿度センサ、及び／又は室内ＶＲＦユニット２０４によりサービスが提供される建物ゾーンの他の幾つかの環境条件を測定するセンサを含み得る。幾つかの実施形態では、１つ以上のセンサは、建物ゾーン内の１人又は複数の人物の存在を検出し、その建物ゾーンの占有の表示を室内ユニット制御回路２２２に提供するように構成された占有検出器を含む。
【００２８】
各ユーザ入力装置２５２は、対応する室内ユニット２０４によりサービスが提供される建物ゾーン内に位置し得る。ユーザ入力装置２５２により、ユーザは、建物ゾーンの暖房又は冷房を求めるＶＲＦシステム２００に対する要求及び／又はその建物ゾーンの暖房／冷房を停止するようにとのＶＲＦシステム２００のための要求を入力し得る。各種の実施形態によれば、ユーザ入力装置２５２は、スイッチ、ボタン、ボタン群、サーモスタット、タッチスクリーンディスプレイ等を含み得る。それによって、ユーザ入力装置２５２により、ユーザはユーザが望むときにＶＲＦシステム２００を制御して、暖房／冷房を受けることが可能となる。
【００２９】
室内ユニット制御回路２２２はそれにより、建物ゾーンの占有の表示を（例えば、センサ２５０の占有検出器及び／又はユーザ入力装置２５２を介したユーザ入力から）受け取り得る。それに応答して、室内ユニット制御回路２２２は、要求された動作容量で動作して、冷媒を室内ユニット２０４に提供するようにとの室外ＶＲＦユニット２０２のための新しい要求を生成し得る。室内ユニット制御回路２２２はまた、建物ゾーンが占有されていないとの表示を受け取り、それに応答して、室外ＶＲＦユニット２０２に対して要求された容量での動作を停止するように指示する信号を生成し得る。室内ユニット制御回路２２２はまた、例えばファン２２０をオン／オフする信号を生成することにより、室内ユニット２０４の各種の部品を制御し得る。
【００３０】
室外ユニット制御回路２１４は、１つ以上の室内ユニット制御回路２２２から暖房／冷房容量要求を受け取り、要求を集約して総要求動作容量を決定することができる。したがって、総要求動作容量は、各種の室内ユニット２０４によりサービスが提供される各種の建物ゾーンの各々の占有により影響を受け得る。多くの場合、１人又は複数の人物が最初の建物ゾーンに入り、そのゾーンに関する暖房／冷房要求がトリガされると、総要求動作容量は大きく増大し得、例えば最大動作容量に到達する。それゆえ、総要求動作容量は、各種の建物ゾーンの散発的占有の結果として、不規則に、予測不能に変化し得る。
【００３１】
室外ユニット制御回路２１４は、室外ユニット２０２のコンプレッサ２０８及び他の様々な要素を制御して、少なくとも一部に総要求動作容量に基づく動作容量で動作させるように構成される。高い動作容量では、室外ユニット２０２はより多くの電力を消費し、それによって公共料金費用が増大する。
【００３２】
ＶＲＦシステムのオペレータ、所有者、借手等にとっては、電力消費と公共料金費用を最小化して、お金を節約し、環境持続可能性を向上させ、機器の摩耗損耗を減少させることなどが望ましくあり得る。幾つかのケースで、多数の企業又は人々が、例えば、参照によりその全体を本願に援用する２０１８年３月１３日出願の米国特許出願第１５／９２０，０７７号明細書に記載されているＶＲＦシステムのための各種の費用分配制度による公共料金費用の削減から恩恵を受ける。それゆえ、以下に詳しく述べるように、制御回路２１４は、室外ＶＲＦユニット２０２の動作容量を管理して、公共料金費用を削減しながら建物の占有者に快適さを提供するように構成され得る。したがって、幾つかの実施形態では、制御回路２１４は、参照によりその全体を本願に援用する２０１７年６月２９日出願のＰＣＴ／ＵＳ２０１７／０３９，９３７号明細書及び／又は２０１７年６月２８日出願の米国特許出願第１５／６３５，７５４号明細書に記載されているシステムと方法と共に動作可能であり得る。
【００３３】
容量制約を設けた室外ユニット制御回路
次に図３を参照すると、室外ユニット制御回路２１４の詳細なブロック図が例示的実施形態に従って示される。以下に詳しく述べるように、室外ユニット制御回路２１４は、１つ以上の室内ユニット制御回路２２２から暖房／冷房要求を受け取り、現在の公共料金価格を受け取り、公共料金価格に基づく価格関数の値を決定し、価格関数に基づく容量制約を生成し、制約を経済的モデル予測制御手法における最適化問題に適用し、室外ＶＲＦユニット２０２を制御し、最適化問題に対するソリューションに基づいて制約に適合させるように構成される。以下の議論は説明を明瞭にするために１つの室外ＶＲＦユニット２０２を制御することに関しているが、本開示は複数の室外ＶＲＦユニット２０２を制御するためのシステム及び方法も想定していることを理解すべきである。
【００３４】
図３に示すように、室外ユニット制御回路２１４は、要求集約回路３００、価格関数回路３０２、制約回路３０４、及びモデル予測制御回路３０６を含む。室外ユニット制御回路２１４は、公益事業者のシステム３１０、室外ＶＲＦユニット２０２のコンプレッサ２０８、１つ以上の室内ユニット制御回路２２２、及び各種の室内ＶＲＦユニット２０４によりサービスが提供される各種の建物ゾーン内に位置するセンサ２５０及び／又はユーザ入力装置２５２と通信可能であるように示される。室外ユニット制御回路２１４はファン２１０、流量調節バルブ２２８、及び膨張バルブ２３０を含む、室外ＶＲＦユニット２０２の他の各種の部品にも通信可能に連結され得る。
【００３５】
公益事業者のシステム３１０は、ＶＲＦシステム２００へのエネルギー又はパワー（例えば、電力）の公益事業者に関連付けられる。公益事業者は、パワーの価格を設定する。例えば、公益事業者は、パワーの単価（例えば、ドル／キロワット／時）が時間によって変わる、例えば高価格期間と低価格期間を設定する料金体系を利用し得る。公益事業者のシステム３１０は、パワーの現在価格を室外ユニット制御回路２１４に提供するように構成される。幾つかの実施形態では、ＶＲＦシステム２００は、様々な公益事業者からのパワー及び／又はＶＲＦシステム２００に関連付けられるエネルギー貯蔵システム及び／又は中央プラントにより貯蔵及び／又は生成されるパワーを消費し、室外ユニット制御回路２１４は、利用可能な各種のエネルギー源に関連付けられる費用に基づいてパワーの現在価格を特定するように構成され得る。
【００３６】
要求集約回路３００は、１つ以上の室内ユニット制御回路２２２から１つ以上の容量要求を受け得る。容量要求は、室内ユニット制御回路２２２により、ユーザ入力装置２５２へのユーザ入力及び／又は１つ以上のセンサ２５０による建物ゾーンの占有の検出に応答して生成され得る。要求集約回路３００は、１つ以上の容量要求を組み合わせ、加算し、合計等して、総要求容量を決定することができる。室内ユニット制御回路２２２から新しい容量要求を受け取ったことに応答して、要求集約回路３００は、総要求容量を更新し得る。新しい容量要求が、ある建物ゾーンに関する暖房／冷房増強の新しい要求を表している場合、要求集約回路３００は新しい要求の表示を価格関数回路３０２へ供給する。
【００３７】
価格関数回路３０２は、公益事業者のシステム３１０からパワーの現在価格を受け取り、暖房／冷房の新しい要求の表示に応答して、パワーの現在価格に基づいて価格関数の値を計算するように構成される。すなわち、価格関数回路３０２はｆ（価格）の値を計算し、この中で価格はパワーの現在価格である。関数ｆ（価格）は事前に決定され得、様々な実施形態に従って様々な式を有し得る。幾つかの実施形態では、ｆ（価格）の考え得る値はゼロから１の範囲であり、価格が高いと、ｆ（価格）の値は低い。幾つかの実施形態では、ｆ（価格）はステップ関数であり、ｆ（価格）の値は、価格が閾値価格より低いときは１であり、価格が閾値価格より高いときは１より小さく、例えば値は０．４〜０．８である。１例として、幾つかの実施形態では、
【数１】
2020038050.tif 000003
式中、価格上限は公益事業者が課金するパワーの最大価格である。それゆえ、幾つかの実施形態では、価格関数回路３０２により計算されるｆ（価格）は、高価格期間中は小数値、低価格期間中は１の値を有する。価格関数回路３０２は、価格関数の現在値を制約回路３０４へ提供する。
【００３８】
制約回路３０４は、価格関数回路３０２により提供された価格関数の値に基づいてコンプレッサ２０８の動作容量に対する制約を生成するように構成される。制約回路３０４は、予測ホライズンであるホライズンまでの各時間ステップｋに関するモデル予測制御手法に適用されるべき制約を公式化し得る。したがって、制約回路３０４は、下記の形式の制約を生成し得る：
ＸＯＤＵ，ｋ≧０，∀ｋ∈ホライズン
ＸＯＤＵ，ｋ≦ｃａｐＯＤＵ，ｋ＊価格係数ｋ，∀ｋ∈ホライズン
式中、ＸＯＤＵ，ｋは室外ＶＲＦユニット２０２の動作容量であり、ｃａｐＯＤＵ，ｋは室外ＶＲＦユニット２０２の最大容量（すなわち、室外ＶＲＦユニット２０２の動作容量の物理的上限）であり、価格係数ｋはｆ（価格）の関数である。例えば、制約回路３０４は、価格係数ｋの値を次式：
【数２】
2020038050.tif 000004
として決定することができる。式中、ｔ０は室内ユニット制御回路２２２からの暖房／冷房の新しい要求の時間（例えば、センサ２５０がゾーンの新しい占有を検出した、又はユーザがユーザ入力装置２５２に、暖房／冷房を求める要求を入力した時間ステップ）であり、容量限界期間は、修正後容量制約が新しい要求の時間ｔ０の後に適用される時間ステップの数である。容量限界期間は時間ホライズンより短くもあり得、それによってｔ０＋容量限界期間∈ホライズンとなる。
【００３９】
したがって、このような実施形態では、制約回路３０４は室外ＶＲＦユニット２０２の動作容量増大を求める新しい要求の後の容量限界期間のための修正後容量制約ＸＯＤＵ，ｋ≦ｃａｐＯＤＵ，ｋ＊ｆ（価格）を生成する。項ｃａｐＯＤＵ，ｋ＊ｆ（価格）は、修正後の制約容量と呼び得る。高価格期間中、ｆ（価格）の値は１より小さいため、制約回路３０４はそれによって、建物ゾーンの暖房／冷房に対する新しい要求に応答して、室外ＶＲＦユニット２０２の動作容量を建物ゾーンの占有に基づいて限定する。換言すれば、制約回路３０４は、公共料金価格の高い期間中にある建物ゾーンのために室内ＶＲＦシステム２０４のスイッチが切られたときに、室外ＶＲＦユニット２０２が最大動作容量まで駆動されるのを防止する制約を生成する。したがって、制約回路３０４は、高価格期間中の室外ＶＲＦユニット２０２のパワー消費量を削減することにより、公共料金価格の削減を容易にする。
【００４０】
制約回路３０４は、モデル予測制御回路３０６に容量制約を提供する。モデル予測制御回路３０６は、容量制約を最適化問題に適用して、最適化問題を時間ホライズンにわたり、すなわちステップｋ∈ホライズンにわたり解決する。モデル予測制御回路３０６は、システムの予測モデル（複数の場合もある）（例えば、建物温度モデル、ＶＲＦ機器モデル、負荷予測変数、外乱推定）及び様々なシステム制約に基づいて最適化問題を生成し得る。幾つかの実施形態では、モデル予測制御回路３０６は、費用関数を定義し、費用関数を時間ホライズンにわたって最小化することによって、最適化問題を生成し、解決する。例えば、モデル予測制御回路３０６は以下の形態の費用関数：
【数３】
2020038050.tif 000005
を定義し得、式中、ペナルティ（ｋ）は、占有者にとっての建物内の快適な環境条件からの逸脱にペナルティを課すものであり、これは例えば、その全体を参照によって本願に援用する２０１８年５月７日出願の米国仮特許出願第６２／６６７，９７９号明細書に記載されている。
【００４１】
図の実施形態では、モデル予測制御回路３０６は、制約回路３０４により生成される容量制約により有限とされる最適化問題を解決して、時間ホライズン内の各時間ステップについての室外ＶＲＦユニット２０２の動作容量を決定する。モデル予測制御回路３０６は、時間ホライズンにわたる動作容量を機器制御回路３０８へ提供する。機器制御回路３０８は、モデル予測制御回路３０６により提供される動作容量に基づいて、室外ＶＲＦユニット２０２のコンプレッサ２０８及び／又はその他の要素のための制御信号を生成する。例えば、機器制御回路３０８は、コンプレッサ２０８のコンプレッサ周波数を制御して、コンプレッサ２０８に現在の時間ステップの所望の動作容量で動作させ得る。機器制御回路３０８はまた、モデル予測制御回路３０６により提供される時間ステップの動作容量に基づいて、１つ以上の室内ＶＲＦユニット２０４を制御するための制御信号も生成し得る。室外ユニット制御回路２１４はそれによって、室外ＶＲＦユニット２０２を制御して、修正後容量制約に適合させる、すなわち、室外ＶＲＦユニット２０２の動作容量が修正後の制約容量を超えないようにする。
【００４２】
例示的実施形態の構成
図は方法ステップの特定の順序を示しているが、ステップの順序は図示されているものと相違し得る。また、２つ又はそれ以上のステップを同時に、又は一部同時に実行し得る。このような変更は、選択されるソフトウェア及びハードウェアシステムに、並びに設計者の選択に依存する。このような変更はすべて、本開示の範囲内である。同様に、ソフトウェア実装は、様々な接続ステップ、計算ステップ、処理ステップ、比較ステップ、及び決定ステップを実行するためにルールベース理論及びその他の理論を用いる標準的プログラミング技術で実現し得る。
【００４３】
様々な例示的な実施形態に示されるようなシステム及び方法の構築及び配列は単なる例示である。この開示ではほんのわずかの実施形態のみを詳細に説明してきたが、多くの変更形態（例えば、様々な要素のサイズ、寸法、構造、形状及び割合、パラメータの値、取り付け方法、材料の使用、色、配向などの変化）が可能である。例えば、要素の位置を逆にするか又は別の方法で変化させることができ、個別の要素又は位置の性質又は数を変更するか又は変化させることができる。それに従って、そのような変更形態はすべて本開示の範囲内に含まれることが意図される。いかなるプロセス又は方法ステップの順序又は順番も代替の実施形態に従って変化させるか又は並べ替えることができる。本開示の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態の設計、動作条件及び配列における他の置換、変更、変化及び省略を行うことができる。
【００４４】
本明細書で使用される用語「回路」は、本明細書で説明された機能を実行するように構造化されたハードウェアを含み得る。いくつかの実施形態では、各「回路」は、本明細書で説明された機能を実行するようにハードウェアを構成するための機械可読媒体を含み得る。回路は、限定しないが処理回路系、ネットワークインタフェース、周辺デバイス、入力デバイス、出力デバイス、センサなどを含む１つ以上の回路系部品として具現化され得る。いくつかの実施形態では、回路は、１つ以上のアナログ回路、電子回路（例えば集積回路（ＩＣ）、ディスクリート回路、システムオンチップ（ＳＯＣ：ｓｙｓｔｅｍ  ｏｎ  ａ  ｃｈｉｐ）回路など）、通信回路、ハイブリッド回路、及び任意の他のタイプの「回路」の形式を採用し得る。この点に関し、「回路」は、本明細書で説明された動作を遂行するための又はその実現を容易にするための任意のタイプの部品を含み得る。例えば、本明細書で述べた回路は、１つ以上のトランジスタ、論理ゲート（例えばＮＡＮＤ、ＡＮＤ、ＮＯＲ、又はＸＯＲ、ＮＯＴ、ＸＮＯＲなど）、抵抗器、マルチプレクサ、レジスタ、キャパシタ、インダクタ、ダイオード、配線などを含み得る。
【００４５】
「回路」はまた、１つ以上のメモリデバイスへ通信可能に結合された１つ以上のプロセッサ又は１つ以上のメモリデバイスを含み得る。この点に関し、１つ以上のプロセッサは、メモリ内に保管された命令を実行し得る、又はそうでなければ１つ以上のプロセッサへアクセス可能な命令を実行し得る。いくつかの実施形態では、１つ以上のプロセッサは様々なやり方で具現化され得る。１つ以上のプロセッサは、少なくとも本明細書で説明された動作を実行するのに十分なやり方で構築され得る。いくつかの実施形態では、１つ以上のプロセッサは複数の回路により共有され得る（例えば、回路Ａ及び回路Ｂが同じプロセッサを含み得る又はそうでなければ共有し得、いくつかの例示的実施形態では、メモリの様々な領域を介し保管される又はそうでなければアクセスされる命令を実行し得る）。その代りに又は追加的に、１つ以上のプロセッサは、１つ以上のコプロセッサとは独立にいくつかの動作を実行するように構造化され得る。他の例示的実施形態では、２つ以上のプロセッサが、独立した、並列の、パイプライン化された、又はマルチスレッド化された命令実行を可能にするためにバスを介し結合され得る。各プロセッサは、１つ以上の汎用プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：ｆｉｅｌｄ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、又はメモリにより提供される命令を実行するように構造化された他の好適な電子データ処理部品として実装され得る。１つ以上のプロセッサは、シングルコアプロセッサ、マルチコアプロセッサ（例えばデュアルコアプロセッサ、トリプルコアプロセッサ、クワッドコアプロセッサなど）、マイクロプロセッサなどの形式を採用し得る。いくつかの実施形態では、１つ以上のプロセッサは装置外にあってもよく、例えば１つ以上のプロセッサは遠隔プロセッサ（例えば、クラウドベースプロセッサ）であり得る。その代りに又は追加的に、１つ以上のプロセッサは装置の内部及び／又は局所に存在し得る。この点に関し、その所与の回路又は部品は、局所的に（例えばローカルサーバ、ローカルコンピューティングシステムなどの一部として）又は遠隔的に（例えばクラウドベースサーバなどの遠隔サーバの一部として）配置され得る。そのために、本明細書で説明した「回路」は１つ以上の場所全体にわたり分散された部品を含み得る。本開示は、様々な動作を遂行するためのいかなる機械可読媒体における方法、システム及びプログラム製品をも企図する。本開示の実施形態は、既存のコンピュータプロセッサを使用して、この又は別の目的のために組み込まれた適切なシステム用の専用コンピュータプロセッサによって、あるいは、配線接続されたシステムによって実装することができる。本開示の範囲内の実施形態は、格納された機械実行可能命令又はデータ構造を保持するか又は有するための機械可読媒体を含むプログラム製品を含む。そのような機械可読媒体は、汎用若しくは専用コンピュータ又はプロセッサを伴��他の機械によるアクセスが可能な利用可能ないかなる媒体でもあり得る。例示として、そのような機械可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ又は他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置又は他の磁気記憶装置、あるいは、機械実行可能命令又はデータ構造の形態の所望のプログラムコードを保持又は格納するために使用することができ、汎用若しくは専用コンピュータ又はプロセッサを伴う他の機械によるアクセスが可能な他の任意の媒体を含み得る。上記の組合せもまた、機械可読媒体の範囲内に含まれる。機械実行可能命令は、例えば、ある特定の機能又は機能グループを汎用コンピュータ、専用コンピュータ又は専用処理機械に実行させる命令及びデータを含む。
【図１】
2020038050.tif 000006
【図２】
2020038050.tif 000007
【図３】
2020038050.tif 000008
【外国語明細書】
2020038050000001.pdf