(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気圧縮システム（ＶＣＳ：ｖａｐｏｒ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍｓ）であって、
被制御ゾーンを調整するために冷媒を送るための１組の経路に接続される入口ヘッダーパイプを有する熱交換器であって、前記入口ヘッダーパイプは前記冷媒を異なる経路に分割し、少なくとも第１の経路と、第２の経路とを含む、熱交換器と、
前記１組の経路の各経路内の前記冷媒の温度を測定し、少なくとも第１の経路内の温度を測定するための第１のセンサーと、第２の経路内の温度を測定するための第２のセンサーとを含む、１組のセンサーと、
前記入口ヘッダーパイプに入る前記冷媒の量を制御するために、前記入口ヘッダーパイプの上流側又は下流側に設けられる弁と、
前記１組のセンサーからの少なくとも１つのセンサーの測定値と、前記熱交換器に対して要求された熱容量とに基づいて、前記弁の開度に相当する前記弁の位置を決定するためのプロセッサを含むコントローラーであって、前記少なくとも１つのセンサーは、前記要求される熱容量に基づいて選択された前記第１のセンサー又は前記第２のセンサーのいずれかを含む、コントローラーと、
を備え、
前記第１の経路および前記第２の経路は、前記弁の開度が狭くなるにつれて、一方の経路に流れる過熱冷媒の過熱度が大きくなり、他方の経路には二相冷媒が流れる状態から、一方の経路に室温と同じ温度の過熱冷媒が流れ、他方の経路に流れる過熱冷媒の過熱度が大きくなる状態に移行する関係を有し、
前記熱容量は、前記蒸気圧縮システム内の前記熱交換器によって吸収されるエネルギー速度を指す
蒸気圧縮システム。
【請求項２】
前記コントローラーは、
前記被制御ゾーンに対して要求された温度に基づいて、前記要求された熱容量を決定するための監視用コントローラーと、
前記１組の経路のうちの少なくとも１つの経路を通り抜ける前記冷媒の設定点温度を決定し、前記弁の前記位置を調整して、前記設定点温度と、前記経路内の前記冷媒の前記測定された温度との間の誤差を低減するための容量コントローラーと、
を備える、請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項３】
前記容量コントローラーは、前記要求された熱容量に基づいて前記第１のセンサーと前記第２のセンサーとの間で選択する、
請求項２に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項４】
前記コントローラーは前記１組の経路からの１つの経路上で前記冷媒の前記温度を測定するための前記１組のセンサーからの１つのセンサーを選択し、前記選択されたセンサーに関して前記要求された熱容量を前記設定点温度にマッピングする設定点関数を用いて、前記選択されたセンサーのための設定点温度を決定し、前記弁の位置を調整して、前記選択されたセンサーの前記設定点温度と前記測定値との間の誤差を低減する、
請求項２に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項５】
前記設定点関数は、前記熱交換器の前記熱容量を１組の領域に分割し、前記要求された熱容量が、前記設定点関数によって、対応する領域の前記選択されたセンサーの前記設定点温度にマッピングされるように、前記組内の前記センサーごとに１つの領域が存在する、
請求項４に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項６】
前記設定点関数は蒸発温度又は凝縮温度とゾーン温度との間に制限され、前記プロセッサは前記蒸発温度、前記凝縮温度又は前記ゾーン温度の変化に応答して前記設定点関数を更新する、
請求項４に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項７】
前記設定点関数は、前記１組のセンサーにおける前記各センサーの飽和点において切り替わる連続関数である、
請求項４に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項８】
前記容量コントローラーはフィードバックコントローラーを含み、前記フィードバックコントローラーの利得は、前記組内の異なるセンサーが異なる利得に関連付けられるように、前記選択されたセンサーに基づいて選択される、
請求項４に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項９】
前記熱交換器は屋内熱交換器であり、前記ＶＣＳは１つの屋外熱交換器及び複数の屋内熱交換器を含む、
請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項１０】
蒸気圧縮システム（ＶＣＳ）であって、
被制御ゾーンを調整するために冷媒を送るための１組の経路に接続される入口ヘッダーパイプを有する熱交換器であって、前記１組の経路は少なくとも第１の経路及び第２の経路を含み、前記入口ヘッダーパイプは前記冷媒を前記第１の経路及び前記第２の経路に分割する、熱交換器と、
前記１組の経路内の前記冷媒の温度を測定するための１組のセンサーであって、前記センサーは少なくとも、前記第１の経路内の前記温度を測定するための第１のセンサーと、前記第２の経路内の前記温度を測定するための第２のセンサーとを含む、１組のセンサーと、
前記入口ヘッダーパイプに入る前記冷媒の量を制御するために、前記入口ヘッダーパイプの上流側又は下流側に設けられる弁と、
前記熱交換器の要求された熱容量に基づいて前記第１のセンサーと前記第２のセンサーとの間で選択し、前記選択されたセンサーの測定値と、前記要求された熱容量とに基づいて、前記弁の開度に相当する前記弁の位置を調整するためのプロセッサと、
を備え、
前記第１の経路および前記第２の経路は、前記弁の開度が狭くなるにつれて、一方の経路に流れる過熱冷媒の過熱度が大きくなり、他方の経路には二相冷媒が流れる状態から、一方の経路に室温と同じ温度の過熱冷媒が流れ、他方の経路に流れる過熱冷媒の過熱度が大きくなる状態に移行する関係を有し、
前記熱容量は、前記蒸気圧縮システム内の前記熱交換器によって吸収されるエネルギー速度を指す
蒸気圧縮システム。
【請求項１１】
前記熱交換器は屋内熱交換器であり、前記ＶＣＳは１つの屋外熱交換器と複数の屋内熱交換器とを含む、
請求項１０に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項１２】
前記プロセッサは、前記熱交換器の前記熱容量を１組の領域に分割する設定点関数を用いて、前記選択されたセンサーのための設定点を決定し、前記要求された熱容量が、前記設定点関数によって、選択されたセンサーの設定点にマッピングされるように、前記組内の前記センサーごとに１つの領域が存在する、
請求項１０に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項１３】
前記設定点関数は蒸発温度又は凝縮温度とゾーン温度との間に制限され、前記プロセッサは前記蒸発温度、前記凝縮温度又は前記ゾーン温度の変化に応答して前記設定点関数を更新する、
請求項１２に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項１４】
前記設定点関数は、センサーの飽和点において切り替わる連続関数である、
請求項１２に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項１５】
前記弁の前記位置を決定し、前記選択されたセンサーのための設定点と前記選択されたセンサーの測定値との間の誤差を低減するためのフィードバックコントローラーを更に備える、
請求項１０に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項１６】
前記フィードバックコントローラーの利得は、前記組内の異なるセンサーが異なる利得に関連付けられるように、前記選択されたセンサーに基づいて選択される、
請求項１５に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項１７】
蒸気圧縮システム（ＶＣＳ）であって、
屋外熱交換器と、
１組のゾーンを調整するための１組の屋内熱交換器であって、前記各屋内熱交換器は対応するゾーンを調整し、冷媒を送るための１組の経路と、前記１組の経路内の前記冷媒の温度を測定するための１組のセンサーと、前記各屋内熱交換器に入る前記冷媒の量を制御するために、前記１組の経路に接続される入口ヘッダーパイプの上流側又は下流側に設けられる弁とを含む、１組の屋内熱交換器と、
前記対応するゾーンに対して要求された温度に基づいて、前記屋内熱交換器ごとに要求された熱容量を決定するための監視用コントローラーと、
１組の容量コントローラーであって、前記屋内熱交換器内の少なくとも１つの経路を通り抜ける前記冷媒の設定点温度を決定し、前記屋内熱交換器の前記弁の開度に相当する前記弁の位置を調整して、前記設定点温度と前記経路内の前記冷媒の前記測定された温度との間の誤差を低減するために、前記屋内熱交換器ごとに１つの容量コントローラーが存在し、前記容量コントローラーは、監視用コントローラーによって決定された前記熱容量に基づいて、選択された一組のセンサーから第１のセンサー又は第２のセンサーのいずれかから前記測定された温度を受け取る、１組の容量コントローラーと、
を備え、
前記第１のセンサーが設置される経路および前記第２のセンサーが設置される経路は、前記弁の開度が狭くなるにつれて、一方の経路に流れる過熱冷媒の過熱度が大きくなり、他方の経路には二相冷媒が流れる状態から、一方の経路に室温と同じ温度の過熱冷媒が流れ、他方の経路に流れる過熱冷媒の過熱度が大きくなる状態に移行する関係を有し、
前記熱容量は、前記蒸気圧縮システム内の前記屋内熱交換器によって吸収されるエネルギー速度を指す
蒸気圧縮システム。
【請求項１８】
前記容量コントローラーは、
終了条件が満たされるまで、前記弁の前記位置を繰り返し調整して、前記誤差を低減するためのフィードバックコントローラーと、
前記要求された熱容量に基づいて、前記一組のセンサーからセンサーを選択するためのプロセッサと、選択された経路上の前記冷媒の前記温度を測定するためのセンサーと、
前記フィードバックコントローラーを前記選択されたセンサーに動作可能に接続するためのスイッチと、
を備える、請求項１７に記載の蒸気圧縮システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蒸気圧縮システムに関し、より詳細には、マルチゾーン蒸気圧縮システムの制御に適した蒸気圧縮システムを制御するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気圧縮システム（ＶＣＳ：ｖａｐｏｒ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍｓ）は、冷房運転及び暖房運転を実行するために、そして居住者の快適性を改善するために、低温環境と高温環境との間で熱エネルギーを移動させる。例えば、冷房運転において屋内温度を下げるために、熱を屋内空間から屋外空間に移動させることができるか、又は暖房運転において屋内温度を上げるために、熱を屋外空間から屋内空間に移動させることができる。
【０００３】
熱負荷、すなわち、熱エネルギーが空間の中に移動する（例えば、熱い空気が建物内に送り込まれるによる）速度は一般的に直接測定されないが、その影響は、屋内空間温度又はゾーン温度の変化として検出される。ゾーン温度を制御するために、ＶＣＳの運転は、システムによって与えられる冷房能力又は暖房能力を調節し、ゾーン温度が所望のゾーン温度付近にあるように負荷を相殺する。熱交換器の熱容量は、熱エネルギーが熱交換器によって受け入れられる、又は受け入れられない速度である。
【０００４】
マルチゾーン蒸気圧縮システム（ＭＺ−ＶＣＳ：ｍｕｌｔｉ−ｚｏｎｅ  ｖａｐｏｒ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）は、１つ又は複数の屋内ゾーンに配置される複数の熱交換器に接続される単一の圧縮器を含む。そのような屋内熱交換器の暖房又は冷房能力は、各熱交換器において「オン」運転モードと「オフ」運転モードとの間にデューティサイクルを設けることによって調節される。熱交換器は、冷媒流を制御する入口弁が閉鎖されるときに、又は代替的には、冷媒をシステムに送り込む圧縮器が停止されるときにオフであり、その結果、熱交換器によって冷房又は暖房が実行されなくなる。熱交換器は、入口弁が開放され、屋内ゾーン内の熱交換器が最大熱容量において運転するように圧縮器が運転しているときにオンである。コントローラーが、ゾーン温度と所望のゾーン温度との間の差に基づいてモードを入れ替える方法を決定する。
【０００５】
しかしながら、ゾーン熱交換器が互いに独立してオン及びオフに切り替わることができるＭＺ−ＶＣＳでは特に、熱交換器のオン及びオフを切り替える動作の結果として、ゾーン温度及び熱交換器温度のような、システムの出力に持続的な周期的変動が生じ、そのような変動は非効率的であり、居住者快適性を低下させることが知られている。したがって、ＭＺ−ＶＣＳの熱交換器のような熱交換器の熱容量を円滑に制御する制御システム及び方法が当該技術分野において必要とされている。
【０００６】
熱交換器の熱容量を円滑に制御することは、複数の並列冷媒流路が冷媒流を分割するように設計された熱交換器の場合に更に難しい。熱交換器内の冷媒流を分割すると、個々の経路内の冷媒質量の流量が減少し、熱交換器内を冷媒が通過するのに長い時間を要するようになり、それゆえ、熱交換の機会が多くなり、それによりシステム効率が増加する。
【０００７】
しかしながら、マルチパス熱交換器の複数の経路間で冷媒を均等に分配するのは、解決するのが難しいことが一般的に認識されている。例えば、理論的に等しく分割された冷媒流が他の経路より１つの経路に多く流れ、熱交換器の熱管理を複雑にする。複数の従来の方法は、冷媒の不均等な分配の問題に対処することを目的とする。
【０００８】
例えば、１つの方法が、各経路内の冷媒が均一であるように複数の経路に冷媒を分配する特殊設計のヘッダーパイプを使用する。例えば、特許文献１及び特許文献２を参照されたい。別の方法が、各経路上で許される冷媒の量を能動的に計量することによって均等な冷媒分配を達成するために、ヘッダーパイプ及び多数の制御可能弁を含む複雑な分配器を使用する。例えば、特許文献３及び特許文献４を参照されたい。しかしながら、それら全ての方法がＶＣＳのコストを上げ、必ずしも最適な結果を達成するとは限らない。
【０００９】
したがって、更なる高額の分配器を必要としない、マルチパス熱交換器において冷媒流を制御する低コストの方法が当該技術分野において必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／００１７４３８号
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１３／０３１２９４４号
【特許文献３】米国特許第８，７９４，０２８号
【特許文献４】米国特許第８，６８９，５８２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の幾つかの実施形態の目的は、マルチゾーン蒸気圧縮システム（ＭＺ−ＶＣＳ）を制御するのに適した蒸気圧縮システム（ＶＣＳ）の運転を制御するためのシステム及び方法を提供することである。幾つかの実施形態の別の目的は、振動又はリミットサイクルの誘発を必要とすることなく、熱交換器から要求された熱容量を漸近的に供給するように熱交換器を制御するためのシステム及び方法を提供することである。幾つかの実施形態の更なる目的は、更なる弁のような新たなアクチュエーターを必要とすることなく、熱交換器の熱容量を制御するためのシステム及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の幾つかの実施形態は、マルチパス熱交換器内の不均一な冷媒分配に関してこれまでに検討された問題が利点に変わる可能性があるという理解に基づく。そのために、本発明の幾つかの実施形態は、高額の解決策を用いて不均一な冷媒分配問題を解決する代わりに、その不均一な分配を用いて、熱交換器をより良好に制御し、ＭＺ−ＶＣＳの制御に適したＶＣＳの制御のためのシステム及び方法を提供する。
【００１３】
例えば、本発明の幾つかの実施形態は、単一の熱交換器を備えるＶＣＳが、圧縮器の温度に基づいて熱交換器の単一の弁を制御し、低いが、０でない過熱温度を達成するという認識に基づく。しかしながら、ＭＺ−ＶＣＳの場合、単一の圧縮器のために複数の入口弁が存在し、圧縮器温度を規制しても、独立したゾーン冷房制御を達成しないので、そのような制御は非現実的である。それゆえ、熱交換器の弁を制御する代替の手法が必要とされている。
【００１４】
残念なことに、熱容量と弁の開放との間の関係は外乱の影響を受けやすい。それゆえ、幾つかの実施形態は、対応する熱交換器内の冷媒の温度に基づいて、弁の開放を制御し、冷媒を熱交換器に取り込むことを目的とする。熱交換器を通り抜ける冷媒の状態の物理的性質に起因して、冷媒の過熱温度及び過冷温度のみを測定することができる。しかしながら、熱交換器にわたって単一の経路内で冷媒の過熱温度又は過冷温度を有する領域は、弁の種々の開放によって形成される熱容量の値の何分の一にしか対応しないので、温度検知を非効率的な制御変数にする。
【００１５】
しかしながら、マルチパス熱交換器では、冷媒の流量が経路ごとに異なる。この優先的な流動パターンが繰返し可能であり、個々の経路に沿って配置されるセンサーを用いて測定可能であることが理解された。マルチパス熱交換器内で冷媒質量が不均等に分配される結果として、異なる経路ごとに異なる過熱点又は過冷点が生じる。したがって、異なる経路内の異なるセンサーが、弁の位置の全範囲に及ぶ冷房能力の異なる値ごとに過熱を測定することができる。
【００１６】
単一の膨張弁を用いて、経路ごとの温度を特定の方法において決定された設定点に漸近的に規制することによって、熱交換器全体の熱容量を円滑に制御できることが更に理解された。また、時間とともに変化する局所的なゾーン温度と、システム蒸発温度又はシステム凝縮温度のいずれかとの関数として選択された経路設定点温度を指定することによって、各屋内熱交換器の熱容量を、熱負荷のような測定不能な外乱から独立して決定できることが理解された。
【００１７】
それゆえ、本発明の幾つかの実施形態では、マルチゾーン蒸気圧縮システム内の熱交換器の熱容量は、マルチパス熱交換器内の冷媒分配を利用することによって制御される。温度センサーが経路温度を測定し、経路温度を設定点まで動かすために、膨張弁開放が決定される。このようにして、更なるアクチュエーターを導入することなく、熱交換器容量を円滑に制御することができる。
【００１８】
したがって、本発明の一実施形態は、蒸気圧縮システム（ＶＣＳ）であって、被制御ゾーンを調整するために冷媒を送るための１組の経路に接続される入口ヘッダーパイプを有する熱交換器であって、入口ヘッダーパイプは冷媒を異なる経路に分割する、熱交換器と、１組の経路の各経路内の冷媒の温度を測定するための１組のセンサーと、入口ヘッダーパイプに入る冷媒の量を制御するための弁と、１組のセンサーからの少なくとも１つのセンサーの測定値と、熱交換器に対して要求された熱容量とに基づいて、弁の位置を決定するためのプロセッサを含むコントローラーと、を備える、蒸気圧縮システムを開示する。
【００１９】
別の実施形態は、蒸気圧縮システムであって、被制御ゾーンを調整するために冷媒を送るための１組の経路に接続される入口ヘッダーパイプを有する熱交換器であって、１組の経路は少なくとも第１の経路及び第２の経路を含み、入口ヘッダーパイプは冷媒を第１の経路及び第２の経路に分割する、熱交換器と、１組の経路内の冷媒の温度を測定するための１組のセンサーであって、センサーは少なくとも、第１の経路内の温度を測定するための第１のセンサーと、第２の経路内の温度を測定するための第２のセンサーとを含む、１組のセンサーと、入口ヘッダーパイプに入る冷媒の量を制御するための弁と、熱交換器の要求された熱容量に基づいて第１のセンサーと第２のセンサーとの間で選択し、選択されたセンサーの測定値と、要求された熱容量とに基づいて、弁の位置を調整するためのプロセッサと、を備える、蒸気圧縮システムを開示する。
【００２０】
更に別の実施形態は、蒸気圧縮システムであって、屋外熱交換器と、１組のゾーンを調整するための１組の屋内熱交換器であって、各屋内熱交換器は対応するゾーンを調整し、冷媒を送るための１組の経路と、１組の経路内の冷媒の温度を測定するための１組のセンサーと、各屋内熱交換器に入る冷媒の量を制御するための弁とを含む、１組の屋内熱交換器と、対応するゾーンに対して要求された温度に基づいて、屋内熱交換器ごとに要求された熱容量を決定するための監視用コントローラーと、１組の容量コントローラーであって、屋内熱交換器内の少なくとも１つの経路を通り抜ける冷媒の設定点温度を決定し、屋内熱交換器の弁の位置を調整して、設定点温度と経路内の冷媒の測定された温度との間の誤差を低減するために、屋内熱交換器ごとに１つの容量コントローラーが存在する、１組の容量コントローラーと、を備える、蒸気圧縮システムを開示する。
【００２１】
定義
本発明の実施の形態を説明する際に、全体を通じて（上記を含む）以下の定義が適用可能である。
【００２２】
「コンピューター」は、構造化された入力を受け入れ、該構造化された入力を所定の規則に従って処理し、処理結果を出力として生成することが可能な任意の装置を指す。コンピューターの例には、コンピューター、汎用コンピューター、スーパーコンピューター、メインフレーム、スーパーミニコンピューター、ミニコンピューター、ワークステーション、マイクロコンピューター、サーバー、双方向テレビ、コンピューター及び双方向テレビのハイブリッドな組み合わせ、並びにコンピューター及び／又はソフトウェアをエミュレートする特定用途向けハードウェアが含まれる。コンピューターは単一のプロセッサ、又は並列に動作し及び／又は並列に動作しないことができる複数のプロセッサを有することができる。コンピューターは、コンピューター間で情報を送信又は受信するネットワークを介して共に接続された２つ以上のコンピューターも指す。そのようなコンピューターの例には、ネットワークによってリンクされたコンピューターを介して情報を処理する分散コンピューターシステムが含まれる。
【００２３】
「中央処理ユニット（ＣＰＵ：ｃｅｎｔｒａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｕｎｉｔ）」又は「プロセッサ」は、ソフトウェア命令を読み出して実行するコンピューター又はコンピューターのコンポーネントを指す。
【００２４】
「メモリ」又は「コンピューター可読媒体」は、コンピューターによってアクセス可能なデータを格納するための任意のストレージを指す。例には、磁気ハードディスク、フロッピーディスク（登録商標）、ＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤのような光ディスク、磁気テープ、メモリチップ、並びに電子メールを送受信する際に、又はネットワーク及びコンピュータメモリ、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ：ｒａｎｄｏｍ−ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）にアクセスする際に用いられる搬送波等の、コンピューター可読電子データを搬送するのに用いられる搬送波が含まれる。
【００２５】
「ソフトウェア」は、コンピューターを動作させるための所定の規則を指す。ソフトウェアの例には、ソフトウェア、コードセグメント、命令、コンピュータプログラム、及びプログラムロジックが含まれる。インテリジェントシステムのソフトウェアは自己学習が可能とすることができる。
【００２６】
「モジュール」又は「ユニット」は、タスク又はタスクの一部を実行するコンピューターにおける基本コンポーネントを指す。「モジュール」又は「ユニット」は、ソフトウェアによってもハードウェアによっても実施することができる。
【００２７】
「制御システム」は、他のデバイス又はシステムの挙動を管理、命令、誘導又は規制するデバイス又は１組のデバイスを指している。制御システムはソフトウェア又はハードウェアのいずれかによって実現することができ、１つ又は幾つかのモジュールを含むことができる。
【００２８】
「コンピューターシステム」はコンピューターを有するシステムを指しており、コンピューターは、コンピューターを動作させるソフトウェアを具現するコンピューター可読媒体を備える。
【００２９】
「ネットワーク」は、通信設備によって接続される複数のコンピューター及び関連するデバイスを指している。ネットワークは、ケーブルのような永久接続、電話又は他の通信リンクを通して形成されるような一時的接続、及び／又はワイヤレス接続を伴う。ネットワークの例は、インターネット（ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）のようなインターネット、イントラネット、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ：ｌｏｃａｌ  ａｒｅａ  ｎｅｔｗｏｒｋ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ：ｗｉｄｅ  ａｒｅａ  ｎｅｔｗｏｒｋ）、並びにインターネット及びイントラネットのようなネットワークの組み合わせを含む。
【００３０】
「蒸気圧縮システム」は、熱力学、流体力学及び／又は熱伝達の原理に基づいて、蒸気圧縮サイクルを用いて、システムのコンポーネントを通して冷媒を移動させるシステムを指している。
【００３１】
「ＨＶＡＣ」システムは、蒸気圧縮サイクルを実施する任意の加熱、換気及び空調（ＨＶＡＣ：ｈｅａｔｉｎｇ，ｖｅｎｔｉｌａｔｉｎｇ，ａｎｄ  ａｉｒ−ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）システムを指している。ＨＶＡＣシステムは、建物の居住者に外気のみを供給するシステムから、建物の温度を制御するだけのシステム、温度及び湿度を制御するシステムまでの広範な１組のシステムに及ぶ。
【００３２】
「蒸気圧縮システムのコンポーネント」は、制御システムによって制御可能な動作を有する蒸気圧縮システムの任意のコンポーネントを指している。それらのコンポーネントは、限定はしないが、冷媒を圧縮し、システムの中に送り込むための可変速度を有する圧縮機と、システムの高圧部分と低圧部分との間で調整可能な圧力降下を与えるための膨張弁と、それぞれ熱交換器を通る空気流量を調整するための変速ファンを組み込む、蒸発熱交換器及び凝縮熱交換器とを含む。
【００３３】
「蒸発器」は、熱交換器を通り抜ける冷媒が熱交換器の長さにわたって蒸発し、その結果、熱交換器の出口における冷媒の比エンタルピーが熱交換器の入口における冷媒の比エンタルピーより高くなり、冷媒が全体として液体から気体に変化する、蒸気圧縮システム内の熱交換器を指している。蒸気圧縮システム内に１つ又は複数の蒸発器が存在する場合がある。
【００３４】
「凝縮器」は、熱交換器を通り抜ける冷媒が熱交換器の長さにわたって凝縮し、その結果、熱交換器の出口における冷媒の比エンタルピーが熱交換器の入口における冷媒の比エンタルピーより低くなり、冷媒が全体として気体から液体に変化する、蒸気圧縮システム内の熱交換器を指している。蒸気圧縮システム内に１つ又は複数の凝縮器が存在する場合がある。
【００３５】
「設定点」は、蒸気圧縮システムのようなシステムが動作の結果として到達し、保持することを目標とする目標値を指している。設定点という用語は、特定の１組の制御信号、並びに熱力学パラメーター及び環境パラメーターの任意の特定の値に適用される。
【００３６】
「熱負荷」は、蒸気圧縮システムによって低温ゾーンから高温ゾーンまで移動する熱エネルギー速度を指している。この信号に通常関連付けられる単位は、ジュール／秒又はワット又はイギリス熱単位／時間（ＢＴＵ／ｈｒ（Ｂｒｉｔｉｓｈ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｕｎｉｔｓ  ｐｅｒ  ｈｏｕｒ））である。
【００３７】
「熱容量」は、蒸気圧縮システム内の熱交換器によって吸収されるエネルギー速度を指している。この信号に通常関連付けられる単位は、ジュール／秒又はワット又はイギリス熱単位／時間（ＢＴＵ／ｈｒ）である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１Ａ】本発明の幾つかの実施形態によって用いられる原理に従って制御されるマルチゾーン蒸気圧縮システム（ＭＺ−ＶＣＳ）のブロック図である。
【図１Ｂ】本発明の幾つかの実施形態によって用いられる原理に従って制御されるマルチゾーン蒸気圧縮システム（ＭＺ−ＶＣＳ）のブロック図である。
【図２Ａ】従来の制御方法のための時間の関数としての温度応答の概略図である。
【図２Ｂ】従来の制御方法のための時間の関数としての温度応答の概略図である。
【図２Ｃ】弁開放と熱交換器の熱容量との間の仮想的なマッピングである。
【図３Ａ】本発明の種々の実施形態に従って制御されるマルチパス熱交換器の概略図である。
【図３Ｂ】幾つかの実施形態によって用いられるマルチパス熱交換器の異なる経路内の冷媒の温度応答の概略図である。
【図３Ｃ】本発明の幾つかの実施形態による、蒸気圧縮システム（ＶＣＳ）のブロック図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による、ＭＺ−ＶＣＳを制御するためのコントローラーのブロック図である。
【図４Ｂ】容量コントローラーの例示的な実施形態のブロック図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態による、選択された経路のための設定点を決定するための設定点関数の図である。
【図５】本発明の一実施形態を用いる円滑容量制御の冷房モードにおける例示的な過渡応答の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
マルチゾーン蒸気圧縮システム
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の幾つかの実施形態によって用いられる原理に従ってコントローラー１０１によって制御されるマルチゾーン蒸気圧縮システム（ＭＺ−ＶＣＳ）１００のブロック図を示す。ＭＺ−ＶＣＳは、被制御環境を調整するように構成される１つ又は幾つかの屋内熱交換器を含む。例えば、図１Ａの一実施形態では、各ゾーン１２５又は１３５が建物内の１つの部屋に対応し、ＭＺ−ＶＣＳが複数のゾーンに同時に冷房又は暖房を提供できるようにする。
【００４０】
図１Ｂに示される代替の実施形態では、建物内の１つの部屋又はゾーン１３７内に複数の熱交換器が配置され、ＭＺ−ＶＣＳが部屋の異なる区画に冷房又は暖房を提供できるようにする。本開示では、明確にするために２ゾーンＭＺ−ＶＣＳが説明されるが、冷媒ライン長の物理的限界、圧縮器の容量及びポンプ能力、建築基準法を条件として、任意の数の屋内ゾーンを用いることができることは理解されたい。
【００４１】
圧縮器１１０は、蒸気状態にある低圧冷媒を受け取り、機械的仕事を実行して、冷媒の圧力及び温度を高める。四方弁１０９の構成に応じて、高温冷媒を、屋外熱交換器に送ることができるか（その場合、システムは熱を屋外環境に移動させ、有益に冷房できることを示し、冷房モードにおいて運転すると言われる）、又は屋内熱交換器に送ることができる（その場合、システムは熱を１つ又は複数の屋内ゾーンに移動させ、有益に暖房できることを示し、暖房モードにおいて運転すると言われる）。
【００４２】
明確にするために、そして後の説明を簡単にするために、全体として冷房モードが検討され、すなわち、圧縮器は四方弁１０９の実線として示されるように蒸気圧縮システムの残りの部分に接続されるが、蒸発器の代わりに凝縮器を、蒸発温度の代わりに凝縮温度を適切に用いることによって暖房モードにおいて運転しているシステムについて類似の説明を行うことができることは理解されたい。
【００４３】
冷房モードでは、高温高圧の冷媒が屋外熱凝縮交換器１１５に移動し、関連するファン１１６が熱交換器にわたって空気を吹き込む。熱が冷媒から空気に伝達され、それにより、冷媒が蒸気から液体に凝縮する。
【００４４】
蒸気冷媒が飽和蒸気から液体及び蒸気の両方からなる二相混合物に、そして更に飽和液体に凝縮する相変化プロセスは蒸気圧縮サイクルの理想的な記述において等温であり、すなわち、相変化プロセスは一定の温度において、それゆえ、検知できるほどの温度変化がなく生じる。しかしながら、飽和液体から更に熱が除去される場合には、飽和液体の温度が適度な量だけ低下し、冷媒は「過冷される」と呼ばれる。過冷温度は、同じ圧力における過冷された冷媒温度と計算された飽和液体冷媒温度との間の温度差である。
【００４５】
液体高温冷媒は屋外熱交換器を出て、後に接続される屋内ゾーン１２５、１３５又は１３７の間で冷媒を分配するためにマニホールド１１７によって分割される。別の膨張弁１２６、１３６が入口マニホールドに接続される。これらの膨張弁は制限要素であり、冷媒の圧力を実質的に低減する。弁内で実質的に熱交換することなく、圧力が急速に低減されるので、冷媒の温度が実質的に低減され、蒸気圧縮サイクルの理想的な記述において「断熱」と呼ばれる。弁を出る結果的な冷媒は、液体及び蒸気の低圧低温二相混合物である。
【００４６】
二相冷媒は屋内熱交換器１２０、１３０に入り、屋内熱交換器において、関連するファン１２１、１３１が熱交換器にわたって空気を吹き込む。屋内空間からの熱負荷を表す熱１２２、１３２は、ゾーンから冷媒に伝達され、それにより、冷媒が液体及び蒸気の二相混合物から飽和蒸気状態に蒸発する。
【００４７】
冷媒が飽和液体から液体及び蒸気の両方の二相混合物に、そして更に飽和蒸気に蒸発する相変化プロセスは蒸気圧縮サイクルの理想的な記述において等温であり、すなわち、一定の温度において生じ、それゆえ、検知できるほどの温度変化がなく生じるプロセスである。しかしながら、飽和蒸気に更なる熱が加えられる場合には、飽和蒸気の温度が適度な量だけ上昇し、冷媒は「過熱される」と呼ばれる。過熱温度は、同じ圧力における過熱された冷媒蒸気温度と計算された飽和蒸気温度との間の差である。
【００４８】
屋内ユニット熱交換器を出る低圧冷媒蒸気は、出口マニホールド１１８において、共通の流路に再結合される。最後に、低圧冷媒蒸気は圧縮器に戻され、そのサイクルが繰り返される。
【００４９】
ＭＺ−ＶＣＳ１００内の主要なアクチュエーターは、圧縮器１１０と、屋外熱交換器ファン１１６と、屋内熱交換器ファン１２１、１３１と、膨張弁１２６、１３６とを含む。システムによって、圧縮器速度は１つ又は複数の所定の設定に固定することができるか、又は絶えず変更することができる。同様に、屋外熱交換器ファンは、一定の速度において動作することができるか、又は絶えず変更することができる。構成によって、屋内熱交換器ファンはＭＺ−ＶＣＳコントローラーによって決定することができるか、又はその速度は、居住者が屋内気流を直接制御したいとき、居住者によって決定することができる。膨張弁は、全ての取り得る中間位置を含む、完全に閉鎖された位置から完全に開放された位置まで連続的に変化するように、コントローラー１０１によって制御、例えば、電子制御される。幾つかのＭＺ−ＶＣＳの実施態様は、正確に流量制御するために、オン／オフ制御及び個別の可変開放弁の代わりに、電磁弁の一連の組み合わせを備える電子制御式膨張弁を使用する。
【００５０】
高い冷媒圧及び低い冷媒圧は、屋外及び屋内気温、圧縮器速度及び弁開放の複合的な組み合わせのような熱力学的条件によって決定される。膨張弁はそれぞれ異なる開放に設定することができるが、全体的な高い圧力及び低い圧力は、冷媒回路内で並列に配置されるこれらの弁にわたる全圧力降下によって決定される。屋内熱交換器１２０、１３０と出口マニホールド１１８との間に圧力低減要素が存在しないこと、それゆえ、全ての熱交換器は実質的に同じ圧力において動作することに留意されたい。さらに、相変化の上記で言及された等温特性に起因して、全ての屋内熱交換器は、同じ温度において蒸発するように制約される。この共通の蒸発温度Ｔｅは、後に説明されるように、ＭＺ−ＶＣＳの運転における重要な制約を表す。
【００５１】
問題概説
各ゾーン内の熱負荷は独立しており、所望のゾーン温度は異なる可能性がある。結果として、これらの異なる熱的要件を満たすために、実施形態によっては、各熱交換器によって提供される冷房は独立制御される。しかしながら、独立した熱容量に関するこの要件は、共通蒸発温度の制約と相容れない。例えば、局所的なゾーン温度に影響を及ぼすために１つの弁の開放を単純に変更することによって、全てのゾーン内の蒸発温度が変化する。さらに、屋内熱交換器ファン速度を調節することによって、ゾーン温度に影響を及ぼすことができるが、適用例によっては、ゾーンの居住者がゾーン温度設定から独立してゾーン気流設定を指定することができるので、この方法に頼ることはできない。
【００５２】
共通蒸発圧によって制約を受けるマルチゾーン空調装置において独立したゾーン温度を達成するために、現在の制御方策は、あまり冷房を必要としない屋内熱交換器（例えば、ゾーン温度が設定点温度未満であり、それゆえ、過冷されたゾーン）を特定し、膨張弁を閉鎖することによって、それらの熱交換器への冷媒流を一時的に遮断する。
【００５３】
図２Ａ及び図２Ｂは、従来技術において用いられる従来の制御方法の一例として、時間の関数としての温度応答を示す。この例では、同じ期間にわたって２つのゾーンが検討される。図２Ａのゾーン内の条件は、熱交換器が名目的に供給する冷房より少ない冷房を必要とし、図２Ｂのゾーン内の熱負荷は、関連する熱交換器によって与えられる冷房と実質的に熱平衡にある。画像２２１、２２２及び２３２は、ピクセル強度としての熱交換器温度のサーモグラフィ画像であり、この場合、暗いピクセルほど、冷たい温度を表す。
【００５４】
図２Ａのゾーンは過冷されるので、膨張弁は開放と閉塞との間で入れ替わり、熱交換器表面温度２０３は、蒸発温度Ｔｅ２０５と、ゾーン温度ＴｒＡ２０２との間で振動する。膨張弁が開いているとき、時点ｔ１において画像２２１に示されるように、熱交換器２２１全体が蒸発温度にある。逆に、膨張弁が閉鎖されるとき、時点ｔ２において画像２２２に示されるように、熱交換器はゾーン温度まで温まる。このオン／オフデューティサイクルの結果として、ゾーン温度はゾーン設定点温度２０１付近において振動し、或る時間窓にわたって平均された熱交換器の冷房能力が負荷に概ね等しくなるように調節されていることを示す。
【００５５】
この例では、図２Ｂのゾーンは熱平衡にあり、それは、熱負荷が冷房能力に実質的に同等であり、それゆえ、或る時間窓にわたって平均されるときに、ゾーン温度が安定していることを意味する。しかしながら、図２Ａのゾーンの場合の熱交換器の膨張弁のオン／オフサイクルによって、システム蒸発圧に、それゆえ、蒸発温度２０５に変動が生じ、蒸発温度は熱交換器温度２１３と一致する。蒸発温度のこの振動は、今度は、図２Ｂのゾーン内の温度の振動２１２を引き起こす。これらの変動にもかかわらず、図２Ｂのゾーン内の経時的なサーモグラフィ挙動は、時点ｔ２において取り込まれた画像２３２に概ね類似している。
【００５６】
膨張弁が突然に開閉される従来技術において用いられる制御方法は、システム蒸発温度及び冷媒流量内に振動を誘発する。さらに、蒸気圧縮サイクルが強く結合されるので、蒸発温度及び冷媒流量の変化が、機械の数多くの他の領域、例えば、圧縮器吐出温度及び凝縮圧に外乱を引き起こす。さらに、これらの周期的な外乱は多くの場合に過渡応答ではなく、代わりに、リミットサイクルとして持続する。リミットサイクルによって誘発される変動は、機械がゾーン温度を円滑に規制する能力を劣化させる可能性があり、リミットサイクルのピーク中に過度に高い温度、又は過度に低い温度を引き起こす可能性があり、著しい過渡応答中に運転している熱交換器は非効率的であることがわかっているので、無用にエネルギーを消費する可能性がある。
【００５７】
弁の開放と熱交換器の要求される熱容量との間に関係がある場合には、熱交換器のデューティサイクル制御を回避することができる。しかしながら、弁開放から熱交換器容量への一定のマッピングを決定するのは難しい。
【００５８】
図２Ｃは、弁開放２５１と熱交換器の熱容量２７６との間の仮想的なマッピング２７０を示す。そのようなマッピングは熱力学的条件によって決まり、経時的に変化することが理解された。例えば、マッピング２７０は、異なる１組の屋外気温、屋内ゾーン温度、熱負荷及び蒸気圧縮システム構成に応じて変化する。図２Ｃは、異なる１組の熱力学的条件の場合のそのようなマッピング２７０、２７１、２７２の３つの例を示す。
【００５９】
残念なことに、熱容量と弁の開放との間の関係は外乱の影響をあまりにも受けやすい。熱力学的条件はマッピングと非線形に相互作用し、その結果、これらの条件がマップにいかに影響を及ぼすかを予測するのは難しく、直接の実験を通して熱力学的条件がマッピングにいかに影響を与えるかを判断するのは、時間がかかりすぎて非現実的である。それゆえ、弁開放と熱容量との間の直接マッピングに基づいて熱交換器の熱容量を制御するのは現実的ではない。
【００６０】
解決策概説
幾つかの実施形態は、対応する熱交換器内の冷媒の温度に基づいて、弁の開放を制御し、冷媒を熱交換器に取り込むことを目的とする。熱交換器を通り抜ける冷媒の状態の物理的性質に起因して、冷媒の過熱温度及び過冷温度のみを測定することができる。しかしながら、熱交換器にわたって単一の経路内で冷媒の過熱温度又は過冷温度を有する領域は、弁の種々の開放によって形成される熱容量の値のごく一部にしか対応しないので、温度検知を非効率的な制御変数にする。
【００６１】
しかしながら、マルチパス熱交換器では、冷媒の流量が経路ごとに異なる。この優先的な流動パターンが繰返し可能であり、個々の経路に沿って配置されるセンサーを用いて測定可能であることが理解された。マルチパス熱交換器内で冷媒質量が不均等に分配される結果として、異なる経路ごとに異なる過熱点又は過冷点が生じる。したがって、異なる経路内の異なるセンサーが、弁の位置の全範囲に及ぶ冷房能力の異なる値ごとに過熱を測定することができる。
【００６２】
蒸発冷房能力を円滑に、そして絶えず制御するという目標を達成するために、本発明の種々の実施形態による制御の目的のために、マルチパス熱交換器内の冷媒質量分配の観測された挙動が利用される。
【００６３】
図３Ａは、本発明の種々の実施形態によって制御されるマルチパス熱交換器３００の概略図を示す。マルチパス熱交換器３００は、流入する冷媒３６７を、熱交換フィン３５１を通る２つ以上の経路３６５、３６６間に分割する入口ヘッダーパイプ３５０を含み、これらの経路を共通の出口ヘッダーパイプ３５２に集合させる。明確かつ簡潔にするために、本明細書において２経路熱交換器が説明されるが、異なる実施形態は、マルチパス熱交換器内で異なる数の経路を使用する。
【００６４】
膨張弁１２６の開放が減少するにつれて、熱交換器に入る冷媒質量流量が低減される。或る低い値の質量流量において、冷媒は他の経路３６１よりも幾つかの経路３６０内に優先的に多く流れ、熱交換器内の不均等な冷媒分配を引き起こす。不均等な冷媒分配のこの現象が、容量制御のための実施形態によって使用される。
【００６５】
マルチパス熱交換器内の冷媒質量の不均等な分配は、異なる経路に沿って温度センサーを配置することによって検出することができる。例えば、（１）３５５及び（２）３５６を付されたセンサーを参照されたい。冷媒質量流量が低い経路では、熱交換器に入る二相液体−蒸気混合物が、その経路に沿った或る点において蒸発プロセスを完了し、温度センサーによって検知可能である過熱状態になる。過熱温度は、飽和蒸気冷媒の温度と二相蒸発温度Ｔｅとの間の差である。例えば、センサー（１）が、センサー（２）を含む他の経路に比べて、少ない冷媒質量流量を有する経路上に配置される。
【００６６】
図３Ｂは、幾つかの実施形態によって利用されるマルチパス熱交換器の異なる経路内の冷媒の温度応答を示す。膨張弁３０１が狭くなるにつれて、センサー（１）３０７において検知可能な温度が、飽和蒸発温度Ｔｅ３０３から上昇する。最終的には、センサー（１）における温度は、熱交換器コイルの一部がゾーン気温Ｔｒ３０４に達するまで上昇する。熱交換器の温度は、下端では蒸発温度によって、上端では室温によって制限される。
【００６７】
領域ラベル３０６では、センサー（１）によって測定される温度がＴｅからＴｒまで上昇しているとき、センサー（２）３０８によって測定される温度は、熱交換器の経路が二相冷媒で満たされたままであるので、Ｔｅにおいて飽和したままである。この領域では、一方の経路が過熱された冷媒を有し、他方の経路が蒸発温度にある冷媒を有するので、熱交換器全体の冷房能力は相対的に高い。
【００６８】
膨張弁が更に閉じると、センサー（２）によって測定される温度はＴｅからＴｒに上昇し始め、一方、センサー（１）によって測定される温度は、３０５を付された領域において示されるように、Ｔｒにおいて飽和したままである。この領域では、一方の経路は過熱された冷媒を有し、他方の経路は室温にある冷媒を有し、熱交換器全体の熱容量は相対的に低い。それゆえ、熱交換器全体の熱容量は、膨張弁の開放を制御することによって、相対的に高い容量から相対的に低い容量まで円滑に変更することができる。
【００６９】
本発明の幾つかの実施形態は、この優先的な流動パターンが繰返し可能であり、結果として、異なる経路ごとに異なる過熱点又は過冷点が生じるという理解に基づく。したがって、異なる経路内の異なるセンサーが、弁の位置の全範囲に及ぶ冷房能力の異なる値ごとに過熱を測定することができる。それゆえ、図３Ｂの関係に基づいて経路温度を制御することによって、熱容量は熱力学的条件の影響を受けなくなり、繰返し可能に間接的に調節することができる。
【００７０】
図３Ｃは、本発明の幾つかの実施形態によるＶＣＳのブロック図を示す。ＶＣＳは、被制御ゾーンを調整するために冷媒を送るための１組の経路に接続される入口ヘッダーパイプ３７３を有する熱交換器３７０を含む。例えば、１組の経路は、第１の経路３７１及び第２の経路３７２を含む。入口ヘッダーパイプ３７３は、冷媒を１組の経路からの異なる経路の中に、例えば、第１の経路及び第２の経路の中に分割する。また、ＶＣＳは、１組の経路の各経路内の冷媒の温度を測定するための１組のセンサーも含む。例えば、ＶＣＳは、第１の経路３７１上の冷媒の温度を測定するための第１のセンサー３７５と、第２の経路３７２上の冷媒の温度を測定するための第２のセンサー３７７とを含む。
【００７１】
また、ＶＣＳは、入口ヘッダーパイプ３７３に入る冷媒の量を制御するための弁３７９と、１組のセンサーからの少なくとも１つのセンサーの測定値と、熱交換器に対して要求される熱容量とに基づいて弁の位置を決定するためのプロセッサを含むコントローラー３８０とを含む。
【００７２】
そのようにして、熱容量の調節は、経路温度の連続的な関係に基づき、２つの離散的なオン運転モード及びオフ運転モードを交互に入れ替えることには基づかないので、熱容量の変化は円滑であり、リミットサイクル特性を回避し、弁の位置は、要求された熱容量に対応する位置に漸近的に接近する。
【００７３】
例示的なコントローラー
図４Ａは、本発明の一実施形態による、ＭＺ−ＶＣＳを制御するためのコントローラーのブロック図を示す。この実施形態のコントローラーは、被制御ゾーンに対して要求される温度を達成するために必要とされる熱容量を決定するための監視用コントローラー４０１と、熱交換器の少なくとも１つの経路を通り抜ける冷媒の設定点温度を決定し、弁の位置を調整して、経路内の冷媒の設定点温度と測定された温度との間の誤差を低減するための容量コントローラー４００とを含む。幾つかの実施形態では、ＭＺ−ＶＣＳは、屋外熱交換器と、１組の屋内熱交換器と、屋内熱交換器ごとに１つの容量コントローラーが存在するように１組の容量コントローラーとを含む。
【００７４】
容量コントローラー４００は、マルチパス熱交換器の経路上に配置される温度センサーからの信号４０５と、監視用コントローラー４０１によって決定された要求熱容量４０２を与える容量コマンドとを受信する。容量コントローラーは、熱交換器の容量が要求熱容量４０２に漸近的に接近するように膨張弁の位置を調整するためのコマンド信号４０６を与える。
【００７５】
図４Ｂは、容量コントローラー４００の例示的な実施形態のブロック図を示す。容量コントローラーは、経路内の冷媒の設定点温度と測定された温度との間の誤差を示す誤差信号４５５が０に追い込まれるように膨張弁コマンド４０６を決定するレギュレーター又はフィードバックコントローラー４６０を含む。フィードバックコントローラーは、比例−積分−微分（ＰＩＤ：ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−ｉｎｔｅｇｒａｌ−ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）コントローラー、又は何らかの他のタイプのレギュレーターとして実現することができる。フィードバックコントローラーは、マルチパス熱交換器の選択された経路上に位置決めされるセンサーの温度を設定点４５１に規制する。制御されることになる特定の経路は、容量コマンド４０２に従って設定点関数４２０を実行するプロセッサによって決定される。
【００７６】
一実施形態では、フィードバックコントローラー４６０において用いられるフィードバックコントローラーパラメーター又は利得は、選択された経路に基づいて変更することができる。この実施形態では、制御利得情報４２６は、設定点関数４２０によってフィードバックコントローラーに与えられる。この関数４２０は、選択された温度センサーのための設定点を決定するルーチン４５０に情報４２５を更に与え、フィードバックコントローラーに与えられる誤差信号４５５を計算するためにどのセンサーが使用されるかを選択するスイッチ４３０の状態を設定する。
【００７７】
図４Ｃは、本発明の一実施形態による、選択された経路のための設定点を決定するためのルーチン４５０によって用いられる設定点関数の図を示す。選択された経路４２５についての情報がルーチンに与えられ、ルーチンはこの情報を用いて、設定点関係４６１、４６２の中から選択する。
【００７８】
種々の実施形態において、設定点関数は、熱交換器の熱容量の空間を１組の領域に分割し、要求熱容量が設定点関数によって対応する領域の選択されたセンサーの設定点温度にマッピングされるように、組内のセンサーごとに１つの領域が存在する。例えば、設定点関数のセグメント又は関係４６２が図３Ｂの例の領域３０５に対応する。同様に、設定点関数のセグメント又は関係４６１が領域３０６に対応する。このために、設定点関数は、１組のセンサーにおけるセンサーの飽和点４６３において切り替わる連続関数である。設定点関数のそのような構成によれば、要求冷房能力に対応する正確なセンサーを使用できるようになる。
【００７９】
例えば、相対的に高い冷房能力が要求される場合には、関数４２０は、センサー（１）３０７を含む経路を選択し、ルーチンは、セグメント４６１に関連付けられる設定点関係を選択する。関係４６１は、センサー（１）のための設定点を表し、その特定値は容量コマンド４０２によって決まる。例えば、容量コマンドがｃ１４７１であり、関係４６１が使用されるような相対的に高い容量コマンドである場合には、センサー（１）のための設定点はＴｓｅｔ１４７２であると決定される。容量コマンドの所定の移行値４６３の場合、別の経路が選択され、それゆえ、別の関係を用いて対応する設定点を決定する。図４Ｃに示される例示的な実施形態は、冷房モードにおける運転に関連する。蒸発温度３０１の代わりに凝縮温度を適切に使用し、設定点関係４６１、４６２の傾きを変更することによって、暖房モードにおいて運転するための類似の実施形態が可能である。
【００８０】
冷房モードにおいて、選択された経路温度センサーのための決定された設定点は、蒸発温度３０１と、対応するゾーン温度３０４とによって制限される。これらの温度制限は、熱力学的条件によって決まり、それゆえ、時間とともに変化する可能性があることに留意されたい。例えば、蒸発温度、凝縮温度又はゾーン温度の変化に応答して、コントローラーのプロセッサが設定点関数を更新することができる。これらの時間とともに変化する限界の関数として経路温度設定点関係を指定することによって、熱交換器全体の容量が熱力学的条件から独立して決定される。
【００８１】
図５は、本発明の一実施形態を用いる円滑な容量制御の冷房モードにおける例示的な過渡応答を示す。容量コマンド４０２は上側のプロット内に示され、監視用コントローラー４０１によって決定される。例えば、監視用コントローラーは、下側のプロット内に示されるように、ゾーン温度３０４をゾーン設定点温度５０１まで動かすために、熱交換器の熱容量を調節する。
【００８２】
例えば、このゾーン内の初期条件では、熱交換器が相対的に高い熱容量にある場合に定常状態が生じるようになり、経路設定点温度４５１がセンサー（１）３０７に対応する経路温度と一致し、ｔ１に至る時間まで、経路設定点温度を表す太い実線４５１がセンサー（１）によって測定される温度を表す細い破線３０７と一致するように示される。この条件は、図３Ｂの相対的に高い容量の領域３０６に対応する。
【００８３】
時点ｔ１において、例えば、居住者がサーモスタットの設定点温度を上げるのに応答して、ゾーン設定点温度５０１が上昇する。監視用コントローラーは、それゆえ、対応するゾーンが過冷されると判断し、それに応じて、容量コマンド４０２が低減される。時点ｔ１とｔ２との間で容量コマンドが低減されると、経路設定点温度４５１が上昇し、最終的には、ゾーン温度上限に接近する。容量コントローラー４００のフィードバックコントローラー４６０部分が、選択された経路温度３０７が経路設定点温度４５１まで動かされるように膨張弁コマンドを決定する。これは、熱交換器の熱容量を円滑に低減し、ゾーン温度を徐々に上昇させるという効果を有する。
【００８４】
時点ｔ２において、ゾーンは依然として過冷されるが、センサー（１）によって監視される経路はゾーン温度上限に達している。それゆえ、設定点関数４２０はセンサー（２）を選択し、スイッチ４３０の状態を変更し、経路設定点温度４５０を決定するルーチンが、センサー（２）のための設定点温度を決定する。これが、時点ｔ２における経路設定点温度４５１の突然の変化として図５に示されており、その変化は容量コマンドが所定の移行値４６３を横切るときに生じる。経路設定点温度及び選択されたセンサーの両方が同時に、そしてフィードバックコントローラーに与えられる誤差信号が平滑であり、かつ連続しているのを確実にするようにして切り替えられるので、膨張弁に与えられるコマンドは平滑であり、連続している。
【００８５】
時点ｔ２〜ｔ４では、センサー（２）に対応する経路が、膨張弁コマンドを決定するために容量コントローラーによって使用される。図５において、これは、経路設定点温度を表す太い実線４５１がセンサー（２）によって測定される温度を表す太い破線３０８と実質的に一致するように示される。この条件は、図３Ｂの相対的に低い容量の領域３０５に対応する。また、その期間内では、ゾーンは過熱状態になっているので、監視用コントローラーは、容量コマンドを増やし始める。時点ｔ４において、容量コマンドは所定の移行値４６３を横切り、制御のために他方の経路が選択される。
【００８６】
本発明において熱交換器が制御される新規の方法を例示するために、サーモグラフィ画像を得るための例として、この期間からの２つの事例が選択される。
【００８７】
容量コマンドが相対的に低い時点ｔ３では、熱交換器の一方の経路がゾーン温度にあり、一方、他方の経路が容量制御のために選択される。この状況がサーモグラフィ画像５１０として示される。画像５１０内の熱交換器表面温度は、部分的には蒸発温度にあり（暗いピクセルとして示される）、熱交換器の相対的に大きな部分がゾーン温度にある。
【００８８】
容量コマンドが相対的に高い時点ｔ５では、熱交換器の一方の経路が蒸発温度にあり、一方、他方の経路が容量制御のために選択される。この状況が、サーモグラフィ画像５２０として示される。画像５２０内の熱交換器表面温度も部分的に蒸発温度にあり（暗いピクセルとして示される）、熱交換器の相対的に小さな部分が２つの限界間の或る温度にある。
【００８９】
本発明の上記の実施形態は数多くの方法のいずれかにおいて実現することができる。例えば、それらの実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア又はその組み合わせを用いて実現することができる。ソフトウェアにおいて実現されるとき、そのソフトウェアコードは、単一のコンピューター内に設けられるにしても、複数のコンピューター間に分散されるにしても、任意の適切なプロセッサ、又はプロセッサの集合体において実行することができる。そのようなプロセッサは集積回路として実現することができ、集積回路コンポーネント内に１つ又は複数のプロセッサが含まれる。しかしながら、プロセッサは、任意の適切な構成の回路を用いて実現することができる。
【００９０】
また、本発明の実施形態は方法として具現することができ、その一例が提供されてきた。その方法の一部として実行される動作は、任意の適切な方法において順序化することができる。したがって、例示的な実施形態において順次の動作として示される場合であっても、例示されるのとは異なる順序において動作が実行される実施形態を構成することもでき、異なる順序は、幾つかの動作を同時に実行することを含むことができる。
【００９１】
請求項要素を変更するために特許請求の範囲において「第１の」、「第２の」のような序数の用語を使用することは、それだけで、或る請求項要素が別の請求項要素よりも優先度が高いこと、優位であること、若しくは上位にあることを、又は方法の動作が実行される時間的な順序を暗示するのではなく、請求項要素を区別するために、或る特定の名称を有する１つの請求項要素を（序数用語を使用しなければ）同じ名称を有する別の要素から区別するラベルとして単に使用される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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