JP6427553B2 - 電子コントローラ装置、ｈｖａｃ＆ｒシステム、自動制御システム及び負荷ユニットの動作制御方法 - 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６１／７９９，５０１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、電気的に制御されたエネルギー消費機器を自動的に制御及び最適化するためのシステム及び装置に関し、当該エネルギー消費機器には、電動制御システムを介して制御されるガス、オイル及びプロパンの燃焼加熱機器が含まれる。また、本発明は、前記装置を組み込んだ暖房、換気、空調及び冷凍の機器システム、並びに、このようなシステムにおける前記装置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。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。これらの改良のいくつかは、新たなＨＶＡＣ＆Ｒ機器の多くのユニットに採用されているが、まだ稼働中の古い既存機器であって、事後的な改良として、これらのエネルギー関連の改良の恩恵を受けることができない機器が数多く設置されている。

エネルギー使用量に着目した一般的な改造技術は、設定点の削減、温度の予想、機器の診断、可変速のファン、バーナー及びコンプレッサー、並びに、タイマ方式に代わる閉ループ負荷検出のような手法を含む。これらの手法で既存設備を改造することは難しいことが多い。なぜなら、これらの手法はＨＶＡＣ＆Ｒの機器、構成及び設置の詳細に大きく依存するからである。従来のエネルギー節約手法を既存のＨＶＡＣ＆Ｒシステムに追加することは、コストと時間の無駄になる可能性がある。

米国特許第５，６８７，１３９号及び第５，４２６，６２０号（バドニー１３９及び６２０特許）は、電気機器の個別ユニットの制御信号線上の特別に制御されたスイッチと一部関連する。当該制御信号線は、デジタルリサイクルカウンタと電気的負荷の制御線とを組み合わせた、標準的な空調ユニットの制御信号線のようなものである。制御装置のデジタルリサイクルカウンタは、広範な電動機器における需要制御を実現するための事前設定を用いて使用される。前記のバドニー特許に加え、多くの他の特許も、ＨＶＡＣ＆Ｒシステム及び機器の電力及び要求の制御及び管理に関連している。これに関し、本出願は、以下の文献それぞれについて全体を参照して援用する。米国特許番号第５，４２６，６２０号（バドニー）、第５，６８７，１３９号（バドニー）、第７，１７７，７２８号（ガードナー）、第５，７３５，１３４号（シェン・リュウ他）、第６，６５８，３７３号（ロッシ他）、第５，２６１，２４７号（ネジック他）、第５，９９６，３６１号（ベスラ他）、第５，６６９，２２２号（ジャスタ他）及び第７，２４２，１１４（キャノン他）。

本発明の特徴は、暖房、換気、空調及び／又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムのための装置であって、蒸気圧縮蒸発器及び／又は他のソースからのフィードバック信号と、冷却及び冷凍機器における圧縮動作（ランタイム）を最適化するための予め決められた設定、（最適化及びファジー理論プログラムを介して）学習された設定又はデフォルトの設定を補うために使用する他の物理的信号とを用いて制御される装置を提供し、それによって蒸発器における熱伝達を向上させることにある。

更なる特徴は、同様にして、ガス、オイル及びプロパンの燃焼加熱機器におけるバーナー動作を最適化することができる装置を提供し、それによって、バーナーの熱交換器を横断する熱伝達を向上させることにある。

もう一つの特徴は、圧縮空気の圧縮動作又は他のガス圧縮動作を最適化するために使用できる装置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、交流電流によって駆動されるエネルギー消費機器の負荷需要及び動作を自動的に制御及び管理するための電子コントローラ装置に関する。当該電子コントローラ装置は、ａ）負荷ユニットへの動作電力の流れを制御する負荷ユニット制御スイッチに接続された制御信号線に直列に接続可能であり、前記制御信号線を開閉可能なコントローラスイッチと、ｂ）前記制御信号線上の振動制御信号の振動数を数えるカウンタを有し、前記負荷ユニットのための経過したランタイム間隔及び経過したアイドルタイム間隔を求めることができるデジタルリサイクルカウンタと、ｃ）実時間の入力インデックスを提供し、前記負荷ユニットのための経過したランタイム間隔と経過したアイドルタイム間隔を求めることができるデジタルタイマと、ｄ）入力情報を分析し、前記負荷ユニットのエネルギーの使用及び／又は需要の改良された最適化アルゴリズムを導出する学習モジュールであって、温度一定負荷の下で学習した動作時間当たりのサイクル数を超えずに負荷ユニットが動作することを保証できる、少なくとも一つの初期デフォルト値及びルックアップテーブルを有する学習モジュールと、ｅ）前記負荷ユニットの負荷ユニットサイクル及び／又は空間の温度に関連する少なくとも一つの物理量を検知する少なくとも一つのセンサと通信可能な外部調整装置と、ｆ）ｂ）、ｃ）、ｄ）及びｅ）の２以上から得られた入力信号から最大値又は最小値を選択し、選択された信号を落札制御信号として前記コントローラスイッチへ出力することができる競売制御信号装置とを備え、前記負荷ユニットからのフィードバック信号は、前記電子コントローラ装置によって処理可能であり、予め定められた設定、学習された設定又はデフォルト設定を補足するために使用され、冷却及び冷凍機器における負荷ユニット動作（ランタイム）を最適化する。また、それにより、蒸発器における熱伝達も向上させ、さらに、同様の方法でガス、オイル又はプロパン燃焼バーナー動作も最適化し、さらに、圧縮空気又は他のガスの圧縮動作も最適化する。

また、本発明は、暖房、換気、空調又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムに関する。当該システムは、上述の制御装置、サーモスタット又は他の制御信号ソースと、少なくとも１つのＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットとを備え、電力供給線に動作可能に接続される。

また、本発明は、電気によって駆動されるＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットの負荷需要及び動作の自動制御及び管理の方法に関する。当該方法は、負荷装置用のサーモスタット又は他の制御信号ソースと、負荷装置用の機器負荷制御スイッチとの間における制御信号上に、上述の制御装置を電気的に接続するステップを備える。

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、電子コントローラ装置を含む。

通常制御下において設計負荷で動作する４ユニット空調制御システムの動作を示すグラフである（アンペア及び時間）。 ビル管理システム下のシミュレーションを示すグラフであり、本発明の一例による試作コントローラ装置下における同一の４ユニット空調システムの動作が示され、同一の負荷に対するエネルギー消費が削減されることが示されている（アンペア及び時間）。

蒸気圧縮冷却又は冷凍システムの基本構成及び熱力学サイクルを示すラベル付き図面である。

蒸気圧縮冷却又は冷凍システムの機械要素を示すラベル付き図面である。

ガス燃焼商用家庭用温水ボイラバーナーの動作を最適化する本発明の試作例によるコントローラ装置の試験結果を示すグラフである（°Ｆ及び時間）。 ガス燃焼商用家庭用温水ボイラバーナーの動作を最適化する本発明の試作例によるコントローラ装置の試験結果を示すグラフである（°Ｆ及び時間）。

本発明は、ＨＶＡＣ＆Ｒシステム又は他の電気的に制御された冷却及び／又は暖房システム、及び／又は、ガス圧縮又は圧縮空気システム等における自動制御を実現するための電子コントローラ装置の一部に関する。本発明のコントローラ装置は、図１において破線の楕円１で囲まれ、「エネルギー効率／需要制御装置」と表示されたユニットを備える。図１を参照すれば、交流電力は、交流電力計２を経由し、電力線３を通って供給される。交流電力計２は、その場所において電力エネルギー消費及び電力エネルギー需要を測定する。負荷ユニット制御スイッチ４を通って、交流電力は、エネルギーを消費する負荷ユニット５（本例では、ＨＶＡＣ＆Ｒコンプレッサー又はバーナー、若しくは、ガス圧縮／圧縮済空気コンプレッサー）に供給される。交流電力は、補助機器制御スイッチ７を通り、補助機器６にも供給され得る。

楕円１内にある本発明の装置において、競売中央処理ユニット（ＣＰＵ）８は、多様なソースから入力を受け取り、最適化コントローラスイッチ９へ出力する、最も好ましい最適化信号を競売で決定する。図１では、これらの入力には、デジタルリサイクルカウンタ１０、デジタルクロック１１及び学習モジュール１２が含まれる。学習モジュール１２は、交互に、製造者データのルックアップライブラリ１３からの入力と、機器エネルギー最適化に関するヒストリカルアルゴリズム入力とを受け取る。また、学習モジュール１２は、外部状態装置１６を通して条件付けられたときに、動作ログモジュール１４からの入力を受け取る。当該入力には、センサ１５（例えば、冷媒質量流量センサ、温度センサ、圧力センサ等）を経由して得られる機器動作変数に関する動作中データセットが含まれる。装置１は、ローカル又はリモートのいずれかの入力／出力ユーザインタフェース１７（例えば、サーモスタット又は他の制御信号ソース）を介して、操作することができ、その出力及び入力を閲覧することができる。

本発明の電子コントローラ装置とともに、蒸気圧縮蒸発器又は他のソースからのフィードバック信号、及び、もしかすると他の物理信号を用いて、予め定められた設定、（最適化及びファジー理論プログラムを介して）学習された設定又はデフォルト設定を補足することにより、冷却及び冷凍機器におけるコンプレッサー動作（ランタイム）を最適化することができる。それにより、蒸発器における熱伝達も向上させることができる。その結果、当該ユニットのエネルギー効率比（Energy Efficiency Ratio：ＥＥＲ）、季節エネルギー効率比（Seasonal Energy Efficiency Ratio：ＳＥＥＲ）及び性能係数（Coefficient of Performance：ＣＯＰ）を向上させることができる。また、電子コントローラ装置は、種々の補足命令信号又は他の外部システム信号により、これらの予め定められた設定、学習された設定又はデフォルト設定が変更され、需要応答及び「スマートグリッド」機能の提供を可能にする。これらの外部から命令された制御信号は、外部のサーモスタットセンサを介して保護されることを条件として、空調又は冷凍のエネルギー消費の極めて制御された「減少」に使用することができ、様々なレベル（ビルセクター、施設又は配電網セクタ）において電力需要の削減を可能にする。また、この需要コントローラ装置及びメカニズムは、米国特許第７，１７７，７２８号に示されたシステムへの改良のように、異なるメカニズム及び熱力学的な動作を介して、関連施設における太陽光発電電力の設定割当の信頼性を確保するのに有用であるとともに、空間及び水の加熱（暖房及び給湯）、並びに、プロセス加熱に用いられるようなガス、オイル又はプロパン燃焼機器（燃料燃焼加熱）の最適化を可能にするのに有用である。燃料燃焼加熱機器の場合、追加的な温度又は圧力の検知デバイス又はセンサからのフィードバック信号を用いて、予め定められた設定、学習された設定又はデフォルト設定を補足し、燃料燃焼加熱機器におけるバーナー動作（ランタイム）を最適化することができる。そして、それにより、バーナー燃焼空間における熱媒体（空気又は水）への熱伝達を向上させることができる。また、種々の補足命令信号又は他の外部システム信号が、これらの予め定められた設定、学習された設定又はデフォルト設定を変更することにより、需要応答及び他の機能の提供が可能になる。本発明の電子コントローラ装置は、上述のバドニー１３９及び２６０特許に開示されているように、ＨＶＡＣ＆Ｒシステム用の従前のコントローラ機器に関するエネルギー効率及び／又は需要制御を更に向上させることができる。

更には、インターネットに接続可能なネットワーク化されたビル全体の制御システムについて、セキュリティ問題が最近注目されるようになった。本発明は、洗練された「一点エネルギー管理システム」を提供し、インターネットアクセスが可能なネットワーク形成を行うことなく、単一のＨＶＡＣ＆Ｒ装置のレベルで、顕著なエネルギー節約を実現する。

そのようなものとして、電子コントローラ装置は、暖房、換気、空調及び冷凍（ＨＶＡＣＲ）における、並びに、プロセス冷却及びプロセス加熱における非常に幅広い適用範囲において、次のもの全てを提供するのに非常に適している。

基本的な熱サイクルにおけるエネルギー効率の向上、

選択的なソフト起動回路を含む一体型コンプレッサーの非短サイクル保護及びその他の長寿化の特徴、

集約負荷の多様性と（電気、若しくは、ガス又は他の化石燃料、配信ネットワークのための）需要の削減、

精密に制御できる需要応答機能、

外部命令信号又はシステム信号に応答して、追加的な負荷の削減及び他の機能（例えば、ＰＶ太陽電池アレイの最適化）を提供する能力、

前記適用は、装置と、制御回路のプログラミングとの双方に関する。したがって、後付けの改造デバイス（実施の形態）だけでなく、ＨＶＡＣＲ及び潜在的な他の供給元機器製造者（ＯＥＭ）による既存の制御回路の強化としても活用される。制御システムの制御アーキテクチャにおいてアルゴリズム的に具体化されたならば、これらの制御システムは、
ＨＶＡＣＲユニットレベル、ビル又はキャンパスのレベル、若しくは、大規模システムのいずれかであり、及び／又は、
有線又は無線ネットワークの一部、すなわち、ビル管理システム又はエネルギー管理システム（ＢＭＳ／ＥＭＳ）でもある。

後付けデバイスとしての電子コントローラ装置は、非常に多用途のＨＶＡＣ＆Ｒ「ユニバーサルスマートノード」であり、幅広い範囲の冷却、冷凍及び加熱機器について定常状態エネルギー効率を向上させ、隔離された動作又はＩＳＯレベルの「スマートグリッド」動作のための自動又は手動の需要応答を向上させ、並びに、太陽光発電の信頼性の最適化を向上させることができ、多くの場合、高価で煩雑な有線又は無線ネットワーク形成を必要としない。電子コントローラ装置は、図１に示された大きい方の楕円に囲まれた全ての特徴を含む一つの単位装置として実現することができ、あるいは、コントローラ装置は、いくつかの異なる部分で実現できる。前記部分は、互いに動作可能に接続され、ここで述べたような機能を発揮する。コントローラ装置は、単一入力及び単一出力のための標準コネクタ（例えば、ピン端子コネクタなど）を有する。
［冷却又は冷凍動作を最適化する操作］

蒸気圧縮冷却／冷凍（ＶＣＣＲ）ユニットのコンプレッサーは、図１のダイアグラムでも示されているように、落札制御信号に基づいて動作する。当該落札制御信号は、その信号は、以下の中のより短いものから導かれる。
ａ）デジタルリサイクルカウンタにより、あるいは、蒸気圧縮サイクルにおいてコンプレッサーが起動したときにそのカウントを初期化するタイミングカウンタを介して、のいずれかによって決定される経過した時間間隔、
ｂ）初期レベルから、当該レベルの予め定められた割合、学習された割合又デフォルトの割合まで、若しくは、ルックアップテーブルから得られる臨界相対レベルまでの、蒸発器コイルを通る冷媒質量流量又はその代理変数における減少、
ｃ）ＶＣＣＲユニットサイクルにおいて検知された他の物理量の変化、又は
ｄ）関連するサーモスタット検知デバイスからのサーモスタット充足信号の受信。

ＶＣＣＲコンプレッサーが、温度一定負荷の下において動作時間当たりで以下のサイクル数を超えずに動作することを保証する制御メカニズムに反して、ランタイムは、さらに競売にかけられる。
ａ）予め定められた数、学習された数又デフォルトの数（例えば、時間当たり６回）、若しくは
ｂ）ルックアップテーブルから得られる数

落札制御信号は、複数の別々の制御信号の最大又は最小を選択するために使用される回路デバイスから出力される信号であり、選択された制御信号に従って負荷にエネルギーを供給する。この点については競合制御信号の技術を適用することができる。例えば、米国特許第２，７２５，５４９号及び第３，１８４，６１１号を参照。これらの米国特許は、その全体を参照してここに援用する。

上記複数の比較／エラー信号は、コンプレッサー動作を高め、基本的な最適化タイミング制御は、ａ）例えば、同期制御のような、ネットワーク内における電気的負荷の多様性も保証する。従って、そのメカニズムは、有線又は無線の接続を必要とすることなく、ＶＣＣＲデバイスのグループにおいて電気的負荷がピークに達するのを減少させ、あるいは、除去することができるとともに、各デバイスのエネルギー効率を向上させる。電気的ネットワーク動作におけるこの２レベルの改良（実時間ベースにおいて、向上したユニットレベルのエネルギー効率に加え、削減された集約需要）は、この改良最適化メカニズムによって強化される。

ＶＣＣＲコンプレッサーは、上述した運用計画の下で動作し、その後、当該デバイスによってアイドルさせられる。アイドルさせられる間隔の期間は、落札制御信号によって制御され、当該信号は、フローチャートにも示した通り、以下のもののより長い方から伝達される。
ａ）初期レベルから、予め定められた、学習された又はデフォルトの僅かにより高いレベルまでの（蒸発器内を満たす冷却ガスの状態変化及び加熱の後、つまり、状態の変化ｖｓ過熱の単純増加の後、における増大した過熱）又は、ルックアップテーブル（例えば、コンプレッサーのショートサイクルを回避するための最小アイドルタイムに関するＯＥＭガイドラインに基づいて作成されたもの）から得られる臨界相対レベルまでの蒸発器コイル排出温度の上昇。
ｂ）デジタルリサイクルカウンタにより、又は、蒸気圧縮サイクルが停止した時にその計数を初期化するリサイクルタイマを介して、のいずれかによって決定される、予め定められ、予め導出され又は学習された経過した時間間隔（さらに以下に記載する通り、これらの時間間隔は、ショートサイクルを防止するための最小の「オフ」タイムに関する知識体系及びコンプレッサーＯＥＭからの公表を完全に反映することができ、したがって、この間隔は、関連するＶＣＣＲユニットに対し、非ショートサイクル保護を与えることができる）、
ｃ）ＶＣＣＲユニットサイクルにおいて検知された他の物理量の変化、又は
ｄ）関連するサーモスタット検知デバイスからのサーモスタット呼出信号の受信。

ランタイムと同様に、ＶＣＣＲコンプレッサーが、温度一定負荷の下において動作時間当たりで以下のサイクル数を超えずに動作することを保証する制御メカニズムに反して、ＶＣＣコンプレッサーのアイドルタイムは、さらに競売にかけられる。
ａ）予め定められた数、学習された数又デフォルトの数（例えば、時間当たり６回）、若しくは
ｂ）ルックアップテーブルから得られる数

ナイトセットバックを有するプログラマブルサーモスタットからの信号を受信すれば、前記デバイスは、需要応答（以下の更なる記述も参照）の場合と類似の方法で、予め設定され、予め導出され又は学習された上述の経過した時間間隔に従って、「オフ」コンプレッサーサイクルの延長及び／又は「オン」コンプレッサーサイクルの短縮を行うことができる。

前記デバイスは、事後的改良及びアルゴリズム形式で具体化され、与えられたＶＣＣＲユニット内のステージングされた複数のコンプレッサーを操作することができる。

非ショートサイクルを有する前記デバイスの最適化されたコンプレッサー動作の重要な潜在的利点は、以下に述べるように、スラッギング（コンプレッサーに流入する液冷媒の流れ）及びコイル凍結からの保護を強化することにある。この様にして、ＶＣＣＲにおいて冷媒注入を増大することができるので、当該システムにより多くの熱質量を提供することができ、その結果、同じ電気定格に対してより多くの冷却能力を提供することができる。

当該デバイスの他の潜在的利点は、エコノマイザ（倹約家）動作の強化にある。エコノマイザの一般的な課題は、湿度検知の悪化であり、それによって、湿度の高すぎる空気が空間内にもたらされる。当該デバイスは、より良い制御を提供することができる。更に他の課題は、ＶＣＣＲの動作中にコンデンサファン及び他の補助機器をアイドルさせる効果を評価し、そして、ＶＣＣＲの動作中に間隔をおいて同様にしてそれらをアイドルさせる当該デバイスの能力である。追加的なエネルギー節約に加えて、より高い冷媒圧力を維持すれば、コンデンサファンをアイドルさせることにより熱伝達を向上させることができる。

さらに、実時間タイマｖｓリサイクルタイマの使用に関し、上記のメカニズムは、タイマ又はカウンタのいずれかをリサイクル（０からのカウント及びリセット）するデバイスを要求する。タイマの使用は、バドニー１３９及び６２０特許に示されたようなデジタルリサイクルカウンタを用いるシステムが実行可能なことを行わない。

電子コントローラ装置又はデバイスは、ａ）電力要求を伴わず、実時間制御入力と干渉することなく、個別のコンプレッサーのサイクルを最適化する、ｂ）高価な無線又は有線制御を必要としないコンプレッサーの群の意図的な非同期動作、ｃ）緻密な需要応答機能、及び、ｄ）低コストのアクティブ又はパッシブ周波数トリガー負荷制限を可能にする、非常に低コストで洗練された方法を提供する。オールインワン型ユニットは、１以上の低コストの周辺機器を備えることもできる。

リサイクルタイマが電子コントローラ装置において単独で用いられるならば、システムの利点のいくつかを得ることができ、電気負荷動作時における多様性を保証するものではないが、複数の電気（冷却又は冷凍）負荷で構成される非同期ネットワークを伴って実証可能であり、交流電力線周波数に基づくデジタルリサイクルカウンタを介して、全てが最適化される。この多様性は、例えば、複数のコンプレッサー冷却ユニットのような単一の電気動作システム内であっても観察することができ、有益である。図２Ａ及び２Ｂは、電力計によって観察される電流引き込みにおけるこのような非同期ネットワーク動作の効果を、単一の電気パネル上で動作する４つの大型空調ユニットについて示している。図２Ａは、通常制御下における設計負荷での４ユニット空調システムの動作を示している（電流及び時間）。また、図２Ｂは、ビル管理システム下における制御シミュレーションを示し、本発明のコントローラ装置の試作品による制御下における、同じ４ユニット空調システムの動作を示す（電流及び時間）。より具体的には、図２Ａ及び２Ｂのダイアグラムは、大型物流センタの４つの大型（４０〜５０トン）パッケージ空調ユニットを駆動する電気パネルの計測前後を示し、〜８０アンペアから〜６０まで移動する平均需要を明らかに示している（フェイズごとに４つの導体があるため、実際のフェイズごとの電流引き込みは４倍で示される。従って、平均電流引き込みは、フェイズごとに〜３２０から〜２４０アンペアまで低下する、つまり、２５％削減される）。

さらに、本願において使用可能なリサイクルタイマの先行技術に関して、それらは、照明用の「ＲＣ」回路の一部として、ＳＳＡＣ（後のＡＢＢ ＳＳＡＣ）によって初めて開発された。このタイミング制御メカニズムは、信頼性に欠けることが明らかになり、その後、ＳＳＡＣは、多様性及び同期のための電力線周波数計数に移行した。それらは、時間遅れなしに動作することができない。なぜなら、本発明を構成するようなＨＶＡＣＲユニットにおける制御対象が実時間で動作していないからである。実時間インデキシングから始まった研究は、その後、時間（ＪＯ）に基づくリサイクルタイマに移行したが、これらは、望まれている動作を未だ実現していない。また、時間に基づくリサイクルタイマを用いると、停電後の電力回復時に、接触器が閉じて最適化計数が開始されるよりもむしろ、コンプレッサーが起動する。その結果、コンプレッサーは、素早くオン及びオフを切り替え、それを短周期で行うことができる。

本発明の上述のコントローラ装置／デバイスの実施形態は、一旦技術者によってインストールされると、上述した最適化設定値オプションのいずれか又は全てを特色とする。つまり、
ａ）事前設定／事前導出
ｂ）実時間バックルッキング入力、又は、最初のＸ機器サイクルを超えるその他の学習要素のいずれかに基づいて学習された最適化、
ｃ）ルックアップテーブルからの値、又は
ｄ）他の設定値ソース
を特徴とする。

従って、装置／デバイスの導入は、「設定（又は「設置」）及び消去」として行われ、非常に促進される。事前設定された値のセットは、工場出荷時のものであり、当該デバイスが、有線又は無線ネットワークの一部であれば、つまり、ビル管理システム又はエネルギー管理システム（ＢＭＳ／ＥＭＳ）であれば、上記ａ）〜ｄ）の値は、変更又は上書きすることができる。

異なる機器が異なる時間遅延を有し、また、効果を考慮すべき動作パラメータを有するＶＣＣＲ改良装置としての実施形態では、設定値調整の柔軟性が必要である。既存の制御アーキテクチャが限界を有するかもしれないような調整不可能な事前設定の最小値がないことが特に重要である。例えば、大きなグラウンドソースヒートポンプの場合、全体のアイドル時間が２．８分に近いにもかかわらず、極めて短い増分のアイドル期間（例えば、０．１分のオフ期間）を要求するおそれがある。

［冷却及び冷凍サイクルにおけるデバイスの動作メカニズム］

主として以下のような多くの方法により、基本的な蒸気圧縮冷却サイクルを向上させることが効果である。（１）蒸発器熱伝達をより効率化することにより、コンプレッサーランタイムの分ごとの熱伝達のＢＴＵを増加させる、（２）大部分のコイル凍結をなくし、（３）コンプレッサーモータ平均温度を低下させ、（４）潤滑性を向上させ、（４）プログラム的にショートサイクルをなくす。図３Ａ〜Ｂは、以下の考察の目的のために参照される。簡潔に言えば、蒸気圧縮冷却サイクルは、大部分の空調機器及びほぼ全ての冷凍機器のための基本技術である。冷却ループにおけるＲ−２２（又はＲ−４１０Ａ等）冷媒の分子レベルで冷却サイクル動作を考えることが有益である。冷却サイクルの分かりやすい解説は、ウェストンのエネルギー変換（８章、「冷凍及び空調」、ウェストエンジニアリングシリーズ、１９９２）に記載されており、図３Ａ及び図３Ｂに示したダイアグラムは、これに基づいている。段階的な概要は、次の通りである。（１）ＨＶＡＣユニットが起動するときに、コンプレッサー（Ａ）は、冷却領域において蒸発器コイル（Ｂ）から離れるように蒸気冷媒を圧縮する動作を行っており、蒸気冷媒はコイルを通り過ぎるときに熱を受け取る。図３Ａの蒸気圧縮サイクルの温度−エントロピーダイヤグラムに示したように、Ｒ−２２の過冷却（沸点以下）された分子は、熱を吸収して沸騰し、僅かに過熱された（前記沸点）蒸気となる。（２）圧縮された蒸気は、その後、凝縮器（Ｃ）を通り、そこで凝縮されて熱を解放し、その後、（３）ＨＶＡＣユニットのスロットル装置（Ｄ）（これらのプロジェクトに期待されるサイズのＨＶＡＣユニットでは、通常、熱膨張弁（ＴＸＶ，ＴＥＶ）又は電子オリフィス）を通過する。ＴＸＶの働きは、「二つの熱交換器（蒸発器及び凝縮器）間の異なる圧力を維持するために必要な流動抵抗を提供する。それは凝縮器から蒸発器への流量の制御にも役立つ（ウェストン、２８４頁）」ことにある。最初、ＴＸＶは広く開いており、蒸発器を通るＲ−２２の流れは、概ねコンプレッサーのポンプ動作だけで制限されている。しかしながら、ＨＶＡＣユニットが動作し、ＴＸＶが閉じるとき、二つの並列かつリンクされた現象が、蒸発器及び凝縮器において発生する。最初に、単位時間当たりＲ−２２の少数の分子が蒸発器中に存在しており、ＴＸＶの大きなスロットルに起因して、単位時間当たり少数の分子が沸騰して蒸気になり、その結果、コンプレッサーランタイムの単位当たりの冷却は小さい。次に、コンプレッサーは、その間、より高い下流の圧力に抗してポンプ動作しており、機械的には、より絞られたバルブに抗してポンプ動作を行っている。従って、コンプレッサーは、多量の冷却液を供給するためにより多くの仕事をしなければならない。このことが、コンプレッサーモータの巻線加熱の増加を招いており、これら２つの現象は、ＨＶＡＣ機器に用いられる容積式コンプレッサータイプの幅広い種類でみられる。単位時間当たりに供給される冷却ｖｓそれを供給するために消費される電気エネルギーという観点から、両方がシステム効率が低下する原因となっている。

後付けユニット（ＲＵ）は、最適化された時間間隔の間、コンプレッサーを駆動させるとてもフレキシブルな方法を提供する。その間、単位時間あたりでＲ−２２の最大量が気化され、そしてその後、ショートサイクルをなくすために、ＯＥＭにより特定された時間の間、コンプレッサー（冷却サイクルにおける最大エネルギー消費要素）をアイドルさせる。
このＯＥＭによって特定されたオフ時間の間（一般的には３〜４分のオーダーのみ）、補助機器（ブロア及びファン、図３（Ｂ）のダイアグラムにおけるＥ及びＦ）が動作し続けることにより、冷却及び除湿が続く。蒸発器コイルがわずかに温まり、以下の２つの有益な効果が得られる。（１）初期の蒸発器コイル着氷の減少（結晶形成の第１層は、さらなるコイル着氷に対して重要な意味をもち、コイル着氷の減少は、ＲＵの取り付けによる大きな補助的利益である）。（２）コンプレッサーが再起動され、Ｒ−２２が蒸発器コイル内に再度流入されるとき、僅かに上昇した温度が、Ｒ−２２が気化する沸騰割合を向上させる。これにより、単位時間当たりの熱負荷が除去される。

熱力学の第２法則は、「エネルギー（熱）は、補助なしに低温から高温領域へ流れない（ウェストン２７１頁）」（補助とは、当該システムに加えられる仕事）と指定している。蒸気圧縮冷却サイクルにおいて、その仕事は、コンプレッサーによって実施される。それ故に、一般的に、コンプレッサーは、ＨＶＡＣユニットにおいて、最も大きなエネルギー消費デバイスである。蒸発器コイルＱＬにより冷却空間から除去される熱と、凝縮器コイルＱＨを介した廃熱とは、ｈ（ｉ）をＲ−２２質量（ポンド）のエンタルピー「Ｍ」とし、質量流量（ポンド／時間）「ｍ」を使って、図３Ａの温度−エントロピーダイアグラム上のポイント１，２，３，４において、次のように記載される（例えば、ウェストン２８１頁）。
蒸発器コイル：ＱＬ／Ｍ＝ｈ１−ｈ４
凝縮器コイル：ＱＨ／Ｍ＝ｈ２−ｈ３
このエネルギーフローを引き起こすコンプレッサー仕事量Ｗは、次のようにＱＬ及びＱＨと関連する。
ＱＬ＋ＱＨ＝Ｗ、ここでＱＬ及びＷ（システムに入るエネルギー）＜０
従って、期間「ｔ」にわたる、ＢＴＵにおける蒸発器コイル熱伝達は、以下により与えられる。
ＱＬ＝∫（質量流量［ポンド／時間］）＊（ｈ１［ｔ］−ｈ４［ｔ］）＊ｄｔ
＝∫ｍ（ｔ）＊ｄｈ（ｔ）＊ｄｔ

（継続する）期間「ｔ」にわたる、ＢＴＵにおける蒸発器コイル熱伝達は、
ＱＬ＝∫（質量流量［ポンド／時間］）＊（ｈ１［ｔ］−ｈ４［ｔ］）＊ｄｔ
＝∫ｍ（ｔ）＊ｄｈ（ｔ）＊ｄｔ
蒸発器コイル熱伝達に焦点を当ててより詳細に説明すれば、
１．ＴＸＶ（Ｄ）の検知バルブは、蒸発器（Ｂ）から離れるＲ−２２の過熱温度をポイント１において検知し、コンプレッサーに対する過熱蒸気のバリアを維持するように開閉することにより、液体Ｒ−２２がコンプレッサーへ流入してコンプレッサーにダメージを与えるのを防止する。
２．しかしながら、コイル内で発生した多すぎる過熱は、冷却を提供するためにフラッシュ蒸発を可能にするコイル内の液体Ｒ−２２の不足を意味する。Ｒ−２２は、（Ｒ−２２のフラッシュ蒸発による）最大の冷却を実現できずに、コイルの最終部分を素通りする。このことは、後付け改造されたコイルＲＵ、及び、後付け改造されていないコイルＲＵのＩＲ写真で観察できる。後者の場合、コイル排出端の重要な部分が赤くなっている。
３．また、より高い過熱は、コンプレッサーを加熱し、結果として、コンプレッサー寿命に悪影響を与える。
ＲＵは、コンプレッサーランタイムを最適化することにより、過熱状態の最適化も可能にする。コンプレッサーアイドルタイムは、コンプレッサー保護における過熱を補い、過熱を低下させてプレッサーの安全を維持する。
４．その結果、冷却コイルは、Ｒ−２２の気化ｖｓ過熱に寄与するより広い表面積をもち、より高い平均質量流量と組み合わせることにより、熱伝達手段ＱＬが維持される。
５．後付け改造されたＲＵｖｓ「ベースライン」空調ユニットの動作におけるシーケンス：
ベースライン： コンプレッサーの動作中、ＴＸＶは、最初は開いているが、その後に閉じて、蒸発器及び凝縮器の間の△Ｐ（大きな過熱）を維持する。
ＲＵ： ＴＸＶが開いている状態で、コンプレッサーが動作し、その後、ＴＸＶが閉じ続けているときに、コンプレッサーは〜３分の間アイドルする。→ポイント１においてＴ↑Ｐ↑、ＴＸＶが再び開き、コイルへのＲ−２２質量流量を増加させる。コンプレッサーが再始動したとき、流入Ｒ−２２の質量流量が高くなり、かつ、過冷却が低下する。加えて、排出時の過熱を減少させ、その結果、熱伝達が向上する。
６．従って、ベースラインｖｓＲＵの後付け改良された熱伝達：
ＱＬ（ベースライン）＝∫ｍ（ｔ）＊ｄｈ（ｔ）＊ｄｔ
←→
ＱＬ（ＲＵ）＝∫ｍ（ｔ）↑＊ｄｈ（ｔ）↑＊ｄｔ↓

上述の説明における最後の方程式によれば、強化された質量流量（ｍ（ｔ））及びエンタルピー変化（ｄｈ（ｔ））の期間中、コンプレッサーを動作させ。従って、コイルにおけるコンプレッサーランタイムの単位当たりの熱伝達は、コンプレッサーランタイムが削減された時でさえも（ｄｔ）、コイル（ＱＬ）によって伝達される熱の総量を維持することができる。

これは、図４Ａ及び４Ｂに記載された制御された実験室試験において示されたものそのものである。後付けユニット（ＲＵ）は、コンプレッサーのアイドル期間中に加熱コイルをセットアップし、より多くの熱を取り出し、それ故に、より多くの冷媒が一度認められた状態を再び変化させる。

これは、典型的なＶＣＣＲの構成とは対照的であり、コンプレッサーが冷媒を動かし始めることにより、蒸発器コイルが冷却される。このようにして、冷媒は、状態変化（気化）により時間がかかる。気化は熱除去の主たるメカニズムであり、冷媒の実用的温度の単なるウォーミングアップではない。ＲＵが作り出した限度内において、コイルの温度が上昇すれば、より低い平均コイル温度を通る冷媒密度の関連する効果を伴って、状態の質量変化が大きくなる。また、ＲＵは、コンプレッサーのみをアイドルさせるため、補助機器（ブロワ及びファン）は通常動作を続け、有益なオフ時間の間、部屋からの熱はコイルへ移動し続ける。

これらの現象は、後付けデバイスを有する、及び、有しないＶＣＣＲ蒸発器の赤外線サーモグラフィにおいても明確に観察できる。コンプレッサー最適化の動作は、コンプレッサーコイルのより線形な表面が、気化潜熱の搬送に関わることを可能にする。

ＶＣＣＲ動作に対するＲＵの更なる大きな利益は、コイル凍結の減少、システムエネルギー効率の大きな減少である。大規模な実証研究の間、開始後に霜が付き始めたときの冷媒蒸発器コイルが観察され、その過程において、冷媒蒸発器コイルは、−４０°Ｆ未満のガス及び８０°Ｆの空気（それ故、外気は−４０°Ｆではなく、むしろ３２°Ｆの凍結温度である）の間に断熱バリアを構築する。霜で覆われたコイルは、非常に大きい冷却のデルタＴと、デルタＴに正比例する冷却速度とを逃す。これは、通常、寄生加熱アプローチ（電気抵抗加熱又はホットガスバイパスのいずれか）が、ほぼすべての冷凍機器及び数多くの空調機器において使用されているためである。

一般に、蒸気圧縮サイクルのエネルギー効率を向上させる既存の技術は、制御、特にフィードバック、の欠陥に焦点が当てられており、測定タイムラグ、コントローラタイムラグへの取り組みが行われ、また、より多くの入力が加えられていた。前述のデバイスは、比較すると、熱伝達サイクルの固有の熱力学に焦点を当てる一方、制御に、フィードバックループ（サーモスタット制御）がそのまま残る。また、それは、非同期デジタル制御ネットワーク原理を用いる方法で行われ、本発明の技術を、低コストで簡単に展開できる「スマートグリッド」需要応答アプローチとして卓越したものにしている。

需要応答の提供におけるデバイスの動作メカニズム、自動需要応答及び負荷低減機能

米国及び他の先進国において（世界の急速に発展する途上国では尚更そうである）、ＨＶＡＣ販売の主要な原動力は、日常生活の必需品としての空調の採用増加にある。空調は、何十年もの間、先進国の一部においてさえ準贅沢品であると考えられてきた。当然のことながら、経済的要因に加えて、より暑い気候地域はより強くこの傾向を示す。

市場におけるこのシフトは、この新しい冷却負荷の全てへの電力供給が必要とされる電力ネットワークに大きな影響を与えてきた。ある地域における空調負荷は、必然的に全て同じ時刻にピークを示す傾向があるという事実によって問題は悪化する。その時刻は、通常、午後であり、空調されたビルが、午前中に太陽及び周囲の空気からエネルギーを吸収したときである。とても暑い日に、特に、適切な発電設備、又は、領域外から電力を受け入れる伝送容量を有しない地域において、このＨＶＡＣピーク負荷は、送配電網の緊急事態、電圧低下及び計画停電につながり、かなりの個人的及び経済的な混乱を生じさせる。

課題を示すような、ニューイングランド送配電網オペレータであるＩＳＯニューイングランドからのデータは、２００４〜２００５年に、ニューイングランド送配電網上の総需要における最も高いピークが、予想していたように、７月に発生したことを示している。興味深いのは、前年同期比で２００４〜５年の平均需要は２％上昇したが、（地域内発電又は輸入電力によって対応しなければならない）ピーク需要は、前年同期比で１１％増加した。また、ＩＳＯニューイングランドによれば、この新たなピーク需要のほとんどは、空調によるものであった。ニューイングランドにおける事実は、カリフォルニア及び米国の他の地域で、ヨーロッパ、インド、中国及び世界の他の場所でも起こっており、このピーク需要は、多くの場合、非常に高価な（また、途上国では、たいてい最も汚い、すなわち、油及びディーゼル）発電ソースによって確保されている。ＣＥＣデータは、ピーク時の炭素排出量が、トン／メガワット時の単位で、ピーク以外よりも高いことを明確に示している。

電力会社及び送配電網オペレータは、空調からのピーク需要に関し、多くの戦略を推進している。需要応答又は自主削減のプログラムでは、施設オーナが、夏の暑い日に地域の電気ネットワークが過負荷になれば、一定条件の下で、彼らのビルが指名されることに同意している。地域の送配電網オペレータによって非常事態が宣言されると、手動又は専用の遠隔操作制御のいずれかで、登録施設の照明及び空調機器のいくつかは遮断され、あるいは、負荷が削減されることにより、送配電網上の電気負荷を削減する。通常、施設オーナは、電力削減率、「スタンバイ報酬」及び実際に負荷削減の依頼があったときの追加報酬のいくつかの組み合わせで支払いを受ける。米国において、実際の削減イベントは、まったく発生しないか、あるいは、ローカル送配電網、その供給／需要バランス及び天候に依存して、夏に数回発生する可能性がある。実際の削減期間は、通常、イベント日の午後の４〜６時間だけに限られている。しかしながら、いまのところ、緩和手段としてのＤＲは、集約ハードル、市場の無知、技術開発における困難さ及びコスト、Ｍ＆Ｖ要件、並びに、他の要素により未だ妨げられている。自動需要応答に言及すれば、それは究極の目標であり、多くのＨＶＡＣ機器を「運転予備力」の位置に橋渡しすることを可能にするデバイスを有する。「スマートグリッド」の理想は、ボトムアップの全自動基本システムであり、ビルが電力平均分配を行う。

バドニー１３９特許においてカバーされているように、ＲＵ又はアルゴリズム実施形態のいずれかのようなデバイスは、別々のＨＶＡＣＲユニット間におけるコンプレッサー動作サイクルに基づく電力線周波数の調整を可能にする。

また、バドニー１３９特許においてカバーされているように、ＲＵは、検知された電力線周波数の変化に基づいて、能動的及び／又は受動的に、とても柔軟に、空調及び冷凍コンプレッサーユニットをエクステンドオフ（EXTEND-OFF）する。つまり、ＲＵは、現在の技術における「プラグ抜き具（plug puller）」技術よりも大幅に優れた方法により、ピーク期間中に非常に緻密な需要応答機能を提供し、空調を「抑制する」こともできる。能動的ＤＲ動作のための信号は、いくつかの複数の方法で中継して伝達される。例えば、メータからの信号を介して、又は、ＤＲ収集者を介して、ＥＭＳ、インターネット接続、若しくは、無線又はセルラーのネットワークを経由して送られた信号を介して、電力会社から伝達される。

したがって、ＲＵが取り付けられたＨＶＡＣＲ機器は、低コスト、容易に分散可能、かつ、非常に柔軟な電力平均分散プログラムに参加することができる。それによって、例えば、
５９．ＸＨｚ：「業務用Ａ」負荷グループは、エクステンドオフモードに入る（「業務用Ａ」は、例えば、いくらかの余剰容量をもつ大きな冷凍及び業務用空調の負荷であり、又は、非重要エリア内である）
５９．ＹＨｚ：「業務用Ｂ」負荷グループは、エクステンドオフモードに入る。

ＲＵアクチュエータ又はシステムの一部のいずれかとして具体化されたデバイスは、強化された「レベル２」及び「レベル３」の需要応答機能を提供することもでき、さらに自動需要応答機能を提供することもできる。自動的な又は検知された様々な条件に応じて、連続可変のエクステンドオフコンプレッサー動作に入る能力を介して、これを実行する。需要応答機能は、以下のように働くことができる。
ａ）レベル２：信号受信に応じて、（複数のコンプレッサーＨＶＡＣＲユニットの）１コンプレッサーが、最大６時間の間、アイドルされた状態にエクステンドオフされる。
ｂ）レベル３：（ｉ）ＲＵユニットは、通常の通りに設置され、エクステンドラン温度センサが、関連する還気ダクト気流中に配線されることにより、還気温度が予め定められた温度を超えて上昇すれば、基本ラン設定を超えてコンプレッサーのランタイムを延長することができる。デバイスは、ＨＡＣＲユニット電流の１フェイズを監視する電流ＣＴと、還気ダクト温度を監視するエクステンドラン温度プローブとともに、セットアップされ得る。（ｉｉ）通常のＤＲユニットの動作中、ＲＵユニットは、コンプレッサー効率を向上させることができ、その結果、１０％〜２０％オーダーで平均需要を削減することができる。（ｉｉｉ）ＤＲ協調ネットワークからの一連の信号に応じて、
１） ＤＲユニットは、最初に、短い「予冷」シーケンスに入ることができ、ＤＲユニットの被制御空間の温度を１〜２°Ｆまで低減し、その後、
２） 「ＤＲ」シーケンスに移行することができ、ＲＵユニットのエクステンドオフ機能を用いて、要求された３０％〜４０％目標平均ｋＷの削減を達成するのに十分な間隔の間、ＤＲユニットのコンプレッサーの電源を切る。
３） 居住快適性保護は、ＲＵユニット上のエクステンドランセンサによって提供され、還気ダクト内の温度が上述した８０〜８２°Ｆ帯に達すれば、ＤＲユニットコンプレッサーランタイムを延長することができる。
４）適切な信号の提供に加え、各ＨＶＡＣＲユニット上のユニットは、どのような問い合わせ間隔が望まれているとしても、線電流、還気ダクト温度及びステータスデータを提供することができる。
（ｉｖ）代替のレベル３シーケンス
Ａ） ＲＵは、オプションとして、電力メータ及びエネルギーモニタを組み込みことができ、
Ｂ） ＲＵは、還気温度に応答することができ、一定値を超える制御を行わないことを決定することができ、
Ｃ） 電力メータは、一つのユニットにおける３つのフェーズと、他のユニットにおける唯一つのフェーズとのエネルギー使用を記録することができ、
Ｄ） エネルギーモニタは、電力メータからのパルス入力を受け付け、電気使用の永久記録を保持することができ、
Ｅ） エネルギーモニタデータを１５分ごとに無線ゲートウェイに報告することができ、
Ｆ） ＲＵは、永久記録における冷却及び加熱の各ステージの動作時間を記録することができ、
Ｇ） ＲＵは、室内空気及び外気の温度のログを生成することにより、エネルギー節約の推定を目的として、ランタイムと比較できる度−日（又は度−時間）の永久ログを保持することができ、
Ｈ） ＲＵ周辺装置は、常にリスニングするルータとしても機能することができ、
Ｉ）需要応答は、以下のようなこのシステムによって実行される。
ａ１） ネットワークコーディネータは、「予冷」又は「需要応答」命令の何れかを発行することができ、
ａ２） ＲＵは、ほぼリアルタイムで命令を聞くことができ、プログラムされたように、設定値を変更することにより応答することができ、
ａ３） エネルギーモニタは、チェックインしたときに、「予冷」又は「需要応答」命令を受け取り、そして出力することができ、
ｂ１） 「予冷」命令ならば、速度コントローラへの信号として、「エクステンドラン」のリレーを閉じ、
ｂ２） 「需要応答」命令ならば、速度コントローラへの信号として、「エクステンドオフ」のリレーを閉じ、
ａ４） 「予冷」及び「需要応答」の各モードの開始時及び終了時に、ＲＵ及びエネルギーモニタは、それらの記録値を送り、それにより、中央コンピュータは、延長された期間を超える一般的な記録用途とは別に、これらの重要な期間中の値を記録することができる。

需要応答及び割当において、エネルギー管理システムを用いることは、ガードナーの米国特許第７，１７７，７２８号に記載されており、ＲＵは、アクチュエータとして使用することができる。

「予冷」及び「需要応答」の各モードの開始時及び終了時に、ＲＵ及びエネルギーモニタは、それらの記録値を送り、それにより、中央コンピュータは、延長された期間を超える一般的な記録用途とは別に、これらの重要な期間中の値を記録することができる。

［燃料燃焼加熱サイクルにおけるデバイスの動作メカニズム］

ガス、オイル、及びプロパンの燃焼バーナー制御回路のための装置の改良が、上述のバドニー１３９及び２６０特許に記載されており、それによれば、上述した同じＲＵが、温度又は圧力センサ、若しくは、他のソースからフィードバック信号を受信することによって、冷却及び冷凍機器におけるバーナーランタイムを最適化することができる。

加熱アプリケーションにおいて、前記デバイスは、より低効率のバーナーを、よりモダンで効率的な「間欠燃焼（interval-fired）」システムに本質的に転換することができる。「標準効率」バーナーは、サーモスタット設定値を満たすのに必要となる温度よりも高い温度に届くまで延長された期間の間、より長い期間の間、燃焼することができる。天然ガス及び石油の炉が空間を加熱し、熱の多くを排出しながら、８００°Ｆ以上の温度に到達する一方、サーモスタットは、約７０°Ｆのかなり低い空気温度、又は、１６０°Ｆの水温において充足される。

間欠燃焼（interval-firing）により、つまり、単位時間当たりの燃焼室内へのより離散的な燃料供給により、熱伝達効率が顕著に向上し、「標準効率」の加熱機器（すなわち、燃料の化学エネルギーの約８０％を利用可能な熱に変換するバーナー構造を有する）で９０％にすることができる。このようにして、前記デバイスは、既存の制御アーキテクチャの範囲内で、全ての安全、起動及び停止メカニズムを維持しながら、燃焼室における燃料利用及び熱伝達を向上させる。冷却アプリケーションの場合と同様にして、燃焼シーケンスプログラミングは、１時間あたりのサイクル数、最少サイクル時間及びその他の要因についての全ての適切なボイラＯＥＭガイドラインに従うことができる。

このようにして、前記デバイスの効果は、バーナー加熱において、煙突を登って行くだけの浪費される熱を削減することである一方、煙突の状態が維持されることにより、凝縮及びその他の要因は回避される。図４Ａ及び４Ｂは、研究室実験に基づく軽量商用ガス燃焼家庭用温水ヒータ上のデバイスの効果を示している。データログは、バーナー燃焼時間及び燃焼室温度の代替として、１週間ごとのマッチングする日時の期間中（木曜日、１２：００〜午後２：３０）におけるボイラ煙道排気温度を示している。図４Ａのグラフは「オフライン」シリーズにおいて５回燃焼するボイラが示されているのに対し、正確に同じ数（５）であるが、より短い、オンラインシリーズにおける燃焼間隔が、図４Ｂに示されている。より長い「オフ」タイム（全てが未だサーモスタット制御の下にある）が、より効率的な燃料利用（温水への熱伝達）であることを示している。

［本発明の更なる特徴］

前記デバイスは、ａ）質量流量検知デバイス、ｂ）ＥＰＲＯＭ、ｃ）ＤＲＣ又はＤＲＴ、若しくは、ｄ）その他のソフトウエア又はハードウエアのコンポーネントの故障のいずれかであると診断された故障に応じて「フェイルセーフ」することができる。

「フェイルセーフ」において、以下のイベントのいずれかが発生した場合、関連するＨＶＡＣＲ機器は、異なる別のプログラミングがされていなければ、通常の動作に戻ることができる。

また、前記デバイスは、電力損失又は電力過渡変化の選択されたタイプに応じて、関連するＨＶＡＣＲ機器の「リスタートセーフ」を支援し、それにより、そのような混雑及び需要関連イベントに対し送配電網を「強化（hardening）」することができる。これが、他の全ての「スマートグリッド」機能（停電時の自動動作）に追加された基本ユニット機能である。

前記デバイスは、ＲＵの実施形態において、「オフ」／「オン」及び動作状態のローカル視認表示器を有することができる。

ＲＵの実施形態において、１ＲＵが３コンプレッサーまでを処理することができ、すなわち、段階コンプレッサーＶＣＣＲ機器に用いることができる。

前記デバイスは、（ＭＯＤＢＵＳ、ＢＡＣネット及び可能であれば他のＥＭＳ／ＢＭＳプロトコルを介して）遠隔地からリセット及び操作を行うことができる。クリップオン電流及び電圧変換機、又は、線電力引き込みを監視する他の手段を介して、関連するＨＶＡＣＲユニットのエネルギー消費を監視することが可能である。入力及び出力が容易。

ＲＵの実施形態において、ユニットは手作業で容易に設置することができる。

前記デバイスは、エネルギー効率のフィードバックソースとしての温度センサへの依存を低下させる。温度センサは、時間経過により、感度が低下し、再校正が必要になることが知られている点において、このことは新規で有益な要素である。

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、交流電流により駆動されるエネルギー消費機器の負荷需要及び動作を自動的に制御及び管理するための電子コントローラ装置に係り、以下のものによって構成される。
ａ）負荷ユニットへの動作電力の流れを制御する負荷ユニット制御スイッチに接続された制御信号線に直列に接続可能であり、前記制御信号線を開閉可能なコントローラスイッチと、
ｂ）前記制御信号線上の振動制御信号の振動数を生成するカウンタを有し、前記負荷ユニットのための経過したランタイム間隔及び経過したアイドルタイム間隔を求めることができるデジタルリサイクルカウンタと、
ｃ）実時間の入力インデックスを提供し、前記負荷ユニットのための経過したランタイム間隔及び経過したアイドルタイム間隔を求めることができるデジタルタイマと、
ｄ）入力情報を分析し、前記負荷ユニットのエネルギー使用及び／又は需要の改良された最適化アルゴリズムを導出する学習モジュールであって、温度一定負荷の下で学習した動作時間当たりのサイクル数を超えずに負荷ユニットが動作することを保証できる、少なくとも一つの初期デフォルト値及びルックアップテーブルを有する学習モジュールと、
ｅ）前記負荷ユニットの負荷ユニットサイクルに関連する少なくとも一つの物理量及び／又は空間の温度を検知する少なくとも一つのセンサと通信可能な外部調整装置と、
ｆ）ｂ）、ｃ）、ｄ）及びｅ）の２以上から得られた入力信号から最大値又は最小値を選択し、選択された信号を落札制御信号として前記コントローラスイッチへ出力することができる競売制御信号デバイスとを備え、
前記負荷ユニットからのフィードバック信号は、前記電子コントローラ装置によって処理可能であり、予め定められた設定、学習された設定又はデフォルトの設定を補足するために使用され、負荷ユニット動作（ランタイム）を最適化する。
２． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかの電子コントローラ装置において、前記負荷ユニットは、前記落札制御信号の下で動作する蒸気圧縮冷却／冷凍（ＶＣＣＲ）ユニットのコンプレッサーを有し、前記落札制御信号は、
１）前記デジタルリサイクルカウンタにより求められ、あるいは、前記蒸気圧縮サイクルにおける前記コンプレッサーの始動時にカウントを開始する前記リサイクルタイマを介して求められた経過時間間隔、
２）蒸発器コイルを通って、初期レベルから、そのレベルの予め定められた割合、学習された割合又はデフォルトの割合へ至る、若しくは、前記ルックアップテーブルから得られた臨界相対レベルへ至る、冷媒質量流量又は冷媒質量流量の代理変数において検知された減少、
３）２）の場合とは異なる、前記ＶＣＣＲユニットサイクルにおいて検知される物理量における変化、又は、
４）関連するサーモスタット検知デバイスからのＯＥＭサーモスタット充足信号の受信、
のうちより短いものから導かれる。
３． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかの電子コントローラ装置において、負荷ユニットランタイムは、前記ＶＣＣＲコンプレッサーが温度一定負荷の下において動作時間当たりで次のサイクル数を超えずに動作することを保証する制御メカニズムに反して、さらに競売される。
ｉ）予め定められた数、学習された数又はデフォルト数、若しくは、
ｉｉ）前記ルックアップテーブルから得られる数
４． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかの電子コントローラ装置において、前記ＶＣＣＲコンプレッサーが、前記負荷ユニットランタイムの下で始動された後、前記負荷ユニットは、ある間隔の間アイドルにされ、前記アイドル間隔の期間は、落札制御信号に基づいて決定され、前記アイドル間隔信号は、以下のより長いものから導かれる。
ａ）初期レベルから、予め定められた、学習された又はデフォルトの僅かに高いレベルへ至る、若しくは、ルックアップテーブルから得られる臨界相対レベルへ至る、蒸発器コイル排出温度の増加、
ｂ）前記デジタルリサイクルカウンタにより求められ、あるいは、前記蒸気圧縮サイクルにおける前記コンプレッサーの停止時にそのカウントを開始する前記リサイクルタイマを介して求められる、事前設定された、事前導出された又は学習された、経過した時間間隔、
ｃ）前記ＶＣＣＲユニットにおいて検知された他の物理量の変化、又は、
ｄ）関連するサーモスタット検知デバイスからのＯＥＭサーモスタット呼出信号の受領
５． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかの電子コントローラ装置において、負荷ユニットアイドルタイムは、前記ＶＣＣＲコンプレッサーが温度一定負荷の下において動作時間当たりで次のサイクル数を超えずに動作することを保証する制御メカニズムに反して、さらに競売される。
ｉ）予め定められた数、学習された数又はデフォルトの数、若しくは、
ｉｉ）前記ルックアップテーブルから得られる数
６． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかの電子コントローラ装置において、様々な補足的命令信号又は他の外部システム信号を用いて、前記予め定められた設定、学習された設定又はデフォルトの設定を変更することにより、需要応答及びスマートグリッド機能を実現する。
７． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかの電子コントローラ装置において、関連施設における太陽光発電電力の設定割当の前記信頼性を高めるためにアクチュエータとして適用することが可能である。
８． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかの電子コントローラ装置において、コンプレッサー駆動による冷媒ポンピングの間に、前記コイルをわずかにウォームアップすることを許可することにより、ＶＣＣＲコンプレッサーの動作中及び蒸発器の熱伝達中の前記装置を用いて提供される最適化動作が、コイル氷結の低減又は除去にも貢献する。
９． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかの電子コントローラ装置において、ＶＣＣＲ内の冷媒を増加させる冷媒注入を許可する前記装置を用いて、スラッギング（前記コンプレッサー内への液冷媒の移動）及びコイル氷結に対する強力な保護が得られ、その結果、前記システムにより大きな熱質量を提供し、また、同じ電気定格に対してより大きな冷却能力を提供する。
１０． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかの電子コントローラ装置において、前記装置は、アイドリング中のコンデンサファン及びその他の補助機器がＶＣＣＲ動作に与える影響の評価に用いることが可能であり、そのため、追加的なエネルギー節約を許可するために、ＶＣＣＲ動作中に間隔をおいてうまくそれらをアイドリングさせ、さらに、より高い冷媒圧力が維持されることを許可することにより熱伝達を向上させる。
１１． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかの電子コントローラ装置において、燃料燃焼過熱用の前記装置を用いた、異なるメカニズム及び熱力学的動作が介在し、補足温度又は圧力検知デバイスからのフィードバック信号は、前記予め定められた設定、学習された設定又はデフォルト設定の補足に使用可能であることから、前記燃料燃焼加熱機器におけるバーナー動作（ランタイム）を最適化し、それによって、前記バーナー燃焼空間における前記熱媒体（空気又は水）への熱伝達を向上させる。
１２． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかの電子コントローラ装置において、補足命令信号又は他の外部システム信号を適用して、前記予め定められた設定、学習された設定又はデフォルト設定を変更することにより、需要応答及び他の機能性を実現する。
１３． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかの電子コントローラ装置において、関連するコンプレッサー又はバーナー装置へ非ショートサイクル保護を提供可能である。
１４． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかの電子コントローラ装置において、前記装置の制御アーキテクチャの特徴の学習は、前記装置の導入を容易にする。
１５． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかの電子コントローラ装置において、前記装置なしで動作するＨＶＡＣ＆Ｒシステムと比較して、前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムにおけるフィードバックソースとしての熱センサや湿度センサへの依存を減少させる。
１６． 本発明は、暖房、換気、空調又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムに係り、暖房、換気、空調又は冷凍ユニットと、請求項１の前記電子コントローラ装置とを備え、前記電子コントローラ装置は、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムのサーモスタット制御信号を遮断することによって、前記遮断されたサーモスタット命令を処理し、前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの負荷ユニットへの出力信号として調整済制御信号を生成する。
１７． 本発明は、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの自動制御システムに係り、以下のものによって構成される。
サーモスタット（又は他の制御信号ソース）と、
電子コントローラ装置と、
電力供給線に接続された操作可能な少なくとも一つの負荷ユニットとを備えたＨＶＡＣ＆Ｒシステムの自動制御システムにおいて、
前記電子コントローラ装置は、制御信号ソースと被制御機器の負荷との間の制御信号線上に配置されることが可能であり、前記電子コントローラ装置は、
ａ）負荷ユニットへの動作電力の流れを制御する負荷ユニット制御スイッチに接続された制御信号線に直列であり、前記制御信号線を開閉可能なコントローラスイッチと、
ｂ）前記制御信号線上の振動制御信号の振動数を数えるカウンタを有し、前記負荷ユニットのための経過したランタイム間隔及び経過したアイドルタイム間隔を求めることができるデジタルリサイクルカウンタと、
ｃ）実時間の入力インデックスを提供し、前記負荷ユニットのための経過したランタイム間隔と経過したアイドルタイム間隔を求めることができるデジタルタイマと、
ｄ）入力情報を分析し、前記負荷ユニットのエネルギーの使用及び／又は需要の改良された最適化アルゴリズムを導出する学習モジュールであって、温度一定負荷の下で学習した動作時間当たりのサイクル数を超えずに負荷ユニットが動作することを保証できる、少なくとも一つの初期デフォルト値及びルックアップテーブルを有する学習モジュールと、
ｅ）前記負荷ユニットの負荷ユニットサイクル及び／又は空間の温度に関連する少なくとも一つの物理量を検知する少なくとも一つのセンサと通信可能な外部調整装置と、
ｆ）ｂ）、ｃ）、ｄ）及びｅ）の２以上から得られた入力信号から最大値又は最小値を選択し、選択された信号を落札制御信号として前記コントローラスイッチへ出力することができる競売制御信号デバイスとを備え、
前記負荷ユニットからのフィードバック信号は、前記電子コントローラ装置によって処理可能であり、予め定められた設定、学習された設定又はデフォルト設定を補足するために使用され、負荷ユニット動作（ランタイム）を最適化する。
１８． 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において、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムがガス圧縮／圧縮空気システム（例えば、ＶＣＣＲシステム）を備える。
１９． 本発明は、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムにおける電気によって駆動される少なくとも一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制御及び管理する方法に係り、以下のものにより構成される。
サーモスタット（又は他の制御信号ソース）と被制御機器の負荷との間の制御信号線上に電子コントローラ装置を電気的に接続するステップを有し、前記電子コントローラ装置は、ａ）負荷ユニットへの動作電力の流れを制御する負荷ユニット制御スイッチに接続された制御信号線に直列であり、前記制御信号線を開閉可能なコントローラスイッチと、ｂ）前記制御信号線上の振動制御信号の振動数を数えるカウンタを有し、前記負荷ユニットのための経過したランタイム間隔及び経過したアイドルタイム間隔を求めることができるデジタルリサイクルカウンタと、ｃ）実時間の入力インデックスを提供し、前記負荷ユニットのための経過したランタイム間隔と経過したアイドルタイム間隔を求めることができるデジタルタイマと、ｄ）入力情報を分析し、前記負荷ユニットのエネルギーの使用及び／又は需要の改良された最適化アルゴリズムを導出する学習モジュールであって、温度一定負荷の下で学習した動作時間当たりのサイクル数を超えずに負荷ユニットが動作することを保証できる、少なくとも一つの初期デフォルト値及びルックアップテーブルを有する学習モジュールと、ｅ）前記負荷ユニットの負荷ユニットサイクル及び／又は空間の温度に関連する少なくとも一つの物理量を検知する少なくとも一つのセンサと通信可能な外部調整装置と、ｆ）ｂ）、ｃ）、ｄ）及びｅ）の２以上から得られた入力信号から最大値又は最小値を選択し、選択された信号を落札制御信号として前記コントローラスイッチへ出力することができる競売制御信号デバイスとを備え、前記負荷ユニットからのフィードバック信号は、前記電子コントローラ装置によって処理可能であり、予め定められた設定、学習された設定又はデフォルト設定を補足するために使用され、負荷ユニット動作（ランタイム）を最適化し、
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一つのサーモスタット命令を前記電子コントローラ装置において遮断し、
前記遮断されたサーモスタット命令を前記電子コントローラ装置において処理することにより、出力信号として調整済制御信号を生成し、
前記電子コントローラ装置によって生成された前記出力信号を前記コントローラスイッチへ出力し、前記負荷ユニットの動作を制御する。
２０． 先の又は以下の実施形態／特徴／態様のいずれかの方法において、前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムはガス圧縮／圧縮空気システム（例えば、ＶＣＣＲシステム）である。

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、若しくは、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、複数範囲のどれが別々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具体的に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 (19)

1. 交流電流により駆動されるエネルギー消費機器の負荷需要及び動作を自動的に制御及び管理するための電子コントローラ装置であって、
   ａ）負荷ユニットへの動作電力の流れを制御する負荷ユニット制御スイッチに接続された制御信号線に直列に接続可能であり、前記制御信号線を開閉可能なコントローラスイッチと、
   ｂ）前記制御信号線上の振動制御信号の振動数を生成するカウンタを有し、前記負荷ユニットのための経過したランタイム間隔及び経過したアイドルタイム間隔を求め、競売制御信号デバイスへの入力信号となる信号を出力することができるデジタルリサイクルカウンタと、
   ｃ）実時間の入力インデックスを提供し、前記負荷ユニットのための経過したランタイム間隔及び経過したアイドルタイム間隔を求め、前記競売制御信号デバイスへの入力信号となる信号を出力することができるデジタルタイマと、
   ｄ）入力情報を分析し、前記負荷ユニットのエネルギー使用及び／又は需要の最適化アルゴリズムを導出する学習モジュールであって、温度一定負荷の下で学習した動作時間当たりのサイクル数を超えずに負荷ユニットが動作するように負荷ユニット動作を制限することができる、負荷ユニットのための機器エネルギー最適化に関するヒストリカルアルゴリズム入力、初期デフォルト値、及び、ルックアップテーブルから得られる値の少なくとも一つを有し、前記競売制御信号デバイスへの入力信号となる信号を出力する学習モジュールと、
   ｅ）前記負荷ユニットの負荷ユニットサイクルに関連する少なくとも一つの物理量及び／又は空間の温度を検知する少なくとも一つのセンサと通信可能であり、前記競売制御信号デバイスへの入力信号となる信号を出力する外部状態装置と、
   ｆ）最小値の選択は前記負荷ユニットのランタイム間隔の選択に関連し、最大値の選択は前記負荷ユニットのアイドルタイム間隔の選択に関連するように、ｂ）、ｃ）、ｄ）及びｅ）の２以上から得られた前記入力信号から最大値又は最小値を選択し、選択された信号を落札制御信号として前記コントローラスイッチへ出力することができる前記競売制御信号デバイスとを備え、
   前記負荷ユニットからのフィードバック信号は、前記電子コントローラ装置によって処理可能であり、予め定められた設定、学習された設定又はデフォルトの設定を補足するために使用され、負荷ユニット動作を最適化する電子コントローラ装置。
2. 前記負荷ユニットは、前記落札制御信号の下で動作する蒸気圧縮冷却／冷凍（ＶＣＣＲ
   ）ユニットのコンプレッサーを有し、前記落札制御信号は、
   １）前記デジタルリサイクルカウンタにより求められ、あるいは、前記蒸気圧縮サイクルにおける前記コンプレッサーの始動時にカウントを開始する前記リサイクルタイマを介して求められた経過時間間隔、
   ２）蒸発器コイルを通って、初期レベルから、そのレベルの予め定められた割合、学習された割合又はデフォルトの割合へ至る、若しくは、前記ルックアップテーブルから得られた臨界相対レベルへ至る、センサによる検出を用いた冷媒質量流量又は冷媒質量流量の代理変数において検知された減少、
   ３）２）の前記センサとは異なるセンサによる検出を用いた、前記ＶＣＣＲユニットサイクルにおいて検知される２）とは異なる物理量における変化、又は、
   ４）関連するサーモスタット検知デバイスからのＯＥＭサーモスタット充足信号の受信、
   のうちより短いものから導かれる請求項１に記載の電子コントローラ装置。
3. 負荷ユニットランタイムは、前記ＶＣＣＲコンプレッサーが温度一定負荷の下において動作時間当たりで次のサイクル数を超えずに動作することを保証する制御メカニズムに反して、さらに競売される請求項２に記載の電子コントローラ装置。
   ｉ）予め定められた数、学習された数又はデフォルトの数、若しくは、
   ｉｉ）前記ルックアップテーブルから得られる数
4. 前記ＶＣＣＲコンプレッサーが、前記負荷ユニットランタイムの下で始動された後、前記負荷ユニットは、ある間隔の間アイドルにされ、前記アイドル間隔の期間は、落札制御信号に基づいて決定され、前記アイドル間隔信号は、以下のより長いものから導かれる請求項２に記載の電子コントローラ装置。
   ａ）初期レベルから、予め定められた、学習された又はデフォルトの僅かに高いレベルへ至る、若しくは、ルックアップテーブルから得られる臨界相対レベルへ至る、蒸発器コイル排出温度の増加、
   ｂ）前記デジタルリサイクルカウンタにより求められ、あるいは、前記蒸気圧縮サイクルにおける前記コンプレッサーの停止時にそのカウントを開始する前記リサイクルタイマを介して求められる、事前設定された、事前導出された又は学習された、経過した時間間隔、
   ｃ）前記ＶＣＣＲユニットサイクルにおいて検知された他の物理量の変化、又は、
   ｄ）関連するサーモスタット検知デバイスからのＯＥＭサーモスタット呼出信号の受領
5. 負荷ユニットアイドルタイムは、前記ＶＣＣＲコンプレッサーが温度一定負荷の下において動作時間当たりで次のサイクル数を超えずに動作することを保証する制御メカニズムに反して、さらに競売される請求項４に記載の電子コントローラ装置。
   ｉ）予め定められた数、学習された数又はデフォルトの数、若しくは、
   ｉｉ）前記ルックアップテーブルから得られる数
6. 様々な補足的命令信号又は他の外部システム信号を用いて、前記予め定められた設定、学習された設定又はデフォルトの設定を変更することにより、需要応答及びスマートグリッド機能を実現する請求項１に記載の電子コントローラ装置。
7. 関連施設における太陽光発電電力の設定割当の前記信頼性を高めるためにアクチュエータとして適用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装置。
8. コンプレッサー駆動による冷媒ポンピングの間に、前記コイルをわずかにウォームアップすることを許可することにより、ＶＣＣＲコンプレッサーの動作中及び蒸発器の熱伝達中の前記装置を用いて提供される最適化動作が、コイル氷結の低減又は除去にも貢献する請求項１に記載の電子コントローラ装置。
9. ＶＣＣＲ内の冷媒を増加させる冷媒注入を許可する前記装置を用いて、（コンプレッサー内への液冷媒の移動からなる）スラッギング及びコイル氷結に対するより大きな保護が得られ、その結果、前記システムにより大きな熱質量を提供し、また、同じ電気定格に対してより大きな冷却能力を提供する請求項１に記載の電子コントローラ装置。
10. 前記装置は、アイドリング中のコンデンサファン及びその他の補助機器がＶＣＣＲ動作に与える影響の評価に用いることが可能であり、そのため、追加的なエネルギー節約を許可するために、ＶＣＣＲ動作中に間隔をおいてうまくそれらをアイドリングさせ、さらに、より高い冷媒圧力が維持されることを許可することにより熱伝達を向上させる請求項１に記載の電子コントローラ装置。
11. 前記装置は、燃料燃焼加熱制御に使用することができ、補足温度デバイス又は圧力検知デバイスからのフィードバック信号は、前記予め定められた設定、学習された設定又はデフォルト設定の補足に使用可能であることから、前記燃料燃焼加熱機器におけるバーナー動作（ランタイム）を最適化し、それによって、前記バーナー燃焼空間における空気又は水からなる熱媒体への熱伝達を向上させる請求項１に記載の電子コントローラ装置。
12. 補足命令信号又は他の外部システム信号を適用して、前記予め定められた設定、学習された設定又はデフォルト設定を変更することにより、需要応答及び他の機能性を実現する請求項１１に記載の電子コントローラ装置。
13. 関連するコンプレッサー又はバーナー装置へ非ショートサイクル保護を提供可能である請求項１に記載の電子コントローラ装置。
14. 前記装置なしで動作するＨＶＡＣ＆Ｒシステムと比較して、前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムにおけるフィードバックソースとしての熱センサや湿度センサへの依存を減少させる請求項１に記載の電子コントローラ装置。
15. 暖房、換気、空調又は冷凍ユニットと、請求項１の前記電子コントローラ装置とを備え、前記電子コントローラ装置は、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムのサーモスタット制御信号を遮断することによって、前記遮断されたサーモスタット命令を処理し、前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの負荷ユニットへの出力信号として調整済制御信号を生成する暖房、換気、空調又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システム。
16. サーモスタットと、
    電子コントローラ装置と、
    電力供給線に接続された操作可能な少なくとも一つの負荷ユニットとを備えたＨＶＡＣ＆Ｒシステムの自動制御システムにおいて、
    前記電子コントローラ装置は、制御信号ソースと制御される少なくとも一つの前記負荷ユニットの負荷との間の制御信号線上に配置されることが可能であり、前記電子コントローラ装置は、
    ａ）負荷ユニットへの動作電力の流れを制御する負荷ユニット制御スイッチに接続された制御信号線に直列であり、前記制御信号線を開閉可能なコントローラスイッチと、
    ｂ）前記制御信号線上の振動制御信号の振動数を数えるカウンタを有し、前記負荷ユニットのための経過したランタイム間隔及び経過したアイドルタイム間隔を求め、競売制御信号デバイスへの入力信号となる信号を出力することができるデジタルリサイクルカウンタと、
    ｃ）実時間の入力インデックスを提供し、前記負荷ユニットのための経過したランタイム間隔と経過したアイドルタイム間隔を求め、前記競売制御信号デバイスへの入力信号となる信号を出力することができるデジタルタイマと、
    ｄ）入力情報を分析し、前記負荷ユニットのエネルギーの使用及び／又は需要の最適化アルゴリズムを導出する学習モジュールであって、温度一定負荷の下で学習した動作時間当たりのサイクル数を超えずに負荷ユニットが動作するように負荷ユニット動作を制限することができる、負荷ユニットのための機器エネルギー最適化に関するヒストリカルアルゴリズム入力、初期デフォルト値、及び、ルックアップテーブルから得られる値の少なくとも一つを有し、前記競売制御信号デバイスへの入力信号となる信号を出力する学習モジュールと、
    ｅ）前記負荷ユニットの負荷ユニットサイクル及び／又は空間の温度に関連する少なくとも一つの物理量を検知する少なくとも一つのセンサと通信可能であり、前記競売制御信号デバイスへの入力信号となる信号を出力する外部状態装置と、
    ｆ）最小値の選択は前記負荷ユニットのランタイム間隔の選択に関連し、最大値の選択は前記負荷ユニットのアイドルタイム間隔の選択に関連するように、ｂ）、ｃ）、ｄ）及びｅ）の２以上から得られた前記入力信号から最大値又は最小値を選択し、選択された信号を落札制御信号として前記コントローラスイッチへ出力することができる前記競売制御信号デバイスとを備え、
    前記負荷ユニットからのフィードバック信号は、前記電子コントローラ装置によって処理可能であり、予め定められた設定、学習された設定又はデフォルト設定を補足するために使用され、負荷ユニット動作を最適化するＨＶＡＣ＆Ｒシステムの自動制御システム。
17. ＨＶＡＣ＆Ｒシステムがガス圧縮／圧縮空気システムを備えた請求項１６に記載のシステム。
18. ＨＶＡＣ＆Ｒシステムにおける電気によって駆動される少なくとも一つの負荷ユニットの電力使用及び／又は電力需要並びに動作を自動制御及び管理する方法であって、
    サーモスタットと被制御機器の負荷との間の制御信号線上に電子コントローラ装置を電気的に接続するステップを有し、前記電子コントローラ装置は、ａ）負荷ユニットへの動作電力の流れを制御する負荷ユニット制御スイッチに接続された制御信号線に直列であり、前記制御信号線を開閉可能なコントローラスイッチと、ｂ）前記制御信号線上の振動制御信号の振動数を数えるカウンタを有し、前記負荷ユニットのための経過したランタイム間隔及び経過したアイドルタイム間隔を求め、競売制御信号デバイスへの入力信号となる信号を出力することができるデジタルリサイクルカウンタと、ｃ）実時間の入力インデックスを提供し、前記負荷ユニットのための経過したランタイム間隔と経過したアイドルタイム間隔を求め、前記競売制御信号デバイスへの入力信号となる信号を出力することができるデジタルタイマと、ｄ）入力情報を分析し、前記負荷ユニットのエネルギーの使用及び／又は需要の最適化アルゴリズムを導出する学習モジュールであって、温度一定負荷の下で学習した動作時間当たりのサイクル数を超えずに負荷ユニットが動作するように負荷ユニット動作を制限することができる、負荷ユニットのための機器エネルギー最適化に関するヒストリカルアルゴリズム入力、初期デフォルト値、及び、ルックアップテーブルから得られる値の少なくとも一つを有し、前記競売制御信号デバイスへの入力信号となる信号を出力する学習モジュールと、ｅ）前記負荷ユニットの負荷ユニットサイクル及び／又は空間の温度に関連する少なくとも一つの物理量を検知する少なくとも一つのセンサと通信可能であり、前記競売制御信号デバイスへの入力信号となる信号を出力する外部状態装置と、ｆ）最小値の選択は前記負荷ユニットのランタイム間隔の選択に関連し、最大値の選択は前記負荷ユニットのアイドルタイム間隔の選択に関連するようにｂ）、ｃ）、ｄ）及びｅ）の２以上から得られた前記入力信号から最大値又は最小値を選択し、選択された信号を落札制御信号として前記コントローラスイッチへ出力することができる前記競売制御信号デバイスとを備え、前記負荷ユニットからのフィードバック信号は、前記電子コントローラ装置によって処理可能であり、予め定められた設定、学習された設定又はデフォルト設定を補足するために使用され、負荷ユニット動作（ランタイム）を最適化し、
    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一つのサーモスタット命令を前記電子コントローラ装置において遮断し、
    前記遮断されたサーモスタット命令を前記電子コントローラ装置において処理することにより、出力信号として調整済制御信号を生成し、
    前記電子コントローラ装置によって生成された前記出力信号を前記コントローラスイッチへ出力し、前記負荷ユニットの動作を制御する方法。
19. 前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムがガス圧縮／圧縮空気システムを備えた請求項１８に記載の方法。

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