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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-19
(45)【発行日】2024-09-30
(54)【発明の名称】冷凍サイクル、方法およびコントローラ
(51)【国際特許分類】
F25B 1/00 20060101AFI20240920BHJP
F24F 11/84 20180101ALI20240920BHJP
F24F 11/86 20180101ALI20240920BHJP
【ＦＩ】
F25B1/00 304D
F25B1/00 304L
F24F11/84
F24F11/86
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2020075410
(22)【出願日】2020-04-21
(65)【公開番号】P2021032557
(43)【公開日】2021-03-01
【審査請求日】2023-03-23
(31)【優先権主張番号】16/555,056
(32)【優先日】2019-08-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】316011466
【氏名又は名称】日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000420
【氏名又は名称】弁理士法人ＭＩＰ
(72)【発明者】
【氏名】ヤーン， リミング
【審査官】庭月野 恭
(56)【参考文献】
【文献】特開平０９－０６８３５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０６－２８１２３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１０／０１８０６３０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開昭６２－１１２９４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１１７８５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－２５５５７０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２５Ｂ １／００
Ｆ２５Ｂ １３／００
Ｆ２４Ｆ １１／８４
Ｆ２４Ｆ １１／８６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
室外機、複数の室内機および少なくとも１つの電子膨張弁を使用する冷凍サイクルを制御するためのコントローラを含み、前記コントローラは、
前記電子膨張弁を駆動するためのパルス数を用いた速度型ＰＩＤ制御を実行する速度型ＰＩＤコンポーネントと、
前記電子膨張弁の駆動状態を判断し、前記電子膨張弁の開状態、閉状態、および停止状態の３つの駆動状態を指定するパルス指令を生成する三状態コントローラと、
前記三状態コントローラによって生成された前記パルス指令に応じて前記電子膨張弁を駆動するステートマシンと
を含み、
前記三状態コントローラは、
前記駆動状態を判断する前記パルス数および前記電子膨張弁のストローク時間に関して拡大されたパルス数を格納するストレージを含む、
冷凍サイクル。
【請求項2】
前記駆動状態は、前記電子膨張弁の可能な複数の駆動状態から選択される、請求項1に記載の冷凍サイクル。
【請求項3】
前記三状態コントローラは、前記ストレージに格納された値に応じて、前記電子膨張弁を開くためのパルス指令および前記電子膨張弁を閉じるためのパルス指令を生成する、請求項１に記載の冷凍サイクル。
【請求項4】
室外機、複数の室内機および少なくとも１つの電子膨張弁を使用する冷凍サイクルを制御するためのコントローラを含み、前記コントローラは、
前記電子膨張弁を駆動するためのパルス数を用いた速度型ＰＩＤ制御を実行する速度型ＰＩＤコンポーネントと、
前記電子膨張弁の駆動状態を判断し、前記電子膨張弁の開状態、閉状態、および停止状態の３つの駆動状態を指定するパルス指令を生成する三状態コントローラと、
前記三状態コントローラによって生成された前記パルス指令に応じて前記電子膨張弁を駆動するステートマシンと
を含み、
前記冷凍サイクルは、前記速度型ＰＩＤ制御下での手動操作の要求を受領し、速度型ＰＩＤ制御を継続しながら、手動操作を開始する、冷凍サイクル。
【請求項5】
空気調和システムは、少なくとも空気調和システムの部分を構成し、前記空気調和システムは、ＶＲＦまたはＰＡＣシステムである、請求項４に記載の冷凍サイクル。
【請求項6】
室外機および複数の室内機を含む冷凍サイクルを制御する方法であって、前記方法は、
電子膨張弁を駆動するためのパルス数を用いる速度型ＰＩＤコンポーネントによって、速度型ＰＩＤ制御を実行することと、
三状態コントローラによって、前記電子膨張弁の駆動状態を判断し、前記電子膨張弁の開状態、閉状態、および停止状態の３つの駆動状態を指定するパルス指令を生成することと、
前記三状態コントローラによって生成された前記パルス指令に応じて、ステートマシンによって前記電子膨張弁を駆動すること
を含み、
前記三状態コントローラは、
前記駆動状態を判断する前記パルス数および前記電子膨張弁のストローク時間に関して拡大されたパルス数を格納するストレージを含む、
方法。
【請求項7】
室外機、複数の室内機および少なくとも１つの電子膨張弁を使用する冷凍サイクルを制御するためのコントローラを含む冷凍サイクルのコントローラであって、前記コントローラは、
前記電子膨張弁を駆動するためのパルス数を用いた速度型ＰＩＤ制御を実行する速度型ＰＩＤコンポーネントと、
前記電子膨張弁の駆動状態を判断し、前記電子膨張弁の開状態、閉状態、および停止状態の３つの駆動状態を指定するパルス指令を生成する三状態コントローラと、
前記三状態コントローラによって生成された前記パルス指令に応じて前記電子膨張弁を駆動するステートマシンと
を含み、
前記三状態コントローラは、
前記駆動状態を判断する前記パルス数および前記電子膨張弁のストローク時間に関して拡大されたパルス数を格納するストレージを含む、
コントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、冷凍サイクルに関し、詳細には冷凍サイクル、冷凍サイクル制御のための方法およびコントローラに関する。
【背景技術】
【0002】
ＶＲＦ（ビル用マルチエアコン）は、業務用空調機に使われる。従来のＶＲＦでは、ＥＥＶ（電子膨張弁）は、冷凍サイクルを循環する冷媒の熱力学的状態を制御するのに用いられる。ＥＥＶは、その開度が変化することによって、必要な冷凍能力に達するよう電気的に制御されるが、従来のＶＲＦのほとんどすべては、ＥＥＶ制御が不充分である。
【0003】
現在のＥＥＶ制御方法において、電気パルスでの制御指令は、位置決め、すなわちＥＥＶ開度を示すために用いられる。ＥＥＶが長時間動作した後、パルス数と実際のＥＥＶ開度はずれることがあり、電気パルスは、ＥＥＶの位置を適切に制御できなかった。
【0004】
このような現在のシステムにおいては、ＥＥＶは、一定期間の動作が経過した後に、ゼロリセット、すなわち閉弁位置にリセットされる。この方法は、冷凍サイクルを妨害し、冷凍サイクル制御を複雑にする。
【0005】
ＥＥＶ位置を制御するためのいくつかの技術が知られており、米国特許第７，７６２，０９４号明細書（特許文献１）は、パルスの数を算出するためにモータの動作速度を考慮するＰＩＤコントローラを開示している。算出されたパルスは、膨張弁開度を制御するためのステッピングモータに提供される。
【0006】
米国特許第９，６０６，５１６号明細書（特許文献２）は、偏差に応じた速度型動作指令信号を出力する速度型ＰＩＤ計算ユニットを開示している。指令信号は、バルブの開／閉を制御する。
【0007】
上記の先行技術は、速度を基にしたＥＥＶの制御に基づくものとして開示され、既知であるものの、冷凍サイクルの長時間動作後のＥＥＶ位置制御として充分ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】米国特許第７，７６２，０９４号明細書
【文献】米国特許第９，６０６，５１６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
上記の先行技術があるにも関わらず、冷凍サイクルの動作改善が継続して要求されており、本発明の目的は、冷凍サイクルの妨害や制御の複雑化をなくし、位置フィードバックを提供することのない、ＥＥＶについての新規な制御技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
一実施形態によれば、室外機、複数の室内機および少なくとも１つのＥＥＶを用いる冷凍サイクルを制御するためのコントローラを含み、
コントローラは、
ＥＥＶを駆動するためのパルス数を用いた速度型ＰＩＤ制御を実行する速度型ＰＩＤコンポーネントと、
ＥＥＶの駆動状態を決定し、駆動状態を指定するパルス指令を生成する三状態コントローラと、
三状態コントローラによって生成された駆動指令に依拠してＥＥＶを駆動するステートマシンと
を含む、
冷凍サイクルが提供される。
コントローラは、
ＥＥＶを駆動するためのパルス数を用いた速度型ＰＩＤ制御を実行する速度型ＰＩＤコンポーネントと、
ＥＥＶの駆動状態を決定し、駆動状態を指定するパルス指令を生成する三状態コントローラと、
三状態コントローラによって生成された駆動指令に依拠してＥＥＶを駆動するステートマシンと
を含む、
冷凍サイクルが提供される。
【0011】
一実施形態によれば、三状態コントローラは、駆動状態を決定するためのパルス数およびＥＥＶのストローク時間に関して拡大されたパルス数を記憶するストレージを含む。
【0012】
一実施形態によれば、駆動状態は、ＥＥＶが開、閉および停止の状態である。
【0013】
一実施形態によれば、三状態コントローラは、ストレージに記憶された値に応じて、ＥＥＶを開くためのパルス指令およびＥＥＶを閉じるためのパルス指令を生成する。
【0014】
一実施形態によれば、冷凍サイクルは、速度型ＰＩＤの制御下での手動操作のためのリクエストを受け取り、速度型ＰＩＤコンポーネントの計算結果を用いた手動操作を許可する。
【0015】
一実施形態によれば、空気調和システムは、ＶＲＦまたはＰＡＣシステムである。
【0016】
一実施形態によれば、室外機および複数の室内機を含む冷凍サイクルを制御する方法が提供される。この方法は、
ＥＥＶを駆動するためのパルス数を用いる速度型ＰＩＤコンポーネントによって、速度型ＰＩＤ制御を実行することと、
三状態コントローラによって、ＥＥＶの駆動状態を決定し、駆動状態を指定するパルス指令を生成することと、
三状態コントローラによって生成された駆動指令に依拠して、ステートマシンによってＥＥＶを駆動すること
を含む。
ＥＥＶを駆動するためのパルス数を用いる速度型ＰＩＤコンポーネントによって、速度型ＰＩＤ制御を実行することと、
三状態コントローラによって、ＥＥＶの駆動状態を決定し、駆動状態を指定するパルス指令を生成することと、
三状態コントローラによって生成された駆動指令に依拠して、ステートマシンによってＥＥＶを駆動すること
を含む。
【発明の効果】
【0017】
本発明の実施形態によれば、冷凍サイクルにおける新規な三状態制御が提供され得る。冷凍サイクルにおける三状態制御は、ＥＥＶの開位置を検出するための位置センサを省略しながら、長時間運転後のＥＥＶのゼロリセットなどによる空気調和システムに対する余分な妨害を回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【発明を実施するための形態】
【0019】
本発明の特定の実施形態を、添付する図面を参照しつつ説明する。しかしながら、この発明は、多くの異なる形態で実現することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、むしろこれらの実施形態は、この開示が包括的、かつ完結したものとなり、本開示が本発明の範囲を当業者に完全に伝えるように提供される。添付図面において説明される実施形態の詳細な説明で使用される用語は、発明を限定することを意図するものではない。
【0020】
図１は、１つの例示的な実施形態として、冷媒を含む冷凍サイクルを示す。例示的な空気調和システムは、空気調和装置として具体化することができ、より好ましくは、ＶＲＦ、ＰＡＣ（パッケージエアコン）などとして具体化することができる。本説明では、説明の便宜上、冷媒サイクルは、室外機（ＯＤＵ）１１０ならびに複数の室内機（ＩＤＵ）１２０－１、１２０－２おおよび１２０－３を含むＶＲＦ（ビル用マルチエアコン）空気調和システムに実装されるものとする。
【0021】
３つのＩＤＵが例示的に示されているものの、より多くのＩＤＵが空気調和システムに用いられてもよく、複数のＩＤＵが、特定の室内空間１２０の容量に応じて、個々の室内空間１２０に配置されてもよい。図１に示す実施形態では、複数のＩＤＵ１２０－１，１２０－２および１２０－３は、それぞれの室内空間１２０に配置され、ＩＤＵ１２０－１，１２０－２および１２０－３のそれぞれは、ＩＤＵが配置された室内空間１２０の空気調和を提供する。
【0022】
ＩＤＵ１２０－１，１２０－２および１２０－３は、配管１４０を通じてＯＤＵ１１０と接続される。配管１４０は、ＩＤＵ１２０－１，１２０－２および１２０－３に冷媒を供給し、必要な空調を提供する。通信線（不図示）は、配管１４０に沿って配置され、ＯＤＵ１１０と、それぞれのＩＤＵ１２０－１，１２０－２および１２０－３と接続して、ＯＤＵ１１０内のコントローラでＩＤＵ１２０－１，１２０－２および１２０－３を制御する。
【0023】
ＩＤＵ１２０－１，１２０－２および１２０－３は、それぞれ、室内空間１２０に必要な熱交換容量を提供するための電子膨張弁（ＥＥＶ）１２１ａ～１２１ｃを含む。ＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃは、ＯＤＵ１１０に設けられたコントローラによって独立に制御されてもよい。
【0024】
図２は、１つの例示的な実施形態の空気調和システムのハードウェア構造を示す。室外機１１０は、圧縮機１１５、熱交換器１１２およびファンモータ１１４によって駆動する室外ファン１１３を含む。圧縮機１１５は、スクロール型圧縮機によって構成されてもよく、空気調和のための冷媒を圧縮する。熱交換器ユニット１２０は、ＩＤＵ１２０－１，１２０－２および１２０－３など、およびこれらから四方弁１１１を通過して流れる冷媒の熱交換を行う。他の実施形態では、ＯＤＵ１１０は、複数の圧縮機を含む、建物の空調に対処するためのチラーシステムであってもよい。
【0025】
室外ファン１１３は、冷媒温度の他、熱交換器１１２の温度を制御するために、熱交換器１１２に対して外気を流している。室外機１１０は、圧縮機１１５、インバータ１１７，１１８を介してファン１１３、ＩＤＵ１２０－１～１２０－３などを含む空気調和システムを制御するためのコントローラ１１６を含んでいる。
【0026】
室外機１１０は、Ｐｄ１１９－１、Ｐｓ１１９－２、Ｔｓ１１９－３およびＴｌｉｑ１１９－４などの各種センサをさらに含む。これらのセンサは、空気調和システム内を循環する冷媒のパラメータから空気調和に要する容量を予測するために用いられ、センサＰｄ１１９－１は、吐出圧力を検出し、センサＰｓ１１９－２は、吸引圧力を検出し、Ｔｓ１１９－３は、吸引温度を検出し、Ｔｌｉｑ１１９－４は、熱交換器１１２に隣接する位置での冷媒の温度を検出する。
【0027】
図２の実施形態においては、室外機１１０は、ＩＤＵ１２０－１、１２０－２と、配管、阻止弁１２２－１、１２２－２およびＥＥＶ１２１ａ－１２１ｂを通して接続されていて、室外機１１０内で昇圧された冷媒がＩＤＵ１２０－１、１２０－２のそれぞれに循環されて、所望の空気調和を達成する。一実施形態では、コントローラ１１６は、圧縮機１１５および室外ファン１１３などの他、ＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃやその他の構成要素の動作を制御する。
【0028】
ＯＤＵ１１０は、また、他のＥＥＶ１２３も含んでおり、ＥＥＶ１２３は、ＩＤＵ１２０－１～１２０－２などから戻った冷媒流量を調整し、圧縮機が吸入する冷媒のエンタルピーを制御する。一実施形態では、コントローラは、ＩＤＵ１２０－１～１２０－３に配置されるＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃを制御するか、または、ＯＤＵ１１０に配置されるＥＥＶ１２３を制御するか、またはさらに特定の用途に応じてＩＤＵ１１０内のＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃを、ＯＤＵ１１０内のＥＥＶ１２３と同様に制御することができる。
【0029】
図３は、コントローラ１１６のハードウェア構造を示す。一実施形態では、コントローラ１１６は、種々の電子部品が実装されたコントローラボードとして実装され、コントローラボードは、室外機１１０内の電気モジュールとして配置することができる。コントローラ１１６は、ＩＤＵ１２０－１～１２０－３などの他、ファンモータ１１４および圧縮機１１５と協働する機能的モジュールを含むが、図３においては、ＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃの制御に関する主要な構成部分を示す。例示的な目的のため、ＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃを制御するためのパルスドライバ３８０は、コントローラ１１６とは別に図示されているが、パルスドライバ３８０は、コントローラ１１６の一構成要素として含まれていてもよい。
【0030】
コントローラ１１６は、ＲＡＭ３１０、ＲＯＭ３２０およびＣＰＵ３３０を含む。ＲＡＭ３１０は、各種データを格納するための一時的なメモリであり、ＣＰＵ３３０の実行空間を提供する。ＲＡＭ３１０は、図３に示されるように、個別的なメモリとして実装することができるが、ＲＡＭ３１０に代えて、および／またはＲＡＭ３１０と共に、ＣＰＵ３３０に一体化されたレジスタメモリが用いられてもよい。
【0031】
ＲＯＭ３２０は、不揮発性メモリであり、空気調和処理を実行するための種々の種類のファームウェアおよびデータを格納する。ＲＡＭ３１０のようにＲＯＭ３２０は、ＣＰＵ３３０とは別体として配置されてもよいが、ＲＯＭ３２０は、ＣＰＵ３３０の内部モジュールに実装することもできる。ＣＰＵ３３０は、マイクロコンピュータ、ＡＳＩＣ（application specified integrated circuit）またはＳｏＣとして実装することができる。ＣＰＵ３３０に対し、一実施形態にしたがい、ＩＤＵ１２０－１～１２０－３からのデータが通信ラインを通して入力され、空気調和システムの制御を実行する。
【0032】
ＩＤＵ１２０－１～１２０－３から送付されるデータは、室内温度の他、それぞれのＩＤＵの入力温度および出力温度室内機の入力温度および出力温度などの種々のデータであるが、これらに限定されず、制御の実行に要求される任意のデータをＩＤＵ１２０－１～１２０－３から送ることができる。ＣＰＵ３３０は、入力データに対して種々の処理を適用し、処理の結果を、ＥＥＶ１２０－１～１２０－３を含む各種モジュールに出力して、空気調和システムを制御する。
【0033】
一実施形態では、コントローラ１１６は、ＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃのストローク時間に基づいた速度型ＰＩＤアルゴリズムを用いてＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃの開度を制御する。ストローク時間は、ＥＥＶが全開から全閉に移行するまでの時間である。図４Ａは、一実施形態におけるストローク時間の一例を示している。ストローク時間は、あらかじめ特定のＥＥＶのために取得され、ＲＯＭ３２０などの適切なストレージにファームウェアの制御データとして格納することができる。
【0034】
図４Ｂは、テーブル形式で表現される例示的な一実施形態の速度型ＰＩＤ制御スキームのデータ構造を示す。図４Ｂにおいて、列「容量要求」は、特定の時間において適切な空気調和を行うために必要な容量であり、列「現在容量」は、室内機によって供給される現時点での容量であり、列「ΔC／Pulse」は、パルス当たりのＥＥＶの開度の変化による容量変化である。列「セットポイント(SP)（パルス）（Set Point (SP) (Pulse)）」は、容量要求を実現するために必要なパルス数である。これらのデータは、あらかじめ取得され、適切なストレージに格納されていてもよい。このようなストレージは、コントローラ上にローカライズされたものであってもよいし、ネットワークを介して遠隔的に接続されたストレージであってもよい。
【0035】
ここで、空気調和システムが、現在容量Ｃ４で、その時点で動作しているものと仮定し、その時の容量要求がＣ１であるものと仮定する。コントローラ１１６は、現在容量Ｃ４がＣ１に変更されるべきであると判断する。このとき、コントローラ１１６は、以下の式（１）よりＰＩＤ制御に用いられるセットポイント(SP)を計算する。
【0036】
【数1】
【0037】
ここで、SPの符号は、ＥＥＶの開閉状態に対応し、本実施形態の速度型ＰＩＤ制御は、パルスモータまたはステッピングモータが駆動することにより、ＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃの開および／または閉制御によって、容量要求を満足させる。図４Ｂのデータ構造は、例示的にテーブル形式として記載されるが、図４Ｂのデータ構造は、テーブル形式でなく、機能的な関係とすることができる。さらに、図４Ｂのデータ構造は、いわゆるＡＩデバイスによって蓄積され、学習されて、ＰＩＤ制御を発展的に進化させることもできる。いずれにせよ、データ構造は、図４Ｂに示された実施形態に限定されず、実施形態によるＰＩＤ制御を許容する任意のデータ構造を実装することができる。
【0038】
一実施形態では、速度型ＰＩＤアルゴリズムは、ＥＥＶの位置を決定するための位置センサを用いることなく、各ＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃのストローク時間を用いて実行される。ＥＥＶのストローク時間を実施形態による速度型ＰＩＤ制御アルゴリズムと共にＰＩＤ制御として統合することで、位置センサの必要性をなくし、ＥＥＶの開度をゼロにリセットすることによる空気調和システムのシステム停止を抑制でき、これによって空気調和システムのコストおよび動作効率を改善することができる。
【0039】
図５は、ＣＰＵ３３０に実装される機能構造を示す。図５に示される機能モジュールは、コンピュータ実行可能なプログラムによって実現でき、ＣＰＵ３３０は、プログラムを読み込み、ＣＰＵ３３０内部で一実施形態の制御のための処理を実行する。
【0040】
図５に示される機能部は、速度型ＰＩＤコンポーネント５０１、三状態コントローラ５０２、ステートマシン５０３、一実施形態の速度型ＰＩＤ制御のためのデータを格納するために用いられるストレージであるバッファメモリ５０４、およびモーションインジケータ５０５を含む。図５の機能モジュールのそれぞれは、ＥＥＶを個別に制御するために、ＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃのそれぞれに実装することができる。
【0041】
速度型ＰＩＤ制御コンポーネント５０１は、CV(control value)およびSP(setting point)が入力され、Δｕおよびストローク時間を出力する、ＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃの開度を制御するための従来のＰＩＤアルゴリズムを使用して実装される。速度型ＰＩＤコンポーネント５０１は従来のアルゴリズムを用いているものの、実施形態によれば制御値は、位置ではなく、パルス数である。三状態コントローラ５０２は、必要なパルス数をΔｕの値から計算し、パルス数をバッファメモリ５０４に格納する。パルス数の計算は、後述する。
【0042】
モーションインジケータ５０５は、実施形態において提供される自動状態から停止状態の間にある三状態コントローラ５０２の状態を即時に示す。ここに、自動状態は、ＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃが速度型ＰＩＤ制御アルゴリズムによって自動的に駆動される動作状態を参照する。これとは別に、停止状態は、ＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃが停止を継続する状態を参照する。モーションインジケータ５０５の機能を、ＥＥＶの三状態コントローラ５０２の処理および優先操作に関連して詳述する。
【0043】
一実施形態の三状態コントローラ５０２の制御に関して、三状態コントローラ５０２は、バッファメモリ５０４の値がゼロよりも大きい間、またはバッファメモリ５０４の値が所定の小さい値Δε、すなわち閾値となるまでの間、ＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃを開閉するための指令を出力して、ＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃの位置を移動させる。他方では、三状態コントローラ５０２は、バッファメモリ５０４におけるパルス数が所定の小さい値Δε以内である場合には、速度型ＰＩＤコンポーネント５０１の計算によるＥＥＶを駆動するための指令を発しない。停止状態では、ＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃは、その位置を保持する。
【0044】
このストラテジーは、ＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃの位置のゼロリセットおよび位置センサの使用を排除しつつ、ＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃのいわゆる三状態制御を提供できる。ステートマシン５０３は、ＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃの位置を制御するための特定の要求に応じて、ＥＥＶを開くおよび／または閉じる指令を発する。ステートマシン５０３は、三状態コントローラ５０２およびパルスジェネレータから、ＥＥＶオープン指令またはＥＥＶクローズ指令に応じて、ＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃを駆動するための指令を受信する。
【0045】
他の実施形態では、三状態コントローラ５０２は、手動操作および他の優先操作によって優先され、ＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃは、手動操作および他の優先操作によって提供されるスキームに沿って制御することができ、これによってＥＥＶの柔軟な制御を提供する。手動操作または他の優先操作のような要求に対処するため、ＣＰＵ３３０は、優先操作の要求を受信する優先リクエストモニタ５０６を含む。
【0046】
以下、一実施形態の速度型ＰＩＤ制御を、数式を用いて詳細に説明する。一実施形態では、速度型ＰＩＤアルゴリズムは、下記式（２）として速度型ＰＩＤコンポーネント４０１に実装される。
【0047】
【数2】
【0048】
式（２）は、速度型ＰＩＤアルゴリズムで表された入力および出力関数のラプラス変換である。式（２）において、Δｕは、ＥＥＶのパルス数の操作量であり、Δｔは、速度型ＰＩＤアルゴリズムが使用される時間幅であり、Ｋｐは、誤差、誤差の時間積分および誤差の差分項に応じた伝達関数である。Ｋｐ，ＫｉおよびＫｄは、あらかじめ決定され、システムの制御データとしてＲＯＭ３２０に格納されてもよい。本実施形態は、ＥＥＶの位置ではなくパルス数を使用して、室内機１２０－１～１２０－３のそれぞれからＥＥＶの位置センサを排除することを可能とすることに留意されたい。
【0049】
速度型ＰＩＤアルゴリズムでは、u(k)の値は、過去のu(k-1)の値をフィードバック制御して使用することによって計算されるが、速度型ＰＩＤコンポーネント４０１は、ＥＥＶの開および／または閉を制御するためのΔｕの値を発行する。Δｕの値は、指令、すなわちＥＥＶ開および／もしくは閉に変換される。
【0050】
図６は、一実施形態による三状態コントローラ５０２において実行される処理のフローチャートである。図６に示す処理は、ステップＳ６００から開始し、モーションインジケータ５０５が自動状態を示しているか否かの第１の判断を行う。状態が自動状態であれば（Ｙｅｓ）、処理はステップＳ６０１に進み、下記式（３）によってＥＥＶを動作するためのパルス数が計算される。以下の説明では、正の値は、ＥＥＶ開を示し、負の値は、ＥＥＶ閉を示すものと仮定する。
【0051】
【数3】
【0052】
ステップＳ６０２では、「パルスバッファ（PulseBuffer）」の値をアップデートするために、計算されたパルス数がバッファメモリ５０４に蓄積される。「パルスバッファ（PulseBuffer）」の値は、ステッピングモータまたはパルスモータを駆動する指令を生成するための拡大されたパルス数に対応する。この計算は、Δｔの時間的区間ごとに実行されてもよく、図６の処理が、速度型ＰＩＤ制御が終了されるまで繰り返されてもよい。説明する実施形態では、適切な整数化処理を、パルスバッファの値に適用して、丸め処理によるエラーを最小化し、また安定した停止状態を確実にすることができる
【0053】
その後、ステップＳ６０３では、三状態コントローラ５０２は、PulseBufferの値がゼロ以上か否かを判断する。PulseBufferの値がゼロよりも大きい場合（Ｙｅｓ）、処理はステップＳ６０５に進み、開動作のための動作フラグ（Open=true, Close=false）を設定し、その後、パルスバッファの値がゼロより大きい間、当該指令をステートマシン５０３に送信する。
【0054】
ＥＥＶの動作の振動を抑制しつつ、安定な停止状態の期間を確実とするため、数値ゼロだけでなくΔεのようにパルスバッファに適切な閾値を設定することができる。閾値｜Δε｜の絶対値を、１より小さくして、小数点以下の値による振動を排除しつつ閾値の導入に伴う位置的な誤差を抑制することができる。なお、パルスバッファの値は、本発明によるStrokeTime／Δｔの比の乗算によって拡張され、このような微小閾値の導入が実際の位置精度を低減することも想定される。
【0055】
本実施形態では、PulseBufferの絶対値は、PulseBufferの値ではなく、ステップＳ６０３およびステップＳ６０４におけるΔεと比較されてもよい。このような閾値が用いられる場合、丸め処理は必ずしも実装されない。しかしながら、双方の実装は、実装の特定の必要性、または、特定の用途に応じて選択することができる。さらに、別の実施形態において｜Δε｜よりも小さいPulseBufferの値を、速度型ＰＩＤ計算の次のサンプリング期間（ｔ＋１）を開始する前に、エラーの蓄積を除くために、ゼロクリアすることができる。
【0056】
ステップＳ６０３での判断が否定的な結果を返す場合（Ｎｏ）、処理は、ステップＳ６０４に進み、PulseBufferの値がゼロよりも小さい（負の値）か否かを判断する。パルスバッファの値がゼロよりも小さいならば（Ｙｅｓ）、処理は、ステップＳ６０６に進み、動作フラグを閉動作（Open=false、 Close=true）に設定し、その後、パルスバッファの値がゼロよりも小さい間、指令をステートマシン５０３に送信する。
【0057】
ステップＳ６０４での判断が否定的な結果を返すならば（Ｎｏ）、処理は、ステップＳ６０７に進み、動作フラグ（Open=false、 Close=false）を設定し、ステップＳ６０７ではＥＥＶを駆動するための指令をステートマシン５０３へ送信しない。
【0058】
動作フラグの値は、容易にモーションインジケータ値に変換することができ、三状態マシン５０２の状態は、下記式（４）のように、動作フラグによって変換されてもよい。
【0059】
【数4】
【0060】
式（４）では、“value of Open”は、２進数の１（true）と解釈され、”value of Close“は２進数の０（false）と解釈される。この実施形態では、モーションインジケータ値が１のとき、ＥＥＶは開いている、または閉じている途中であり、他方で、モーションインジケータの値が０の場合、ＥＥＶは停止中である。動作フラグを、ステートマシン５０３の状態を指定するために使用し、ステートマシン５０３の入出力状況を制御することができる。ステートマシンの詳細については後述する。
【0061】
再度図６を参照すると、ステップＳ６００での判断が否定的な結果を返した場合（Ｎｏ）、処理は、ステップＳ６０８に進み、優先リクエストモニタ５０６をチェックすることによって、手動オープンのための要求といった優先リクエストが存在するか否かを判断する。ここで、優先リクエストが手動オープンなどをアサートしていることを優先リクエストモニタ５０６が示す場合、処理はステップＳ６０５に進み、速度型ＰＩＤ制御の利点を使用しつつ、ステップＳ６０５の処理を継続する。優先リクエストのための形式や種類の実態は限定されず、任意のアサート方法が本実施形態において用いられてもよい。
【0062】
ステップＳ６０８の判断が否定的な結果を返す場合（Ｎｏ）、処理は、ステップＳ６０９に進み、ステップＳ６０８と同様の手順を用いて、手動クローズのような優先リクエストが存在しているか否かを判断する。手動クローズのリクエストが存在している場合、処理は、ステップＳ６０６に進み、速度型ＰＩＤ制御の利点を使用しながら、ステップＳ６０６の処理を継続する。
【0063】
ステップＳ６０８からステップＳ６０９までの処理は、マニュアル操作などの優先操作を許容し、これは、ＰＩＤ制御下でのメンテナンスやインストール設定としてしばしば要求される。ＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃの動作状態は、モーションインジケータ５０５の値によってモニタされるので、以前に実行されたＰＩＤ計算が効果的に優先操作において使用でき、操作モードの間のスムーズな切替えが達成できる。手動操作が要求されるときはいつでも、処理は、速度型ＰＩＤ制御を継続しながら、容易に手動操作といった優先操作を開始することができる。このフレキシブルな構成が、位置センサ無く空気調和システムの操作を可能とする。
【0064】
図７は、実施形態によって制御される特定のＥＥＶの動作状態の時間変化を示す。バッファメモリ５０４の値は、新たな時間的区間Δｔごとに、速度型ＰＩＤアルゴリズムによって計算されるΔｕ値に応じて更新され、ＥＥＶは、PulseBufferの値がゼロよりも大きい間は開かれる。PulseBufferの値がゼロになるか、所定の閾値内である場合には、ＥＥＶのモーションコントロールが停止される。PulseBufferの値が依然としてゼロでない値であるか、またはΔｕ値の蓄積によって所定の閾値の外にある場合には、ＥＥＶの動作制御が継続される。
【0065】
時間的区間（ｔ＋１）でのΔｕ値が負の値の場合、PulseBufferの値は、バッファメモリ５０４内で蓄積されて負となり、コントローラ１１６は、ＥＥＶを閉じるように制御を行い、パルスバッファの値がゼロよりも小さいか、まだパルスバッファの値が時間的区間（ｔ＋ｎ）での微小閾値の範囲外にある間、閉動作を継続する。図７で説明されるように、本実施形態のＥＥＶ制御は、ＥＥＶ位置のゼロリセットを省略しながら、位置センサを用いることなく三状態制御を実現する。
【0066】
図８は、ステートマシン５０３の入出力（Ｉ／Ｏ）構造８００を示す。ステートマシン５０３は、停止状態、自動状態および手動状態の少なくとも３つの状態の間を遷移する。三状態コントローラ５０２の制御に優先するその他の状態が必要な場合には、その状態をステートマシン５０３に組み込むことができる。図８に示す実施形態では、自動状態、停止状態および手動状態のような３つ状態が組み込まれたとものと仮定する。
【0067】
ここで、自動状態は、速度型ＰＩＤ制御の下、三状態コントローラ５０２によってＥＥＶが駆動される状態を意味し、停止状態は、ＥＥＶが継続して動作しない状態を意味し、手動状態は、自動状態および停止状態に優先する優先状態である。手動状態は、ハードウェア的なボタンの押下やＣＰＵ３３０への手動操作を要求する指令といった、外部からの命令によって実現され得る。
【0068】
入力ポート「状態（State）」は、三状態コントローラ５０２の判断結果および優先操作に対する他の要求から提供される自動状態、停止状態および手動状態の間のステートマシンの状態を示す。状態ポートへは、開、閉、および停止していることの状態を示す２桁の２進数の値として、動作フラグを入力することができる。入力ポート「オープンイン（OpenIn）」および「クローズイン（CloseIn）」は、三状態コントローラ５０２がステップＳ６０５またはステップＳ６０６において発行する指令を受信するものである。入力ポート「手動オープン（ManualOpen）」および「手動クローズ（ManualClose）」は、手動操作のためのＣＰＵ３３０からの指令を受信するものである。
【0069】
図８で説明する入力ポートは、ステートマシン５０３への入力の種類と一致し、他の実施形態では、４つの入力ポートが１つのポートに統合されてもよく、ステートマシン５０３に入力される指令状態に応じて、ステートマシン５０３が、出力ポート「オープン（Open）」および「クローズ（Close）」から出力する「ＥＥＶオープン（EEV_Open）」指令、または「ＥＥＶクローズ（EEV_Open）」を切替える。
【0070】
ステートマシン５０３に入力される指令は、実施形態による自動状態および手動状態の両方の三状態コントローラ５０２によって生成されてもよい。代わりに、手動状態での指令は、三状態コントローラ５０２によって生成される指令ではなく、手動操作のためにＣＰＵ３３０によって特別に生成されてもよい。
【0071】
図９は、ステートマシン５０３に実装される状態遷移のダイアグラム９００を示す。ステートマシン５０３は、停止状態９１０、自動状態９２０および手動状態９３０の間を遷移する。停止状態９１０では、出力ポート「オープン（Open）」および「クローズ（Close）」は、双方が無効、すなわち双方が偽（false）である。状態が自動状態に遷移する場合、出力ポート「オープン（Open）」および「クローズ（Close）」は、「Open=オープンイン（OpenIn）」または「Close=クローズイン（CloseIn）」に設定される。
【0072】
手動状態９３０では、出力ポート「オープン（Open）」および「クローズ（Close）」は、「Open=手動オープン（ManualOpen）」または「Close=手動クローズ（ManualClose）」に設定される。手動オープン（ManualOpen）および手動クローズ（ManualClose）の指令は、一実施形態による速度型ＰＩＤアルゴリズムを使用する三状態コントローラ５０２によって、生成されるものである。代わりに、手動オープン（ManualOpen）および手動クローズ（ManualClose）の指令は、特定の用途に応じた適切なコンポーネントによって、特別に生成される。
【0073】
一実施形態では、ステートマシン５０３は、三状態コントローラ５０２から受信するパルス周波数を低減するための周波数デマルチプレクサを含むことができる。パルスバッファの値は、ストローク時間と時間期間Δｔとの比の乗算なので、ＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃのパルスドライバ３８０へのパルス周波数を適切に低減することで、ステッピングモータまたはパルスモータに関連して脱調しないようにすることができる。この目的において、ステートマシン５０３は、削減した周波数でＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃの駆動パルスを出力する。
【0074】
さらに他の実施形態では、上述した周波数デマルチプレクサは、三状態コントローラ５０２の一モジュールとして実装されてもよく、三状態コントローラ５０２が生成する指令は、すでに周波数が調整された指令でもよい。さらに代わりの実施形態では、上述した周波数デマルチプレクサは、出力インターフェース３６０の一機能として実装されるコントローラ１１６のモジュールとして実装することができる。
【0075】
特定の実施形態を、これまでＶＲＦのＩＤＵ１２０－１～１２０－３が具備するＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃのＰＩＤ制御について説明した。しかしながら、本ＰＩＤ制御は、ＯＤＵ１１０のＥＥＶの制御に適用されてもよい。
【0076】
さらに他の実施形態では、コントローラ１１６がＩＤＵ１２０－１～１２０－３のＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃのそれぞれを遠隔的に制御するのではなく、ＩＤＵ１２０－１～１２０－３の各々に具備される個別のコントローラが、コントローラ１１６から命令を受信してローカルＥＥＶを制御してもよい。
【0077】
さらに他の実施形態として、コントローラ１１６は、リモートサーバに実装されてもよく、リモートサーバは、ＬＡＮおよび／またはインターネットといったネットワークを通じたクライアントシステムとして、ローカル冷凍サイクルを制御することができる。さらに他の実施形態では、コントローラ１１６は、ネットワークを通じたローカル空気調和システムによる、空気調和サービスを提供するクラウドシステムとして実装することができる。
【0078】
以上説明したように、本実施形態は、長時間運転後のＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃのゼロリセットを回避すると共に、ＥＥＶ１２１ａ～１２１ｃの開位置を検出するための位置センサを排除しながら空気調和システムにとって不要な障害を避けることを可能とする、冷凍サイクルの新規な三状態制御を提供できる。
【0079】
本発明の好ましい実施形態を説明してきたが、本発明は、特定の関連する実施形態に限定されるべきではなく、本発明の範囲を逸脱せずに当業者は、種々の修正および代替実施例をなすことができ、真の範囲は、添付の請求の範囲によってのみ決定されるべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
