专利名称:具有自动变换及最佳起动的时钟操作恒温器的制作方法
最近几年来，在加热及冷却装置方面，能源的节约已变得非常重要。因为燃料价格快速上升，所以人们对高燃料效率且使用方便的恒温控制方面的科技进展很感兴趣。由于以微电脑或微处理机来操作恒温器，所以带来了操作上的方便。这些恒温器利用微处理机或微电脑来程序规划在某预定时间的某预定温度设定点。这种技术能容许在建筑物内或密闭的空间内以极精确而且节省能源的方式来控制温度。
能源的节约是能源节约功能的程序规划的结果。在加热中，在空间不使用设定温度的时候，或当该空间的使用温度可以比平常低的时候，可以达到能源节约。温度可以在稍后的适当时间内予以升高。通常一天当中，在正常的住宅内这种情形会发生两次。通常在夜间住户睡觉时使用第一个回设温度，以节约能源，当白天住户出去工作时再度使用。相同的功能可用在冷却的用途中，当住户不在时或当较高的温度可被舒服地接受时，建筑或空间内的温度可予以上升，当用户正常居住时，建筑或空间内的温度即可再予以降低。
加热及冷却的温度回设或设定功能已为众所周知，并已由以微电脑或微处理机为基础的恒温器发展至相当的程度。这些恒温器利用了一种众所周知为最佳起动的功能。最佳起动的概念是，在一新的设定点发生改变之前起动加热或冷却，以使得新设定点的改变大约恰在温度实际上达到新指定的设定点时发生。但此种形式的控制通常被认为无法和采用自动改变方式的加热及冷却恒温器相匹配。
加热及冷却恒温器的自动变换，是利用恒温器自动决定是加热机还是冷却机应动作。通常是提供加热和冷却设定点温度之间的一个固定差分，并容许利用温度的变化起动正确的温度变动机。在自动变换恒温器中加入最佳起动可能会产生问题。最佳起动可能在恒温器正确设定点的时间之前先发生，并可能会使加热机和冷却机为了提供所需的控制而交替地动作。必须消除加热和冷却机之间的冲突，才能制成一种具有最佳起动的实用自动变换恒温器。
本发明是关于以微处理机或微电脑为基础的加热和冷却自动变换恒温器，可被程序规划以进行具有一个或多个设定或回设周期的温度控制。本发明以一种消除任何加热和冷却冲突的方式来利用最佳起动。在微电脑或微处理机的程序中设有一固定差分，设在被程序规划好的加热及冷却设定点之间。此程序能确保在最佳起动中加热及冷却温度被保持于预定量之上，以使最佳起动永远无法使加热和冷却机不适当地互相冲突。本发明可这样实现，在最佳起动开始时移动预先程序规划好的一个设定点，或限制最佳起动功能以使原先程序规划好的加热和冷却设定点之间的一固定差分永不被破坏。
本发明提供一种以时钟驱动的恒温器装置，具有自动加热冷却变换及最佳起动功能，包括有具有定时时钟装置和记忆装置的微电脑装置;连接至该微电脑装置的输入装置，利用该恒温器装置输入一系列的所需加热及冷却控制温度设定点和时间，以提供所需的温度控制;具有连接装置以监控该恒温器装置温度的温度感测器装置;该连接装置连接至该微电脑装置，以将该感测器装置的一个温度通知给该微电脑装置;该恒温器装置还包括有切换装置，适于利用该恒温器装置控制加热及冷却设备;该微电脑装置及该记忆装置包括有自动变换程序装置及最佳起动程序装置，以利用所需的温度控制在时间上预先起动一温度变换，确保该恒温装置的最佳操作;该程序装置保持该加热及冷却控制温度设定点之间的至少一预定量的一温度差分。
图1为一个恒温器的方块图;
图2和图3为已知的-24小时周期的设定点温度随时间的变化;
图4和图5为图2和3的设定点随时间的变化图，但包括了最佳起动;
图6和图7相应于图2和3，但其中包括了新颖的最佳起动;
图8为恒温器动作的流程图。
图1所示是一个时钟驱动的恒温器装置10。此时钟驱动的恒温器装置10包括有自动加热冷却变换功能和最佳起动功能。这些功能置入于微电脑或微处理机装置11。此微电脑或微处理机装置通常包括有定时时钟部分12和存贮部分13。
恒温器装置具有键盘或输入装置14。输入键盘装置14通过18连接至微电脑或微处理机装置11，以容许输入各种信息，如加热和冷却周期的时间及温度等。恒温器10还具有显示装置15，可以显示如时间16及温度17等的信息。显示装置还可以显示其它信息，如星期几、键入错误、电池电压太低等。时间与温度是和本发明有关的函数，故显示装置15特定地指示这两个变数。
恒温器装置10还包括有温度感测元件20，在图中表示为一可变电阻，并具有某种形式的连接装置21，以连接至微电脑或微处理机装置11。恒温器装置10还具有切换接触装置22，它由微电脑或微处理机装置通过23进行控制，构成恒温器装置10至加热和冷却设备的一个输出。
图1中所示的恒温器装置10是作为本发明所揭示的基础。只有了解本发明所必须的元件才被显示出来。还有许多其它的功能及特点，在已知的时钟驱动恒温器技术中通常可以见到，为简洁起见就省略了其细节。
图2和图3表示不具备最佳起动而具备自动加热冷却变换功能的时钟驱动恒温器的两种不同形式的程序规划步骤。在图2的步骤中，在24小时周期的四个代表性期间之内所正常程序规划好的加热及冷却设定点之间并无冲突存在。保持温度的改变互相远离以避免冲突发生。在一个周期中，以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ代表四个期间。在图3中，加热及冷却设定点是以一种在某些状态之下若采用最佳起动则加热和冷却可能重叠的方式进行的程序规划。
图2中自动变换的功能可以和最佳起动配合，但在图3的情形中，采用最佳起动的系统会产生一个问题，这个问题下面将加以讨论。图2中的四个时间期间将比较详细地加以说明，并作为图3至图7中所讨论的基础。
若图2被考虑为由晚间10点至第二天晚间10点这一整天的正常时钟驱动步骤系列，则可以注意到，在晚间10点至早上6点的第一期间Ⅰ中，加热设定点25被程序规划为华氏65度。在此期间之内的一个冷却设定点被规划为华氏83度。在Ⅰ期间的终点，即早上6点，冷却设定点向下调至27-华氏78度，而加热设定点被调为28-华氏75度。这是加热及冷却的正常转换，以提供夜间加热的回设及夜间冷却的设定，使得在第二段期间Ⅱ之内，即由早上6点至上午9点，住宅内达到正常的舒适程度。期间Ⅲ由上午9点延伸至下午4点，此期间住宅内应无人在。在这种情况下，加热设定点被设置为30-华氏65度，而冷却设定点被设置为31-华氏83度。在上午9点至下午4点的无人期间内的较低加热设定点及较高冷却设定点，是出于节省能源的考虑。在下午4点时，期间Ⅳ开始，加热设定点上升为32-华氏75度，而冷却设定点下降为33-华氏78度。由下午4点至晚上10点的期间是通常住户在家的时间，较高的加热温度-华氏75度及较低的冷却温度-华氏78度乃相当正常。可以注意到，在图2中永远保持有一个3度的间隔，这会避免由于过度冷却或加热而引起的冲突。
图3显示一组相似的四段期间循环。在这种特定情况下，期间Ⅰ中，冷却设定点为华氏78度，而加热设定点为华氏72度。在期间Ⅱ中，冷却设定点下降为华氏70度，而加热设定点下降为华氏62度。可以注意到，此例中由Ⅰ至Ⅱ期间加热和冷却有重叠的时候。在没有最佳起动的自动变换恒温器中，这不会引起加热和冷却之间的直接冲突，但由于发生温度重叠之故，这是低效率的做法。再看期间Ⅲ和Ⅳ，可以发现又有重叠的情况存在。加入了最佳起动之后，揭示图3中循环的原因即很明显。这显示于图4和图5中。
除了其中加入不具本发明优点的最佳起动之外，图4和5为与图2和3相同的循环及温度。从图4中可看到最佳起动并不产生问题，但在图5中便会。使用这种形式的恒温器时，这些问题是很平常的，因为许多恒温器的使用者并不完全了解恒温器产生这种问题后的结果。对图4和5的简短讨论会说明此问题。
图4中，最佳起动在加热循环中以35开始，而在冷却循环中以36开始。最佳起动是一种系统，其中由第一温度设定点开始的变动在第二温度被真正程序规划之前先发生，以使住宅内温度的变化合乎第二预先程序规划好的温度。以图4的冷却设定点为例，在期间Ⅰ中，正常的冷却设定点为华氏83度。最佳起动于36开始，而建筑或住宅于37开始冷却，使得在38时感测器的真正温度能和期间Ⅱ的冷却温度-华氏78度相合。在加热状态中，也可故意在期间Ⅰ中使温度从35开始向华氏60度移动，以使得温度(如40所示)会在期间Ⅱ开始时于41达到华氏75度，达到与冷却相似的结果。在加热的情形中，建筑会在住户起来之前被开始加热，并使住宅或建筑在早上6点时达到所需的温度-华氏75度。最佳起动在时钟驱动恒温器装置中已有广泛的应用。并且在设有如图4所示程序规划好之差的情形中，不会在自动变换恒温器中产生特别的问题。由于在正常的温度循环中会发生过度加热或冷却，因而该差成为必需。
图5显示与图3相似的程序规划，但包括有最佳起动。在这种特定的情况中，最佳起动产生了不期望的操作状态。若在Ⅰ期间冷却设定点为华氏78度，而最佳起动于42开始，在冷却机的驱动下使温度沿着43的感测器温度下降。这使感测器温度在44达到华氏72度。而这会使加热机被触发而开始操作，且加热机于45开始其循环。从45开始的循环事实上乃是加热机与冷却机之间的冲突，由节约能源的观点来看是不能令人接受的。住户会注意到加热机与冷却机乃交替地循环，互相打架，以将温度保持在期间Ⅰ中的华氏72度。
早上6点时，在45度的感测器温度接着于46开始朝着新规划的温度-华氏62度下降。在47，再次发生最佳起动功能，以使感测器温度48移向华氏72度。此温度是在华氏70度的冷却设定点以上，因而使不期望的加热冷却循环又开始。在上午9点，期间Ⅲ的设定点产生，而感测器温度便接着再回到冷却华氏78度、加热华氏72度的冷却及加热设定点的控制之下。
如图5中可见，感测器温度在45以不能令人接受的方式循环，其期间Ⅰ及Ⅱ之间的45处有一重叠存在，而最佳起动已被采用。此种情形再次于Ⅱ和Ⅲ之间的48处发生。本说明书所揭示的内容可将此问题消除，现配合图6与图7说明如下。
图6中揭示有提供自动变换及最佳起动的一个装置，其中最佳起动由50-华氏78度以冷却开始时，加热设定点在51降低3度，以使其比即将到来的期间Ⅱ的华氏70度的冷却设定点52低3度。在这种情况中，最佳起动温度由50开始，并随于54达到大约68度的一感测器温度53而变。这可以是现有问题的一种解决方法，但会使建筑的住户不舒服，比起图7的解决方法来说较不可取。
在图7中有一较可期待的装置，其中华氏75度的冷却偏差被显示于55，它比加热设定点56的华氏72度高3度。在此情况下，最佳起动于50′发生。在华氏70度的期间Ⅱ冷却温度设定点57开始之前，这是一种可令人接受的操作状态。
在期间Ⅱ中，加热设定点温度60的移动被显示于61，华氏67度的加热设定点温度被保持于62。这是相对于华氏70度的冷却温度设定点的3度差分。在每一种情况中，具备最佳起动的加热及冷却设定点中确保了3度的温度差。
应该了解的是，这里的特定温度只为举例说明之用。加热及冷却设定点之间的华氏3度差之限值大致是正确的。该一天的规划程序的选定是时钟驱动恒温器正常使用时的相当典型的真实设定值。
图8是图7的程序规划的流程图，下面进行简要说明。此系统于70开始，于71先决定恒温器装置是否处于程序规划模态。若不是，程序即进至72的正常操作。正常操作接着进至73，决定加热设定点是否由于最佳起动功能已被增加。若不是，则系统接着在74进到75，以检查并决定冷却设定点是否由于最佳起动之故而被降低了。若不是，则在76系统以77回至程序的开头。在73及75的每一种情况中，若系统已进入最佳起动模态的操作，则执行图7中的最佳模态程序。这在正常操作的说明之后将予以说明。
若在71的选择为是(80)，在81便需决定加热设定点是否改变了。若是，则在82对所需求的加热设定点加以检查，以决定它低于冷却设定点是否不到华氏3度。若是，系统即于83提供一个等于冷却设定点减华氏3度的新加热设定点。这便完成了本发明。
若加热设定点在81并未改变，便需在84决定冷却设定点是否已被改变。若是，则在85便需决定所需的冷却设定点高于加热设定点是否不到华氏3度。若是，则在86会启动等于加热设定点加华氏3度的新冷却设定点。在加热设定点未于90改变或在91的情况下，系统会回至线77。
若在正常程序模态中，加热设定点在73由于最佳起动功能之故而增加，程序即在92决定是否程序设定点只低于现行冷却设定点不到华氏3度。该信息被提供至程序的94方块。在此方块中，程序决定是否程序加热设定点低于现行冷却设定点不到华氏3度。若是，则系统等待，直至此情况自行改变为止。改变时，在95设有一出口，具有等于程序预定加热设定点96的新加热设定点。这样便完成了具有最佳起动的一个加热模态。
若在75的冷却模态可以执行最佳起动，系统便在100决定是否程序预定的冷却设定点要比现行加热设定点高出华氏3度。若是，则在101将新的冷却设定点设定为等于现行加热设定点加华氏3度。系统接着进至102，在那里检查程序预定的冷却设定点，以决定其是否只比现行加热设定点高出不到华氏3度。若是，则系统进入一个闭回路，直至情况在103中自行改变为止。103的输出在104进行检查，以确定新冷却设定点等于程序预定的冷却设定点，系统接着经完成回路回至77而进入正常的操作。
图8的流程图提供了图7中程序规划的详尽实例。和图6中安排相当的流程图是相当明显的，故未在此详述其细节。本发明可利用不同的温度、设定点、装备及程序来实施。至少两种新颖的安排已在本说明中揭示出来，申请人希望将其发明单独地限定于下列的权利要求
部分之中。
权利要求
1.一种以时钟驱动的恒温器装置10，具有自动加热冷却变换及最佳起动功能，包括有具有定时时钟装置12和存贮装置13的微电脑装置11；连接至该微电脑装置的信息输入装置，以利用该恒温器装置输入一系列的所需加热及冷却控制温度设定点和时间，供所需的温度控制；具有在该恒温器装置中监控温度的连接装置21的温度感测器装置20；该连接装置连接至该微电脑装置，以将该感测器装置的一个温度通知给该微电脑装置；该恒温器装置还包括有切换装置22，可适用于该恒温器装置控制加热及冷却设备；该微电脑装置11及该存贮装置13包括有自动变换程序装置及最佳起动程序装置20，以利用所需的温度控制在时间上预先起动-温度变换，从而确保该恒温器装置10的一个最佳操作；该程序装置保持该加热及冷却控制温度设定点之间的至少一预定量的一温度差分。
2.根据权利要求
1的时钟驱动恒温器装置，其中，该程序装置70利用强加所需的加热及冷却控制温度设定点来保持该加热及冷却控制温度设定点之间的该预定温度差。
3.根据权利要求
2的时钟驱动恒温器装置，其中，该差是利用强加所需的加热或冷却控制温度设定点而保持，并由此可开始进行最佳操作。
4.根据权利要求
2的时钟驱动恒温器装置，其中该恒温器装置10包括有显示装置15，以显示来自该信息输入装置14及该微电脑装置11的信息。
5.根据权利要求
4的时钟驱动恒温器装置，其中该信息输入装置为一键盘14。
6.根据权利要求
5的时钟驱动恒温器装置，其中该显示器装置包括有一个数位的时间16及温度17显示器15。
7.根据权利要求
3的时钟驱动恒温器装置，其中该恒温器装置包括有显示装置，以显示来自该信息输入装置及该微电脑装置的信息。
8.根据权利要求
7的时钟驱动恒温器装置，其中该信息输入装置为一键盘。
9.根据权利要求
8的时钟驱动恒温器装置，其中该显示装置包括一数位的时间及温度显示器。
专利摘要
一时钟驱动操作的恒温器10，具有自动加热冷却变换及最佳起动两种功能。最佳起动及自动变换的程序被加入于一个以微电脑11为基础的时钟驱动恒温器21，并消除了由于住户程序规划不当而导致加热与冷却设备之间互相冲突的可能性。
文档编号G05D23/19GK86101275SQ86101275
公开日1986年10月22日 申请日期1986年3月1日
发明者索马斯·J·比基 申请人:霍尼韦尔公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan