JP2008195400A - 可変温度座席雰囲気制御システム及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】座席に座っている占有者に対する温度調節された空気の温度と流れの速度を調節するため、制御システムと方法を提供する。
【解決手段】温度雰囲気制御システムは、可変温度座席、少なくとも一つのヒート・ポンプ、少なくとも一つのヒート・ポンプ温度センサー、及び制御器を具備している。各ヒート・ポンプは、主熱交換器の温度調節空気のための多くのペルチェ熱電気モジュールと主交換器から可変温度座席に調節された空気を通す主交換器ファンを具備している。ペルチェ・モジュールと各主ファンは、それぞれ温度スイッチとファン・スイッチを介して手動で調整できる。
【選択図】図２

Description

本発明は一般的に可変温度座席に関し、とりわけ座席に位置する占有者（occupant) に座席を介して加熱、または冷却媒体の流れと温度を制御するための方法と装置に関する。

建物、家、自動車、及びそのようなものの冷却、または加熱は、一般に占有者の環境を取り巻く空気の温度を変える対流により行われる。対流加熱、または冷却の効率は、占有者の体のすべての部分に接触し、取り囲む温度調節された空気の力量に多くを依存する。対流による占有者の冷却と加熱は、一般に占有者が一か所に静止しない、または留まらない、むしろ温度処理された空気と最大限接触するように動き回る家、事務所、及び他の同様な構造への適用に効率的であると考えられている。

自動車、飛行機、バス．及び同様なものへの適用において、占有者は典型的には、温度制御された空気の効果から隔離され、座席の表面に対し彼らの体の表面の大部分と一か所で固定されている。このような適用において、占有者を加熱し、または冷却するために温度調節された空気を車の室内に供給することは、占有者の体と接触する表面領域をやや制限するため効果的ではない。加うるに、しばしば、座席の表面は、占有者による当初の接触の際に周囲温度に近い温度であり、効果的なやり方で占有者に対し急速に温度補償をする必要性が増す。

このような適用において、効果的な占有者の加熱、または冷却を提供する問題を扱うために、座席は加熱、または冷却媒体の内部の流れを収容し、座席と接触している占有者の表面に座席の表面を通してこれを供給するように構成された。好ましい加熱及び冷却媒体は空気である。この様に構成された座席は、乗物の室内に供給される温度調節された空気との接触から一般に隔離された占有者の表面に、直接温度調節された空気を供給することにより、対流によって乗客を加熱または冷却する効率を増やす。

Feher に対して発行された米国特許第４，９２３，２４８は、座席の表面を通してペルチェ熱電気モジュールから占有者の隣接した表面に温度調節された空気を供給するため、内部空間を具備した座席パッドとバック・レストを開示している。温度調節された空気は、ペルチェ・モジュールのフィンに周囲の空気を吹きつけるファンを用いて供給される。占有者を加熱、または冷却することは、ペルチェ・モジュールに供給する電気の極性を変えることにより達成される。

Feher に対して発行された米国特許第５，００２，３３６は、座席を通して温度調節された空気を受け、占有者の隣接した表面に供給する内部の空間を具備する座席とバック・レストを結合した構成が開示されている。米国特許第４，９２３，２４８のように、温度調節された空気はペルチェ熱電気モジュールにより供給され、電気ファンによって内部空間を通して供給される。

Feher に対して発行された米国特許第５，１１７，６３８は、選択的に冷却され、または加熱される座席の構造と温度調節された空気を供給する装置が開示されている。座席の構造は、内部空間、プラステイック・マッシュ層、金属メッシュ層、及び穴の開いた外側層を具備する。温度調節された空気を供給する装置は、ペルチェ熱電気モジュール、及びファンを具備する熱交換器である。占有者を加熱し、または冷却することは、ペルチェ・モジュールに供給する電気の極性を切り換えることにより達成される。

この技術で知られている座席の構成は、占有者を加熱し、または冷却するより効率的な方法を提供する必要性を扱っているが、占有者の快適性を最大にし、パワー効率を最大にする様に占有者に温度調節された空気を供給する必要性は扱っていなかった。

これまでの環境に対する認識の増大と資源の節約は、自動車のような炭化水素で動力を供給される乗物を、電気のような環境に優しい動力源で動力を供給される乗物に置き替える必要性を推進した。現在の炭化水素による自動車を電気動力による乗物に置き替えることは、電気で動力を供給される乗物が、それが置き替わる炭化水素に動力を供給される自動車と等しいか、またはより優れて操作され、そして維持される場合、現実のものとなる。したがって、電気的に効率よいやり方で電気的乗物を達成する必要性は、電気的乗物の成功にとって重要である。

電気で動く乗物の電気的効率を最大にするためには、電気的乗物において電気を供給される補助的構成要素が、最大の電気的効率で機能することが必要である。占有者に温度調節された空気を供給する技術で知られた座席は、電気的に効率よく動作しない。このような座席において、ペルチェ熱電気デバイスにより調節された空気の温度は、抵抗を介して余分なパワーを放散する、即ち、ポテンショメータを用いて調整される。ペルチェ熱電気デバイスを動作させるために必要なパワーの量のみを供給する代わりに余分なパワーを放散することは、電気的効率が関係する他の適用と同様、パワーに敏感な電気的乗物にこのような座席を適さなくしている。

占有者に温度調節された空気を供給するように構成された、この技術において公知の座席は、占有者が、加熱、または冷却した空気のどちらかを造ることを選択できるように調整可能である。しかし、公知の座席は、熱電気デバイスが動かない、または使用者が眠っている場合、占有者に供給される冷たい、または加熱された空気の温度、または流量を自動的に調節することは出来ない。熱電気デバイスの電気的故障はデバイスの異常な加熱となり、熱電気デバイスそれ自身にダメッジを与えることが有り得る。電気的故障は占有者に熱い空気を供給し、不快感を引き起こし、傷つけることも有り得る。加えて、占有者が眠った結果、触れられずにされたままの最高加熱、または最高冷却で設定した当初の温度は、熱電気デバイス自身にダメッジを与え、または占有者に不快感を引き起こし、または傷つけさえするかもしれない。

公知の座席は占有者の調整により空気の供給を座席の下、または後ろに変えることが出来るが、占有者が独立に座席の後ろ、または下を通り抜ける空気の温度を変えることはできない。選択的に一か所を加熱し、他を冷却する選択は、占有者が特別な医療的状態、または傷害のため、このような選択的処置を必要とする場合望ましいかもしれない。例えば、ある寒い日、占有者の快適性のために座席の後ろに加熱された空気を、そして最近所生じた足の怪我を直すために座席の下に冷たい空気を供給することは望ましいことかも知れない。

そのため、可変温度座席が、座席に座っている占有者に対する温度調節された空気の温度と流れの速度を調節するため、制御システムと方法を具備することは望ましいことである。制御システムが電気的に効率的なやり方で座席を操作し、電気で動く乗物のようなパワーに敏感なものに適用するためアイデアを考え出すことは好ましいことである。制御システムが、装置のダメッジ、占有者の不快、または傷害の可能性を無くすように座席を操作することは望ましいことである。また、制御システムが、座席の後ろ、または下に、加熱した、または冷却された空気を独立に供給出来るようにすることは望ましいことである。

実際に提供される本発明は、可変温度座席を用いた温度雰囲気制御システムを提供することである。温度雰囲気制御システムは、座席占有者に温度制御された空気を供給するために適した可変温度座席を具備し、周囲の空気を温度調節し、座席に空気を通す少なくとも一つのヒート・ポンプ、各ヒート・ポンプに配置された温度センサー、ヒート・ポンプの温度を監視し、温度雰囲気制御アルゴリズムに従ってそれらの動きを調節するよう構成された制御器を具備する。

各ヒート・ポンプは、主熱交換器中の周囲の空気を選択的に加熱し、または冷却するための多くのペルチェ熱電気モジュールを具備する。加熱され、または冷却された空気は主交換器ファンによって座席を通過する。各ヒート・ポンプは、ペルチェ・モジュールから不用の熱と冷気を取り除くために不用熱交換器を具備する。不用の熱、または空気は不用熱交換器ファンにより外部の環境に出される。

各主ファンは、ファン・スイッチを介して予め決められた速度の変化で操作されるよう手動で調節される。各ペルチェ・モジュールは、温度スイッチを介して種々の加熱、または冷却モードにおいて操作することを手動で調整することができる。各ペルチェに対する電気パワーは、電気的効率を最高に活用するための操作の特別な加熱、または冷却モードに対応するデューテイ・サイクルでパルスを与えられる。各ヒート・ポンプは別個のファンと温度スイッチを介して独立に操作され、または共通のファンと温度スイッチによって同時に操作される。代わりに、各ヒート・ポンプは、占有者の存在スイッチの動作により可変温度座席が占められたとき、制御器により自動的に操作される。

当初のファン速度、及びペルチェ温度設定が選択された後、制御器は各ヒート・ポンプから伝えられた温度情報を監視する。加えて、制御器は、追加の温度センサーを介して、可変温度座席占有者に向かっている調節された空気の温度と同様に可変温度座席占有者を取り囲む空気の温度を監視するように構成してもよい。制御器は、温度雰囲気制御アルゴリズムに従って、各主交換器ファン、各不用交換器ファン、及び各ペルチェ・モジュールの操作を調節する。制御アルゴリズムは、占有者の快適さを最大にし、システムが故障したときには装置のダメッジ、占有者の不快感、または傷害を最小限にするように設計される。

制御アルゴリズムは、ヒート・ポンプ温度が予め決められた最高温度、または最低温度を超えた場合、ヒート・ポンプの故障を表示して、ペルチェ・モジュール及び／又は各主交換器ファンへのパワーを遮断するか、または制限するように設計されている。加えて、制御アルゴリズムは、可変温度座席占有者に向かう調節された空気の温度が予め決められた最高、または最低温度を超えた場合、ペルチェ・モジュールに対するパワーを遮断するように設計されている。

制御アルゴリズムは、占有者に向かう冷たい空気の温度が予め決められた最低冷却温度を超え、温度が予め決められた時間内に調整されなかったとき、冷却モード動作の間、ペルチェ・モジュールへのパワーを制限するように設計されており、占有者の後ろを冷やしすぎることによる占有者の不快感を最小にしている。加えて、制御アルゴリズムは、可変温度座席占有者を取り巻く空気と占有者に向かう調節された空気の温度差が予め決められた量より大きいとき、操作が冷却モードの間、ペルチェ・モジュールへのパワーを制限するように設計されている。

本発明で実際に提供される温度雰囲気制御システム（ＴＣＣＳ）は、可変温度座席（ＶＴＳ）を通して供給され、また座席に座っている占有者に向かう空気の温度を制御するために用いることが出来る。ＴＣＣＳは、占有者が自動車、列車、飛行機、バス、歯科医の椅子、美容院の椅子、及び同類のものに一定時間座っている必要がある場合、または占有者が、事務所の椅子、家のもたれ椅子、及び同類のものに仕事場で、または家で彼／彼女が座っている間、単に心地よさの程度を加えたい場合、様々なＶＴＳを適用することが出来る。ＴＣＣＳは、この発明によると、占有者が座席の表面を通り、占有者に向かう空気の流れの速度と温度の両者を手動で調整できるようにすることにより、ＶＴＳに座った占有者に最高の快適さを提供する様操作できるように構成されている。

ＴＣＣＳは、占有者に向かう空気の温度が予め決められた最高の温度設定点より上になる、または予め決められた最低の温度設定点より下になったことを感知したとき、手動による流れの速度と温度の設定を自動的に変更するように構成されている。このように、占有者が眠ってしまった場合、または温度調節された空気を発生する装置が故障した場合に、占有者の快適さと安全の両者を最大にする。ＴＣＣＳはまた、タイマーを具備し、背後の不快さを妨げるために正常な動作の間手動の流れと温度の設定を自動的に変更するように構成されている。加えて、温度調節された空気を発生する装置は、電気で動く乗り物のように電気の消費に対し敏感な適用に用いることに適している。電気的効率を最大にするように操作される。

図１は、座った位置で人間の占有者を支えるのに適した座席背部１２と座席下部１４を具備するＶＴＳ１０の実施形態を示す。図１は、図解と明瞭化のため、単純化したＶＴＳの断面図を示す。従って、ＶＴＳは特に表示されたもの以外の実施形態で構成することも出来ることが理解できる。ＶＴＳは、穴のあいたビニール、布、皮、または同種の、その表面を通して空気が流れる適当な材料から作られる外側の表面カバー１６を有するように構成されている。網状の発泡材のようなパッド層１７は、占有者の快適さを増すために外側表面１６の下方に置いても良い。

ＶＴＳは、一般的に座席構成を定める金属フレーム（示されていない）を持ち、また発泡材及び同種のものから作られた座席下部と座席背部クッション１８を持つように構成できる。多くの空気のチャンネル２０は、各座席クッションの中に位置しており、座席クッションを介してパッド層１７から座席下部の空気の入り口２２、または座席背後の空気の入り口２４のいずれに延びている。ＶＴＳの特定の実施態様が特に記載されているが、本発明によるＴＣＣＳは、同じ一般的特徴を持ったどのような型のＶＴＳも動作させることができる。

図２は、ＶＴＳ１０を具備する本発明によるＴＣＣＳの第１の実施態様を示す。座席を通り抜けて占有者に行く空気は、ヒート・ポンプにより温度調節される。この第１の実施態様は、ＶＴＳの座席背部１２を通り抜ける空気を温度調整するための座席背部ヒート・ポンプ２６、ＶＴＳの座席下部１４を通り抜ける空気を温度制御する座席下部ヒート・ポンプ２８を具備している。座席背部ヒート・ポンプと座席下部ヒート・ポンプは、各々少なくとも温度調整のため、即ち、選択的に加熱、または冷却するため、熱電気デバイス３０と３２を具備している。好ましい熱電気デバイスは、ペルチェ熱電気モジュールである。各ヒート・ポンプは、約三つのペルチェ熱電気モジュールを具備している。

各ヒート・ポンプは、主熱交換器３４と３６を具備し、ペルチェ・モジュールの一つの表面に依存する空気温度調節フィン（示されていない）、及び不用熱交換器３８と４０を含んでおり、主熱交換器と反対側のペルチェ・モジュール表面から延びている熱交換器フィン（示されていない）を納めている。各主熱交換器の一端に取り付けられているのは、各主熱交換器の温度制御された空気を座席背部、または座席下部に各々通すのを助けるための主交換器ファン４２と４４からの出口である。各主交換器ファンは、軸の送風機などのような適当な流れの速度を持った電気ファンを具備してもよい。各主熱交換器の出口の端は、それぞれ座席背部空気の入り口２４、または座席下部空気の入り口２２に接続されている管路４６、４８に接続されている。従って、各主熱交換機器のペルチェ熱電気モジュールにより作られる温度調整された空気は、主交換器ファンにより、それぞれ空気管路、空気の入り口を通り抜け、ＶＴＳの座席部分を通り、占有者に至る。各不用熱交換器の一端に取り付けられているのは、各不用熱交換器で作られた不用で余分な熱と冷気をＶＴＳを取り囲む外部の環境に通り抜けさせるのを助ける、不用交換器ファン５０と５２からの出口である。各不用交換器ファンは、軸送風機などの様な適当な流れの速度を持つ電気ファンを具備してもよい。各熱交換器ファンに存在する余分の空気は、通常望ましくない温度である。冷却モードでは熱い空気であり、加熱モードでは冷たい空気である。従って、各不用交換器に存在する余分の空気は、座席の側面を通して占有者から離れた所に送り出すこともできる。

各ヒート・ポンプのペルチェ熱電気モジュールの主交換器側面に取り付けられているのは、温度センサー５４と５６である。各温度センサーは熱電対などを具備してもよい。

主交換器ファン４２と４４の操作は、ファン・スイッチ５８により手動で制御できる。第１の実施態様では、主交換器ファンは単一のファンスイッチで同時に操作されることが好ましい。ファン・スイッチはオフの位置、及びもし望むならファン速度の設定の変化を提供するように構成された電気スイッチを具備してもよい。ファン・スイッチは、一つのオフの位置、及び三つの異なったファン速度の設定、即ち、低、中間、そして高を持つように構成されることが好ましい。ファン・スイッチは占有者が容易にアクセス出来るようにＶＴＳ内、または近くに配置できる。

不用交換器ファン５０と５２の動作は、もし望むなら、別個のファン・スイッチ（示されておらず）により手動で制御できる。しかし、不用交換器ファンは、主交換器ファンの操作時、及びファン・スイッチ５８の手動操作時に自動的に達成できることが好ましい。従って、ファン・スイッチ５８の手動操作時に、主交換器ファンは選択された速度で動作し、不用交換器ファンは自動的に最高の速度で動作するため始動される。この様に操作するために構成されたＴＣＣＳは、ペルチェ・モジュールの効率を最大にし、システムのダメッジの可能性を減らす。

ペルチェ熱電気モジュールの動作は温度スイッチ６０で制御される。第１の実施態様では、両者のヒート・ポンプのペルチェ熱電気は、単一の温度スイッチにより同時に操作されることが好ましい。温度スイッチは、一つのオフの位置、及びもし望むなら温度設定の変化を提供するために構成された電気的スイッチを具備してもよい。好ましいファン・スイッチは、一つのオフ位置、四つの加熱位置、そして四つの冷却位置を持つように構成される。ファン・スイッチ５８のように、温度スイッチ６０は占有者が容易にアクセスできるようにＶＴＳ内、またはその近くに配置する事ができる。

温度スイッチが冷却位置の一つに回転した時、温度スイッチの近くに位置するＬＥＤランプ６２は、ペルチェ・モジュールが冷却モードで動作していることを示す緑色を表す。
温度スイッチが加熱位置の一つに回転した時、ＬＥＤランプは、ペルチェモジュールが加熱モードで動作していることを示す赤色を表す。

ペルチェ・モジュールのための異なった加熱、または冷却モードは、極性をスイッチし、そしてペルチェ・モジュールに送られる電気パワーの量を制限することにより達成される。ペルチェ・モジュールの電気的効率を最適にするために、表示を介して電気パワーの不用な部分を放電させるためポテンショメータを用いる代わりに、加熱と冷却の動作の異なった四つのモードが、予め決められたデユーテイサイクルでペルチェ・モジュールに対して電気的パワーをパルスで与えることにより達成される。従って、加熱、または冷却の異なったレベルは、予め決められたデユーテイサイクルでペルチェ・モジュールに対し電気的パワーをパルスで与えることにより達成される。好ましい実施態様では、デユーテイサイクルは約0.02秒（50Hz）で、四つの異なったレベルはサイクル時間パワーの２５％、５０％、７５％、または１００％のいずれかを適用する事により達成される。この実施態様では、２５％のデユーテイサイクルは、オン時間がほぼ0.005 秒、オフ時間がほぼ0.015 秒、合計のサイクルの長さは0.02秒であり、それが繰り返される。７５％のデユーテイサイクルは、オン時間がほぼ0.015 秒、オフ時間がほぼ0.005 秒である。

ペルチェ・モジュールの加熱、または冷却モードは、電気的パワーの極性をスイッチする事により達成される。ペルチェ・モジュールは、加熱モードはほぼ１０ボルトDCで、冷却モードはほぼ６ボルトDCで動作するように構成される。ＤＣコンバータは、加熱及び冷却電圧を供給するため制御の外に配置してもよい。ペルチェ・モジュールの合計デユーテイサイクルは、0.02から0.2 秒まで調整可能である。各モードにおけるペルチェ・モジュールのためのパワーは、効率とＶＴＳの占有者に供給される合計熱パワーを最適にするように選択される。

ファン・スイッチ５８、温度スイッチ６０、主交換器ファン４２と４４、不用交換器ファン５０と５２、ペルチェ熱電気モジュール３０、３２、ＬＥＤランプ６２、そして温度センサー５４と５６への電気の供給は、制御器６４によりなされる。一方、電気の供給と信号は制御器に信号を送る座席にあるプリント回路ボード（示されていない）に最初に送られる。制御器は、前記装置のすべてを動作させる十分な容量を持ったパワーの入力６６を具備している。制御器はファンスイッチと温度スイッチから占有者による入力を、温度センサーから温度情報を受けるように構成されている。この入力から、制御器は占有者の快適さ、安全を確かなものにし、システムのダメッジから保護するように設計された予め決められたアルゴリズムに従い、ヒート・ポンプの動作を調整するように構成されている。

図３は、図２に示されたＴＣＣＳの第１の実施態様のための温度雰囲気制御アルゴリズムを描いたフローチャートである。ＶＴＳを用いた占有者はファン・スイッチを動作させ、望みのファン速度（ステップ６８）を選択することにより主交換器ファンを操作する。主交換器ファンの動作の時、不用交換器ファンも最大の速度で（ステップ７０）動作するよう始動される。

占有者は、望みの加熱、または冷却モードに温度スイッチ６０を動かすことにより（ステップ７２と７４）、ＶＴＳの空気を温度調節するためのペルチェ・モジュールを始動することができる。ペルチェ・モジュールは温度制御スイッチのオフの位置を選択することにより、手動で動作を止めることができる。その場合、ファンへのパワーは、緑色を表示しているＬＥＤ６２で示されているように維持される（ステップ７６）。加えて、ペルチェ・モジュールは、ファン・スイッチが手動でオフの位置に置かれたとき、自動的に制御器によって動作を停止される（ステップ７８）。

温度スイッチが四つの冷却モジュールの一つに置かれたとき、ＬＥＤランプ６２は、緑色を表示する（ステップ８０）。ヒート・ポンプ２６と２８の温度センサー５４と５６により検出された温度は制御器に送られる（ステップ８２）。温度が約３０３°Ｋより下の場合（ステップ８４）、占有者が前に温度を調整してから６分以上経過するまで、ペルチェ・モジュールへのパワーは変わらず（ステップ８８）、経過後はペルチェ・モジュールへのパワーは２５％に減らされる（ステップ９０）。ＶＴＳの使用後占有者の不快を引き起こすことが示されている、占有者の背部の冷やしすぎを防ぐため、この様な状況でペルチェ・モジュールに対するパワーを減らすことは望ましいことである。温度が３０３°Ｋより下でない場合、ペルチェ・モジュールへのパワーは占有者の制御で指示されたように維持される（ステップ８６）。

温度スイッチが四つの加熱モードの一つに位置したとき、ＬＥＤランプ６２は赤色を表示する（ステップ９２）。温度が約３３９°Ｋより下の場合（ステップ９４）、ペルチェ・モジュールへのパワーは変わらない（ステップ９６）。温度が３３９°Ｋから３４９°Ｋの範囲の場合（ステップ９４）、ペルチェ・モジュールへのパワーは温度が３３９°Ｋより下になるまで２５％減少する（ステップ９８）。この様な状況でペルチェ・モジュールへのパワーを減らすことは、ペルチェ・モジュールの加熱し過ぎを防ぐために望ましい。

ペルチェ・モジュールの主熱交換器の側面の温度が２００°Ｋより下か、３４９°Ｋより上である場合（ステップ１００）、ペルチェ・モジュールが加熱、または冷却モードかどうかにに係わらず、制御器はペルチェ・モジュールを動作停止し（ステップ７６）、主交換器ファン及び不用交換器ファンの動作を維持する。上記温度状況のいずれかの発生はシステムの故障を示す。この様な情況において、ＬＥＤランプ６２は、システムの故障を示し、オレンジ色を表示する。

第１の実施態様は、図２に示されているように、それぞれ座席背部および座席下部を通る温度制御された空気の流れに位置した、調節された空気温度センサー１０２と１０４を具備している。調節された空気の温度のセンサーは、電気的に制御器６４に接続されている。図３に示され、上記された温度雰囲気制御アルゴリズムは、調節された空気の温度が約３２５°Ｋより大きいか、約２９７°Ｋより下である場合、ペルチェ・モジュールを動作停止にするよう構成されている。

図４は、本発明の実施に基づくＴＣＣＳの第２の実施態様を示す。第２の実施態様は、占有者を取り囲むＶＴＳの外側の空気の温度を監視するため、少なくとも一つの周囲空気の温度のセンサー１０２を加えたことを除いて、すべての点で第１の実施態様に類似している。温度センサーは周囲の空気の温度情報を伝えるため、電気的に制御器６４に接続されている。一つ以上の周囲空気温度センサーを用いることができ、各センサーは、制御器に周囲空気の温度のプロフィルを提供するため、占有者を取り囲む環境と異なった場所に位置する。

ＴＣＣＳの第２の実施態様は、第１の好ましい実施態様と異なっている。そこでは座席背部ヒート・ポンプ２６と座席下部ヒート・ポンプ２８のためのファン速度と空気温度は、別々の座席背部ファン・スイッチ１０４と座席下部ファン・スイッチ１０６、及び別々の座席背部温度スイッチ１０８と座席下部温度スイッチ１１０を用いることにより独立に手動で調整できる。第２実施態様におけるファン・スイッチ１０４と１０６、温度スイッチ１０８と１１０は、第１の実施態様において前に述べたものと同じである。一方、ＴＣＣＳは、ファン４２と４４の速度を制御するため単一のファン・スイッチ（示されていない）、及び各ヒート・ポンプ２６と２８に対するパワーを独立に制御するため二つの温度スイッチ（示されていない）を持つように構成できる。ＴＣＣＳはまた、ヒート・ポンプ２６と２８のパワーを同時に制御するための単一の温度スイッチ（示されていない）、及び各ファン４２と４４の速度を独立に制御するための二つのファン・スイッチを持つように構成できる。

ＬＥＤランプ１１２と１１４は、各ヒート・ポンプのために選択された動作のモードを示すため、各温度スイッチの近くに配置される。例えば、オフの位置ではＬＥＤランプはオフで、両者のヒート・ポンプが冷却モードであるときＬＥＤランプは緑色を表示し、両者のヒート・ポンプが加熱モードであるときＬＥＤランプは赤色を表示し、どちらかのヒート・ポンプで温度の誤り、またはペルチェ・モジュール故障のときＬＥＤランプは速い周期の赤と緑で、オレンジ色を表示する。この様に手動ファン速度と温度スイッチを構成することは、座席下部１４と異なった状況で、占有者がＶＴＳの座席背部１２を操作できるようにすることを許容する。占有者の体の特定の箇所が占有者の他の箇所と異なった温度にしておくことを医療的条件、または損傷が必要としている場合、例えば、足の怪我がＶＴＳの座席下部で冷たい空気を必要としており、周囲の温度が、占有者の最大の快適さのために座席背部を加熱した空気が通ることを指示する様な場合、これは望ましいことかもしれない。

第１の実施態様のように、ファン・スイッチ１０４と１０６、温度スイッチ１０８と１１０、主交換器ファン４２と４４、不用交換器ファン５０と５２、ペルチェ熱電気モジュール３０、３２、温度センサー５４と５６、ＬＥＤランプ１１２と１１４、そして周囲空気の温度センサー１０２への電気の供給は、制御器６４によりなされる。

図５は、図４に示されたＴＣＣＳの第２の実施態様のための温度雰囲気制御アルゴリズムを描いたフロー・チャートである。この制御アルゴリズムは、周囲温度センサーからの追加の温度入力（ステップ１１６）と調節された空気センサー、及びペルチェ・モジュールが冷却モードで操作され、座席背部ヒート・ポンプ２６からの調節された空気の温度が約３１０°Ｋより下である（ステップ１１８）であるときを除いて、図３に示され、前にも記載されたものと類似している。調節された空気温度が約３１０°Ｋより下のとき、もし、占有者による先の温度調整から６分以上経過しており、調節された空気の温度がほぼ３°Ｋまたはそれ以上占有者を取り巻く周囲空気の温度より下であるなら（ステップ１２２）、制御器は座席背部ヒート・ポンプ２６のペルチェ・モジュールに対するパワーをほぼ２５％に減らす（ステップ１２４）。もし温度が３１０°Ｋより下であり、しかし先の手動による温度調整から６分経っていないか、または調節された空気の温度が周囲温度を下まわるのが３°Ｋより少ないなら、座席背部ヒート・ポンプでのペルチェ・モジュールに対するパワーは占有者が制御した設定にとどまる（ステップ１２６）。

図３で述べられた制御アルゴリズムのように、この様な条件におけるペルチェ・モジュールに対するパワーを減らす理由は、ＶＴＳを使った後の不快さを防ぐため、占有者の背部に向かう冷たい空気の量を制限するためである。

第２の実施態様は、図４に示されているように、それぞれ座席の背部と下部を通る温度調節された空気の流れに置かれた調節された空気温度センサー１２８と１３０を具備する。調節された空気温度センサーは電気的に制御器６４に接続されている。図５で示され上記された温度雰囲気制御アルゴリズムは、占有者に向かう調節された空気の温度が約３２５°Ｋより大きく約２９７°Ｋより下である場合、ペルチェ・モジュールを動作停止にするよう構成されている。ペルチェ・モジュールが停止している間、主交換器ファンは回転を続ける。

図６は、本発明の実施によるＴＣＣＳの第３の実施態様を示す。第３の実施態様は二点を除いてすべての点で第１の実施態様に類似している。一つは、占有者を取り囲むＶＴＳの外側の空気の温度をモニターするため、少なくとも一つの周囲空気温度センサー１３２を追加したことである。温度センサーは温度情報を与えるために制御器６４に電気的に接続されている。一つ以上の周囲空気温度センサーを用いてもよく、各センサーは制御器に周囲空気温度のプロフィルを提供するために占有者を取り巻く環境と異なった位置に配置される。

ＴＣＣＳの第３実施態様における第２の違いは、ただ一つのヒート・ポンプ１３４が、座席背部１２と座席下部１４の両者に温度調節された空気を供給するために用いられていることである。単一のヒート・ポンプは第１の実施態様において前に記載した、座席背部ヒート・ポンプ２６と座席下部ヒート・ポンプ２８に類似しており、主熱交換器１３６、主交換器ファン１３８、不用熱交換器１４０、不用交換器ファン１４２、及びペルチェ・モジュール温度センサー１４３を具備する。しかしながら、ペルチェ熱電気モジュールの代わりに、単一のヒート・ポンプ１３４は、四つのペルチェ熱電気モジュール１４４を具備している。主熱交換器からの温度調節された空気は、一端が主熱交換器１３６の出口に、他端が座席背部の空気の入り口２４と座席下部の空気の入り口２２に接続された空気マニホールド１４６により、ＶＴＳの座席背部１２と座席下部１４に通される。一方、ＴＣＣＳの第３の実施態様は、第１の実施態様ですでに記載したものと類似した二重ヒート・ポンプ構成を具備することもできる。

ＴＣＣＳの第３の実施態様は、主交換器ファン速度とヒート・ポンプ空気温度を占有者が手動で調整できない点で、第１に実施態様と異なっている。むしろ、ファン速度と空気温度は制御器６４によって自動的に制御される。加えて、占有者の存在スイッチ１４８は座席に占有者が座った時に動作するＶＴＳ内に配置される。占有者の存在スイッチは、座席背部、または座席下部に配置される重さ感知スイッチ及び同種のものを具備してもよい。好ましい実施態様では、占有者の存在スイッチは、座席下部に配置され、占有者の存在を伝えるために制御器に電気的に接続されている。ＶＴＳの始動を制御する占有者の存在のスイッチの使用は、ＶＴＳが占有されていない時、及び使われていない、または、例えばバスの乗客の座席に適用する際のように、座席に個別に制御を与えることが望ましい時、電気を節約するために求められる。

図７は、図６に示された第３の実施態様のための温度雰囲気制御アルゴリズムを描いたフロー・チャートである。主交換器ファン１３８の始動はＶＴＳに占有者が座ることにより制御され（ステップ１５０）、占有者の存在スイッチ、及び周囲温度センサーにより制御器に送られる乗り物の中の周囲の条件を始動させる（ステップ１４８）。ＶＴＳに占有者が位置したとき素早い温度応答を確実にするため、制御器は占有者が不在でもペルチェ・モジュールに0.5 から１ボルトの範囲の安定した状態の電圧で電気パワーをパルスで与える（ステップ１５２）。デユーテイーサイクルの間に実際に与えられる電圧は、６ボルト、または１２ボルトである。ペルチェ・モジュールへのゆっくりした連続パルスを維持することは、ＶＴＳに占有者が現れたとき調節された望ましい温度を達成するための移行時間を大きく最小化する。

一度占有者がＶＴＳに座ると、制御器によって選択された特定の主ファン速度とペルチェ動作モードは、ＶＴＳ占有者を取り巻く周囲温度で決まる。周囲の温度が２８６°Ｋより少ないとき（ステップ１５４）、制御器は加熱動作モードを選択し、ペルチェ・モジュールに１００％のパワーを送り、主交換器ファンを中間の速度で動作させる（ステップ１５６）。主交換器ファンの始動の際、不用交換器ファンは、高速で始動される。

周囲温度が２８６°Ｋと２９０°Ｋの間である時（ステップ１５８）、制御器は加熱動作モードを選択し、７５％のパワーをペルチェ・モジュールに送り、主交換器ファンを中間の速度で動作させる（ステップ１６０）。温度が２９０°Ｋと２９３°Ｋの間の時（ステップ１６２）、制御器は加熱動作モードを選択し、２５％のパワーをペルチェ・モジュールに送り、主交換器ファンを中間の速度で動作させる（ステップ１６４）。

周囲温度が２９３°Ｋと２９７°Ｋの間である時（ステップ１６６）、制御器はほぼ0.5 ボルトの安定した状態でペルチェ・モジュールにパワーをパルスで与え（ステップ１６６）、主交換器ファンの動作を停止する（ステップ１６８）。

周囲温度が２９７°Ｋと３００°Ｋの間である時（ステップ１７０）、制御器は冷却動作モードを選択し、５０％のパワーをペルチェ・モジュールに送り、主交換器ファンを中間の速度で動作する（ステップ１７２）。周囲温度が３００°Ｋと３０２°Ｋの間である時（ステップ１７４）、制御器は冷却動作モードを選択し、５０％のパワーをペルチェ・モジュールに送り、主交換器ファンを高速で動作する（ステップ１７６）。周囲温度が３０２°Ｋより上である時（ステップ１７８）、制御器は冷却操作モードを選択し、１００％のパワーをペルチェ・モジュールに送り、主交換器ファンを高速で動作する（ステップ１８０）。

加熱操作モード（周囲温度が２９３°Ｋまで）、または冷却操作モード（周囲温度が２９７°Ｋより上）のいずれの場合でも、２００°Ｋより下（ステップ１８２）、または３４９°Ｋより上（ステップ１８４）のペルチェ・モジュールは、制御器がペルチェ・モジュールの動作を停止するようにし、主交換器ファンと不用交換器ファンの運転を維持する（ステップ１８６）。上記条件のいずれもシステムの故障を示す。

第３の実施態様は、図６に示されているように、座席を通り抜ける温度調整された空気の流れに置かれた調整された空気温度センサー１８８を含む。調整された空気温度センサーは、電気的に制御器６４に接続されている。上記した、また図７に描かれた温度雰囲気制御アルゴリズムは、座席と占有者を通る調整された空気の温度が約３２５°Ｋより大きく、または約２９７°Ｋより下である場合、ペルチェ・モジュール１４４を動作停止とするように構成されている。ペルチェ・モジュールが動作停止されている間、主交換器ファンは運転を続ける。

特に上記され、図６に示されているようなＴＣＣＳの第３の実施態様は、バス、列車、飛行機などのような多数の占有者に適用するに際し、多数のＶＴＳを制御するために用いられる。このような適用では、主交換器ファン、不用交換器ファン、ペルチェ・モジュール、温度センサー、及び各ＶＴＳからの重さ感知スイッチは、共通の制御器に電気的に接続されている。多数の空気温度センサーは、乗り物の内部を通して正確な温度のプロフィルを提供するため、乗り物内の異なった位置に置くことができる。共通の制御器は、多数の周囲空気温度センサーからの入力を調整（accomodate) するように構成されている。共通の制御器は、各ＶＴＳを取り囲む乗り物内の異なった周囲温度領域の可能性を考慮に入れて、特に上記し、図７に描かれたものと同じやり方で、主ファン速度及びペルチェ・モジュールのための動作モードを制御するように構成してもよい。

温度雰囲気制御システムの限られた実施態様が記載され、ここに描かれているが、多くの変更・修正や変形が当業者にとって明らかである。例えば、本発明による温度雰囲気制御システムは、単一のヒート・ポンプから座席背部、または座席下部への温度調節された空気の流れを自動的に調整する手段を具備することは本発明の範囲内であると解釈できる。

図８は、ＴＣＣＳの第３の実施態様の別の実施態様を描いたものであり、各々座席背部と座席下部に導かれる空気マニホールド１４６に配置されたバルブ１９０と１９２を組み込んでいる。バルブは予め決められた制御アルゴリズムに従って制御器６４によって電気的に始動される。制御アルゴリズムは、占有者が期間をオーバーしてあまりに多くの冷たい空気を受ける場合、バルブ１９０を閉じることによって座席背部に対する冷たい空気の流れを制御器が制限することを加え、特に上記の図７に描かれた第３の実施態様と同じでよい。この実施態様はＶＴＳ使用後の占有者の不快さの発生を取り除くのを助ける。

特に記載され描かれたＴＣＣＳの実施態様に加えて、このようなＴＣＣＳは電気的に動力を与えられる乗物に用いられるようなエネルギー管理システムからの入力に組み込むことができる。明確な実施態様において、ＴＣＣＳはこのようなエネルギー管理システムから抑制信号を受けるように構成されている。抑制信号は、丘を登る時、またはバッテリーが弱いか最低の放電電圧に近づきつつある時のような困難な推進の間で、追加の量のエネルギーが必要とされた時、またはバッテリーが急速に放電している時のような特別な操作条件の下で、乗物のエネルギー管理システムにより典型的に動作する。本発明による温度状況制御アルゴリズムは、抑制信号の動作時に、ペルチェ・モジュール、主交換器ファン、及び不用交換器ファンを動作停止するように構成されている。

従って、添付された請求の範囲の範囲内で、本発明の原理による温度雰囲気制御システムは、特にここに記載されたもの以外でも具体化できると解釈すべきである。

可変温度座席の実施形態の断面の概要図。 本発明による温度雰囲気制御システムの第１の実施形態の概要図。 図２に示された本発明の実施形態のための温度雰囲気制御アルゴリズムを描いたフロー・チャートである。 本発明による温度雰囲気制御システムの第２の実施形態の概要図。 図４に示された本発明の実施形態のための温度雰囲気制御アルゴリズムを描いたフロー・チャートである。 本発明による温度雰囲気制御システムの第３の実施形態の概要図。 図６に示された本発明の実施形態のための温度雰囲気制御アルゴリズムを描いたフロー・チャートである。 本発明による温度雰囲気制御システムの、他の実施形態の概要図。

符号の説明

１０ 可変温度座席
２６，２８ ヒート・ポンプ
３４，３６ 主熱交換器
４２，４４ 主交換器ファン
５４，５６ 温度センサー
５８ ファン・スイッチ
６０ 温度スイッチ
６４ 制御器

Claims (23)

1. 温度雰囲気制御システムであって、
   少なくとも一つの空気流路を備えた少なくとも一つの座席と、
   該流路に接続され且つ空気調節するために配置された少なくとも一つのヒート・ポンプと、
   該ヒート・ポンプ及び該少なくとも一つの流路に接続された少なくとも一つのファンであって、該ヒート・ポンプにより調節され、該空気流路の少なくとも一部を通る空気の流れを促進するために配置されたファンと、
   前記システムの温度を検出する少なくとも一つの温度センサーと、
   前記ヒート・ポンプ、前記ファン、及び前記センサーと接続した制御器であって、該センサーは前記検出されたシステムの温度を該制御器に伝え、該制御器は少なくとも該検出されたシステム温度の信号に基づいて、該ヒート・ポンプ及び該ファンの少なくとも１つの動作を自動的に制御し、該ヒート・ポンプ及び該ファンの少なくとも１つの動作を調節するよう構成された制御器、及び
   前記座席に取り付け可能であり、前記制御器に電気的に接続される存在スイッチであって、該スイッチは前記少なくとも一つの座席の占有者の存在を検出するように構成され、前記制御器は、前記少なくとも一つの座席の占有者の存在の信号を存在スイッチから受け、前記ヒート・ポンプ及びファンの少なくとも一つの動作を自動的に制御するよう構成された存在スイッチ、
   を備えた、温度雰囲気制御システム。
2. 前記制御器は、前記座席に占有者が不在のときは前記ヒート・ポンプに電気的パワーをパルスで与える、請求項１に記載の温度雰囲気制御システム。
3. 前記システムの温度は、周囲の空気の温度、ヒート・ポンプの温度及び座席温度センサーの少なくとも一つである、請求項１に記載の温度雰囲気制御システム。
4. 前記少なくとも一つの温度センサーは、周囲の空気の温度を検出する第１の温度センサー、ヒート・ポンプの温度を検出する第２の温度センサー及び座席の温度を検出する第３の温度センサーを有し、該センサーは前記検出された温度を制御器に伝える、請求項１から３のいずれか１項に記載の温度雰囲気制御システム。
5. 前記第２の温度センサーは、前記少なくとも１つのヒート・ポンプに隣接している、請求項４に記載の温度雰囲気制御システム。
6. 前記少なくとも一つの温度センサーは、前記調整された空気の流路に位置した温度センサーを含んでいる、請求項１−５のいずれか１項に記載の温度雰囲気制御システム。
7. 前記少なくとも一つの座席は複数の座席を備えており、各座席のための各ヒート・ポンプの動作は、異なる座席に対して異なる調整をされた空気を提供するように構成された単一の制御器によって自動的に調節される、請求項１−６のいずれか１項に記載の温度雰囲気制御システム。
8. 前記制御器は、検出された前記ユーザによって行われた先の温度制御調節から経過した時間情報と一定の時間との差に基づいて、前記ファン及びヒート・ポンプの少なくとも一つの動作を制御するように構成され、前記検出された経過した時間情報は前記制御器に送られる、請求項１−７のいずれか１項に記載の温度雰囲気制御システム。
9. 前記制御器は、調節された空気の温度が温度制限を超え、検出されたユーザによって行われた前記先の温度制御調節から経過した時間情報が一定の時間を超えたときに、前記ファン及びヒート・ポンプの少なくとも一つの動作を制御する、請求項８に記載の温度雰囲気制御システム。
10. 前記制御器は、前記ヒート・ポンプへの電力のデューティ・サイクルを自動的に調節する、請求項１−９のいずれか１項に記載の温度雰囲気制御システム。
11. 前記制御器は、前記ファンの速度を自動的に調節する、請求項１−１０のいずれか１項に記載の温度雰囲気制御システム。
12. 前記少なくとも一つのヒート・ポンプは、熱電気デバイスである、請求項１−１１のいずれか１項に記載の温度雰囲気制御システム。
13. 前記熱電気デバイスはペルチェ・モジュールである、請求項１２に記載の温度雰囲気制御システム。
14. 空気の温度を調節するために空気を調節し、
    少なくとも一つの座席の少なくとも一つの空気流路を通る、該温度調節された空気の流れを促進し、
    システムの温度を検出し、該検出されたシステムの温度を制御器に伝え、
    占有者による少なくとも一つの座席の占有を検出し、該占有に対応する信号を制御器に伝え、
    前記検出されたシステムの温度の少なくとも一部に基づいて、前記空気の調節及び前記温度調節された空気の流れを制御器で自動的に制御し、該制御器は前記占有信号を受信したとき前記空気の調節及び前記温度調節された空気の流れを自動的に調節するよう始動し、該制御器は占有者による少なくとも一つの座席からの退出に対応する信号を受信したとき、空気及び温度調節された空気の流れの調節を解除する、
    座席における温度雰囲気を制御するための方法。
15. 前記検出は、周囲の空気の温度、熱電気モジュールの温度及び座席の温度の少なくとも一つを検出する、請求項１４に記載の方法。
16. 前記自動的制御は、熱電気モジュールが冷却モードで動作し、検出された調節された空気の温度が最小冷却温度より下である場合で、前記システムが冷却モードになってから予め決められた時間が過ぎた後、空気を温度調節する熱電気モジュールへの電力を自動的に変化させる、請求項１４−１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記自動的変化は、前記検出された調節された空気の温度がほぼ３０３°Ｋより下であり、前記熱電気モジュールの動作モードが前記占有者によって調節されてから６分より長い場合、前記熱電気モジュールへの電力を自動的に変化させることを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記熱電気モジュールへの電力を自動的に変化させることは、前記調節された空気の検出された温度が最低冷却温度より下に減少し、且つ前記システムが冷却モード動作になってから予め決められた時間経過した後、該システムが冷却モードで動作するとき、該熱電気モジュールへの電力のデューティ・サイクルを変化させることを含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記自動的に制御することは、検出された前記ユーザによって行われた先の温度制御調節から経過した時間情報と一定の時間との差に基づき、温度調節された空気の流れを促進するファン及び空気を調節するための熱電気モジュールの少なくとも一つの動作を自動的に制御することを含む、請求項１４−１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 前記調節された空気の流れを自動的に制御することは、ファンの速度を自動的に調節することを含む、請求項１４−１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 前記少なくとも一つの座席の占有者の不在のときに前記空気を調節するよう構成された少なくとも一つの熱電気モジュールに電力をパルスで与えることをさらに含む、請求項１４−２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 温度雰囲気制御システムであって、
    少なくとも一つの空気流路を備えた座席、
    該流路に接続され且つ空気調節のために配置された少なくとも一つのヒート・ポンプ、
    該ヒート・ポンプ及び該少なくとも一つの流路に接続された少なくとも一つのファンであって、該ヒート・ポンプにより調節され、該空気流路の少なくとも一部を通る空気の流れを促進するために配置されたファン、
    前記システムの温度を検出する少なくとも一つの温度センサー、及び
    該ヒート・ポンプ、該ファン、及び該センサーと接続した制御器を有し、
    該センサーは検出された前記システムの温度を該制御器に伝え、該制御器はユーザからの当初の入力と前記検出されたシステムの温度の信号に基づいて前記ヒート・ポンプとファンの少なくとも一つの動作を自動的に制御して前記ヒート・ポンプとファンの少なくとも一つの動作を調節し、
    前記制御器は、システムの応答を変更し、座席占有者により良い温度的心地良さを提供し、かつ座席占有者の不快感と反生理的応答を減じるべく前記システムの冷却機能を制御するために該制御器を自動的に動作させる手段を有し、該制御器は、検出されユーザによってなされた先の温度制御調節から経過した時間情報と一定の時間との差に基づいて前記ファンとヒート・ポンプの少なくとも一つの動作を制御するように構成され、前記検出された経過した時間情報は前記制御器に伝えられる、温度雰囲気制御システム。
23. さらに、前記座席に取り付け可能であり、前記制御器に電気的に接続される存在スイッチを有し、該スイッチは前記少なくとも一つの座席の占有者の存在を検出するように構成され、前記制御器は、少なくとも一つの座席の占有者の存在の信号を存在スイッチから受け、前記ヒート・ポンプ及びファンの少なくとも一つの動作を自動的に制御するよう構成されている、請求項２１に記載の温度雰囲気制御システム。

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