JP2015531516A - 粒子状物質センサを備えた恒温装置 - Google Patents

Abstract

粒子状物質センサを備えた居住用建物と商業建物用恒温装置。少なくとも1つの温度センサと、少なくとも1つの、暖房又は冷房の少なくとも一方と、オンボード粒子状物質センサを備えた標準恒温装置。粒子状物質に関する情報はただ表示されるだけでも良いし、フィルタ又は空気処理設備の制御に使用されても良い。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、その開示が参照により本願に組み込まれている、David Pariseauらを発明者とする「THERMOSTAT WITH INTEGRATED PARTICLE SENSOR（粒子状物質センサを備えた恒温装置）」と題する、2012年9月12日出願の米国特許仮出願番号第61/700,208号（代理人整理番号：PPI-001PRV）に基づき、米国特許法第119条による優先権を主張する。

恒温装置は温度を調整するための装置ちして、居住用建物と商業建物で長く使われてきた。大気浮遊粉じん、揮発性有機化合物、それに大気中の二酸化炭素濃度から推測される酸素濃度などを含めた環境問題による、公衆衛生に対する懸念が高まっている中、大気中の浮遊粒子状物質を監視し、調整することにより、より良い生活空間を作り出す可能性も現れた。また、上記の監視装置は大規模集積回路などの原因で値下げしたため、よりインテリジェントな恒温装置の生産も経済的になった。従って、温度とともに、浮遊粒子状物質を監視するシステムと方法が必要になってきた。

（要旨）
本発明の様々の様態と教示によれば、浮遊粒子状物質のセンサを内蔵し、温度調節装置と他の特徴を含む恒温システムが開示されている。

図１は本発明に教示される恒温装置のブロック図である。 図2は本発明に教示される図１の恒温装置を示す図である。 図3は本発明に教示される様々な機能ブロック付きの図2の恒温装置の内部を示す図である。 図4本発明に教示される、図2の恒温装置の表示内容と押しボタンを示す図である。 図5は本発明に教示される、お互いに通信している2つの恒温システムを表す図である。

（発明の説明）
ここで図1を参照すると、少なくとも1つの温度センサ（101）と、少なくとも1つのアクチュエータ制御装置（102）と、浮遊粒子状物質センサ（103）とを持ったブロック100を内蔵した恒温システムが例示されている。温度センサ（101）は、PTCサーミスタ、NTCサーミスタ、サーモカップル、シリコンベース温度センサなど、様々なセンサを利用することが可能である。アクチュエータは継電器、トランジスタ、FETsなどを使って良い。浮遊粒子状物質のセンサ（103）は、少なくとも一部に、空洞を必要とする。そこで、光散乱あるいは光遮断で浮遊粒子状物質を測定する。本発明の様々の様態によれば、浮遊粒子状物質のセンサ（103）は総粒子数をカウントすることができる。本発明の他の様態によれば、浮遊粒子状物質のセンサ（103）はサイズで粒子数をカウントすることができる。本発明の更に他の様態によれば、浮遊粒子状物質のセンサ（103）は粒子の質量濃度を測定することができ、または粒子に関する情報を別の形式に変換することさえできる。

本発明の様々の様態によれば、アクチュエータ制御装置（102）は少なくとも温度と粒子状物質の情報など様々な情報をプロセスでき、しかも少なくとも1つのアクチュエータを制御できる、オンボードマイクロコントローラ又はプロセッサーであっても良い。本発明の様々の様態によれば、アクチュエータ制御装置（102）は継電器、トランジスター、FET、ソレノイド、バルブ、光アイソレータ、ガルバニックアイソレータ、又は他の使用可能な装置であっても良い。本発明の様々の様態によれば、アクチュエータ制御装置（102）は外部にある空気・温度ハンドラ（001）と通信する。それは居住用建物または商業施設の集中暖房または集中冷房の少なくとも一方として使われるケースが多い。にも関わらず、本発明の他の様態によれば、アンドラ（001）は恒温システムの付近ところまたは遠位に設置される自立ユニットであっても良い。

本発明の様々の様態によれば、ディスプレイもしくは表示器（104）のような様々な選択要素を付け加え、その機能を向上させることもできる。これはLED、LCD、もしくは他の多種多様なグラフィック表示技術を単独で、又はそれらを組み合わせて使用してよい。ボタン、グラフィックのタッチスクリーンディスプレイ、タッチセンサボタ、ダイヤル、または操作ノブなどの形で、入力装置（105）を追加することもできる。揮発性有機化合物の存在及び濃度を検知するのセンサを1つまたは複数追加するとともに、二酸化炭素を測定するため、あるいは酸素濃度不足を測定するためのセンサを別に設けるか、または、上記の二つの機能を1つのセンサにまとめたものを追加するという形で、多種のガスセンサ（106）を使用して良い。本発明の様々の様態によれば、この恒温システムは相対湿度センサ（107）を含めても良い。本発明の様々の様態によれば、追加のアクチュエータ（108）を通じ、下記の様々な状況に対し、特定の制御を行うこともできる。

A) 温度が設定値より低下した時、暖房機と送風機を一緒に作動させる。
B) 温度が設定値より上昇した時、冷房機と送風機を一緒に作動させる。
C) 浮遊粒子状物質の量が設定値を超えた時、送風機とフィルタを一緒に作動させる。
D) 揮発性有機化合物の量が設定値を超えた時、送風機とフィルタを一緒に作動させる。
E) 二酸化炭素濃度が設定値を超えた時、空気交換器を作動させる。
F) 相対湿度が設定値を超えた時、除湿器を作動させる。
G) 相対湿度が設定値より低下した時、加湿器を作動させる。

本発明の様々の様態によれば、他の作動・制御装置の組み合わせも可能であり、しかも一般的にユーザインタフェースにより簡単に設定できる。センサ値の組み合わせは全体的考慮されて良い。重み付け結果により、より良い制御成果を挙げることも可能である。

本発明の様々の様態によれば、この恒温システムは外部通信ユニット（109）を含めても良い。外部通信ユニット（109）に有線または無線で外部インタフェースと外部入出力ブロック（002）を接続することで、Webインタフェースから恒温システムのダータを検索することと、制御を調整することなど、恒温システムの遠隔操作が可能になる。Web インタフェースを使うことで、電力使用の最適化、システムの最適化、または長時間に渡る居室エリアの環境状態の把握などのために、後で解析できるようにデータを記録することもできる。その他、上記のデータ記録機能、希望の設定値、または制御アルゴリズムを備えた取り外し可能なメモリモジュールのインタフェースも含められている。本発明の様々の様態によれば、外部通信ユニット（109）はシステムの外部または遠位に位置して良い。

本発明の様々の様態によれば、恒温システムは複数の区域に設置されたハンドルセンサ（110）またはアクチュエータ（111）の少なくとも一方に延長される。上記装置を恒温システムに接続する時、有線で接続することと、または本発明の1つの様態である無線の外部通信ユニット（109）を通じ、無線で接続することの両方ができる。例えば、本発明の1つの様態によれば、二つ以上の恒温システムまたはユニットは有線または無線方式でお互いと通信する。多様な恒温システムはメイン恒温システムはまた中央恒温システムと通信する。従って、複数のエリアまたは区域に設置されたセンサは、環境管理に対してより良い総合判断をするために活用されることもできる。
上述のように、外部通信ユニット（109）は遠位に設置されており、センサ（110）からの信号とアクチュエータ（111）を合波させる。従って、既配線で上記ユニットに電力とともに、本発明の1つの様態により、複数の恒温装置の中心点またはハブとして、通信リンクを提供することができる。本発明の他の様態によれば、通信リンクはセンサまたはアクチュエータの間における接続を提供する。本発明の更に他の様態によれば、外部通信リンクは、複数のインテリジェントな恒温装置とセンサからダータを収集し、一定のルール、スケジュール、または遠隔アクセス（Webインタフェース又はこれに準ずるもの）に基づいたグローバル戦略に応じて、アクチュエータを管理し、グローバルな視野で恒温システムを制御することもできる。従って、無線又は有線接続を通じ、それぞれの恒温システムはセンサの種類に応じながら、中心位置にデータを提供することができる。本発明における上記のセンサの範囲は限定されるものではない。例えば、動きを検出できるセンサを設置し、動きがあるかどうかに応じ、環境制御に関するルール又は政策に従い、当該恒温装置が監視している環境で暖房、冷房、又はフィルタ機能を作動させるかどうかを決める。更に、外部入出力ブロック（002）を通じて当該恒温施設に接続されたパーソナル装置又は無線機におけるアプリケーションを利用し、ルールと設定を決め、制御することもできる。

図2で開示された恒温システム又は恒温ユニット（200）は本発明の一実施形態である。その中では、エンクロージャー（201）と、図形のユーザインタフェース、ディスプレー又はタッチスクリーン（202）と、粒子状物資センサ入口（203）と、排気装置（204）が内蔵される。ユニット（200）は壁に取り付けられ、アクチュエータワイヤと電源線はユニット（200）の背部に（開示されていない）設置される。

図3は図2の装置で、ディスプレ（202）、エンクロージャー（201）とその内部に設置された多種な機能ブロックを示すものである。ここで、エンクロージャー（201）と、スクリーン（202）と、粒子状物資センサ入口（203）と、排気装置（204）が示されている。加えて、ユニットの中心部に示された配線挿通口（212）は一般的に、ユニット（200）の背部にあるコード穴となっている。また、典型的なユニット（200）の背部には、ユニット（200）を簡単に壁に取り付けるための取付穴が開けられている。電源線と複数のアクチュエータの信号線は配線ブロック又はコネクタ（208）に接続され、そこで複数のアクチュエータの信号線は回路板によってアクチュエータに接続される。回路板には、恒温装置用のマイクロコントとディスプレイ制御装置（207）が含められる。本発明の1つの様態によれば、上記の機能を1つのチップにまとめて良い。本発明の他の様態によれば、上記の機能は複数のチップ又はマイクロプロセッサーの組み合わせによって実現されても良い。

ユニット（200）は温度センサ（209）をも含めている。温度センサ（209）は現地温度を、そして、粒子状物質センサ（205）は浮遊粉じんの量（おそらくサイズも）を、ユニット（200）に提供する。ユニット（200）には送風機（206）が設置される。送風機（206）により、粒子状物質センサ（205）に空気が吹き出される。本発明の様々の様態によれば、空気が確実に吹き出されていることを確認するための感圧センサ又は流量センサを設置された、より複雑なものがあって良い。追加のセンサ（210）は揮発性有機化合物センサ、二酸化炭素センサ、相対湿度センサ又は他のセンサを含めて良い。本発明の少なくとも1つの様態によれば、外部通信インタフェース（211）はWi-Fi又はZigBeeisのような無線インタフェースとして利用される。

図4は、本発明の他の様々の様態による恒温システムのORユニット（400）を開示したものである。ユニット（400）は低価格のプラスッチク製のエンクロージャー（301）に収納されている。本発明の範囲はエンクロージャー（301）の材料により何ら限定されるものではないということは、当業者には自明であろう。エンクロジャー（301）に、ガラス製のカスタムLCD セグメントディスプレイ（302）が設置される。本発明の1つの様態によれば、本ガラス製のディスプレイ（302）に幾つか予め決められたパラメータ名（306）が印刷されても良い。ディスプレイ（302）はムード（307）と温度（308）などをも表示する。本発明の1つの様態にれば、ユニット（400）はボタン（321、322、323、324）を備えてもよい。ボタン（321、322、323、324）は多種な材料を使用することが可能であるが、本発明の範囲はその材料により、何ら限定されるものではない。例えば、本発明の1つの様態によれば、プラスチック製キャップ、又は炭素ゴム製のキーを上記のボタンとして使用し、それにより、ユニット（400）の基本操作をすることができる。にも関わらず、本発明の範囲はボタンとボタンの機能との関わり方に限定されるものではない。

ユーザーは運転切換ボタン（321）を押し、いくつかの運転ムードを切り換えることができる。ムード標識（307）はディスプレイ（302）に当時の運転ムードを示す。停止、暖房、冷房、自動のムードが含められる。ユニット（400）は温度センサ（305）を有する。温度（308）は内部温度センサ（305）により算出されたもので、ムードと関係なく、継続に表示されている。

ディスプレイ（302）は設定温度（309）を表示する。「停止」状態にある時、設定温度（309）は表示されず、温度作動信号も全て中止される。「暖房」状態に設定された時、アップボタン（323）又はダウンボタン（324）で設定温度（309）を調整することができる。ユニット（400）は内部で、それを内部温度センサ（305）に基づいて算出された実際温度（308）と比較する。実際温度（308）が設定温度（309）より低下し、しかもユニット（400）は暖房状態に設定された場合、ユニット（400）は外部の加熱ユニットに、暖房作動信号（312）を送る。当該プロセスは実際温度（308）が設定温度（309）より低下した度に繰り返される。また、ユニット（400）は外部送風機作動信号を送り、適切な熱分配を図る場合もある。暖房・送風機への作動信号は同時に送られなくて良い。送風機への作動信号を暖房への作動信号より遅れて送ることで、送風機は前もって暖められた空気を吹き送り、暖房が停止した後もしばらく作動し続ける。運転・停止の循環を減少するために、恒温装置の設定温度にヒステリシスを導入するのが典型的である。

冷房状態の時も同じように機能するが、温度の比較は正反対に行われる。運転切換ボタン（321）で「冷房」ムードを選択すると、ムード標識（307）は冷房状態にあることを表示しする。ムード選択の後で温度設置を行っても良い。設定されると、ユニット（400）は適切な外部作動信号（312）で外部のエアコンと係合する。実際温度（308）が設定温度（309）を超えた場合、外部のエアコンに外部作動信号（312）を送る。冷房状態にある時の送風機への作動信号は、暖房状態にある時のと同じように機能する。

「自動」ムードには、ユニットが暖房と冷房ユニットの両方を制御できるように、知能を追加して良い。多数の原因で、「自動」ムードは暖房と冷房の循環に陥りがちで、省エネに望ましくないと思われるが、知的アルゴリズムを追加することで、上記の「自動」ムードも実行可能であろう。

また、ユニット（400）は環境の中の浮遊粉じん又は粒子状物質の分析を行う。ユーザーはフィルタボタン（322）でフィルタムードを選択する。本発明の一部の様態によれば、それは停止、運転、自動ムードのサークルになってもよい。ムード標識（307）は選択されたムードを表示する。当時の粒子状物質の値（310）はユニット（400）によって表示される。粒子状物質の値（310）は内部粒子状物質センサ（313）により算出されたもので、ユーザーが選択したムード（307）に関係なく、継続に表示される。本件では、ユニット（400）は粒子状物質濃度を表示するが、上述の発想は粒子状物質の値などを表示することもできる。停止状態にある時、フィルタは制御不可で、粒子状物質の目標値（311）もディスプレ（302）に表示されなくなる。運転状態にある時、フィルタ（312）はフィルタ作動信号（312）により作動を開始し、ユニット（400）が運転状態にある限り作動し続ける。本発明の1つの様態によれば、粒子状物質の目標値（311）が表示されなくても良い。

自動ムードでは、ユーザーはアップボタン（323）又はダウンボタン（324）で粒子状物質の目標値（311）を設定する。自動ムードでは、当時の粒子状物質の値（310）が目標値（311）を超えた場合、フィルタ作動信号（312）は粒子状物質の値（310）が目標値（311）を低下するまでに継続的に出される。フィルタの運転・停止の循環を減少するために、ヒステリシスを導入するのが典型的である。粒子状物質の値（310）が目標値（311）を低下すると、フィルタ停止の信号が出される。

上述のように開示された本発明のそれぞれ様態に記載された個別の部品と機能は、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、個々に、又は組み合わせとして、様々な実施形態を作り出せることは当業者には自明であろう。ここで記載された全ての方法は、記載順又は他の全ての論理的に可能な手順で実施されることはできる。

例外が特筆されない限り、ここで使われる全ての技術的及び科学的用語は、本発明が属する技術における通常の技能で一般的に理解されているものと同じ意味を持つ。ここで説明されているものと同様又は同等ないかなる方法や物質も、その発明の実施又は検査で使用できるが、現在は特定の方法及び物質を説明する。

ここで言及された全ての出版物と特許は、参考としてここに併記する。個々の出版物と特許は参考のため、又は言及された出版物に関する方法又はシステムの少なくとも一方を展示、記述するため、ここで具体的かつ個別に示されたものである。ここで出版物について言及したのは、その出願日より早く展示するためであり、本発明はその出版物より遅いということを認めたこととしては理解されるべきではない。さらに、ここで提示した公表日は実際の公知日と異なる場合があり、個別に確認されることを要する場合もある。

更に、これに相当する、現時点で存在が確認されているものと、構造と関係なく、同じような機能を可能とした、今後現れようとするものと、これら全てのものが意図されている。従って、本発明の範囲はここで展示、記載された実施形態に限定されるものではない。

本発明の教示によると、コンピューターと演算装置はその製造物品となる。他に、マザーボードに属した電子部品、サーバー、メインフレーム・コンピューター、又は１つ以上の、コンピュータで読取可能なプログラムコード（例えば、アルゴリズム、ハードウェア、ファームウェア、又はソフトウエア）を実行するように構成され、データの受信、転送、記憶又は方法の実行に用いられるプロセッサー（例えば、中央処理ユニット、図形処理ユニット、又はマイクロプロセッサ）を備えた専用コンピュータも製造物品となれる。

製造物品(例えば、コンピュータ又は演算装置)は、中にコンピュータで読取可能なプログラムステップ又は符号化されたコードなど一連の命令を備えた、非一時的なコンピュータ可読媒体又はストレージを含めている。本発明の特定の様態によれば、非一時的なコンピュータ可読媒体は１つ以上のデータ・リポジトリを有する。従って、本発明の様態による特定の実施形態では、コンピュータで読取可能なプログラムコード（又はコード）は演算装置の非一時的なコンピュータ可読媒体に符号化される。プロセッサは順番にコンピュータで読取可能なプログラムコードを実行し、ツールを使いながらコンピュータ支援設計機能の作成又は修正を遂げる。本発明の他の実施形態では、コンピュータ支援設計機能の作成又は修正は、ウエブ・ベースのソフトウェア・アプリケーションのとして実装されている。そのウエブ・ベースのソフトウェア・アプリケーションで、コンピュータ支援設計、ツール、コンピュータで読取可能なプログラムコードに関するデータはホストの演算装置に受信、転送される。

本発明の様々の様態によれば、製造物品又はシステムは、１つ又は複数の多種のプロセッサ又はマイクロプロセッサと、揮発性メモリ又は不揮発性メモリの少なくとも一方と、周辺装置又は周辺制御装置とを有するものとして；プロセッサと、ローカルの揮発性メモリとは不揮発性メモリと、周辺装置と、入出力ピンを有し、マイクロコントローラを備えたものとして；製造物品又はシステムの特定のバージョンを実行するディスクリートロジック装置として；そして、ローカル又はリモートのインタフェースを通じてプログラムされることができるような製造物品又はシステムを実行するプログラマブルロジック装置として；種々の方式で実装され得る。ここで使用されるロジックは、制御システム、ロジック、又はソフトプロセッサにより行われる一連の命令を実行することができる。

従って、上記の例は本発明の様々の様態と原理を説明するものであるが、当業者には、ここでは開示されていないが、本発明の原理を生かし、本発明の範囲と精神に属す様々の構成を想像することができると理解されたい。更に、ここで言及された全ての例と条件を示す文は、読者に、本発明の原理と、発明者が本発明を推進するために提示したコンセプトをより簡単に分かってもらうために使われたもので、本発明は上記の例と条件により、限定されるものではない。更に、ここで言及された、本発明の原理、様態、実施形態と具体例に関する全ての陳述は、構造的に、それに機能的に、本発明に相当するものを含むように意図された。その上、本発明に相当するもは、現時点で存在が確認され、本発明に相当するものと、構造と関係なく、同じような機能を可能とした、今後現れようとするものと、これら全てのものをさすと、理解されたい。その故、本発明の範囲はここで言及され、説明された様々な様態に限定されていないように理解されたい。むしろ、本発明の範囲と精神は下記の請求項をもって実現されている。

Claims (14)

1. 少なくとも１つの温度センサと、
   少なくとも１つの、温度センサと通信する制御ユニットと、
   少なくとも１つの、制御ユニットと通信し、そこへ情報を送信する気浮遊粉じんセンサとからなる恒温システム。
2. 揮発性有機化合物を測定するためのガスセンサを備えた気浮遊粉じんセンサを有する、請求項１に記載の恒温装置。
3. 制御ユニットと通信し、酸素濃度を測定する第二のセンサを更に備えた、請求項１に記載の恒温装置。
4. 制御ユニットと通信し、相対湿度を測定する湿度センサを更に備えた、請求項１に記載の恒温装置。
5. 制御ユニットに結合された、情報を表示するためのディスプレイを更に備えた、請求項１に記載の恒温装置。
6. 制御ユニットに結合された、ユーザーの情報入力を可能にした入力ユニットを更に備えた、請求項１に記載の恒温装置。
7. 制御ユニットに結合された、空気中の有機化合物を測定する揮発性有機化合物センサと、
   制御ユニットに結合された、酸素濃度を測定する酸素センサと、
   制御ユニットに結合された、水分を測定する湿度センサと、
   それぞれに制御ユニットに結合された、少なくとも１つの外部装置と通信するための複数のアクチュエータを更に備えた、請求項１に記載の恒温装置。
8. それぞれのセンサーが、事前設定又はユーザー設定に基づき、複数のアクチュエータの中を1つずつ制御するようになっている、請求項7に記載の恒温装置。
9. 複数のセンサが、事前設定又はユーザー設定に基づき、複数のアクチュエータを制御するようになっている、請求項7に記載の恒温装置。
10. 環境情報を測定する第一恒温装置と、第一恒温装置と通信し、環境情報を測定する第二恒温装置とからなら恒温制御システム。
    また、上記の二つの恒温システムは、
    外部通信モジュールを備えた制御ユニットと、
    温度センサと、
    温度センサと粒子状物質センサが制御ユニットと通信する粒子状物質センサとからなるもので、
    第二恒温装置の制御ユニットは第一恒温装置の制御ユニットに、第二恒温装置が収集した温度と粒子の情報に関する信号を送るものである。
11. 第二恒温装置から出された信号と第二恒温装置から出された信号を多重化ユニットで合波し、外部装置に制御信号を送るようになっている、請求項10に記載の恒温装置。
12. 制御信号で作動させることができる暖房ユニットを、外部装置として有する、請求項10に記載の恒温装置。
13. 制御信号で作動させることができる冷房ユニットを、外部装置として有する、請求項10に記載の恒温装置。
14. 制御信号で作動させることができるフィルタユニットを、外部装置として有する、請求項10に記載の恒温装置。