JP2018524538A - コンフォートユニット及びシステム、それらを用いる方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】例えば、環境は、エネルギ節約あるいは他の目的のために快適な範囲を超えたオフィスビルディングや、空調が不十分な工場/店舗環境、あるいは空調が実質的に存在しないアウトドアロケーションである。感知ユニットは、バイオメトリック及び環境データを監視可能であり、ユーザの快適さのレベルを判別可能である。コンフォートユニットは、判別した快適さのレベルに動的に応答し、ユーザの快適さのレベルを改善するためにマイクロ環境を調整可能である。ユーザがマクロ環境内を移動する場合ユーザを追いかける、あるいはマクロ環境内を移動して、特定の機能、例えば全面的なマクロの環境内における熱負荷の再チャージあるいは空間的シフトを達成する。
【選択図】 図3B
Description
Claims (92)
- 1人以上のユーザの周囲に熱的マイクロ環境を形成するコンフォートユニットであって、前記熱的マイクロ環境は、当該マイクロ環境の周囲の環境とは異なる温度を有し、
前記コンフォートユニットは、
前記熱的マイクロ環境のために空気を加熱あるいは冷却する熱規制モジュールと、
前記加熱あるいは冷却された空気を1人以上のユーザに向けて熱的マイクロ環境を形成する空気供給モジュールと、を備え、
前記熱規制モジュールは、熱交換器と、前記熱交換器に熱的に結合した蓄熱材料(TSM)とを備え、
前記TSMは、熱を蓄積するように構成される、
ことを特徴とする環境制御システム。 - 第1の動作モードにおいて1人以上のユーザの周囲に熱的マイクロ環境を形成し、第2の動作モードにおいて1人以上のユーザの近傍で除湿をする複合機能コンフォートユニットであって、前記熱的マイクロ環境は、当該マイクロ環境の周囲の環境とは異なる温度を有し、
前記コンフォートユニットは、
前記動作モードに基づいて空気を加熱、冷却、あるいは除湿する熱規制モジュールと、
第1の動作モードにおいて1人以上のユーザに前記加熱あるいは冷却した空気を向けて前記熱的マイクロ環境を形成する空気供給モジュールと、
第2の動作モードにおいて空気から抽出された水分を集める凝集タンクと、を備え、
前記熱規制モジュールは、熱交換器と、前記熱交換器に熱的に結合した蓄熱材料(TSM)とを備え、
前記TSMは、熱を蓄積するように構成される、
ことを特徴とする環境制御システム。 - 前記集められた水分を、飲料、廃棄、あるいは他の利用目的に吐出する、前記凝集タンクに結合された開口あるいは排出口をさらに備えることを特徴とする請求項2に記載の環境制御システム。
- 前記TSMは、冷却した水、加熱した水、不凍液、水グリコール混合液、油及び/または他の公知の第2の作動流体に対するセンシブル材料を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の環境制御システム。
- 前記TSMは、固体あるいは液体金属に対するセンシブル材料を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の環境制御システム。
- 前記TSMは、信号を加えること及び/または熱伝達によって相を変化するように構成された相変化材料を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の環境制御システム。
- 前記信号は、電圧信号、電流信号、超音波信号及び磁気信号の少なくとも1つであることを特徴とする請求項6に記載の環境制御システム。
- 前記TSMは、相を変化することで熱を蓄積する相変化材料(PCM)を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の環境制御システム。
- 少なくとも1人のユーザのバイオメトリックデータを検出する1つ以上のセンサを備えた感知ユニットをさらに備え、前記バイオメトリックデータは、心拍数、皮膚コンダクタンス及び/または皮膚温度であることを特徴とする請求項1または2に記載の環境制御システム。
- 前記感知ユニットは、ユーザの皮膚に接触するよう着用されるように構成される、ことを特徴とする請求項9に記載の環境制御システム。
- 前記感知ユニットは、ユーザに着用される、時計、ブレスレット、ネックレス、胸当て、上腕カフスあるいはシューインサートとして構成されることを特徴とする請求項10に記載の環境制御システム。
- 前記感知ユニットは、1人以上のユーザがタッチして前記バイオメトリックデータの検出を可能にするスタンドアロンユニットとして構成されることを特徴とする請求項9に記載の環境制御システム。
- 前記感知ユニットは、単一の装置としてコンフォートユニットに一体化されることを特徴とする請求項9に記載の環境制御システム。
- 前記感知ユニットは、少なくとも前記バイオメトリックデータに基づいて1人以上のユーザの快適さのレベルを判別するよう構成された第1の制御モジュールを備えることを特徴とする請求項9に記載の環境制御システム。
- 前記コンフォートユニットは、前記熱規制モジュール及び/または前記空気供給モジュールを、判別した快適さのレベルを示す前記感知ユニットからの信号に基づいて、所望の快適さのレベルを達成あるいは維持するよう制御する第2の制御モジュールを備えることを特徴とする請求項14に記載の環境制御システム。
- 前記第1の制御モジュール及び前記第2の制御モジュールは、共通制御システムの一部であることを特徴とする請求項15に記載の環境制御システム。
- 前記第1の制御モジュールは、検出された心拍数に基づいて、高いスペクトル周波数の心拍数に対する低いスペクトル周波数の心拍数の比を算出することで、及び/または皮膚温度及び皮膚コンダクタンスと、所定の領域それぞれとを比較することで、快適さのレベルを判別することを特徴とする請求項14に記載の環境制御システム。
- 前記感知ユニットの1つ以上のセンサは、気温、相対湿度、乱流強度及び/または平均放射温度を検出するようさらに構成されることを特徴とする請求項9に記載の環境制御システム。
- 前記熱規制システムは、1人のユーザ当たり10Wから3kWの容量を有することを特徴とする請求項1または2に記載の環境制御システム。
- 前記熱規制モジュールは、蒸気圧縮システム(VCS)として構成され、
前記熱規制モジュールが冷房モードで動作する場合、前記熱交換器は前記VCSのコンデンサであり、
前記TSMは、廃熱を前記コンデンサから吸収し、温度及び/または相を変化させて廃熱を蓄積する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の環境制御システム。 - 前記TSMは、VCSの流体ループとは別の流体ループによって前記熱交換器に熱的に結合することを特徴とする請求項20に記載の環境制御システム。
- 前記TSMは、前記熱交換器の少なくとも一部を少なくとも部分的に囲むとともに接することを特徴とする請求項1または2に記載の環境制御システム。
- 前記VCSを再設定して暖房及び冷房モードの間で動作を変更するスイッチあるいはバルブをさらに備え、
前記熱交換器は、前記VCSが暖房モードで動作する場合前記VCSのエバポレータであり、
前記TSMは、蓄積した熱を放出するため、温度及び/または相を変化する間、熱をエバポレータに放出する、
ことを特徴とする請求項20に記載の環境制御システム。 - 前記VCSと前記TSMとは、前記TSMの再チャージ、動作モードの変更、異なるTSMへの変更、あるいは異なるヒートポンプ機構への変更のために前記コンフォートユニットから取り外し可能な共通の筐体内に配置されることを特徴とする請求項20に記載の環境制御システム。
- 前記TSMは、前記VCSとは別体のカセットあるいは容器内に配置され、前記カセットあるいは容器は、前記TSMの再チャージ、動作モードの変更、あるいは異なるTSMへの変更のために前記コンフォートユニットから取り外し可能であることを特徴とする請求項20に記載の環境制御システム。
- 前記TSMは、内層及び個別の外層とを備える容器内に配置され、前記内層は前記外層とは異なる断熱特性を有し、前記外層は前記容器の断熱効率を変更するために前記内層から取り外し可能であることを特徴とする請求項20に記載の環境制御システム。
- 前記PCMは、パラフィン、塩水和物、脂肪酸及び水の少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項8に記載の環境制御システム。
- 前記PCMは、3D多孔質構造を備え、前記3D多孔質構造の空隙は、前記PCMと空気との間の熱交換のために空気が流れる流路であることを特徴とする請求項8に記載の環境制御システム。
- 前記熱交換器は、直径が2mm未満の1本以上のチューブを備えることを特徴とする請求項1または2に記載の環境制御システム。
- 前記熱交換器は、マイクロチャンネル熱交換器であることを特徴とする請求項29に記載の環境制御システム。
- 前記熱交換器は、放射状に伸びるフィンを備えた1本以上のチューブを備え、前記TSMはフィンと熱的に接触し、あるいは、前記熱交換器は、前記TSMと前記熱交換器との間の接触面積を増加させる1つ以上の金属あるいはプラスチックインサートを備えることを特徴とする請求項1または2に記載の環境制御システム。
- 前記コンフォートユニットは、前記熱規制モジュール及び前記空気供給モジュールをその上に支持し、ユーザの環境内で前記コンフォートユニットを移動させるように構成されたロボット工学上のプラットフォームをさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の環境制御システム。
- 前記コンフォートユニットは、環境内で少なくとも1人のユーザを追いかけるため、前記ロボット工学上プラットフォームを制御するよう構成された制御モジュールをさらに備えることを特徴とする請求項32に記載の環境制御システム。
- 前記コンフォートユニットは、前記熱規制モジュール及び前記空気供給モジュールをその上に支持し、ユーザの環境内で前記コンフォートユニットを移動させるように構成されたロボット工学上のプラットフォームをさらに備え、
前記コンフォートユニットは、環境内の少なくとも1人のユーザを追いかけるため、前記ロボット工学上のプラットフォームを制御するように構成された制御モジュールをさらに備え、
前記制御モジュールは、前記感知ユニットからの信号に応じて前記ロボット工学上のプラットフォームを制御するように構成される、
ことを特徴とする請求項9に記載の環境制御システム。 - 前記コンフォートユニットは、前記熱規制モジュール、前記空気供給モジュール及び前記感知ユニットをその上に支持し、環境内で前記コンフォートユニット及び前記感知ユニットを共に移動させるように構成されたロボット工学上のプラットフォームをさらに備えることを特徴とする請求項9に記載の環境制御システム。
- 前記制御モジュールは、前記感知ユニットからの信号に応じて前記ロボット工学上のプラットフォームを制御するように構成されることを特徴とする請求項35に記載の環境制御システム。
- 前記コンフォートユニットは、環境内の所定の経路を追跡するように前記ロボット工学上のプラットフォームを制御するよう構成された制御モジュールをさらに備えることを特徴とする請求項32に記載の環境制御システム。
- 前記空気供給モジュールは少なくとも1つのノズル、ディフューザ及び/またはスロットを備えることを特徴とする請求項1または2に記載の環境制御システム。
- 前記空気供給モジュールの少なくとも1つの前記ノズル、前記ディフューザ及び/または前記スロットは、ユーザの異なる部位あるいは異なるユーザに空気を向けるように調整可能であることを特徴とする請求項1または2に記載の環境制御システム。
- 前記コンフォートユニットは、少なくとも1つの前記ノズル、前記ディフューザ及び/または前記スロットを調整するように前記空気供給モジュールを制御するよう構成された制御モジュールをさらに備えることを特徴とする請求項39に記載の環境制御システム。
- 前記制御モジュールは、少なくとも1つの前記ノズル、前記ディフューザ、及び/または前記スロットを、前記コンフォートユニットの冷房モードでは冷やした空気がユーザの上部に向けられるようにし、及び、前記コンフォートユニットの暖房モードでは加熱した空気がユーザの下部に向けられるように調整するよう構成されることを特徴とする請求項40に記載の環境制御システム。
- 前記コンフォートユニットを再チャージするためのチャージングステーションであって、コンフォートユニットが結合された場合に前記TSMの温度及び/または相を変更するように構成されたチャージングステーションをさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の環境制御システム。
- 前記チャージングステーションは、前記コンフォートユニットのバッテリもチャージするよう構成されることを特徴とする請求項42に記載の環境制御システム。
- 前記TSMを収容する取り外し可能な容器あるいは取り外し可能なカートリッジがチャージングステーションに結合された場合、前記TSMの温度及び/または相を変更することにより、前記TSMを再チャージするように構成されたチャージングステーションを備えることを特徴とする請求項1または2に記載の環境制御システム。
- 前記コンフォートユニットは、前記TSMの温度あるいは相を変更する内蔵式再生モジュールをさらに備え、前記TSMは前記熱交換器を流れる空気の加熱あるいは冷却を提供することを特徴とする請求項1または2に記載の環境制御システム。
- 前記内蔵式再生モジュールは、蒸気圧縮システムを備えることを特徴とする請求項45に記載の環境制御システム。
- 前記コンフォートユニットは、気温、相対湿度、乱流強度及び/または平均放射温度を検出する1つ以上のセンサを備えることを特徴とする請求項32に記載の環境制御システム。
- 前記コンフォートユニットは、ユーザの1つ以上の画像を取得するよう構成されたカメラを備えることを特徴とする請求項1または2に記載の環境制御システム。
- 前記コンフォートユニットは、前記カメラに結合されて前記1つ以上の画像からユーザの顔認識を実行するよう構成された制御モジュールを備えることを特徴とする請求項48に記載の環境制御システム。
- 前記カメラは、赤外線(IR)カメラであることを特徴とする請求項48に記載の環境制御システム。
- 前記コンフォートユニットは、前記IRカメラに結合され、前記1つ以上の画像から、断熱及び/またはユーザの衣服の着用のレベルを判別するよう構成された制御モジュールを備えることを特徴とする請求項50に記載の環境制御システム。
- 前記コンフォートユニットは、さらに、
マイクロ環境のために空気から汚染物を除去する空気浄化モジュールと、
マイクロ環境のために空気をイオン化する空気イオン化モジュールと、
マイクロ環境のために空気から水分を取り除く除湿モジュールと、
マイクロ環境のために空気に水分を加える加湿モジュールと、
1つ以上のセンサを備え、環境をモニタリングしてユーザに警報をするホーム監視/セキュリティモジュールと、
ユーザによって使用される物理的な記憶コンパートメントと、
の1つ以上を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の環境制御システム。 - 前記の環境の温度を規制する空調ユニットをさらに備え、
前記空調ユニットは、前記熱的なマイクロ環境と異なる環境の温度を維持する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の環境制御システム。 - 前記環境の維持された温度は、前記熱的なマイクロ環境の温度に対して少なくとも4℃上あるいは下であることを特徴とする請求項53に記載の環境制御システム。
- 少なくとも前記空調ユニットを制御する中央制御ユニットをさらに備え、
前記中央制御ユニットは、全体的なエネルギ消費及び前記感知ユニット及び/または前記コンフォートユニットからの信号に基づいて環境の温度を調整することを特徴とする請求項53に記載の環境制御システム。 - 前記コンフォートユニットは、1人以上のユーザに対して放射熱伝達をするように構成された1つ以上のパネルをさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の環境制御システム。
- 前記各パネルは、流体が流れる1つ以上の導管を備え、前記パネルの表面温度を規制して放射熱伝達を効率化し、前記流体は、前記熱交換器あるいは異なる熱交換器を介して前記TSMと熱伝達を行うことを特徴とする請求項56に記載の環境制御システム。
- 前記空気供給モジュールは、各ユーザに、加熱あるいは冷却した空気を別々にあるいは連続的に向けるよう構成されることを特徴とする請求項1または2に記載の環境制御システム。
- 前記空気供給モジュールは、振動あるいは首振り式の排気口を備えることを特徴とする請求項58に記載の環境制御システム。
- 前記空気供給モジュールは、各ユーザに、加熱あるいは冷却した空気を同時に向けるよう構成されることを特徴とする請求項1または2に記載の環境制御システム。
- 前記空気供給モジュールは、ユーザと、前記加熱あるいは冷却した空気の排気口との間の距離を変更可能な延伸部分を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の環境制御システム。
- 第1の温度を有する環境における1人以上のユーザの快適さの程度を検出し、
検出した快適さのレベルに基づいて、コンフォートユニットを用いて1人以上のユーザの周囲にマイクロ環境を形成する、
ことを含む環境制御方法であって、
前記マイクロ環境は、環境と異なる温度及び湿度の少なくともいずれかを有し、少なくとも1人のユーザの快適さのレベルは、形成された前記マイクロ環境によって改善される、
ことを特徴とする環境制御方法。 - 前記コンフォートユニットは、前記マイクロ環境のために空調を行う熱規制モジュールを備え、
前記空調は、暖房、冷房、加湿あるいは除湿の少なくとも1つを含む、
ことを特徴とする請求項62に記載の環境制御方法。 - 前記熱規制モジュールは、熱交換器と、前記熱交換器に熱的に結合した蓄熱材料(TSM)とを備えることを特徴とする請求項63に記載の環境制御方法。
- 前記TSMは、冷やした水、加熱された水、固体金属、液体金属及び相変化材料(PCM)の少なくとも1つを備えることを特徴とする請求項64に記載の環境制御方法。
- 前記熱規制モジュールの冷房モードにおいて、廃熱を前記TSMに蓄積し、
前記熱規制モジュールの暖房モードにおいて、前記TSMに蓄積された熱を用いて空気を加熱し、
前記熱規制モジュールの除湿モードにおいて、廃熱を前記TSMに蓄積する、
ことを特徴とする請求項64に記載の環境制御方法。 - 前記マイクロ環境の形成の前に、温度または相を変化させることで前記TSMをチャージすることを含むことを特徴とする請求項64に記載の環境制御方法。
- 前記チャージの前に、
前記コンフォートユニットをチャージングステーションへ移動させること、
前記コンフォートユニットを個別のゾーンあるいは部屋へ移動させること、
前記コンフォートユニットを放射熱伝達のためにアウトドア環境に移動させること、
前記TSMを前記コンフォートユニットから取り外してチャージングステーションに接続すること、
の少なくともいずれかを含む、ことを特徴とする請求項67に記載の環境制御方法。 - 前記マイクロ環境の形成の前あるいは後に、
前記コンフォートユニットから前記TSMを取り外して事前にチャージされたTSMと交換すること、
前記コンフォートユニットから前記TSMを取り外してチャージされた異なる種類のTSMと交換すること、
前記コンフォートユニットから前記TSM及び対応するヒートポンプを取り外して異なる種類のTSM及び/または異なる種類のヒートポンプと交換すること、
の少なくともいずれかを含む、ことを特徴とする請求項64に記載の環境制御方法。 - 前記コンフォートユニットは、1人以上のユーザに調節された空気を向けて前記マイクロ環境を形成する空気供給モジュールをさらに備えることを特徴とする請求項63に記載の環境制御方法。
- 前記1人以上のユーザの快適さのレベルを検出することは、
少なくとも1人のユーザのバイオメトリックデータを測定することを含み、
前記バイオメトリックデータは、心拍数、皮膚コンダクタンス及び/または皮膚温度の少なくとも1つを含む、
ことを特徴とする請求項62に記載の環境制御方法。 - 前記1人以上のユーザの快適さのレベルを検出することは、低スペクトル周波数の心拍数と高スペクトル周波数の心拍数の比を判別することを含む、ことを特徴とする請求項71に記載の環境制御方法。
- 前記1人以上のユーザの快適さのレベルの検出することは、前記比が所定の閾値を超えた時、1人以上のユーザが不快であることを示す信号を生成することを含む、ことを特徴とする請求項72に記載の環境制御方法。
- 前記1人以上のユーザの快適さのレベルを検出することは、
環境あるいは既存のマイクロ環境の環境データを検出すること、を含み、
前記環境データは、気温、相対湿度、乱流強度及び平均放射温度の少なくとも1つを含む、
ことを特徴とする請求項71に記載の環境制御方法。 - 前記快適さのレベルは、前記検出したバイオメトリック及び環境データに基づいた計測を含み、
前記コンフォートユニットは、前記計測した快適さのレベルを示す信号に応じた前記マイクロ環境を形成し、
前記コンフォートユニットは、少なくとも1人のユーザが快適と感じる温度あるいは湿度に対応する所定の範囲内の快適さのレベルの計測を維持するように前記マイクロ環境を制御する、
ことを特徴とする請求項74に記載の環境制御方法。 - 前記快適さのレベルの検出は、
少なくとも1人のユーザの赤外線画像を取得し、
前記画像を分析して少なくとも1人のユーザの衣服の断熱量を判別することを含む、
ことを特徴とする請求項62に記載の環境制御方法。 - 前記快適さのレベルの検出前に、
1人以上のユーザの画像を取得し、
前記画像を分析して少なくとも1人のユーザを識別することを含む、
ことを特徴とする請求項62に記載の環境制御方法。 - 前記分析は、顔認識アルゴリズムを用いることを含む、ことを特徴とする請求項77に記載の環境制御方法。
- 前記コンフォートユニットを制御して環境内で移動する少なくとも1人以上のユーザを自動的に追いかけることを含む、ことを特徴とする請求項62に記載の環境制御方法。
- 前記環境は、温度及び/湿度を規制する個別の空調ユニットを備えるビルディングの内部であり、
さらに、環境の温度及び/または湿度が前記マイクロ環境と異なるレベルで維持されるように前記空調ユニットを制御することを含む、
ことを特徴とする請求項62に記載の環境制御方法。 - 前記制御は、前記コンフォートユニット及び前記空調ユニットエネルギ消費の組み合わせが、前記空調ユニット単独で前記マイクロ環境の温度か湿度のレベルで環境の温度または湿度のレベルを維持する場合よりも少なくする、ことを特徴とする請求項80に記載の環境制御方法。
- 前記環境と前記マイクロ環境との間の温度差は少なくとも4℃であることを特徴とする請求項80に記載の環境制御方法。
- 前記ビルディングは、複数のゾーンあるいは部屋を備え、1人以上のユーザが前記複数のゾーンあるいは部屋のうちのいずれかに位置し、
さらに、マイクロ環境の形成後に、別のゾーンあるいは部屋に移動するよう前記コンフォートユニットを制御し、
蓄熱材料(TSM)から前記別のゾーンあるいは部屋に熱を放出、あるいは前記前記別のゾーンあるいは部屋から熱を吸収することで、TSMを再チャージすることを含む、
ことを特徴とする請求項80に記載の環境制御方法。 - 前記ビルディングは、温水か冷やした水を供給することを含み、
さらに、前記マイクロ環境の形成後に、前記ビルディングの供給によって、前記コンフォートユニット内の消費した水を温水あるいは冷やした水に交換することを含む、
ことを特徴とする請求項80に記載の環境制御方法。 - 前記検出した快適さのレベルに基づく前記マイクロ環境の形成は、前記コンフォートユニットからの空気の流量、前記コンフォートユニットからの空気の温度、前記コンフォートユニットからの空気の排気口の位置、及び前記コンフォートユニットからの空気の流れの方向の少なくともいずれかを調整することを含む、ことを特徴とする請求項62に記載の環境制御方法。
- 前記コンフォートユニットの暖房モードにおいて、前記コンフォートユニットからの気流は、少なくとも1人のユーザの足に向けられ、
前記コンフォートユニットの冷却モードにおいて、前記コンフォートユニットからの気流は、少なくとも1人のユーザの頭あるいは上半身に向けられる、
ことを特徴とする請求項85に記載の環境制御方法。 - 前記マイクロ環境の形成の間に空気から取り除かれた水分を前記コンフォートユニットに搭載した凝集タンクに集めることを含む、ことを特徴とする請求項62に記載の環境制御方法。
- 前記コンフォートユニットは、少なくとも1つの放射パネルを備え、
前記マイクロ環境を形成することは、前記放射パネルからの放射を用いて少なくとも1人のユーザの周囲の温度を制御することを含む、ことを特徴とする請求項62に記載の環境制御方法。 - 前記マイクロ環境を形成することは、前記環境からの空気に、多孔質3Dマトリックスとして形成された相変化材料(PCM)を通過させ、前記PCMと前記空気との間で熱交換をすることを含むことを特徴とする請求項62に記載の環境制御方法。
- 前記マイクロ環境を形成することは、前記コンフォートユニットを介して加熱した空気及び冷却した空気を同時に運ぶことを含む、ことを特徴とする請求項62に記載の環境制御方法。
- 前記マイクロ環境を形成することは、前記コンフォートユニットに搭載されたヒートポンプを用いることを含む、ことを特徴とする請求項62に記載の環境制御方法。
- 前記ヒートポンプは蒸気圧縮システムとして構成される、ことを特徴とする請求項91に記載の環境制御方法。
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