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▶ ザ エスワイ−クロン カンパニー エルエルシーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024163823
(43)【公開日】2024-11-22
(54)【発明の名称】空気質監視および制御システム
(51)【国際特許分類】
F24F 7/007 20060101AFI20241115BHJP
F24F 11/74 20180101ALI20241115BHJP
F24F 11/89 20180101ALI20241115BHJP
F24F 11/64 20180101ALI20241115BHJP
F24F 11/77 20180101ALI20241115BHJP
B60H 1/24 20060101ALN20241115BHJP
F24F 110/70 20180101ALN20241115BHJP
F24F 110/10 20180101ALN20241115BHJP
F24F 110/40 20180101ALN20241115BHJP
F24F 110/64 20180101ALN20241115BHJP
【ＦＩ】
F24F7/007 B
F24F11/74
F24F11/89
F24F11/64
F24F11/77
B60H1/24 661A
B60H1/24 661B
F24F110:70
F24F110:10
F24F110:40
F24F110:64
【審査請求】有
【請求項の数】17
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023081748
(22)【出願日】2023-05-17
(31)【優先権主張番号】18/196,507
(32)【優先日】2023-05-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ
(71)【出願人】
【識別番号】518232696
【氏名又は名称】ザ エスワイ－クロン カンパニー エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】110001896
【氏名又は名称】弁理士法人朝日奈特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ジェフリー エル モアドック
(72)【発明者】
【氏名】ジェイムズ ジー モアドック
【テーマコード（参考）】
3L056
3L211
3L260
【Ｆターム（参考）】
3L056BD01
3L056BD02
3L056BF06
3L211BA09
3L211BA12
3L211DA17
3L211EA14
3L211EA18
3L211EA20
3L211FB05
3L211GA14
3L211GA75
3L260AA20
3L260AB15
3L260AB18
3L260BA09
3L260CA12
3L260CA14
3L260CA17
3L260EA07
3L260EA13
3L260FB12
3L260FC06
3L260HA01
(57)【要約】 （修正有）
【課題】包囲体内の空気質を監視および制御するための空気質監視および制御システムに関する。
【解決手段】包囲体内に少なくとも１つのセンサを設ける工程と、少なくとも１つのセンサからデータを受信するように構成されたアドバイザモジュールを設ける工程と、包囲体の内側と外側との間の空気を調節する少なくとも１つの空気流制御バルブを設ける工程と、アドバイザモジュールによって、包囲体内の空気質を管理するために、少なくとも１つのセンサから受信したデータに基づいて少なくとも１つの空気流制御バルブを制御する工程と、を含む。代替的に、少なくとも１つのセンサは粉塵センサを含むように設ける工程と、前記粉塵センサからデータを受信するように構成されたアドバイザモジュールを設ける工程と、包囲体にスタンドアロン型の再循環濾過装置を設ける工程と、前記データに基づいて前記再循環濾過装置またはＨＶＡＣファンが制御する工程と、を含む。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】包囲体内に少なくとも１つのセンサを設ける工程と、少なくとも１つのセンサからデータを受信するように構成されたアドバイザモジュールを設ける工程と、包囲体の内側と外側との間の空気を調節する少なくとも１つの空気流制御バルブを設ける工程と、アドバイザモジュールによって、包囲体内の空気質を管理するために、少なくとも１つのセンサから受信したデータに基づいて少なくとも１つの空気流制御バルブを制御する工程と、を含む。代替的に、少なくとも１つのセンサは粉塵センサを含むように設ける工程と、前記粉塵センサからデータを受信するように構成されたアドバイザモジュールを設ける工程と、包囲体にスタンドアロン型の再循環濾過装置を設ける工程と、前記データに基づいて前記再循環濾過装置またはＨＶＡＣファンが制御する工程と、を含む。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
空気質監視および制御方法であって、
包囲体内に少なくとも１つのセンサを設ける工程と、
前記少なくとも１つのセンサからデータを受信するように構成されたアドバイザモジュールを設ける工程と、
前記包囲体の内側と外側との間の空気を調節する少なくとも１つの空気流制御バルブを設ける工程と、
前記アドバイザモジュールによって、前記包囲体内の空気質を管理するために、前記少なくとも１つのセンサから受信した前記データに基づいて前記少なくとも１つの空気流制御バルブを制御する工程と、を含む、空気質監視および制御方法。
包囲体内に少なくとも１つのセンサを設ける工程と、
前記少なくとも１つのセンサからデータを受信するように構成されたアドバイザモジュールを設ける工程と、
前記包囲体の内側と外側との間の空気を調節する少なくとも１つの空気流制御バルブを設ける工程と、
前記アドバイザモジュールによって、前記包囲体内の空気質を管理するために、前記少なくとも１つのセンサから受信した前記データに基づいて前記少なくとも１つの空気流制御バルブを制御する工程と、を含む、空気質監視および制御方法。
【請求項2】
前記少なくとも１つの空気流制御バルブが、吸気バルブおよび排気バルブを含み、
前記アドバイザモジュールが、前記少なくとも１つのセンサから受信した前記データに基づいて、前記吸気バルブおよび前記排気バルブのうちの少なくとも１つを制御する、請求項１に記載の空気質監視および制御方法。
前記アドバイザモジュールが、前記少なくとも１つのセンサから受信した前記データに基づいて、前記吸気バルブおよび前記排気バルブのうちの少なくとも１つを制御する、請求項１に記載の空気質監視および制御方法。
【請求項3】
前記少なくとも１つのセンサが、圧力センサ、ＣＯ2センサ、粉塵センサ、および／または温度センサを含み、
前記少なくとも１つのセンサが、前記アドバイザモジュールに設けられる、または、前記包囲体内の前記アドバイザモジュールから離間した位置に設けられる、請求項１に記載の空気質監視および制御方法。
前記少なくとも１つのセンサが、前記アドバイザモジュールに設けられる、または、前記包囲体内の前記アドバイザモジュールから離間した位置に設けられる、請求項１に記載の空気質監視および制御方法。
【請求項4】
前記少なくとも１つのセンサが複数のセンサを含み、
前記複数のセンサのうちの少なくとも１つが前記アドバイザモジュールに設けられる、請求項１に記載の空気質監視および制御方法。
前記複数のセンサのうちの少なくとも１つが前記アドバイザモジュールに設けられる、請求項１に記載の空気質監視および制御方法。
【請求項5】
前記複数のセンサが、圧力センサ、ＣＯ2センサ、粉塵センサ、および温度センサのうちの少なくとも２つを含む、請求項４に記載の空気質監視および制御方法。
【請求項6】
前記少なくとも１つの空気流制御バルブが、単一の空気流制御バルブであり、前記包囲体の吸気口および前記包囲体の排気口のうちの一方に設けられた、吸気バルブまたは排気バルブであり、
前記吸気口および前記排気口のうちの他方には、手動バルブ、すなわち開口が設けられる、請求項１に記載の空気質監視および制御方法。
前記吸気口および前記排気口のうちの他方には、手動バルブ、すなわち開口が設けられる、請求項１に記載の空気質監視および制御方法。
【請求項7】
前記包囲体にスタンドアロン型の再循環濾過装置を設ける工程と、
前記アドバイザモジュールによって、前記包囲体内の空気質を制御するために、前記少なくとも１つのセンサから受信した前記データに基づいて前記スタンドアロン型の再循環濾過装置を制御する工程と、をさらに含む、請求項１に記載の空気質監視および制御方法。
前記アドバイザモジュールによって、前記包囲体内の空気質を制御するために、前記少なくとも１つのセンサから受信した前記データに基づいて前記スタンドアロン型の再循環濾過装置を制御する工程と、をさらに含む、請求項１に記載の空気質監視および制御方法。
【請求項8】
空気流量測定データを含む空気流量測定信号を、所定の間隔で前記アドバイザモジュールに送信するように構成された排気流量測定装置を設ける工程と、
前記アドバイザモジュールによって、前記排気流量測定装置から受信した前記空気流量測定データに基づいて前記少なくとも１つの空気流量制御バルブを制御する工程と、をさらに含む、請求項１に記載の空気質監視および制御方法。
前記アドバイザモジュールによって、前記排気流量測定装置から受信した前記空気流量測定データに基づいて前記少なくとも１つの空気流量制御バルブを制御する工程と、をさらに含む、請求項１に記載の空気質監視および制御方法。
【請求項9】
前記少なくとも１つの空気流制御バルブが、単一の空気流制御バルブであり、前記包囲体の吸気口に設けられた吸気バルブであり、
前記排気流量測定装置が前記包囲体の排気開口に設けられる、請求項８に記載の空気質監視および制御方法。
前記排気流量測定装置が前記包囲体の排気開口に設けられる、請求項８に記載の空気質監視および制御方法。
【請求項10】
前記少なくとも１つの空気流制御バルブが吸気バルブおよび排気バルブを含み、
前記吸気バルブが前記包囲体の吸気口に設けられ、
前記排気バルブおよび前記排気流量測定装置が前記包囲体の排気口に設けられる、請求項８に記載の空気質監視および制御方法。
前記吸気バルブが前記包囲体の吸気口に設けられ、
前記排気バルブおよび前記排気流量測定装置が前記包囲体の排気口に設けられる、請求項８に記載の空気質監視および制御方法。
【請求項11】
前記少なくとも１つのセンサが、圧力センサ、ＣＯ2センサ、粉塵センサ、および温度センサを含み、
前記包囲体内の圧力レベル、ＣＯ2レベル、粉塵レベル、および温度レベルのうちの１つまたは複数が、対応する所定の範囲内になり、および／または、対応する所定の閾値レベルに達するように、前記アドバイザモジュールが、前記圧力センサ、前記ＣＯ2センサ、前記粉塵センサ、および前記温度センサから受信したデータに基づいて前記少なくとも１つの空気流制御バルブを制御する、請求項１に記載の空気質監視および制御方法。
前記包囲体内の圧力レベル、ＣＯ2レベル、粉塵レベル、および温度レベルのうちの１つまたは複数が、対応する所定の範囲内になり、および／または、対応する所定の閾値レベルに達するように、前記アドバイザモジュールが、前記圧力センサ、前記ＣＯ2センサ、前記粉塵センサ、および前記温度センサから受信したデータに基づいて前記少なくとも１つの空気流制御バルブを制御する、請求項１に記載の空気質監視および制御方法。
【請求項12】
前記少なくとも１つのセンサが、圧力センサ、ＣＯ2センサ、および粉塵センサを含み、
前記包囲体内の圧力レベル、ＣＯ2レベル、および粉塵レベルのうちの１つまたは複数が、対応する所定の範囲内になり、および／または、対応する所定の閾値レベルに達するように、前記アドバイザモジュールが、前記圧力センサ、前記ＣＯ2センサ、および前記粉塵センサから受信したデータに基づいて前記少なくとも１つの空気流制御バルブを制御する、請求項１に記載の空気質監視および制御方法。
前記包囲体内の圧力レベル、ＣＯ2レベル、および粉塵レベルのうちの１つまたは複数が、対応する所定の範囲内になり、および／または、対応する所定の閾値レベルに達するように、前記アドバイザモジュールが、前記圧力センサ、前記ＣＯ2センサ、および前記粉塵センサから受信したデータに基づいて前記少なくとも１つの空気流制御バルブを制御する、請求項１に記載の空気質監視および制御方法。
【請求項13】
前記少なくとも１つのセンサが、圧力センサおよびＣＯ2センサを含み、
前記包囲体内の圧力レベルおよびＣＯ2レベルのうちの１つまたは複数が、対応する所定の範囲内になり、および／または対応する所定の閾値レベルに達するように、前記アドバイザモジュールが、前記圧力センサおよび前記ＣＯ2センサから受信したデータに基づいて前記少なくとも１つの空気流制御バルブを制御する、請求項１に記載の空気質監視および制御方法。
前記包囲体内の圧力レベルおよびＣＯ2レベルのうちの１つまたは複数が、対応する所定の範囲内になり、および／または対応する所定の閾値レベルに達するように、前記アドバイザモジュールが、前記圧力センサおよび前記ＣＯ2センサから受信したデータに基づいて前記少なくとも１つの空気流制御バルブを制御する、請求項１に記載の空気質監視および制御方法。
【請求項14】
前記少なくとも１つのセンサが圧力センサを含み、
前記包囲体内の圧力レベルが、対応する所定の範囲内になるか、または、対応する所定のレベルに達するように、前記アドバイザモジュールが、前記圧力センサから受信したデータに基づいて前記少なくとも１つの空気流制御バルブを制御する、請求項１に記載の空気質監視および制御方法。
前記包囲体内の圧力レベルが、対応する所定の範囲内になるか、または、対応する所定のレベルに達するように、前記アドバイザモジュールが、前記圧力センサから受信したデータに基づいて前記少なくとも１つの空気流制御バルブを制御する、請求項１に記載の空気質監視および制御方法。
【請求項15】
前記少なくとも１つのセンサが粉塵センサを含み、
前記空気質監視および制御方法が、前記アドバイザモジュールによって、前記粉塵センサから受信したデータに基づいて前記スタンドアロン型の再循環濾過装置を制御する工程をさらに含む、請求項７に記載の空気質監視および制御方法。
前記空気質監視および制御方法が、前記アドバイザモジュールによって、前記粉塵センサから受信したデータに基づいて前記スタンドアロン型の再循環濾過装置を制御する工程をさらに含む、請求項７に記載の空気質監視および制御方法。
【請求項16】
空気質監視および制御方法であって、
包囲体内に少なくとも１つのセンサを設ける工程であって、前記少なくとも１つのセンサが粉塵センサを含む、工程と、
前記少なくとも１つのセンサからデータを受信するように構成されたアドバイザモジュールを設ける工程と、
前記包囲体にスタンドアロン型の再循環濾過装置を設ける工程と、
前記アドバイザモジュールによって、前記包囲体内の空気質を制御するために、前記粉塵センサから受信した前記データに基づいて前記スタンドアロン型の再循環濾過装置を制御する工程と、を含む、空気質監視および制御方法。
包囲体内に少なくとも１つのセンサを設ける工程であって、前記少なくとも１つのセンサが粉塵センサを含む、工程と、
前記少なくとも１つのセンサからデータを受信するように構成されたアドバイザモジュールを設ける工程と、
前記包囲体にスタンドアロン型の再循環濾過装置を設ける工程と、
前記アドバイザモジュールによって、前記包囲体内の空気質を制御するために、前記粉塵センサから受信した前記データに基づいて前記スタンドアロン型の再循環濾過装置を制御する工程と、を含む、空気質監視および制御方法。
【請求項17】
空気質監視および制御方法であって、
包囲体内に少なくとも１つのセンサを設ける工程であって、前記少なくとも１つのセンサが粉塵センサを含む、工程と、
前記少なくとも１つのセンサからデータを受信するように構成されたアドバイザモジュールを設ける工程と、
前記包囲体にＨＶＡＣ気流ファンを設ける工程と、
前記アドバイザモジュールによって、前記包囲体内の空気質を制御するために、前記粉塵センサから受信した前記データに基づいて前記ＨＶＡＣ気流ファンを制御する工程と、を含む、空気質監視および制御方法。
包囲体内に少なくとも１つのセンサを設ける工程であって、前記少なくとも１つのセンサが粉塵センサを含む、工程と、
前記少なくとも１つのセンサからデータを受信するように構成されたアドバイザモジュールを設ける工程と、
前記包囲体にＨＶＡＣ気流ファンを設ける工程と、
前記アドバイザモジュールによって、前記包囲体内の空気質を制御するために、前記粉塵センサから受信した前記データに基づいて前記ＨＶＡＣ気流ファンを制御する工程と、を含む、空気質監視および制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、車両キャビンなどの、包囲体内の空気質を監視および制御するための空気質監視および制御システムに関する。
【背景技術】
【0002】
包囲体内の空気質を維持するためには、複数の環境条件を維持すべきである。従来、これには、たとえば車両キャビン（「キャブ（ｃａｂ）」とも呼ばれる）などの包囲体内で、オペレータが息を吐き出すことによって生じるＣＯ2の濃度などの、特定の変数を制御することができないことによる問題を提示している。新鮮な空気の取り込みおよびキャブの漏れも、測定および制御が困難になっている追加の変数である。キャブ内に粉塵が入らないようにするためには、キャブを継続的な正圧下に置くべきである。キャブ内に粉塵が入らないようにしながらの継続的かつ一貫した加圧は、空気フィルタ上の埃溜まり、ＨＶＡＣ送風機制御装置とのオペレータインターフェース、ドアや窓の開口、およびキャブ内に持ち込まれたオペレータの衣服上の粉塵などの、変動要因が原因で、静的システムでは達成することが困難である。
【0003】
複数の環境条件に対処するこれまでの試みは、環境上のキャブの実際の動作条件に対処し、現在の国際的な空気質基準を満たすには不十分である。たとえば、キャブ内での圧力センサ、圧力スイッチ、およびＣＯ2センサの使用は、概して、一体化されておらず、現在の解決策には、複数のセンサのデータに応答する空気バルブ制御（特に一緒に動作する複数のバルブ）や、積極的で包括的なキャブの空気質監視および制御システムのための周辺機器の電子ベースのシャットオン／オフは組み込まれていない。
【0004】
本技術分野における別の問題は、吸気が換気システムを通過するときに、換気配管およびＨＶＡＣシステム、すなわち、送風機モータ、蒸発器、およびヒータコアによって作り出される流れの抵抗に遭遇することである。漏れがあると吸気は逃げ、漏れが配管またはＨＶＡＣシステム内にある場合、包囲体の外部または上流に漏れが生じ得る。したがって、包囲体内の空気量を判定するために従来使用されている吸気時の測定空気量は、包囲体に入る空気量と同じでない可能性がある。安全な呼吸のために包囲体に到達しなければならない吸気のたとえば２５ＣＦＭの最低要件では、包囲体に入る前に測定されていない可能性のある漏れを克服するために追加の吸気が提供されない限り、関連システムは最低要件が満たされていることを保証することはできない。いくつかの関連システムで起こるように、追加の吸気で補うことは、結果として、フィルタの寿命を短くし、システムに対して追加のエネルギーを消費し、過圧を引き起こしかねない。本開示の発明者らは、この課題に対する解決策が、包囲体からの排気流量を測定することにあることを発見した。これは、関連システムにおけるように、密閉されていないバリアまたは不注意による空気の侵入によって漏れが発生した場合には不可能である。本開示では、当該技術分野の課題は、部分的に、包囲体を密閉して大幅な加圧を可能にすると同時に、包囲体を出る空気が、制御下にある開口（たとえば排気バルブ）、または最低でも、測定することができる空気を方向付ける開口（たとえば手動バルブまたは開いた開口）を通過すべきことを確保することで解決される。排気バルブを使用して、周囲気圧と流路内の圧力との間の差圧が検出され得る。この検出されたデータから、制御された包囲体漏れ流路（すなわち排気バルブ）を通過する空気量が判定され得、以下で論じられるように吸気量を調整する動作を実行することができる。
【0005】
また、関連システムは、包囲体の加圧を生成および維持するために、もっぱら吸気流を使用する。関連システムの包囲体内の圧力レベルは、吸気量を増減することによってのみ維持される。したがって、空気交換を促進するために吸気を増やすと、加圧が望ましくないレベルまで上昇する可能性があるため、関連システムは包囲体を介する最適な空気交換を促進することができない。本開示は、吸気バルブおよび／または排気バルブを開閉することによって包囲体の圧力を調整する能力によってこの課題を解決する。そうすることで、包囲体内の空気交換率を高めながら、吸気量および排気量を増やして、包囲体の圧力を一定レベルに維持することが可能になる。このアプローチによって利点のある効果が生み出される。具体的には、排気された空気流によって微粒子がより迅速に包囲体から排出され、吸気流の増加によって包囲体内のＣＯ2の希釈が加速される。吸気バルブおよび排気バルブを適切に調整することで、低濃度のＣＯ2、および包囲体の圧力の許容可能なレベルを維持しながら、微粒子を継続的に排出する速度で空気交換が最適化される。これらの同時制御は、本開示に特有のものであるが、多変数制御能力の一例にすぎない。
【0006】
関連システムでは、概して、一度に単一の変数のみを指定することが可能である。これは、不利な、画一主義的なアプローチである。対照的に、本開示では、制御の階層が、意図された用途および本発明の実施形態に基づいて、統合システムロジックを促進し、ＣＯ2（または他の有毒ガス）、粉塵、圧力、気流の相対温度、およびシステムのエネルギー使用量を含む、許容範囲内のいくつかの変数の監視、調整、および維持を可能にする。
【0007】
本開示の監視システムおよびバルブは、包囲体の空気質の向上を支援するために、複数の製造業者の範囲にわたる、いくつかの従来の吸気システムとともに利用することができる。吸気システムは、カテゴリとして、加圧式送風機、加圧装置、プレクリーナ、外気濾過システム、および／または、これらの任意の組み合わせを含むと解釈されるべきである。
【0008】
さらに、本開示の監視システムおよびバルブは、複数の製造業者の範囲にわたる従来のＨＶＡＣシステムとともに、または、ＨＶＡＣシステムが設置されずに利用することもできる。
【0009】
監視および制御システムは、ＬＡＮ／ＷＡＮ、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、携帯電話アプリケーションもしくはユーザ端末、無線機能、汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）、または他の適切な通信手段を介して、データを記録および送信する能力を有する。バルブの移動または動作に特有のデータは、システム関連のデバイスおよびセンサからのデータと組み合わせて、またはそれらから独立して報告（送信）され得る。アドバイザモジュールによって受信されるそのような情報を送信する例は、全体が引用により本明細書に組み込まれる、２０１８年６月２９日に出願された米国特許出願第１６／０２２，９４１号（現在では２０２０年１２月１日に特許査定を受けた米国特許第１０，８５０，２２２号）を参照して理解され得る。
【発明の概要】
【0010】
本明細書に記載される広範な発明原理の例示的な実施形態は、空気流（および当該空気流の相対温度）、ＣＯ2（および／または他のガス）、キャブの圧力、および粉塵濃度などのパラメータを制御するために、吸気バルブおよび排気バルブおよび／またはスタンドアロン型の再循環濾過装置などの、キャブ内外のデバイスを積極的に監視、調整、および維持する包括的なキャブの空気質監視および制御システムを提供することで前述の課題に対処する。
【0011】
以下の開示が、キャブ内の空気質の監視および制御に限定されないことが理解されるべきである。むしろ、人が占有していないものも含め、電気キャビネットまたは周囲環境包囲体（environmental enclosure）を通した気流管理などの、以下の開示が適用可能である多くのさまざまな包囲体および環境が存在する。非限定的な例として、以下に開示される実施形態は、人が占有している場合と占有していない場合の両方の車両キャブに、または清浄で調節された空気流が好ましいもしくは必要とされる電気的または他の包囲体に適用することができる。
【0012】
本明細書に開示される例示的な実施形態は、本質的に開口を通って包囲体内に新鮮な空気を導入する任意のシステムである多種多様な吸気システムとともに使用することができる。１つの非限定的な例として、本開示の特徴は、エスワイ－クロン社製のＲＥＳＰＡ（登録商標）キャブ空気質システムに関連付けられるに関連づけられた吸気システム（すなわち、エアプレクリーナおよび方法）とともに利用され得る。また、実施形態の特徴は、開示全体が引用により本明細書に組み込まれる、２０２１年６月２４日に出願された共同所有の米国特許出願第１７／３５６，９７３号明細書、２００７年１０月２３日に出願された米国特許出願第１１／８７７，０３６号明細書（現在では２０１１年８月３０日に発行された米国特許第８，００７，５６５号明細書）、および２０１４年１１月１０日に出願された米国特許出願第１４／５３６，８４９号明細書（現在では２０１７年７月１１日に発行された米国特許第９，７００，８２８号明細書）に開示されている吸気システム（すなわち、エアプレクリーナおよび方法）を参照して理解することができる。しかし、前述したように、本明細書に開示される例示的な実施形態は、エスワイ－クロン社製のＲＥＳＰＡ（登録商標）キャブ空気質システムに関連づけられた吸気システム（すなわち、エアプレクリーナおよび方法）での使用に限定されない。また、２０２０年１１月９日に出願された米国特許出願第１７／０９２，８１９号明細書（現在では２０２２年１２月６日に発行された米国特許第１１，５１７，８４１号明細書）、２０１８年６月２９日に出願された米国特許出願第１６／０２２，９４１号明細書（現在では２０２０年１２月１日に発行された米国特許第１０，８５０，２２２号明細書）、および２０１７年６月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／５２７，２７６号明細書の空気質監視および制御システムの開示は、それら全体が引用により本明細書に組み込まれる。
【0013】
監視システムおよびその周辺機器は、アプリケーションのための可変入力に基づくソフトウェアロジックに従って、キャブまたは他の包囲体のための空気質を制御する。本質的に、キャブのオペレータまたは所有者は、開示されたシステムに対して許容可能な可変パラメータを設定し、当該システムは、そのセンサおよび本実施形態を使用して、データを収集し、データを分析し、バルブおよび／またはスタンドアロン型の再循環濾過装置との間でおそらく電子信号を介して最も大きな範囲で所望の結果をもたらし、これらは、実施形態一式において、連続的かつリアルタイムで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1A】開示された制御システムの一実施形態の斜視図である。
【図1B】開示された制御システムの一実施形態の包囲体内部の図である。
【図1C】開示された制御システムの一実施形態の説明図である。
【図2A】開示された制御システムの一実施形態の斜視図である。
【図2B】開示された制御システムの一実施形態の包囲体の側面図である。
【図2D】開示された制御システムの一実施形態の説明図である。
【図3A】開示された制御システムの一実施形態の斜視図である。
【図3B】開示された制御システムの一実施形態の包囲体内部の図である。
【図3C】開示された制御システムの一実施形態の説明図である。
【図4A】開示された制御システムの一実施形態の斜視図である。
【図4B】開示された制御システムの一実施形態の包囲体内部の図である。
【図4C】開示された制御システムの一実施形態の説明図である。
【図5A】開示された制御システムの一実施形態の斜視図である。
【図5B】開示された制御システムの一実施形態の包囲体の側面図である。
【図5D】開示された制御システムの一実施形態の説明図である。
【図6A】開示された制御システムの一実施形態の斜視図である。
【図6B】開示された制御システムの一実施形態の包囲体の側面図である。
【図6D】開示された制御システムの一実施形態の説明図である。
【図7A】開示された制御システムの一実施形態の斜視図である。
【図7B】開示された制御システムの一実施形態の包囲体内部の図である。
【図7C】開示された制御システムの一実施形態の説明図である。
【図8A】開示された制御システムの一実施形態の斜視図である。
【図8B】開示された制御システムの一実施形態の包囲体内部の図である。
【図8C】開示された制御システムの一実施形態の説明図である。
【図9A】開示された制御システムの一実施形態の斜視図である。
【図9B】開示された制御システムの一実施形態の包囲体内部の図である。
【図9C】開示された制御システムの一実施形態の説明図である。
【図10A】開示された制御システムの一実施形態の斜視図である。
【図10B】開示された制御システムの一実施形態の包囲体内部の図である。
【図10C】開示された制御システムの一実施形態の説明図である。
【図11A】開示された制御システムの一実施形態の斜視図である。
【図11B】開示された制御システムの一実施形態の包囲体内部の図である。
【図11C】開示された制御システムの一実施形態の説明図である。
【図12A】開示された制御システムの一実施形態の斜視図である。
【図12B】開示された制御システムの一実施形態の包囲体内部の図である。
【図12C】開示された制御システムの一実施形態の説明図である。
【図12D】開示された制御システムの一実施形態の代替の説明図である。
【図13A】開示された制御システムの一実施形態の斜視図である。
【図13B】開示された制御システムの一実施形態の包囲体の側面図である。
【図13D】開示された制御システムの一実施形態の説明図である。
【図14A】開示された制御システムの一実施形態の斜視図である。
【図14B】開示された制御システムの一実施形態の包囲体の側面図である。
【図14D】開示された制御システムの一実施形態の説明図である。
【図15A】開示された制御システムの一実施形態の斜視図である。
【図15B】開示された制御システムの一実施形態の包囲体の側面図である。
【図15D】開示された制御システムの一実施形態の説明図である。
【図16A】開示された制御システムの一実施形態の斜視図である。
【図16B】開示された制御システムの一実施形態の包囲体の側面図である。
【図16E】開示された制御システムの一実施形態の説明図である。
【図17A】開示された制御システムの一実施形態の斜視図である。
【図17B】開示された制御システムの一実施形態の包囲体内部の図である。
【図18A】開示された制御システムの一実施形態の斜視図である。
【図18B】開示された制御システムの一実施形態の包囲体内部の図である。
【図19】開示された制御システムの一実施形態の説明図である。
【図20】空気流制御バルブの一例の斜視図である。
【図21】空気流量測定装置の一例の斜視図である。
【図22】スタンドアロン型の再循環濾過装置の一例の斜視図である。
【図23】濾材が除去されたスタンドアロン型の再循環濾過装置の図であり、濾材がどのように主ハウジングに組み付けられるかを示している。
【図24】ＨＶＡＣパネルフィルタの一例の斜視図である。
【図25A】開示された制御システムの一実施形態の斜視図である。
【図25B】開示された制御システムの一実施形態の包囲体の側面図である。
【図25D】開示された制御システムの一実施形態の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
空気質監視および制御システムの例示的な実施形態が以下に詳細に説明される。
【0016】
一実施形態による空気質監視および制御システムは、以下で論じられる、吸気システム、アドバイザモジュール、複数のセンサ、吸気バルブおよび／または排気バルブを含む１つまたは複数の空気流制御バルブの他に、任意のスタンドアロン型の再循環濾過装置および任意のＨＶＡＣシステムを含む。システムのコンポーネントは互いに通信して、関連するすべての環境データを監視し、これらの環境変数の調整および維持を可能にするロジックを促進し、これらと併用して、キャブ環境内の空気質を管理する。以下で詳細に論じられるように、アドバイザモジュールおよびセンサは、この目的のために互いに通信する。
【0017】
吸気システムは複数の製造業者のものであり得るが、吸気流の制御を統合する機構は、吸気システムの出口の下流に設置された吸気バルブである。
【0018】
このため、吸気システムについては図示せず、以下で詳細には説明されない。吸気システムの１つの非限定的な例の詳細は、上記で全体が引用により組み込まれた、米国特許第１０，８５０，２２２号明細書から収集することができる。この開示は、吸気システムの下流の空気システム制御の特徴（すなわち、吸気システムの出口の下流の吸気口で開始すること）に焦点を当てているため、吸気システムについてはこれ以上論じられない。
【0019】
（１）アドバイザモジュールの説明
アドバイザモジュール１（図面では１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄとしてさまざまに示されている）は、受信され処理されるセンサ読み取り値に基づいてシステムを制御する。以下の議論では、主にアドバイザモジュール（「モニタ」とも呼ばれる）の機能性に焦点が当てられる。アドバイザモジュールの（回路を含む）構造的詳細の１つの非限定的な例については、上記で全体が引用により組み込まれた、米国特許第１０，８５０，２２２号明細書のアドバイザモジュール３００（「ＲＥＳＰＡ（登録商標）アドバイザ」とも呼ばれる）の議論が参照され得る。以下でより詳しく論じられるように、アドバイザモジュールは、センサからデータを読み取り、たとえば、ＣＯ2、粉塵、包囲体の圧力、吸気フィルタの寿命、空気流の相対温度、およびシステムのエネルギー消費を含む、複数の変数を調整、最適化、および維持することによって包囲体の空気質を確立および維持するように、システムの他のコンポーネントを制御する。
アドバイザモジュール１（図面では１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄとしてさまざまに示されている）は、受信され処理されるセンサ読み取り値に基づいてシステムを制御する。以下の議論では、主にアドバイザモジュール（「モニタ」とも呼ばれる）の機能性に焦点が当てられる。アドバイザモジュールの（回路を含む）構造的詳細の１つの非限定的な例については、上記で全体が引用により組み込まれた、米国特許第１０，８５０，２２２号明細書のアドバイザモジュール３００（「ＲＥＳＰＡ（登録商標）アドバイザ」とも呼ばれる）の議論が参照され得る。以下でより詳しく論じられるように、アドバイザモジュールは、センサからデータを読み取り、たとえば、ＣＯ2、粉塵、包囲体の圧力、吸気フィルタの寿命、空気流の相対温度、およびシステムのエネルギー消費を含む、複数の変数を調整、最適化、および維持することによって包囲体の空気質を確立および維持するように、システムの他のコンポーネントを制御する。
【0020】
アドバイザモジュールはまた、アドバイザモジュール内部のプリント回路基板上に配された（すなわち、プロセッサを含む回路を有する）複数のセンサを有してもよい。これは図１Ａに概略的に示されており、センサ２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、および２９ｄがアドバイザモジュールの内部に配されている。センサの数は４つに限定されず、アドバイザモジュールの内部に４つより多いまたは少ないセンサが配されてもよいことに留意することは重要である。たとえば、米国特許第１０，８５０，２２２号明細書のアドバイザモジュールの一例の関連構成も参照されたい。これらのセンサは、圧力センサ２９ａ、ＣＯ2センサ２９ｂ、および／または粉塵センサ２９ｃを含み得る。アドバイザモジュールは、任意で、１つまたは複数の追加のセンサ２９ｄを有してもよい。追加のセンサ２９ｄは、たとえば、図１９に示されるような温度センサであってもよい。アドバイザモジュール上または内部のセンサの特定の配置が限定されず、図１Ａに示される配置が単に概略的なものであることに留意することも重要である。
【0021】
センサは、図１Ａに示されるように、アドバイザモジュールの内部に取り付けられ得る。代替的に、図１７Ａ～１８Ｂに示すように、センサの１つまたは複数が包囲体内に遠隔的に取り付けられてもよく、これらのセンサ（粉塵センサ２８など）はセンサデータを含む信号をアドバイザモジュールに送信する。
【0022】
図１Ａに示されるように、センサが、アドバイザモジュールの内部、たとえば、アドバイザモジュールの回路上に取り付けられている場合、アドバイザモジュールのプロセッサは、センサからデータを直接受信し、そのデータを分析して、（以下で詳しく論じられる）空気質の問題を管理するようにシステムの他のコンポーネントを制御するかどうか、およびどのように制御するかを判定する。たとえば、中に圧力センサを含むアドバイザモジュール１ａを示す図１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｃ、３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂ、５Ａ、５Ｃ、６Ａ、および６Ｃ、中に圧力センサおよびＣＯ2センサを含むアドバイザモジュール１ｂを示す図７Ａ、７Ｂ、８Ａ、および８Ｂ、中に圧力センサ、ＣＯ2センサ、および粉塵センサを含むアドバイザモジュール１ｃを示す図９Ａ、９Ｂ、１０Ａ、１０Ｂ、１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、および１２Ｂ、ならびに中に圧力センサおよび粉塵センサを含むアドバイザモジュール１ｄを示す図１３Ａ、１３Ｃ、１４Ａ、１４Ｃ、１５Ａ、１５Ｃ、１６Ａ、１６Ｃ、および１６Ｄを参照されたい。
【0023】
センサが、遠隔的に、包囲体内およびアドバイザモジュールの外部に取り付けられている場合、アドバイザモジュールのプロセッサは、センサからデータを含む信号を受信し、そのデータを分析して、（以下で詳しく論じられる）空気質の問題を管理するようにシステムの他のコンポーネントを制御するかどうか、およびどのように制御するかを判定する。たとえば、少なくとも遠隔的に取り付けられた粉塵センサ２８を示す図１７Ａ、１７Ｂ、１８Ａ、および１８Ｂを参照されたい。粉塵センサ２８は、図１７Ａ、１７Ｂ、１８Ａ、および１８Ｂに示されるように、さまざまな取り付け位置に遠隔的に取り付けられ得る。代替的に、上記したように、粉塵センサはアドバイザモジュールの内部に取り付けられる。
【0024】
制御システムおよび制御方法のさまざまな実施形態の説明のセクションで以下に論じられるように、アドバイザモジュールは、センサデータを使用して、キャブ内のＣＯ2および他の有毒ガスの濃度、呼吸性粉塵の濃度、圧力、温度、およびキャブの空気漏れを監視するように構成されている。
【0025】
（２）空気流制御バルブの説明
空気質監視および制御システムは、１つまたは複数の空気流制御バルブをさらに含み得る。空気質監視および制御システムは、排気空気量をアクティブに（リアルタイムで）監視し、アドバイザモジュールは吸気量を調整するように空気流制御バルブを制御して、排気時のたとえば２５ＣＦＭの最低値を維持し、それによってキャブを介する空気交換を管理し、したがってＣＯ2希釈の制御を保証する。空気質監視および制御システムは、キャブのＣＯ2レベルをアクティブに監視することができ、任意で、測定されたＣＯ2を制御変数として使用して、空気交換を調整するように空気流制御バルブを制御することができる。特に、空気流制御バルブは、キャブを介する空気交換を管理する吸気バルブおよび／または排気バルブを開くことによって目標ＣＯ2レベルを定義された閾値未満に維持するようにアドバイザモジュールによって制御され得る。
空気質監視および制御システムは、１つまたは複数の空気流制御バルブをさらに含み得る。空気質監視および制御システムは、排気空気量をアクティブに（リアルタイムで）監視し、アドバイザモジュールは吸気量を調整するように空気流制御バルブを制御して、排気時のたとえば２５ＣＦＭの最低値を維持し、それによってキャブを介する空気交換を管理し、したがってＣＯ2希釈の制御を保証する。空気質監視および制御システムは、キャブのＣＯ2レベルをアクティブに監視することができ、任意で、測定されたＣＯ2を制御変数として使用して、空気交換を調整するように空気流制御バルブを制御することができる。特に、空気流制御バルブは、キャブを介する空気交換を管理する吸気バルブおよび／または排気バルブを開くことによって目標ＣＯ2レベルを定義された閾値未満に維持するようにアドバイザモジュールによって制御され得る。
【0026】
複数の空気流制御バルブは、吸気バルブ２および／または排気バルブ３を含み得る。制御システムおよび制御方法のさまざまな実施形態の説明のセクションで以下に記載されるように、当該システムは、吸気バルブ２と排気バルブ３の両方を含んでもよいし、吸気バルブ２のみを含んでもよいし、または排気バルブ３のみを含んでもよい。空気バルブは電動であっても非電動であってもよいが、本開示における吸気バルブおよび排気バルブ（２、３）は、電動でなければならないか、またはそうでなければ開閉のための電子的に生成された制御機構を有していなければならない。したがって、手動バルブ３０は、非電動バルブ、またはそうでなければバルブのための電子的に生成された制御機構を有していないバルブを意味するか、または、この目的のために、空気がキャブの内外に流れるための開いた開口を意味する。１つまたは複数の手動バルブ（または開いた開口）３０がキャブまたは包囲体とともに存在し得、空気質監視および制御システムがその存在に適応するが、制御されたバルブのみが本開示の部分である。吸気バルブ２は、キャブに入る空気流を制御し得る。排気バルブ３は、キャブを出る空気流を制御し得、それによって、キャブに対する圧力および空気放出バルブとして機能する。吸気バルブおよび排気バルブ（２、３）は、たとえば、ポリ乳酸プラスチックまたは射出成形されたポリプロピレンで作られ得る。
【0027】
吸気バルブ２および排気バルブ３は図面全体にわたって示されている。吸気バルブ２および排気バルブ３の特定の構造および設計は限定されないが、吸気バルブおよび排気バルブ（２、３）の１つの非限定的な例が、図２０に空気流制御バルブ９として示されている。図２０に示されるように、空気流制御バルブ９は、モータ（アクチュエータ制御ユニット）１０に加えて、可動空気流量制御板１１も含み得る。本開示の発明原理を統合する他のバルブ構造が使用されてもよい。たとえば、米国特許第１０，８５０，２２２号明細書に開示されている空気流制御バルブ構造が利用されてもよい。このような空気流制御バルブの構造および機能は当技術分野では周知であるため、本明細書ではこれ以上論じられない。
【0028】
吸気バルブ２は、吸気システムの空気出口でのさまざまな位置のいずれか１つ、または吸気システムのさらに下流かつオペレータのキャブの上流に配置され得る。このように、本開示の図面に示される吸気バルブ２の取り付け位置は、非限定的な例である。吸気バルブ２は、有線またはＷｉＦｉ対応であり、アドバイザモジュールによって直接制御され得る。具体的には、すべてのキャブのパラメータを監視し、吸気バルブ２を介した新鮮な空気の流れを調整し、（以下に論じられる）排気バルブ３を介してキャブの漏れを調整するように、固有のアルゴリズムがアドバイザモジュールによって使用され得ることで、最適なオペレータによる空気質の保護を維持する。たとえば、以下に論じられるように、排気流量測定装置４は、排気流バルブ３の地点での、もしくは手動バルブ（または開いた開口）３０の地点での、またはその下流での、包囲体からの排気流の量を測定し、データをアドバイザモジュールに出力することができる。その後、アドバイザモジュールは、吸気バルブおよび排気バルブ（２、３）の１つまたは複数を調整して、所定の新鮮な吸気流を生成する。吸気バルブおよび排気バルブ（２、３）は、このようにして、アドバイザモジュールによって新鮮な空気をキャブに入るべく方向付けるように制御され、それによって、有害なガス（たとえばＣＯ2）および粉塵の濃度を希釈しながら、十分かつ一貫したキャブ内の圧力を作り出す。
【0029】
オペレータに占有されたキャブでは、吸気流および排気流はＣＯ2濃度のレベルに正比例する。上で論じた（１つまたは複数の）センサを介するＣＯ2濃度のリアルタイム測定は、キャブの吸気流および排気流を制御するようにアドバイザモジュールによって使用することができる。包囲体からの空気の排出は、包囲体内のバルブ制御された漏れ地点（すなわち排気バルブ３）を介して行われ得るか、または手動バルブ（または開いた開口）３０を介して行われ得る。排気バルブ３は自動化されており、アドバイザモジュールから出力されたコマンド信号を受信し、アドバイザモジュールは、キャブ内のＣＯ2センサからリアルタイムで読み取り値を得て、新鮮な空気を計量された量で導入することによって、および排気バルブ７００を使用してＣＯ2および粉塵で汚染された空気を包囲体から放出させることによって、包囲体の加圧とＣＯ2レベルの両方を制御および維持するようにアルゴリズムを使用する。ＣＯ2センサは、たとえば、上で論じたように、アドバイザモジュールに、またはその内部に配置され得る。
【0030】
排気バルブ３は、たとえば図３Ａに示されている。上述したように、排気バルブの構造の１つの非限定的な例が、図２０に空気流制御バルブ９として示されている。排気バルブ３は、排気バルブ３に取り付けられた、排気バルブ３と一体化された、または排気バルブ３の下流にある、差圧センサを備えた排気流量測定装置４を有し得る。差圧センサは、下流側空気圧を測定する排気流量測定装置４に組み込まれ得、それによって、排気量をアドバイザモジュールに入力することができる。排気流量測定装置４は、湿度および温度も測定し得る。排気流量測定装置４は、排気バルブまたは手動バルブ（または開口）３０のすぐ下流に設置された空気流整流器（たとえば層流要素）の形態であり得る。たとえば、１つの非限定的な例が、図２１に排気流量測定装置１４として示されている。排気流量測定装置１４は、排気流量測定装置１４に入る空気流１６および排気流量測定装置１４を出る空気流１７に関するデータ（たとえば差圧データ）の収集を容易にする従来のデータ収集コンポーネント１５を含む。排気流量測定装置１４などの装置を使用する空気流量測定の方法は、当技術分野で周知であり、したがって本明細書ではさらなる詳細は提供されない。排気流量測定装置４は、インライン測定装置として示されている。
【0031】
排気流量測定装置４は、空気流量測定データ（たとえば、排気流量測定装置４（１４）全体からの差圧データ）を含む信号をアドバイザモジュールへと定期的に（たとえば所定の間隔で）送信して、運転席／包囲体を出る排気流量（空気量）を計算する。アドバイザモジュールは、受信した信号に基づいて運転席／包囲体を出る排気量を計算し得る。代替的に、受信した信号自体が排気量を示してもよい。排気流量（空気量）は、当技術分野で周知のさまざまな方法のいずれかでアドバイザモジュールのプロセッサによって計算または受信され得る。たとえば、信号をアドバイザモジュールに提供するために、マスエアフローセンサが使用され得る。計算された排気量に基づいて、アドバイザモジュールは、２５ＣＦＭの排気流量の最低値が維持され、キャブ内の空気質変数を制御することを必要とする以上に排気流が排出されないことを確保するように、吸気バルブおよび排気バルブ（２、３）を制御し得、それによって、システムに対するエネルギー消費が最小限に抑えられる。たとえば、計算された排気量が２５ＣＦＭより多いことに応答して、すべての空気質変数が許容範囲内または許容値にある場合、アドバイザモジュールは、制御信号を吸気バルブ２および／または排気バルブ３に送信して、排気流量が２５ＣＦＭに減少するまで（１つまたは複数の）バルブ開口を減少させる。
【0032】
（３）粉塵センサの説明
空気質監視および制御システムは、上記の粉塵センサをさらに含み得る。粉塵センサは、図１Ａに示されるように、アドバイザモジュールの内部に粉塵センサ２９ｃとして設けられ得る。代替として、または追加として、粉塵センサは、図１７Ａか１８Ｂに示されるように、複数の潜在的な取り付け位置のいずれかに遠隔的に取り付けられる粉塵センサ２８として設けられてもよい。粉塵センサの正確な構造は限定されず、さまざまな周知の粉塵センサのいずれかの形態をとることができる。たとえば、上記で全体が引用により組み込まれた、米国特許第１０，８５０，２２２号明細書の粉塵モニタを参照されたい。粉塵センサは、リアルタイムのキャブ／包囲体の粉塵重量測定値をアドバイザモジュールに提供する。
空気質監視および制御システムは、上記の粉塵センサをさらに含み得る。粉塵センサは、図１Ａに示されるように、アドバイザモジュールの内部に粉塵センサ２９ｃとして設けられ得る。代替として、または追加として、粉塵センサは、図１７Ａか１８Ｂに示されるように、複数の潜在的な取り付け位置のいずれかに遠隔的に取り付けられる粉塵センサ２８として設けられてもよい。粉塵センサの正確な構造は限定されず、さまざまな周知の粉塵センサのいずれかの形態をとることができる。たとえば、上記で全体が引用により組み込まれた、米国特許第１０，８５０，２２２号明細書の粉塵モニタを参照されたい。粉塵センサは、リアルタイムのキャブ／包囲体の粉塵重量測定値をアドバイザモジュールに提供する。
【0033】
（４）スタンドアロン型の再循環濾過装置の説明
空気質監視および制御システムは、スタンドアロン型の再循環濾過装置５をさらに含み得る。スタンドアロン型の再循環濾過装置５は、たとえば図１０Ａに示されている。スタンドアロン型の再循環濾過装置５は、粉塵センサおよびアドバイザモジュールと協働して、粉塵レベルを所定の閾値未満に低下させる。具体的には、粉塵センサは、現在の粉塵レベルを示すアドバイザモジュールに粉塵信号を定期的に送信する。粉塵レベルが所定の閾値を超えて上昇すると、アドバイザモジュールは、スタンドアロン型の再循環濾過装置５に信号を送信して、スタンドアロン型の再循環濾過装置５の再循環フィルタを通過する空気流量を増加させ、それによって粉塵レベルを所定の閾値未満まで急速に低下させる。
空気質監視および制御システムは、スタンドアロン型の再循環濾過装置５をさらに含み得る。スタンドアロン型の再循環濾過装置５は、たとえば図１０Ａに示されている。スタンドアロン型の再循環濾過装置５は、粉塵センサおよびアドバイザモジュールと協働して、粉塵レベルを所定の閾値未満に低下させる。具体的には、粉塵センサは、現在の粉塵レベルを示すアドバイザモジュールに粉塵信号を定期的に送信する。粉塵レベルが所定の閾値を超えて上昇すると、アドバイザモジュールは、スタンドアロン型の再循環濾過装置５に信号を送信して、スタンドアロン型の再循環濾過装置５の再循環フィルタを通過する空気流量を増加させ、それによって粉塵レベルを所定の閾値未満まで急速に低下させる。
【0034】
図２２および２３は、スタンドアロン型の再循環濾過装置５の構造の非限定的な例をスタンドアロン型の再循環濾過装置１８として示す。スタンドアロン型の再循環濾過装置１８（５）は、電動ファンアセンブリ１９、汚れ空気入口２０、清浄空気出口２１、取り付けベース２２、および濾材２３を含む。上記で全体が引用により組み込まれた、米国特許出願第１７／３５６，９７３号明細書の自浄式空気濾過装置と部分的に同様の方法で、汚れた空気はスタンドアロン型の再循環濾過装置１８に導入され、粒子状物質は濾材２３によってフィルタ処理され、その結果生じた清浄な空気は清浄空気出口２１を通って排出される。
【0035】
また、キャブの包囲体内の粉塵レベルの低下をさらに加速させるために、アドバイザモジュールは、吸気バルブおよび／または排気バルブ（２、３）をさらに開くように制御する信号を送信し得る。この制御の結果として、包囲体に流入するフィルタ処理された吸気量が増加し、包囲体から排出されている汚染空気の量も増加する。
【0036】
（５）制御システムおよび制御方法のさまざまな実施形態の説明
上記の議論を考慮して、空気質監視および制御システム、ならびに制御方法の実施形態が、以下でさらに詳細に説明される。しかし、本開示の原理が、本明細書に明示的に記載されていない方法にも適用され得ることが理解されるべきである。記載される方法は、特定の実施形態の有無に基づいて空気質変数を調整および維持する空気質監視および制御システムの能力の範囲を示す。より完全な一連の実施形態および制御方法の使用によって、空気質監視および制御のより完全な最適化が可能になるが、より限定された実施形態および制御方法も依然として有効であり得る。
上記の議論を考慮して、空気質監視および制御システム、ならびに制御方法の実施形態が、以下でさらに詳細に説明される。しかし、本開示の原理が、本明細書に明示的に記載されていない方法にも適用され得ることが理解されるべきである。記載される方法は、特定の実施形態の有無に基づいて空気質変数を調整および維持する空気質監視および制御システムの能力の範囲を示す。より完全な一連の実施形態および制御方法の使用によって、空気質監視および制御のより完全な最適化が可能になるが、より限定された実施形態および制御方法も依然として有効であり得る。
【0037】
図１Ａから１Ｃの実施形態では、アドバイザモジュール（すなわち監視システム）は、圧力センサ（圧力モニタ）から受信した圧力データを使用して、吸気バルブ２を調整し、包囲体の内部圧力を調整および制御する。包囲体に（制御不能なベースで）空気漏れが発生し、包囲体（キャブ）の内圧に影響を与えることが想定される。アドバイザモジュールは、圧力を監視して、所定の圧力範囲内で継続的な正圧を確保する。具体的には、圧力センサからの圧力データの受信に応答して、アドバイザモジュールは、キャブの内圧が所定の圧力範囲内にあるかを判定する。キャブの内圧が所定の圧力範囲未満であるとの判定に応答して、アドバイザモジュールは、制御信号を吸気バルブ２に送信して、キャブの内圧が所定の圧力範囲内になるまで吸気流量を増加させる。
【0038】
図２Ａから２Ｄの実施形態では、吸気バルブ２は設けられていない。代わりに、ＨＶＡＣシステムのファンを介して継続的な吸気流が提供される。内部空気圧を制御するために、アドバイザモジュール（すなわち監視システム）は、圧力センサ（圧力モニタ）から受信した圧力データを使用して、排気バルブ３を調整し、包囲体の内部圧力を調整および制御する。具体的には、圧力センサからの圧力データの受信に応答して、アドバイザモジュールは、キャブの内圧が所定の圧力範囲内にあるかを判定する。キャブの内圧が所定の圧力範囲を超えるとの判定に応答して、アドバイザモジュールは、制御信号を排気バルブ３に送信して、キャブの内圧が所定の圧力範囲内になるまで排気流量を増加させる。
【0039】
図３Ａから３Ｃの実施形態は、排気流量測定装置４が含まれていることを除いて、図２Ａから２Ｄの実施形態と同様である。本実施形態では、アドバイザモジュールは、圧力センサおよび排気流量測定装置４の一方または両方からデータを受信し、それぞれ、キャブの内圧および／または空気流量が所定の範囲内にあるか、または所定のレベルにあることを確保するように排気バルブ３を制御する。
【0040】
図４Ａから４Ｃの実施形態では、吸気バルブ２と排気バルブ３の両方が設けられているが、排気流量測定装置４は設けられていない。アドバイザモジュール（すなわち監視システム）は、圧力センサ（圧力モニタ）から受信した圧力データを使用して、吸気バルブ２および／または排気バルブ３を調整し、包囲体の内部圧力を調整および制御する。たとえば、キャブの内圧が所定の圧力範囲未満であるとの判定に応答して、アドバイザモジュールは、制御信号を吸気バルブ２に送信して、キャブの内圧が所定の圧力範囲内になるまで吸気流量を増加させる。また、キャブの内圧が所定の圧力範囲を超えるとの判定に応答して、アドバイザモジュールは、制御信号を排気バルブ３に送信して、キャブの内圧が所定の圧力範囲内になるまで排気流量を増加させる。
【0041】
図５Ａから５Ｄの実施形態では、吸気バルブ２および排気流量測定装置４が設けられているが、排気バルブ３は設けられていない。むしろ、手動排気バルブ（または開口）３０が存在し、それを介して空気流は制御されないが、排気流量測定装置４によって測定することができる。したがって、アドバイザモジュールは、圧力センサおよび排気流量測定装置４の一方または両方からデータを受信し、それぞれ、キャブの内圧および／または空気流量が所定の範囲内にあるか、または所定のレベルにあることを確保するように吸気バルブ２を制御する。受信したデータに基づいて内部環境がそれぞれの所定のレベルにないとの判定に応答して、アドバイザモジュールは、制御信号を吸気バルブ２に送信して、所定の範囲および／またはレベルが満たされるまで吸気流量を調整する。
【0042】
図６Ａから６Ｄの実施形態では、吸気バルブ２、排気バルブ３、および排気流量測定装置４のすべてが設けられている。上記の方法で、アドバイザモジュールは、圧力センサおよび排気流量測定装置４の一方または両方からデータを受信し、キャブの内部環境が所定の範囲内および／または所定のレベルにあることを確保するように吸気バルブ２および排気バルブ３を制御する。
【0043】
図７Ａから７Ｃの実施形態では、吸気バルブ２は設けられていない。代わりに、ＨＶＡＣシステムのファンを介して継続的な吸気流が提供される。しかし、上で論じた順列とは異なり、圧力センサに加えて、ＣＯ2センサが含まれる。アドバイザモジュールは、圧力センサから受信した圧力データの他に、ＣＯ2センサからのＣＯ2データを使用して、包囲体の内圧に加えて、ＣＯ2レベルを調整および制御する手段として排気バルブ３を調整する。キャブの内圧が所定の圧力範囲を超えている、および／またはキャブの内部ＣＯ2レベルが所定のＣＯ2レベルを超えているとの判定に応答して、アドバイザモジュールは、制御信号を排気バルブ３に送信して、排気流量を増加させ、これによって、キャブの内圧が所定の圧力範囲内になるまで、および／またはキャブの内部ＣＯ2レベルが所定のＣＯ2レベルを下回るまで、追加の吸気をＨＶＡＣシステムに流入させることが可能になる。本実施形態は、酸素を豊富に含む周囲空気を導入し、また包囲体から制御された量の酸素欠乏空気を排出しながら、正圧を維持することによって、ＣＯ2レベルの制御をもたらす。
【0044】
図８Ａから８Ｃの実施形態は、吸気バルブ２が含まれることを除いて、図７Ａから７Ｃの実施形態と同様である。したがって、図７Ａから７Ｃに関して前の段落で説明したように、図８Ａから８Ｃのアドバイザモジュールは、圧力センサから受信した圧力データの他に、ＣＯ2センサからのＣＯ2データを使用して、包囲体の内圧に加えて、ＣＯ2レベルを所定のレベルに達するように調整および制御する手段として吸気バルブ２および／または排気バルブ３を調整する。
【0045】
図９Ａから９Ｃの実施形態では、吸気バルブ２および排気バルブ３が含まれる。また、圧力センサおよびＣＯ2センサに加えて、粉塵センサも設けられる。したがって、アドバイザモジュールは、包囲体内の圧力レベル、ＣＯ2レベル、および粉塵レベルを監視する。具体的には、アドバイザモジュールは、圧力センサから圧力データを、ＣＯ2センサからＣＯ2データを、および粉塵センサから粉塵データを受信する。この受信したデータに基づいて、キャブの内部環境が、１つの所定のレベルにない、または複数の所定のレベルにない、あるいは、１つの所定の範囲内にない、または複数の所定の範囲内にないという判定に応じて、アドバイザモジュールは制御信号を吸気バルブ２および／または排気バルブ３に送信して、環境を（１つまたは複数の）所定のレベルおよび／または（１つまたは複数の）所定の範囲内にする。
【0046】
図１０Ａから１０Ｃの実施形態では、空気流を制御するために吸気バルブ２のみが設けられる。しかし、上記の実施形態とは異なり、本実施形態は、スタンドアロン型の再循環濾過装置５を含む。アドバイザモジュールは、圧力センサからの圧力レベルを、ＣＯ2センサからのＣＯ2レベルを、および粉塵センサからの粉塵レベルを監視する。この受信したデータに基づいて、キャブの内部環境が１つの所定のレベルにない、または複数の所定のレベルにない、あるいは、１つの所定の範囲内にない、または複数の所定の範囲内にないという判定に応じて、アドバイザモジュールは制御信号を吸気バルブ２に送信して、環境を（１つまたは複数の）所定のレベルおよび／または（１つまたは複数の）所定の範囲内にする。また、スタンドアロン型の再循環濾過装置５を設けることにより、粉塵レベルをさらに制御し、改善することができる。具体的には、粉塵が所定のレベルを超えていることを粉塵センサから受信した粉塵レベルデータが示しているとの判定に応答して、アドバイザモジュールは、制御信号をスタンドアロン型の再循環濾過装置５に送信して、スタンドアロン型の再循環濾過装置５を作動させる（オンにする）。スタンドアロン型の再循環濾過装置５は、空気をフィルタ処理することによって包囲体内の粉塵レベルをさらに低下させる。代替的に、アドバイザモジュールは、制御信号をＨＶＡＣ（または一体化された）再循環システムに送信して、それをスタンドアロンの再循環濾過装置の代わりに作動させ得、これは、再循環されて、フィルタ処理された空気によって包囲体内の粉塵レベルをさらに低下させるという同じ効果を有している。
【0047】
図１１Ａから１１Ｃの実施形態は、排気バルブ３が設けられ、吸気バルブ２が設けられていないことを除いて、図１０Ａから１０Ｃの実施形態と同様である。したがって、アドバイザモジュールは、制御信号が、吸気バルブ２の代わりに排気バルブ３に送信されることを除いて、図１０Ａから１０Ｃと同じ方法で包囲体の空気質を制御する。粉塵を低減するためにスタンドアロン型の再循環濾過装置またはＨＶＡＣ（または一体化された）再循環システムを作動させるための制御信号は、図１０Ａから１０Ｃのものと同じである。
【0048】
図１２Ａから１２Ｃの実施形態は、図１０Ａから１０Ｃの実施形態と図１１Ａから１１Ｃの実施形態とを組み合わせたものである。特に、排気バルブ３および吸気バルブ２が設けられている。したがって、複数のセンサから受信したデータに基づいて、キャブの内部環境が１つの所定のレベルにない、または複数の所定のレベルにない、あるいは、１つの所定の範囲内にない、または複数の所定の範囲内にないという判定に応じて、アドバイザモジュールは制御信号を吸気バルブ２および／または排気バルブ３に送信して、環境を（１つまたは複数の）所定のレベルおよび／または（１つまたは複数の）所定の範囲内にする。また、粉塵が所定のレベルを超えていることを粉塵センサから受信した粉塵レベルデータが示しているとの判定に応答して、アドバイザモジュールは、制御信号をＨＶＡＣ（または一体化された）再循環システムまたはスタンドアロン型の再循環濾過装置５に送信して、再循環を作動させる（オンにする）。図１２Ｄは、ＨＶＡＣが存在せず、吸気システム（のみ）が使用される変形例である。
【0049】
図１３Ａから１３Ｄの実施形態では、ＣＯ2センサおよび吸気バルブ２は設けられていない。したがって、アドバイザモジュールは、圧力センサ、粉塵センサ、および排気流量測定装置４からデータを受信し、信号を排気バルブ３および／またはスタンドアロン型の再循環濾過装置５に送信して、内部環境を所定のレベルおよび／または（１つまたは複数の）所定の範囲内にする。
【0050】
図１４Ａから１４Ｄの実施形態では、アドバイザモジュールは、排気流量測定装置４、粉塵センサ、および圧力センサからデータを受信する。内部環境が１つの所定のレベルにない、または複数の所定のレベルにない、あるいは、１つの所定の範囲内にない、または複数の所定の範囲内にないという判定に応じて、アドバイザモジュールは制御信号を吸気バルブ２および／または排気バルブ３に送信して、内部環境を所定のレベルおよび／または（１つまたは複数の）所定の範囲内にする。
【0051】
図１５Ａから１５Ｄの実施形態は、スタンドアロン型の再循環濾過装置５が含まれ、排気バルブ３が含まれていないことを除いて、図１４Ａから１４Ｄの実施形態と同様である。むしろ、手動排気バルブ（または開口）３０が存在し、それを介して空気流は制御されないが、排気流量測定装置４によって測定することができる。したがって、アドバイザモジュールは、排気流量測定装置４、粉塵センサ、および圧力センサからデータを受信する。内部環境が１つの所定のレベルにない、または複数の所定のレベルにない、あるいは、１つの所定の範囲内にない、または複数の所定の範囲内にないという判定に応じて、アドバイザモジュールは制御信号を吸気バルブ２および／またはスタンドアロン型の再循環濾過装置５に送信して、内部環境を所定のレベルおよび／または（１つまたは複数の）所定の範囲内にする。
【0052】
図１６Ａから１６Ｅの実施形態は、排気バルブ３が含まれていることを除いて、図１５Ａから１５Ｄの実施形態と同様である。したがって、アドバイザモジュールは、排気流量測定装置４、粉塵センサ、および圧力センサからデータを受信する。内部環境が１つの所定のレベルにない、または複数の所定のレベルにない、あるいは、１つの所定の範囲内にない、または複数の所定の範囲内にないという判定に応じて、アドバイザモジュールは制御信号を吸気バルブ２、排気バルブ３、および／またはスタンドアロン型の再循環濾過装置５に送信して、内部環境を所定のレベルおよび／または（１つまたは複数の）所定の範囲内にする。
【0053】
図２５Ａから２５Ｄの実施形態は、排気流量測定装置４が含まれていることを除いて、図１２Ａから１２Ｃの実施形態と同様である。したがって、アドバイザモジュールは、排気流量測定装置４、ＣＯ2センサ、粉塵センサ、および圧力センサからデータを受信する。内部環境が１つの所定のレベルにない、または複数の所定のレベルにない、あるいは、１つの所定の範囲内にない、または複数の所定の範囲内にないという判定に応じて、アドバイザモジュールは制御信号を吸気バルブ２、排気バルブ３、および／またはスタンドアロン型の再循環濾過装置５に送信して、内部環境を所定のレベルおよび／または（１つまたは複数の）所定の範囲内にする。
【0054】
図１９の実施形態は、温度センサが含まれるという点で前の実施形態とは異なる。したがって、アドバイザモジュールは、圧力センサおよび温度センサからデータを受信する。内部環境が（１つまたは複数の）所定の範囲（すなわち、所定の圧力範囲および／または所定の温度範囲）内にないという判定に応じて、アドバイザモジュールは、制御信号を吸気バルブ２および／または排気バルブ３に送信して、内部環境を（１つまたは複数の）所定の範囲内にする。
【0055】
アドバイザモジュールは、センサからデータを受信し、センサからのデータに基づいてキャブ内の空気環境を自動的に制御することによって、キャブまたは他の包囲体内の安全かつ一貫した圧力、ＣＯ2、および粉塵レベルを自動的かつ自律的に維持し得る。また、異常な状態により制御変数が所定のレベルにまたは（１つまたは複数の）所定の範囲内に留まらない場合、アドバイザモジュールはアラームを発するようにプログラムされている。
【0056】
（６）利点のある効果
空気質監視および制御システムは、さまざまなセンサからのデータを解析し、必要な場合にキャブ環境を修正するようにシステムのデバイスを自動的に調整することによって、キャブ内の望ましい環境を継続的かつ自動的に維持する。結果として、オペレータまたは他の当事者が環境を積極的に監視および調整する必要がなくなる。
空気質監視および制御システムは、さまざまなセンサからのデータを解析し、必要な場合にキャブ環境を修正するようにシステムのデバイスを自動的に調整することによって、キャブ内の望ましい環境を継続的かつ自動的に維持する。結果として、オペレータまたは他の当事者が環境を積極的に監視および調整する必要がなくなる。
【0057】
空気質監視および制御システムは、限定されないが、ＣＯ2（および他のガス）、粉塵、包囲体の圧力、温度、エネルギー消費を含む、複数の変数を正確に監視、調整、および維持することによって、包囲体の空気質を確立および維持する。変数が所定のレベルにまたは所定の範囲内にある場合、吸気流量および排気流量は最小限の許容レベルまで減少させることができ、したがって、ＨＶＡＣシステムを介する空気流が最小限に抑えられ、ＨＶＡＣシステムを最も高い効率で実行することが可能になり、システムのエネルギー消費が削減される。
【0058】
開示された空気質監視および制御システムは、キャブ内の空気質に対する潜在的な脅威からオペレータを保護するための変数の最適化において包括的である。
【0059】
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。上記の例示的な実施形態が単に例にすぎず、本発明が詳述した実施形態に限定されないことが留意されるべきである。本明細書に記載された実施形態に対するさまざまな変更および修正が当業者に明らかとなることが理解されるべきである。そのような変更および修正は、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、またその意図された利点を損なうことなく行うことができる。したがって、そのような変更および修正が本開示に含まれることが意図されている。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図12D】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図13D】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図14D】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図15D】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
【図16D】
【図16E】
【図17A】
【図17B】
【図18A】
【図18B】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25A】
【図25B】
【図25C】
【図25D】
【外国語明細書】