空気調和方法および空気調和装置
【課題】 本発明は、室内等の空気を空調する空気調和方法および空気調和装置に関し、被空調者に極端な温冷感を感じさせることなく室内温度を被空調者の快適温度にすることを目的とする。
【解決手段】 被空調者の現在の皮膚温と現在の室内温度との温度差から、前記被空調者の皮膚温の変化を予測し、予測された皮膚温の変化に基づいて前記室内温度が前記被空調者の快適温度になるように前記室内温度を制御することを特徴とする。
【解決手段】 被空調者の現在の皮膚温と現在の室内温度との温度差から、前記被空調者の皮膚温の変化を予測し、予測された皮膚温の変化に基づいて前記室内温度が前記被空調者の快適温度になるように前記室内温度を制御することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、室内等の空気を空調する空気調和方法および空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空調室内の人間(以下被空調者という)の空調環境を改善したものとして、例えば、特開２００３−１２０９８９号公報(以下特許文献１という)、特開平５−９９４７６号公報(以下特許文献２という)に開示されるものが知られている。
特許文献１には、生理計測（体温，心拍等）をセンシングして室内環境（睡眠環境）を調節する空気調和装置が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、天候や季節を考慮し、より快適な空調および生活環境を目指す空気調和装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１２０９８９号公報
【特許文献２】特開平５−９９４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の空気調和装置では、人間の温冷感を積極的に考慮していないため、被空調者が空気調和装置の設定温度を頻繁に調整する必要があるという問題があった。
すなわち、従来の空気調和装置では、例えば気温３０℃を超す暑い室外から室内に入った直後には、できるだけ早く室内の温度を下げようとして強めの冷房を入れるが、その後時間の経過とともに室温が低下し、今度は逆に寒さを感じ冷房をゆるめることになる。しかし、次にまた少し暑さを感じ、冷房の程度をわずかに強めたりする。このように、従来の技術では冷房の設定温度の調整を繰り返し人間が行わなければならないものとなっている。
【０００５】
本発明者は、かかる従来の問題を解決すべく鋭意研究した結果、以下の点を見出した。
すなわち、通常、室内の温度は空調によって一定の環境温度に保たれている。しかし、人間の身体はこの一定の環境温度に対して血管の拡張といったような様々な反応を示し、そのため、一定の環境温度が最初は「涼しい」と感じるが、やがて「寒い」と感じるようになり、何度も空調の設定温度を変えることになる。
【０００６】
また、環境温度と体温とに大きな差がある場合、図９に示すように、人間の深部体温および心拍数はあまり大きな変化を示さないが、皮膚温が大きな変化を示すことを見出した。すなわち、図９は、環境温度を５℃に設定した時の深部体温、心拍数および皮膚温の変化を示している。より具体的には、環境温度と体温との差を１００％とすると１０分間に１７％皮膚温が低下する。また、脳の体温中枢（視床下部）における神経伝達物質（セロトニン・ドーパミン）の変化もほぼ同様の変化を示すことを見出した。
【０００７】
そして、これらの情報をデータベース化し、個人毎の快適温度を設定し１０分間に１７％皮膚温が変化することを考慮して、最初の皮膚温が設定した快適温度に至る時間を予測し、この予測に基づいて室温を調整するようにした。
データベースを利用して環境温度を調整した時と、環境温度を一定にした時との「快適性」について主観的評価を求めたところ、一定の場合よりも、データべースを利用して環境温度を調整した時の方が統計的に有意に「快適性」が高かった。
【０００８】
また、特に５歳以下の子供では、環境温度の影響を早く受けることを見出した。すなわち、図１０は、環境温度を２０℃から３５℃に変化させた時の３歳の幼児と４０歳の大人との皮膚温の変化を示しており、特に、３歳の幼児では足指先の皮膚温の変化が大きいことがわかる。これにより、幼児を対象とした場合には、１０分間に１７％の設定よりも設定を大きくすることが有効である。
【０００９】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたもので、被空調者に極端な温冷感を感じさせることなく室内温度を被空調者の快適温度にすることができる空気調和方法および空気調和装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の空気調和方法は、被空調者の現在の皮膚温と現在の室内温度との温度差から、前記被空調者の皮膚温の変化を予測し、予測された皮膚温の変化に基づいて前記室内温度が前記被空調者の快適温度になるように前記室内温度を制御することを特徴とする。
請求項２の空気調和装置は、室外温度と室内温度との温度差を求める温度差測定手段と、被空調者の快適温度および前記温度差に対する前記被空調者の皮膚温の変化または変化式を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶される前記被空調者の皮膚温の変化または変化式に基づいて前記被空調者の皮膚温が所定の温度に到達する到達時間を予測する予測手段と、前記到達時間に基づいて前記快適温度になるように前記室内温度を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項３の空気調和装置は、請求項２記載の空気調和装置において、複数の年齢モードを入力する入力手段を備え、前記記憶手段には、前記温度差に対する前記被空調者の皮膚温の変化が前記年齢モードに対応して記憶され、前記予測手段は、入力された年齢モードに対応する皮膚温の変化に基づいて前記到達時間を予測することを特徴とする。
請求項４の空気調和装置は、請求項３記載の空気調和装置において、前記年齢モードは、子供モードおよび大人モードであることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の空気調和装置は、請求項２記載の空気調和装置において、複数の識別モードを入力する入力手段を備え、前記記憶手段には、前記被空調者の快適温度が前記識別モードに対応して記憶され、前記制御手段は、入力された識別モードに対応する快適温度になるように前記室内温度を制御することを特徴とする。
請求項６の空気調和装置は、請求項５記載の空気調和装置において、前記識別モードは、個人を区別するモードであることを特徴とする。
【００１３】
請求項７の空気調和装置は、請求項５記載の空気調和装置において、前記識別モードは、性別を区別するモードであることを特徴とする。
請求項８の空気調和装置は、請求項５記載の空気調和装置において、前記識別モードは、体格を区別するモードであることを特徴とする。
請求項９の空気調和装置は、請求項２ないし請求項８のいずれか１項記載の空気調和装置において、前記記憶手段に記憶される変化式は、前記温度差をＴ、この温度差Ｔにおける単位時間の皮膚温の変化をＨ、所定の係数をａとすると、Ｈ＝Ｔ×ａで表されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の空気調和方法および空気調和装置では、予測された皮膚温の変化に基づいて室内温度が被空調者の快適温度になるように室内温度を制御するようにしたので、被空調者に極端な温冷感を感じさせることなく室内温度を被空調者の快適温度にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
(第１の実施形態)
図１は、本発明の空気調和装置の第１の実施形態を示している。
この実施形態の空気調和装置は、圧縮機１の吐出口に四方弁２を介して室外熱交換器３が接続され、その室外熱交換器３に膨張弁４を介して室内熱交換器５が接続されている。そして、室内熱交換器５に四方弁２を介して圧縮機１の吸込口が接続されている。これらの接続により、冷房運転および暖房運転が可能なヒートポンプ式冷凍サイクルが構成されている。
【００１６】
すなわち、冷房運転時は、圧縮機１から吐出される冷媒が実線矢印の方向に流れ、室外熱交換器３が凝縮器、室内熱交換器５が蒸発器として機能する。暖房運転時は、四方弁２の切換により、圧縮機１から吐出される冷媒が破線矢印の流れ、室内熱交換器５が凝縮器、室外熱交換器３が蒸発器として機能する。
室外熱交換器３に対し室外ファン６が設けられ、室内熱交換器５に対し室内ファン７が設けられている。また、室内ファン７によって吸込まれる室内空気の流路に室内温度センサ８および室内湿度センサ９が設けられている。
【００１７】
室外側の圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、膨張弁４、および室外ファン６は、室外ユニットに設けられている。室内側の室内熱交換器５、室内ファン７、室内温度センサ８、および室内湿度センサ９は、室内ユニットに設けられている。
圧縮機１は回転数可変型（能力可変型）で、インバータ１１から供給される交流電力の周波数に応じた回転数で動作する。インバータ１１は、商用交流電源１０の電圧を整流し、その整流後の直流電圧を制御部１２からの指令に応じた周波数の交流電圧に変換し、出力する。
【００１８】
制御部１２は、空気調和装置の全体を制御する。この制御部１２に、四方弁２、室外ファン６、室内ファン７、室内温度センサ８、室内湿度センサ９、インバータ１１が接続されている。また、室外の温度を測定する室外温度センサ１３が接続されている。
そして、制御部１２には、運転条件等を設定するための入力部１５が接続されている。
図２は、制御部１２の詳細を示すブロック図である。
【００１９】
この実施形態では、マイクロコンピュータのＣＰＵ１７により空気調和装置の全体が制御される。
入力部１５には、運転モード選択ボタン１９、年齢モード選択ボタン２１および温度設定ボタン２３が設けられている。運転モード選択ボタン１９を押圧することにより、冷房モード、暖房モードおよび快適モードのいずれか１つを選択することが可能である。運転モード選択ボタン１９で快適モードを選択し、年齢モード選択ボタン２１を押圧することにより、子供モードまたは大人モードのいずれか１つを選択することが可能である。運転モード選択ボタン１９で冷房モードまたは暖房モードを選択し、温度設定ボタン２３を押圧することにより、冷房温度または暖房温度を設定することが可能である。
【００２０】
ここで、快適モードは、被空調者の現在の皮膚温と現在の室内温度との温度差から、被空調者の皮膚温の変化を予測し、予測された皮膚温の変化に基づいて室内温度が被空調者の皮膚温の快適温度になるように室内温度を制御するモードである。
メモリカード２５は、インターフェース(Ｉ／Ｆ)２７を介してＣＰＵ１７に接続されている。このメモリカード２５には、図３に示すように、被空調者の皮膚温の単位時間(分)当たりの変化予測値ａ１〜ａｎおよびｂ１〜ｂｎが室外温度と室内温度との温度差に対応して記憶されている。この実施形態では、足指先の皮膚温が対象となる皮膚温とされている。皮膚温の変化予測値は、室外温度と室内温度との温度差が大きくなる程大きくなる。また、皮膚温の変化予測値は、子供と大人に分けて記憶されており、大人の変化予測値ｂ１〜ｂｎに比較して子供の変化予測値ａ１〜ａｎは大きくなっている。そして、子供と大人に分けて皮膚温の快適温度が記憶されており、大人に比較して子供の皮膚温の快適温度は高くなっている。この実施形態では、快適温度は、足指先の皮膚温が最も快適な温度になる温度とされている。
【００２１】
上述した空気調和装置では、運転モード選択ボタン１９により冷房モードまたは暖房モードを選択している時には、温度設定ボタン２３に設定された温度になるように通常の制御が行われる。
一方、運転モード選択ボタン１９により快適モードを選択した時には、子供モードまたは大人モードによる制御が行われる。
【００２２】
図４は、快適モード時の動作を示すフローチャートである。
ステップＳ１では、室外温度センサ１３と室内温度センサ８からの信号に基づいて、室外温度と室内温度との温度差を求める。例えば図５に示すように、現在の室内温度が２０℃で、室外温度が３０℃の時には、温度差は１０度となる。ここで、室内に入って来た人間の足指先の皮膚温は、室外温度と同等になっているとみなす。
【００２３】
ステップＳ２では、年齢モード選択ボタン２１によるモードが子供モードか大人モードかを判断する。なお、子供モードは、例えば室内に大人が既にいて子供が学校から帰って来た時に大人により設定される。
子供モードの時には、ステップＳ３において、メモリカード２５に記憶されるデータから温度差に対応する子供の変化予測値および快適温度を取得する。
【００２４】
そして、ステップＳ４において、子供の皮膚温が、予め定められた所定の温度、例えば２０℃に到達するまでの到達時間が求められる。例えば図５に点線で示すように、子供の皮膚温が１５分後に２０℃に到達するものとする。この２０℃の皮膚温は、子供が「寒い」と感じる直前の温度である。
次に、ステップＳ５において、到達時間が経過したか否かを判断する。
【００２５】
到達時間が経過した時には、ステップＳ６において、子供の快適温度側に室内温度を変化させる。例えば図５に点線で示すように、子供の快適温度２６℃になるように制御する。
次に、ステップＳ７において、子供の皮膚温の快適温度と現在の室内温度との温度差を求める。
【００２６】
そして、ステップＳ３からステップＳ７を繰り返すことにより、室内温度が子供の皮膚温の快適温度に収束していく。
大人モードの時には、ステップＳ８において、メモリカード２５に記憶されるデータから温度差に対応する大人の変化予測値および快適温度を取得する。
そして、ステップＳ９において、大人の皮膚温が現在の室内の温度において予め定められた所定の温度、例えば２０℃に到達するまでの到達時間が求められる。例えば図５に実線で示すように、大人の皮膚温が３０分後に２０℃に到達するものとする。この２０℃の皮膚温は、大人が「寒い」と感じる直前の温度である。
【００２７】
ステップＳ１０では、到達時間が経過したか否かを判断する。
到達時間が経過した時には、ステップＳ１１において、大人の快適温度側に室内温度を変化させる。例えば図５に実線で示すように、大人の快適温度２５℃になるように室内温度を制御する。
次に、ステップＳ１２において、ステップＳ１１から所定時間経過後に大人の皮膚温の快適温度と現在の室内温度との温度差を求める。
【００２８】
そして、ステップＳ８からステップＳ１２を繰り返すことにより、室内温度が大人の快適温度に収束していく。
上述した空気調和方法および空気調和装置では、予測された皮膚温の変化に基づいて室内温度が被空調者の快適温度になるように室内温度を制御するようにしたので、被空調者に極端な温冷感を感じさせることなく室内温度を被空調者の快適温度にすることができる。
【００２９】
すなわち、例えば室外温度が高い夏場では、外にいる時には皮膚温が例えば３０℃と高くなっており、例えば室内温度が２０℃の室内に入った時には快適と感じるが、一定の時間を経過して皮膚温が低下して２０℃になった時には、「寒い」と感じるようになる。そこで、「寒い」と感じる前に、室内温度を高め被空調者の皮膚温の快適温度に自動的に変更することにより、被空調者が温度設定ボタン２３により温度を変更することなく、室内温度を被空調者の快適温度にすることができる。
【００３０】
また、上述した空気調和装置では、年齢モード選択ボタン２１により子供モードまたは大人モードを選択することにより、子供または大人に最適な制御を行うことができる。
(第２の実施形態)
図６は、本発明の空気調和装置の第２の実施形態を示すブロック図である。
なお、この実施形態において第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３１】
この実施形態では、入力部１５には、年齢モード選択ボタン２１に替えて識別モード選択ボタン３１が設けられている。運転モード選択ボタン１９で快適モードを選択し、識別モード選択ボタン３１を押圧することにより、Ａさんモード、Ｂさんモード、ＣさんモードまたはＤさんモードのいずれか１つを選択することが可能である。
そして、メモリカード２５には、図７に示すように、Ａさんモード、Ｂさんモード、ＣさんモードおよびＤさんモードに対応して、Ａさん、Ｂさん、ＣさんおよびＤさんの皮膚温の単位時間(分)の変化予測値Ａ１〜Ａｎ、Ｂ１〜Ｂｎ、Ｃ１〜Ｃｎ、Ｄ１〜Ｄｎが、室外温度と室内温度との温度差に対応して記憶されている。
【００３２】
この実施形態では、Ａさん、Ｂさん、ＣさんおよびＤさんは家族であり、Ａさんは父親、Ｂさんは母親、Ｃさんは８歳の男の子供、Ｄさんは３歳の女の子供である。また、Ａさん、Ｂさん、ＣさんおよびＤさんの皮膚温の変化予測値は、予め実測して得られた足指先の皮膚温の変化に基づいている。従って、変化予測値は非常に信頼性の高いものとなっている。そして、Ａさん、Ｂさん、ＣさんおよびＤさんの皮膚温の快適温度がそれぞれ記憶されている。この快適温度は、Ａさん、Ｂさん、ＣさんおよびＤさんの足指先の皮膚温が最も快適な温度になる温度とされている。
【００３３】
図８は、快適モード時の動作を示すフローチャートである。
ステップＳ１では、室外温度センサ１３と室内温度センサ８からの信号に基づいて、室外温度と室内温度との温度差を求める。
ステップＳ２では、識別モード選択ボタン３１によりＡさん、Ｂさん、ＣさんおよびＤさんのうち誰のモードが選択されているかを識別する。例えば室内にＢさんが既にいて、Ｃさんが学校から帰って来た時に、ＢさんによりＣさんが設定される。
【００３４】
ステップＳ３では、メモリカード２５に記憶されるデータから温度差に対応する選択されているモードの人の変化予測値および快適温度を取得する。
ステップＳ４では、選択されているモードの人の皮膚温が、予め定められた所定の温度、例えば２０℃に到達するまでの到達時間が求められる。
次に、ステップＳ５において、到達時間が経過したか否かを判断する。
【００３５】
到達時間が経過した時には、ステップＳ６において、選択されているモードの人の快適温度側に室内温度を変化させる。
次に、ステップＳ７では、ステップＳ６から所定時間経過後に選択されているモードの人の快適温度と現在の室内温度との温度差を求める。
そして、ステップＳ３からステップＳ７を繰り返すことにより、室内温度が選択されているモードの人の快適温度に収束していく。
【００３６】
この実施形態においても第１の実施形態と略同様の効果を得ることができるが、この実施形態では、Ａさん、Ｂさん、ＣさんおよびＤさんの各個人に最適な制御を行うことができる。
(実施形態の補足事項)
以上、本発明を上述した実施形態によって説明してきたが、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような形態でも良い。
【００３７】
(１)上述した第１の実施形態では、年齢モード選択ボタン２１により大人モードと子供モードとを選択可能にした例について説明したが、例えば、幼児モード、子供モード、成人モード、中年モード、高齢者モード等を設け、これ等を選択可能にしても良い。また、入力部に直接年齢を入力可能にし、メモリカードに年齢に対応して変化予測値および快適温度を記憶するようにしても良い。
【００３８】
(２)上述した第２の実施形態では、識別モード選択ボタン３１によりＡさん、Ｂさん、ＣさんおよびＤさんを識別可能にした例について説明したが、例えば、識別モード選択ボタンにより性別を識別させるようにし、メモリカードに性別に対応して変化予測値および快適温度を記憶するようにしても良い。すなわち、一般に女性は男性に比較して「寒い」と感じ易いが、メモリカードに性別に対応して変化予測値および快適温度を記憶することにより、男性と女性に最適な快適温度を設定することができる。
【００３９】
(３)上述した第２の実施形態では、識別モード選択ボタン３１によりＡさん、Ｂさん、ＣさんおよびＤさんを識別可能にした例について説明したが、例えば、識別モード選択ボタンにより体格を識別させるようにし、メモリカードに体格に対応して変化予測値および快適温度を記憶するようにしても良い。すなわち、一般に「痩せている人」は「太っている人」に比較して「寒い」と感じ易いが、メモリカードに体格に対応して変化予測値および快適温度を記憶することにより、「痩せている人」と「太っている人」に最適な快適温度を設定することができる。
【００４０】
(４)上述した実施形態では、テーブルにより被空調者の皮膚温の変化を求めた例について説明したが、例えば、変化式により皮膚温の変化を求めるようにしても良い。そして、本発明者の実験によれば、温度差をＴ、この温度差Ｔにおける１０分間の皮膚温の変化をＨとすると、変化式をＨ＝Ｔ×０．１７で表すのが最適である。
(５)上述した実施形態では、建屋の室内の空気調和に本発明を適用した例について説明したが、例えば、車等の空気調和に広く適用することができる。
【００４１】
(６)上述した実施形態では、メモリカード２５に変化予測値および快適温度を記憶させた例について説明したが、例えば、パソコン等に記憶させても良い。このようにメモリカード２５等を利用することにより各モードのデータの書き換え(更新)を容易に行うことができる。また、メモリの種類もカードタイプやＵＳＢキータイプのものを利用可能である。そして、メモリカード等に生理学的なデータベースを搭載することにより、データバンクを容易に構築することが可能になる。
【００４２】
(７)上述した実施形態では、室内に入って来た人間の温度を室外温度とした例について説明したが、例えば、室内に人間の皮膚温を測定する赤外線センサ等の非接触型のセンサを設け、センサにより皮膚温を直接測定するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の空気調和装置の第１の実施形態を示す説明図である。
【図２】図１の空気調和装置の制御部１２を示すブロック図である。
【図３】図２のメモリカード２５に記憶されるテーブルを示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態による室内温度の制御例を示す説明図である。
【図６】本発明の空気調和装置の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図７】図６のメモリカード２５に記憶されるテーブルを示す説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明者が実験で求めた皮膚温の変化を示す説明図である。
【図１０】本発明者が実験で求めた幼児と大人の皮膚温の変化を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
８ 室内温度センサ
１３ 室外温度センサ
１５ 入力部
１９ 運転モード選択ボタン
２１ 年齢モード選択ボタン
３１ 識別モード選択ボタン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、室内等の空気を空調する空気調和方法および空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空調室内の人間(以下被空調者という)の空調環境を改善したものとして、例えば、特開２００３−１２０９８９号公報(以下特許文献１という)、特開平５−９９４７６号公報(以下特許文献２という)に開示されるものが知られている。
特許文献１には、生理計測（体温，心拍等）をセンシングして室内環境（睡眠環境）を調節する空気調和装置が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、天候や季節を考慮し、より快適な空調および生活環境を目指す空気調和装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１２０９８９号公報
【特許文献２】特開平５−９９４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の空気調和装置では、人間の温冷感を積極的に考慮していないため、被空調者が空気調和装置の設定温度を頻繁に調整する必要があるという問題があった。
すなわち、従来の空気調和装置では、例えば気温３０℃を超す暑い室外から室内に入った直後には、できるだけ早く室内の温度を下げようとして強めの冷房を入れるが、その後時間の経過とともに室温が低下し、今度は逆に寒さを感じ冷房をゆるめることになる。しかし、次にまた少し暑さを感じ、冷房の程度をわずかに強めたりする。このように、従来の技術では冷房の設定温度の調整を繰り返し人間が行わなければならないものとなっている。
【０００５】
本発明者は、かかる従来の問題を解決すべく鋭意研究した結果、以下の点を見出した。
すなわち、通常、室内の温度は空調によって一定の環境温度に保たれている。しかし、人間の身体はこの一定の環境温度に対して血管の拡張といったような様々な反応を示し、そのため、一定の環境温度が最初は「涼しい」と感じるが、やがて「寒い」と感じるようになり、何度も空調の設定温度を変えることになる。
【０００６】
また、環境温度と体温とに大きな差がある場合、図９に示すように、人間の深部体温および心拍数はあまり大きな変化を示さないが、皮膚温が大きな変化を示すことを見出した。すなわち、図９は、環境温度を５℃に設定した時の深部体温、心拍数および皮膚温の変化を示している。より具体的には、環境温度と体温との差を１００％とすると１０分間に１７％皮膚温が低下する。また、脳の体温中枢（視床下部）における神経伝達物質（セロトニン・ドーパミン）の変化もほぼ同様の変化を示すことを見出した。
【０００７】
そして、これらの情報をデータベース化し、個人毎の快適温度を設定し１０分間に１７％皮膚温が変化することを考慮して、最初の皮膚温が設定した快適温度に至る時間を予測し、この予測に基づいて室温を調整するようにした。
データベースを利用して環境温度を調整した時と、環境温度を一定にした時との「快適性」について主観的評価を求めたところ、一定の場合よりも、データべースを利用して環境温度を調整した時の方が統計的に有意に「快適性」が高かった。
【０００８】
また、特に５歳以下の子供では、環境温度の影響を早く受けることを見出した。すなわち、図１０は、環境温度を２０℃から３５℃に変化させた時の３歳の幼児と４０歳の大人との皮膚温の変化を示しており、特に、３歳の幼児では足指先の皮膚温の変化が大きいことがわかる。これにより、幼児を対象とした場合には、１０分間に１７％の設定よりも設定を大きくすることが有効である。
【０００９】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたもので、被空調者に極端な温冷感を感じさせることなく室内温度を被空調者の快適温度にすることができる空気調和方法および空気調和装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の空気調和方法は、被空調者の現在の皮膚温と現在の室内温度との温度差から、前記被空調者の皮膚温の変化を予測し、予測された皮膚温の変化に基づいて前記室内温度が前記被空調者の快適温度になるように前記室内温度を制御することを特徴とする。
請求項２の空気調和装置は、室外温度と室内温度との温度差を求める温度差測定手段と、被空調者の快適温度および前記温度差に対する前記被空調者の皮膚温の変化または変化式を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶される前記被空調者の皮膚温の変化または変化式に基づいて前記被空調者の皮膚温が所定の温度に到達する到達時間を予測する予測手段と、前記到達時間に基づいて前記快適温度になるように前記室内温度を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項３の空気調和装置は、請求項２記載の空気調和装置において、複数の年齢モードを入力する入力手段を備え、前記記憶手段には、前記温度差に対する前記被空調者の皮膚温の変化が前記年齢モードに対応して記憶され、前記予測手段は、入力された年齢モードに対応する皮膚温の変化に基づいて前記到達時間を予測することを特徴とする。
請求項４の空気調和装置は、請求項３記載の空気調和装置において、前記年齢モードは、子供モードおよび大人モードであることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の空気調和装置は、請求項２記載の空気調和装置において、複数の識別モードを入力する入力手段を備え、前記記憶手段には、前記被空調者の快適温度が前記識別モードに対応して記憶され、前記制御手段は、入力された識別モードに対応する快適温度になるように前記室内温度を制御することを特徴とする。
請求項６の空気調和装置は、請求項５記載の空気調和装置において、前記識別モードは、個人を区別するモードであることを特徴とする。
【００１３】
請求項７の空気調和装置は、請求項５記載の空気調和装置において、前記識別モードは、性別を区別するモードであることを特徴とする。
請求項８の空気調和装置は、請求項５記載の空気調和装置において、前記識別モードは、体格を区別するモードであることを特徴とする。
請求項９の空気調和装置は、請求項２ないし請求項８のいずれか１項記載の空気調和装置において、前記記憶手段に記憶される変化式は、前記温度差をＴ、この温度差Ｔにおける単位時間の皮膚温の変化をＨ、所定の係数をａとすると、Ｈ＝Ｔ×ａで表されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の空気調和方法および空気調和装置では、予測された皮膚温の変化に基づいて室内温度が被空調者の快適温度になるように室内温度を制御するようにしたので、被空調者に極端な温冷感を感じさせることなく室内温度を被空調者の快適温度にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
(第１の実施形態)
図１は、本発明の空気調和装置の第１の実施形態を示している。
この実施形態の空気調和装置は、圧縮機１の吐出口に四方弁２を介して室外熱交換器３が接続され、その室外熱交換器３に膨張弁４を介して室内熱交換器５が接続されている。そして、室内熱交換器５に四方弁２を介して圧縮機１の吸込口が接続されている。これらの接続により、冷房運転および暖房運転が可能なヒートポンプ式冷凍サイクルが構成されている。
【００１６】
すなわち、冷房運転時は、圧縮機１から吐出される冷媒が実線矢印の方向に流れ、室外熱交換器３が凝縮器、室内熱交換器５が蒸発器として機能する。暖房運転時は、四方弁２の切換により、圧縮機１から吐出される冷媒が破線矢印の流れ、室内熱交換器５が凝縮器、室外熱交換器３が蒸発器として機能する。
室外熱交換器３に対し室外ファン６が設けられ、室内熱交換器５に対し室内ファン７が設けられている。また、室内ファン７によって吸込まれる室内空気の流路に室内温度センサ８および室内湿度センサ９が設けられている。
【００１７】
室外側の圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、膨張弁４、および室外ファン６は、室外ユニットに設けられている。室内側の室内熱交換器５、室内ファン７、室内温度センサ８、および室内湿度センサ９は、室内ユニットに設けられている。
圧縮機１は回転数可変型（能力可変型）で、インバータ１１から供給される交流電力の周波数に応じた回転数で動作する。インバータ１１は、商用交流電源１０の電圧を整流し、その整流後の直流電圧を制御部１２からの指令に応じた周波数の交流電圧に変換し、出力する。
【００１８】
制御部１２は、空気調和装置の全体を制御する。この制御部１２に、四方弁２、室外ファン６、室内ファン７、室内温度センサ８、室内湿度センサ９、インバータ１１が接続されている。また、室外の温度を測定する室外温度センサ１３が接続されている。
そして、制御部１２には、運転条件等を設定するための入力部１５が接続されている。
図２は、制御部１２の詳細を示すブロック図である。
【００１９】
この実施形態では、マイクロコンピュータのＣＰＵ１７により空気調和装置の全体が制御される。
入力部１５には、運転モード選択ボタン１９、年齢モード選択ボタン２１および温度設定ボタン２３が設けられている。運転モード選択ボタン１９を押圧することにより、冷房モード、暖房モードおよび快適モードのいずれか１つを選択することが可能である。運転モード選択ボタン１９で快適モードを選択し、年齢モード選択ボタン２１を押圧することにより、子供モードまたは大人モードのいずれか１つを選択することが可能である。運転モード選択ボタン１９で冷房モードまたは暖房モードを選択し、温度設定ボタン２３を押圧することにより、冷房温度または暖房温度を設定することが可能である。
【００２０】
ここで、快適モードは、被空調者の現在の皮膚温と現在の室内温度との温度差から、被空調者の皮膚温の変化を予測し、予測された皮膚温の変化に基づいて室内温度が被空調者の皮膚温の快適温度になるように室内温度を制御するモードである。
メモリカード２５は、インターフェース(Ｉ／Ｆ)２７を介してＣＰＵ１７に接続されている。このメモリカード２５には、図３に示すように、被空調者の皮膚温の単位時間(分)当たりの変化予測値ａ１〜ａｎおよびｂ１〜ｂｎが室外温度と室内温度との温度差に対応して記憶されている。この実施形態では、足指先の皮膚温が対象となる皮膚温とされている。皮膚温の変化予測値は、室外温度と室内温度との温度差が大きくなる程大きくなる。また、皮膚温の変化予測値は、子供と大人に分けて記憶されており、大人の変化予測値ｂ１〜ｂｎに比較して子供の変化予測値ａ１〜ａｎは大きくなっている。そして、子供と大人に分けて皮膚温の快適温度が記憶されており、大人に比較して子供の皮膚温の快適温度は高くなっている。この実施形態では、快適温度は、足指先の皮膚温が最も快適な温度になる温度とされている。
【００２１】
上述した空気調和装置では、運転モード選択ボタン１９により冷房モードまたは暖房モードを選択している時には、温度設定ボタン２３に設定された温度になるように通常の制御が行われる。
一方、運転モード選択ボタン１９により快適モードを選択した時には、子供モードまたは大人モードによる制御が行われる。
【００２２】
図４は、快適モード時の動作を示すフローチャートである。
ステップＳ１では、室外温度センサ１３と室内温度センサ８からの信号に基づいて、室外温度と室内温度との温度差を求める。例えば図５に示すように、現在の室内温度が２０℃で、室外温度が３０℃の時には、温度差は１０度となる。ここで、室内に入って来た人間の足指先の皮膚温は、室外温度と同等になっているとみなす。
【００２３】
ステップＳ２では、年齢モード選択ボタン２１によるモードが子供モードか大人モードかを判断する。なお、子供モードは、例えば室内に大人が既にいて子供が学校から帰って来た時に大人により設定される。
子供モードの時には、ステップＳ３において、メモリカード２５に記憶されるデータから温度差に対応する子供の変化予測値および快適温度を取得する。
【００２４】
そして、ステップＳ４において、子供の皮膚温が、予め定められた所定の温度、例えば２０℃に到達するまでの到達時間が求められる。例えば図５に点線で示すように、子供の皮膚温が１５分後に２０℃に到達するものとする。この２０℃の皮膚温は、子供が「寒い」と感じる直前の温度である。
次に、ステップＳ５において、到達時間が経過したか否かを判断する。
【００２５】
到達時間が経過した時には、ステップＳ６において、子供の快適温度側に室内温度を変化させる。例えば図５に点線で示すように、子供の快適温度２６℃になるように制御する。
次に、ステップＳ７において、子供の皮膚温の快適温度と現在の室内温度との温度差を求める。
【００２６】
そして、ステップＳ３からステップＳ７を繰り返すことにより、室内温度が子供の皮膚温の快適温度に収束していく。
大人モードの時には、ステップＳ８において、メモリカード２５に記憶されるデータから温度差に対応する大人の変化予測値および快適温度を取得する。
そして、ステップＳ９において、大人の皮膚温が現在の室内の温度において予め定められた所定の温度、例えば２０℃に到達するまでの到達時間が求められる。例えば図５に実線で示すように、大人の皮膚温が３０分後に２０℃に到達するものとする。この２０℃の皮膚温は、大人が「寒い」と感じる直前の温度である。
【００２７】
ステップＳ１０では、到達時間が経過したか否かを判断する。
到達時間が経過した時には、ステップＳ１１において、大人の快適温度側に室内温度を変化させる。例えば図５に実線で示すように、大人の快適温度２５℃になるように室内温度を制御する。
次に、ステップＳ１２において、ステップＳ１１から所定時間経過後に大人の皮膚温の快適温度と現在の室内温度との温度差を求める。
【００２８】
そして、ステップＳ８からステップＳ１２を繰り返すことにより、室内温度が大人の快適温度に収束していく。
上述した空気調和方法および空気調和装置では、予測された皮膚温の変化に基づいて室内温度が被空調者の快適温度になるように室内温度を制御するようにしたので、被空調者に極端な温冷感を感じさせることなく室内温度を被空調者の快適温度にすることができる。
【００２９】
すなわち、例えば室外温度が高い夏場では、外にいる時には皮膚温が例えば３０℃と高くなっており、例えば室内温度が２０℃の室内に入った時には快適と感じるが、一定の時間を経過して皮膚温が低下して２０℃になった時には、「寒い」と感じるようになる。そこで、「寒い」と感じる前に、室内温度を高め被空調者の皮膚温の快適温度に自動的に変更することにより、被空調者が温度設定ボタン２３により温度を変更することなく、室内温度を被空調者の快適温度にすることができる。
【００３０】
また、上述した空気調和装置では、年齢モード選択ボタン２１により子供モードまたは大人モードを選択することにより、子供または大人に最適な制御を行うことができる。
(第２の実施形態)
図６は、本発明の空気調和装置の第２の実施形態を示すブロック図である。
なお、この実施形態において第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３１】
この実施形態では、入力部１５には、年齢モード選択ボタン２１に替えて識別モード選択ボタン３１が設けられている。運転モード選択ボタン１９で快適モードを選択し、識別モード選択ボタン３１を押圧することにより、Ａさんモード、Ｂさんモード、ＣさんモードまたはＤさんモードのいずれか１つを選択することが可能である。
そして、メモリカード２５には、図７に示すように、Ａさんモード、Ｂさんモード、ＣさんモードおよびＤさんモードに対応して、Ａさん、Ｂさん、ＣさんおよびＤさんの皮膚温の単位時間(分)の変化予測値Ａ１〜Ａｎ、Ｂ１〜Ｂｎ、Ｃ１〜Ｃｎ、Ｄ１〜Ｄｎが、室外温度と室内温度との温度差に対応して記憶されている。
【００３２】
この実施形態では、Ａさん、Ｂさん、ＣさんおよびＤさんは家族であり、Ａさんは父親、Ｂさんは母親、Ｃさんは８歳の男の子供、Ｄさんは３歳の女の子供である。また、Ａさん、Ｂさん、ＣさんおよびＤさんの皮膚温の変化予測値は、予め実測して得られた足指先の皮膚温の変化に基づいている。従って、変化予測値は非常に信頼性の高いものとなっている。そして、Ａさん、Ｂさん、ＣさんおよびＤさんの皮膚温の快適温度がそれぞれ記憶されている。この快適温度は、Ａさん、Ｂさん、ＣさんおよびＤさんの足指先の皮膚温が最も快適な温度になる温度とされている。
【００３３】
図８は、快適モード時の動作を示すフローチャートである。
ステップＳ１では、室外温度センサ１３と室内温度センサ８からの信号に基づいて、室外温度と室内温度との温度差を求める。
ステップＳ２では、識別モード選択ボタン３１によりＡさん、Ｂさん、ＣさんおよびＤさんのうち誰のモードが選択されているかを識別する。例えば室内にＢさんが既にいて、Ｃさんが学校から帰って来た時に、ＢさんによりＣさんが設定される。
【００３４】
ステップＳ３では、メモリカード２５に記憶されるデータから温度差に対応する選択されているモードの人の変化予測値および快適温度を取得する。
ステップＳ４では、選択されているモードの人の皮膚温が、予め定められた所定の温度、例えば２０℃に到達するまでの到達時間が求められる。
次に、ステップＳ５において、到達時間が経過したか否かを判断する。
【００３５】
到達時間が経過した時には、ステップＳ６において、選択されているモードの人の快適温度側に室内温度を変化させる。
次に、ステップＳ７では、ステップＳ６から所定時間経過後に選択されているモードの人の快適温度と現在の室内温度との温度差を求める。
そして、ステップＳ３からステップＳ７を繰り返すことにより、室内温度が選択されているモードの人の快適温度に収束していく。
【００３６】
この実施形態においても第１の実施形態と略同様の効果を得ることができるが、この実施形態では、Ａさん、Ｂさん、ＣさんおよびＤさんの各個人に最適な制御を行うことができる。
(実施形態の補足事項)
以上、本発明を上述した実施形態によって説明してきたが、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような形態でも良い。
【００３７】
(１)上述した第１の実施形態では、年齢モード選択ボタン２１により大人モードと子供モードとを選択可能にした例について説明したが、例えば、幼児モード、子供モード、成人モード、中年モード、高齢者モード等を設け、これ等を選択可能にしても良い。また、入力部に直接年齢を入力可能にし、メモリカードに年齢に対応して変化予測値および快適温度を記憶するようにしても良い。
【００３８】
(２)上述した第２の実施形態では、識別モード選択ボタン３１によりＡさん、Ｂさん、ＣさんおよびＤさんを識別可能にした例について説明したが、例えば、識別モード選択ボタンにより性別を識別させるようにし、メモリカードに性別に対応して変化予測値および快適温度を記憶するようにしても良い。すなわち、一般に女性は男性に比較して「寒い」と感じ易いが、メモリカードに性別に対応して変化予測値および快適温度を記憶することにより、男性と女性に最適な快適温度を設定することができる。
【００３９】
(３)上述した第２の実施形態では、識別モード選択ボタン３１によりＡさん、Ｂさん、ＣさんおよびＤさんを識別可能にした例について説明したが、例えば、識別モード選択ボタンにより体格を識別させるようにし、メモリカードに体格に対応して変化予測値および快適温度を記憶するようにしても良い。すなわち、一般に「痩せている人」は「太っている人」に比較して「寒い」と感じ易いが、メモリカードに体格に対応して変化予測値および快適温度を記憶することにより、「痩せている人」と「太っている人」に最適な快適温度を設定することができる。
【００４０】
(４)上述した実施形態では、テーブルにより被空調者の皮膚温の変化を求めた例について説明したが、例えば、変化式により皮膚温の変化を求めるようにしても良い。そして、本発明者の実験によれば、温度差をＴ、この温度差Ｔにおける１０分間の皮膚温の変化をＨとすると、変化式をＨ＝Ｔ×０．１７で表すのが最適である。
(５)上述した実施形態では、建屋の室内の空気調和に本発明を適用した例について説明したが、例えば、車等の空気調和に広く適用することができる。
【００４１】
(６)上述した実施形態では、メモリカード２５に変化予測値および快適温度を記憶させた例について説明したが、例えば、パソコン等に記憶させても良い。このようにメモリカード２５等を利用することにより各モードのデータの書き換え(更新)を容易に行うことができる。また、メモリの種類もカードタイプやＵＳＢキータイプのものを利用可能である。そして、メモリカード等に生理学的なデータベースを搭載することにより、データバンクを容易に構築することが可能になる。
【００４２】
(７)上述した実施形態では、室内に入って来た人間の温度を室外温度とした例について説明したが、例えば、室内に人間の皮膚温を測定する赤外線センサ等の非接触型のセンサを設け、センサにより皮膚温を直接測定するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の空気調和装置の第１の実施形態を示す説明図である。
【図２】図１の空気調和装置の制御部１２を示すブロック図である。
【図３】図２のメモリカード２５に記憶されるテーブルを示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態による室内温度の制御例を示す説明図である。
【図６】本発明の空気調和装置の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図７】図６のメモリカード２５に記憶されるテーブルを示す説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明者が実験で求めた皮膚温の変化を示す説明図である。
【図１０】本発明者が実験で求めた幼児と大人の皮膚温の変化を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
８ 室内温度センサ
１３ 室外温度センサ
１５ 入力部
１９ 運転モード選択ボタン
２１ 年齢モード選択ボタン
３１ 識別モード選択ボタン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被空調者の現在の皮膚温と現在の室内温度との温度差から、前記被空調者の皮膚温の変化を予測し、予測された皮膚温の変化に基づいて前記室内温度が前記被空調者の快適温度になるように前記室内温度を制御することを特徴とする空気調和方法。
【請求項２】
室外温度と室内温度との温度差を求める温度差測定手段と、
被空調者の快適温度および前記温度差に対する前記被空調者の皮膚温の変化または変化式を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶される前記被空調者の皮膚温の変化または変化式に基づいて前記被空調者の皮膚温が所定の温度に到達する到達時間を予測する予測手段と、
前記到達時間に基づいて前記快適温度になるように前記室内温度を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする空気調和装置。
【請求項３】
請求項２記載の空気調和装置において、
複数の年齢モードを入力する入力手段を備え、
前記記憶手段には、前記温度差に対する前記被空調者の皮膚温の変化が前記年齢モードに対応して記憶され、
前記予測手段は、入力された年齢モードに対応する皮膚温の変化に基づいて前記到達時間を予測することを特徴とする空気調和装置。
【請求項４】
請求項３記載の空気調和装置において、
前記年齢モードは、子供モードおよび大人モードであることを特徴とする空気調和装置。
【請求項５】
請求項２記載の空気調和装置において、
複数の識別モードを入力する入力手段を備え、
前記記憶手段には、前記被空調者の快適温度が前記識別モードに対応して記憶され、
前記制御手段は、入力された識別モードに対応する快適温度になるように前記室内温度を制御することを特徴とする空気調和装置。
【請求項６】
請求項５記載の空気調和装置において、
前記識別モードは、個人を区別するモードであることを特徴とする空気調和装置。
【請求項７】
請求項５記載の空気調和装置において、
前記識別モードは、性別を区別するモードであることを特徴とする空気調和装置。
【請求項８】
請求項５記載の空気調和装置において、
前記識別モードは、体格を区別するモードであることを特徴とする空気調和装置。
【請求項９】
請求項２ないし請求項８のいずれか１項記載の空気調和装置において、
前記記憶手段に記憶される変化式は、前記温度差をＴ、この温度差Ｔにおける単位時間の皮膚温の変化をＨ、所定の係数をａとすると、Ｈ＝Ｔ×ａで表されることを特徴とする空気調和装置。
【請求項１】
被空調者の現在の皮膚温と現在の室内温度との温度差から、前記被空調者の皮膚温の変化を予測し、予測された皮膚温の変化に基づいて前記室内温度が前記被空調者の快適温度になるように前記室内温度を制御することを特徴とする空気調和方法。
【請求項２】
室外温度と室内温度との温度差を求める温度差測定手段と、
被空調者の快適温度および前記温度差に対する前記被空調者の皮膚温の変化または変化式を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶される前記被空調者の皮膚温の変化または変化式に基づいて前記被空調者の皮膚温が所定の温度に到達する到達時間を予測する予測手段と、
前記到達時間に基づいて前記快適温度になるように前記室内温度を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする空気調和装置。
【請求項３】
請求項２記載の空気調和装置において、
複数の年齢モードを入力する入力手段を備え、
前記記憶手段には、前記温度差に対する前記被空調者の皮膚温の変化が前記年齢モードに対応して記憶され、
前記予測手段は、入力された年齢モードに対応する皮膚温の変化に基づいて前記到達時間を予測することを特徴とする空気調和装置。
【請求項４】
請求項３記載の空気調和装置において、
前記年齢モードは、子供モードおよび大人モードであることを特徴とする空気調和装置。
【請求項５】
請求項２記載の空気調和装置において、
複数の識別モードを入力する入力手段を備え、
前記記憶手段には、前記被空調者の快適温度が前記識別モードに対応して記憶され、
前記制御手段は、入力された識別モードに対応する快適温度になるように前記室内温度を制御することを特徴とする空気調和装置。
【請求項６】
請求項５記載の空気調和装置において、
前記識別モードは、個人を区別するモードであることを特徴とする空気調和装置。
【請求項７】
請求項５記載の空気調和装置において、
前記識別モードは、性別を区別するモードであることを特徴とする空気調和装置。
【請求項８】
請求項５記載の空気調和装置において、
前記識別モードは、体格を区別するモードであることを特徴とする空気調和装置。
【請求項９】
請求項２ないし請求項８のいずれか１項記載の空気調和装置において、
前記記憶手段に記憶される変化式は、前記温度差をＴ、この温度差Ｔにおける単位時間の皮膚温の変化をＨ、所定の係数をａとすると、Ｈ＝Ｔ×ａで表されることを特徴とする空気調和装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−１１２６８０（Ｐ２００６−１１２６８０Ａ）
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２９８７５５（Ｐ２００４−２９８７５５）
【出願日】平成１６年１０月１３日（２００４．１０．１３）
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１３日（２００４．１０．１３）
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【Ｆターム（参考）】
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