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JP2690803B2 - 空調制御装置 - Google Patents

空調制御装置

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JP2690803B2
JP2690803B2 JP2108457A JP10845790A JP2690803B2 JP 2690803 B2 JP2690803 B2 JP 2690803B2 JP 2108457 A JP2108457 A JP 2108457A JP 10845790 A JP10845790 A JP 10845790A JP 2690803 B2 JP2690803 B2 JP 2690803B2
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基博 北田
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忠幸 宮脇
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Toyota Central R&D Labs Inc
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    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00735—Control systems or circuits characterised by their input, i.e. by the detection, measurement or calculation of particular conditions, e.g. signal treatment, dynamic models
    • B60H1/00742—Control systems or circuits characterised by their input, i.e. by the detection, measurement or calculation of particular conditions, e.g. signal treatment, dynamic models by detection of the vehicle occupants' presence; by detection of conditions relating to the body of occupants, e.g. using radiant heat detectors
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
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    • G—PHYSICS
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は空調装置からの送風量を在室者の温熱感を考
慮して快適な送風量に制御できる空調制御装置に関す
る。
〔従来の技術〕
従来の空調装置では、室内温度と設定温度との偏差、
あるいはこの偏差に基づく値に応じて送風量を設定し、
上記偏差が大きいときには大風量を、上記偏差が小さい
ときには小風量を供給するものが一般的であった。
しかし、快適性で重要な要因となる人の温度感覚（温
感）は、温度以外にも、気流、温度、輻射の影響により
変化する他、運動量、着衣量といった人間要因も影響を
及ぼすため、上記従来の送風量制御では決して快適な送
風量を供給できるとは言難いものであった。
一方、従来より人の温感と皮膚温度との間には強い相
関が見られることが知られており、この皮膚温度を快適
温度にするように室温を制御しようとするものが知られ
ている。
例えば特開昭55-95054号、特開昭57-37642号、特開昭
60-92919号および特開昭62-125243号には皮膚温度に応
じて室温を制御する空調装置が開示されている。
しかし、これらのものでは送風量に関して全く考慮さ
れておらず、皮膚温度が快適温度に向かう過程あるいは
皮膚温度が快適温度に至った後において人が送風量を不
快に感じてしまう可能性がある。
特に送風量が過大であると温感は満足にいても、送風
量のうるささや、しつこさといった気流のいやらしさを
感じ、不快感を抱いてしまうという問題点があった。
また、特開平1-229713号に開示される如く、皮膚温度
に基づいて温感を推定し、この温感を目標温感とするよ
うに送風量を制御するものが知られている。
しかし、上記公報に開示されるものにあっても送風量
が過大であると不快感を抱いてしまうという問題点があ
った。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は上記のごとき従来の技術およびその問題点に
鑑み、空調室内の人の温感に対応した送風量を設定で
き、人の温感の変化に伴って快適な送風量を供給するこ
とができる空調制御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〕
本発明は上記目的を達成するために第１図に示す如
く、 室内へ温調空気を送風する送風機と、 室内におけるヒトの皮膚温度を検出する検出手段を具
備する空調装置において、 快適な目標温度を、空調開始時の室内温度，外気温度
及び日射量もしくは空調開始時の皮膚温度、外気温度及
び日射量に基づいて決定し、 前記検出手段により検出された皮膚温度と、前記快適
な目標温度を達成する目標皮膚温度とに応じた量に基づ
いて送風量を決定し 前記送風機をこの決定された送風量にて作動させる制
御手段 を備えるという技術的手段を採用する。
〔作用〕
本発明では、人の温感と皮膚温度との間に強い相関が
あることに着目し、この皮膚温度に応じて人の温感に応
じた送風量を供給できるようにした。
温感と皮膚温度との相関は、ほぼ下記（１）式のよう
な１次式によって表すことができる。
温感（Ｓ）＝Ｋ1×ＴS＋Ｋ2×S＋Ｃ …（１） すなわち、皮膚温度の変化に伴って人の温感も変化し
てゆく。
そこで、本発明では、検出手段によって検出される皮
膚温度と、快適な目標温感を達成する目標となる皮膚温
度とに応じて送風量を決定し送風量を制御するようにし
た。
これにより、皮膚温度の変化に伴って変化してゆく温
感に応じた送風量が供給される。
〔実施例〕
以下、本発明を適用した実施例を説明する。
第２図は本発明の一実施例の構成を示す車両用空調装
置の模式断面図である。
この実施例では、車両１に空調ユニット２を備える。
空調ユニット２は従来から一般に知られた構成を有し、
内外気切替装置21、送風機22、エバポレータ23、ヒータ
コア24、エアミックスダンパ25、およびベント吹出口26
等を有している。
この空調ユニット２を制御する制御装置31はマイクロ
コンピュータを有する。そして外気温センサ32、日射セ
ンサ33、スイッチパネル34、内気温センサ35、および赤
外線皮膚温センサ36からの信号を入力する。制御装置31
は上記各センサから入力される信号を演算処理し、送風
機22およびエアミックスダンパ25を制御する。
なお、赤外線皮膚温センサ36は乗員の顔面から非接触
にて皮膚温度を検出する赤外線検出型のセンサである。
以上に述べた構成において、この実施例では、制御装
置31が皮膚温度に応じて送風量を計算している。
この実施例では、下記（２）式で表される温度差ΔＴ
Sに応じて送風量を計算させている。
ΔＴS＝ＴS−ＴS′ ……（２） ここでＴS′は、（１）式において、Ｓを目標温感
Ｓ′とし、S＝０（定常時）として下記（３）式によ
り求めることができる。
ＴS′＝（Ｓ−Ｃ）/K1 ……（３） ここでΔＴSに応じて計算される送風量は、本発明の
発明者らの実験により予め求められたパターン化された
数値である。
この実験では、ΔＴSを種々に変化させ、各ΔＴSにお
いて乗員が快適と感じた送風量を記録した。
この実験結果はほぼ第３図のようになり、ΔＴSが減
少するに従って乗員は低目の送風量を好むことが実証さ
れた。
この実施例ではこの実験結果から、第４図に示すよう
な送風量パターンを設定し、制御装置に記憶させ、この
送風量パターンとΔＴSとから送風量を計算させること
とした。
次にこの実施例の作動を説明する。なお、この実施例
は冷房運転を示している。
制御装置31は車両の図示せぬバッテリから電源供給を
受け、図示せぬキースイッチのオン操作に応答して第５
図に図示するフローチャートを実行し、車両内温度と送
風量とを制御する。
まず、ステップ110では各センサから検出信号を入力
し、特に皮膚温センサ36から乗員の皮膚温度を入力す
る。
次にステップ120では、上述の（３）式に基づいて、
目標皮膚温度ＴS′が演算される。
なお、ここで目標温感Ｓ′は“暖かい”、“寒い”と
いった温度感覚を数値に対応させたもので、下記（４）
式により、第６図に示すような特性となるように演算さ
れる。
Ｓ′＝Ｋ1＊Trint＋Ｋ2＊Tam＋Ｋ3＊ＳT＋Ｃ……（４） なお、Trintは、この実施例ではキースイッチのオン
操作時の車室内温度が記憶されている。
この（４）式により、空調を開始する前に乗員がさら
された熱負荷、および室内への熱負荷状態を要因として
目標温感Ｓ′が設定される。
また、この目標温感は、乗員によるスイッチパネル34
からの入力により、“暑く”あるいは“寒く”といった
方向性をもって補正される。
そして、ステップ110で入力された皮膚温度ＴSと目標
皮膚温度ＴS′との差ΔＴSが求められる。
ステップ130では、ステップ120で求められたΔＴSと
第４図に示す送風量パターンとに基づいて送風量Ｖを決
定する。
次にステップ140では、上述の（１）式を変形した下
記（５）式から目標皮膚温度変化S′を演算する。
この（５）式は、現在の皮膚温度ＴSから、S′の皮
膚温度変化を与えれば目標温感Ｓ′が達成されることを
示している。
ステップ150では、上記の目標皮膚温度変化S′をス
テップ130で決定された送風量Ｖの下で生じさせるため
の目標車室温度Taが演算により求められる。
この実施例では、予め車室内における人体をモデル化
し、日射量、送風量等により変化する車室内環境下での
車室温度Taと皮膚温度変化Sとの関係をシミュレーシ
ョンし、ステップ150ではこのシミュレーション結果に
基づいて目標皮膚温度変化S′を発生させる目標車室
温度Taを算出するようにしている。
そして、ステップ160では目標車室温度Taを実現する
ための目標吹出温度Ta0が演算される。
ステップ170ではステップ130において決定された送風
量Ｖが実現されるように送風機22の制御信号が出力さ
れ、ステップ180ではステップ150において設定された目
標車室温度Taを達成するための目標吹出温度Ta0が実現
されるようにエアミックスダンパ25の開度を制御する制
御信号が出力される。
そして、これら一連の制御をサンプリングタイム毎に
センサ信号を更新して繰り返す。
以上述べた実施例によると、乗員の皮膚温度に応じた
送風量の下で目標温感を達成できる車室内温度を供給す
ることができ、乗員の温感に応じた送風量の下で乗員に
所望の温感を与えることができる。
なお、上記実施例においては赤外線皮膚温センサ36を
使用したが、車室内の人体に直接に皮膚温度を検出する
センサを付着させてもよい。
また、模擬皮膚温センサを用いてもよい。ここで、模
擬皮膚温センサは一般に多くの構造が知られており、車
室内の温度、気流、輻射、温度の環境下での皮膚温度の
推定値を出力するもので、人体の発熱と放熱を模擬する
構造を有するセンサである。
また、送風量パターンは第４図のような段階的なパタ
ーンに限らず、第３図の実験結果に応じて連続的なパタ
ーンを設定してもよい。
また、上記実施例では、（２）式によるΔＴSに基づ
いて送風量を決定したが、これは人体の温感の変化に応
じて変化を伴う値であればよい。
例えば、他の形式の送風量制御の指標として、皮膚温
変化率Sを用い、下記（６）式から送風量Ｖを演算し
てもよい。
Ｖ＝Ｋ＊S ……（６） K:定数 ここで、Sは、ステップ120においてステップ140の
計算を行いS＝S′として求める。この指標における
送風量のパターンは第７図に示す如く基準が０となり、
これに近づく程送風量を下げていく特性となる。
また、現在の皮膚温度と次のサンプリング時までに作
り出すべき皮膚温度▲Ｔ* S▼を用い、下記（７）式によ
り送風量Ｖを決定してもよい。
Ｖ＝Ｋ＊（ＴS−▲Ｔ* S▼）＝Ｋ＊（−S＊ΔＴ） ……（７） なお（７）式は、（ＴS−▲Ｔ* S▼）は（−S＊Δ
Ｔ）と同じ値をとることを示している。
この指標による制御ではステップ120において、ステ
ップ140の計算を行いSを求める。次に（−S×Δ
Ｔ）を演算し、これを（ＴS−▲Ｔ* S▼）の値とし指標
とする。この指標の特性は、第８図に示す如く、基準が
０でこれに近づく程、送風量を下げるものとなる。
更に、検出する皮膚温ＴSをそのまま用いて下記
（８）式より送風量Ｖを決定してもよい。
Ｖ＝Ｋ＊ＴS ……（８） この指標においてはステップ120において第５図と同
様にＴS′が求められ、ＴSがＴS′になるまで皮膚温ＴS
が基準となって送風量が決定される。その特性図を第９
図に示す。
また、上記実施例では冷房時についてのみ述べたが、
暖房時についてもこれら皮ふ温指標に応じて送風量を計
算して、温感に応じた快適な空調を行うことができる。
この場合、暖房時についても上記（２），（６），
（７）式においては各指標を絶対値として演算し、
（８）式のＴSにおいては第９図の縦軸（≒ＴS′）で左
右対称として演算し、暖房時の送風量パターンを設定す
ることができる。
また、目標温感Ｓ′の設定は、下記（９）式に基づい
て行われてもよい。
Ｓ′＝Ｋ1＊Tsint＋Ｋ2＊Tam＋ｋ3＊ＳT＋Ｃ……（９） この（９）式では、初期温度Trintに代えて初期皮膚
温度Tsintを用いるが、空調開始前に在室者がさらされ
た熱負荷、運動量、および室内への熱負荷を考慮した目
標温感Ｓ′の設定ができる。
また、上述の（４）式あるいは（９）式以外にも、目
標温感Ｓ′の設定にあたってはTrint,Tsint,Tam,STのす
べてを用いてもよい。
例えば、乗車前に乗員がさらされた熱負荷、乗員の運
動量、乗車直後の車室内環境、および車室内への熱負荷
状態の結果として決まる空調開始時の皮膚温度を基本と
して、これに初期温度Trint、外気温度Tam、および日射
量ＳTによる補正を加えるようにして目標温感Ｓ′を設
定してもよい。
また、目標温感Ｓ′は、室内温度、皮膚温度が安定し
た後も始終一定値をとりつづける必要はなく、周期的あ
るいは乱数的に変化させて温感にゆらぎを生じさせ快適
性を向上するようにしてもよい。
また、上記実施例は車両用空調装置に本発明を適用した
ものを説明したが、本発明は家庭用の空調装置にも適用
することができる。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によると、空調室内の人体の
皮膚温度に応じて送風量を決定しているので人体の温感
の変化に追従して快適な送風量を供給することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の構成を示すブロック図、 第２図は本発明を適用した実施例の車両用空調装置の構
成を示す模式断面図、 第３図、第４図、第６図、第７図、第８図および第９図
は実施例の作動を説明するためのグラフ、 第５図は実施例の作動を示すフローチャートである。 １……車両,2……空調ユニット,31……制御装置,36……
赤外線皮膚温センサ。
フロントページの続き (72)発明者 北田 基博 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 谷口 洋介 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 宮脇 忠幸 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (56)参考文献 特開 平１−229713（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】室内へ温調空気を送風する送風機と、 室内におけるヒトの皮膚温度を検出する検出手段を具備
    する空調装置において、 快適な目標温感を、空調開始時の室内温度、外気温度及
    び日射量もしくは空調開始時の皮膚温度、外気温度及び
    日射量に基づいて決定し、 前記検出手段により検出された皮膚温度と、前記快適な
    目標温感を達成する目標皮膚温度との差に応じた量に基
    づいて送風量を決定し、 前記送風機をこの決定された送風量にて作動させる制御
    手段とを備えることを特徴とする空調制御装置。
  2. 【請求項２】前記検出された皮膚温度と前記目標皮膚温
    度との差に応じた量が、前記検出された皮膚温度と前記
    目標皮膚温度との差であることを特徴とする請求項
    （１）に記載の空調制御装置。
  3. 【請求項３】前記検出された皮膚温度と前記目標皮膚温
    度との差に応じた量が、前記検出された皮膚温度と前記
    目標皮膚温度とに基づいて決定される皮膚温変化率であ
    ることを特徴とする請求項（１）に記載の空調制御装
    置。
  4. 【請求項４】前記検出された皮膚温度と前記目標皮膚温
    度との差に応じた量が、前記目標皮膚温度が達成される
    までの間において前記検出された皮膚温度であることを
    特徴とする請求項（１）に記載の空調制御装置。
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