JPH04224414A - 空調制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は空調装置に関し、特に在
室者の皮膚温度に応じて空調装置を制御するものである
。

【０００２】

【従来の技術】従来から、室内温度を設定温度に一致さ
せるだけでなく、特開昭５５−９５０５４号公報、特開
昭５７−１２５２４３号公報及び特開平１−２２９７１
３号公報のように在室者の皮膚温度に応じて空調装置を
制御するものが一般に知られている。　　特に特開平１
−２２９７１３号公報に開示されるものは皮膚温度とそ
の皮膚温度の変化率とに応じて乗員の温度感覚を推定し
、この温度感覚を目標温度感覚に一致させるように吹出
流量と吹出温度とを制御し、過渡的な冷暖房時の温度感
覚を快適に維持する旨開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の特開
平１−２２９７１３号公報の技術では温感を目標温感に
一致させるにあたり、まず吹出温度を制御し、この吹出
温度制御が限界に達した後に吹出流量を制御しており、
乗員の温感に大きな影響を与える吹出流量が、時々刻々
と変化する乗員の温感に応じて適切に制御されないとい
う問題点があった。

【０００４】本発明は上記の如き従来の技術の問題点に
鑑み、室内温度と吹出風量との両方を適切に制御して在
室者の皮膚温度を空調の過渡時から定常時にわたって適
切に調節できる空調制御装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、請求項１記載の
本発明は、図１に示す如く、在室者の皮膚温度を示す皮
膚温度信号を出力する皮膚温度検出手段と、在室者の目
標皮膚温度を設定する皮膚温度設定手段と、前記皮膚温
度検出手段による検出皮膚温度と前記皮膚温度設定手段
による目標皮膚温度との差に応じて、この差が大きくな
るほど送風量を大きくするように送風量を設定する送風
量設定手段と、皮膚温度が前記目標皮膚温度にあるとき
の皮膚表面での熱収支が、前記送風量設定手段により設
定された送風量に応じた放熱のもとで平衡する空気温度
を演算する空気温度演算手段と前記送風量設定手段によ
り設定された送風量を室内に供給するとともに、前記目
標空気温度演算手段により演算された空気温度を目標温
度として室内温度を調節する空調装置とを備えるという
技術的手段を採用する。

【０００６】また、請求項２記載の本発明は、在室者の
皮膚温度を示す皮膚温度信号を出力する皮膚温度検出手
段と、在室者の目標温度感覚を設定する目標温感設定手
段と、在室者の皮膚温度が安定した定常状態において前
記目標温感設定手段による前記目標温感を達成するため
に必要な定常目標皮膚温度を演算する定常目標皮膚温度
演算手段と、前記皮膚温度検出手段による検出皮膚温度
と前記定常目標皮膚温度演算手段による定常目標皮膚温
度との差に応じて、この差が大きくなるほど送風量を大
きくするように送風量を設定する送風量設定手段と、在
室者の皮膚温度が変化する過渡状態において前記目標温
感設定手段による前記目標温感を達成するために必要な
過渡目標皮膚温度を、在室者の検出皮膚温度からの皮膚
温度変化率を考慮して演算する過渡目標皮膚温度演算手
段と、皮膚温度が前記過渡目標皮膚温度にあるときの皮
膚表面での熱収支が、前記送風量設定手段により設定さ
れた送風量に応じた放熱のもとで平衡する空気温度を演
算する空気温度演算手段と前記送風量設定手段により設
定された送風量を室内に供給するとともに、前記目標空
気温度演算手段により演算された空気温度を目標温度と
して室内温度を調節する空調装置と を備えるという技術的手段を採用する。

【０００７】

【作用】上記請求項１記載の本発明の構成によると、皮
膚温度検出手段による検出皮膚温度と皮膚温度設定手段
による目標皮膚温度との差に応じて、この差が大きくな
るほど送風量を大きくするように送風量が設定されると
ともに、皮膚温度が設定皮膚温度にあるときの皮膚表面
での熱収支が、送風量設定手段により設定された送風量
に応じた放熱のもとで平衡する空気温度が求められる。

【０００８】このため、在室者の皮膚温度と目標皮膚温
度との差が小さくなるにつれて順次減少するように送風
量が設定され、この送風量が空調装置から供給される。 従って、皮膚温度は在室者の温度感覚に大きな影響を与
えているから、皮膚温度が目標皮膚温度に接近するに従
って変化してゆく在室者の温度感覚に対応した送風量が
空調装置から供給される。

【０００９】また、皮膚温度が目標皮膚温度にあるとき
の皮膚表面での熱収支が、送風量設定手段で設定された
送風量に応じた放熱のもとで平衡する空気温度が求めら
れ、この空気温度を目標温度として室内温度が調節され
るから、送風量が変化した場合でも皮膚温度が確実に目
標皮膚温度に調節される。ここで、皮膚温度は皮膚表面
での熱の出入りの結果、すなわち皮膚表面での熱収支に
より変化し、この熱収支が平衡しているときに一定の温
度に安定すると考えられる。例えば、皮膚に当たる風量
が多いと、皮膚からの放熱が増加し、皮膚温度は低下す
る。また、皮膚に触れる空気温度が上昇すると、皮膚か
らの放熱が減少し、皮膚温度は上昇する。

【００１０】従って、皮膚温度と送風量と空気温度とは
皮膚表面での熱収支の平衡にもとづいて関連している。 そして、この関係から、所定の送風量に応じた放熱のも
とで、所定の皮膚温度を得るために必要な空気温度を求
める。そして、目標空気温度演算手段により演算された
空気温度を目標温度として室内温度が調節される。

【００１１】また、上記請求項２記載の本発明によると
、在室者の皮膚温度が安定した定常状態において目標温
感を達成する定常目標皮膚温度と、在室者の皮膚温度が
変化する過渡状態において目標温感を達成する過渡目標
皮膚温度とが演算される。すなわち、在室者の温度感覚
を目標温感に一致させるように定常目標皮膚温度と過渡
目標皮膚温度とが演算される。

【００１２】そして、検出皮膚温度と定常目標皮膚温度
との差に応じて、この差が大きくなるほど送風量を大き
くするように送風量が設定され、送風量が調節される。 これにより、在室者の検出皮膚温度が定常目標皮膚温度
に接近するに従って、すなわち在室者の温度感覚が目標
温感に接近するに従って順次減少する送風量が供給され
、在室者の温感の変化に応じた快適な送風量が供給され
る。

【００１３】さらに、在室者の皮膚温度が変化する過渡
状態において目標温感を達成するために必要な過渡目標
皮膚温度は、在室者の検出皮膚温度からの皮膚温度変化
率を考慮して演算される。ここで、在室者の温感はその
皮膚温度と強い関連性を有しているが、在室者の皮膚温
度が変化する過渡状態においては、在室者の温感はその
皮膚温度とともに、その皮膚温度変化率からも大きな影
響を受ける。例えば、皮膚温度が急激に下降する時には
在室者は比較的寒いと感じやすく、また、皮膚温度が急
激に上昇する時には在室者は比較的暖かいと感じやすい
。従って、在室者の検出皮膚温度からの皮膚温度変化率
を考慮することで、在室者の皮膚温度が変化する過渡状
態においても目標温感を達成できる過渡目標皮膚温度が
演算される。

【００１４】そして、皮膚温度が過渡目標皮膚温度にあ
るときの皮膚表面での熱収支が、送風量設定手段により
設定された送風量に応じた放熱のもとで平衡する空気温
度が演算され、この空気温度を目標温度として室内温度
が調節される。従って、過渡状態において送風量が検出
皮膚温度の変化にともなって順次変化し、しかも過渡目
標皮膚温度が順次変化しても、その変化に追従して過渡
目標皮膚温度が達成され、目標温感が達成される。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を適用した実施例を説明する。 図２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及びベント吹出口２６等を有している。

【００１６】この空調ユニット２を制御する制御装置３
１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，内気セ
ンサ３５，赤外線皮膚温センサ３６，水温センサ３７及
びエバ後温センサ３８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及びエアミックスダンパ２５を制御する。

【００１７】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。まず、この実施例の作動の概略を説明する
。この実施例では、人の温感と皮膚温度との間には強い
相関があり、ほぼ下記（１）式によって温感（ｓ）が表
されるという技術思想に基づき風量と室温とを決定し、
空調装置を制御している。

【００１８】

【数１】 温感（ｓ）＝Ｋ１　×ＴＳ　＋Ｋ２　×ｄＴＳ　＋Ｃな
お、 （１）式においてＫ１，Ｋ２，Ｃは定数、ＴＳ　は皮膚
温度、ｄＴＳ　は皮膚温度変化である。 そして、下記（２）式で表されるΔＴＳ　に応じて送風
量を計算する。

【００１９】

【数２】ΔＴＳ　＝ＴＳ　−ＴＳｏ なお、（２）式においてＴＳ　は現在の乗員の皮膚温度
、ＴＳｏは目標温感を達成する定常時の皮膚温度である
。 ここで、ＴＳｏは、（１）式において、Ｓを目標温感Ｓ
ｏ　とし、ｄＴＳ　＝０（定常時）として下記（３）式
により求めることができる。

【００２０】

【数３】ＴＳｏ＝（Ｓｏ　−Ｃ）／Ｋ１　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。

【００２１】この実験結果はほぼ図３のようになり、Δ
ＴＳ　が減少するに従って乗員は低目の送風量を好むこ
とがわかる。 この実施例ではこの実験結果から、暖房時と冷房時とを
考慮し、図４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。

【００２２】一方、乗員の温感Ｓを、過渡時においても
一定に維持するために必要なｔ秒後の皮膚温度ＴＳ　（
ｎ＋１）は、上記（１）式におけるＴＳ　をＴＳ　（ｎ
＋１）とし、ｄＴＳ　を（ＴＳ　（ｎ＋１）−ＴＳ　（
ｎ＋１）／ｔ）として上記（１）式を変形し、下記（４
）式のように表すことができる。

【００２３】

【数４】 　　なお、（４）式においてＴＳ　（ｎ）は現在の皮膚
温度、ＴＳ　（ｎ＋１）はｔ秒後の皮膚温度である。

【００２４】この（４）式により、時々刻々与えられる
目標皮膚温度ＴＳ　（ｎ＋１）を実現することができれ
ば、乗員の温感Ｓを一定に維持することができる。すな
わち、図５に図示されるように、温感Ｓを一定に維持す
るために、皮膚温度の変化を乗車時の皮膚温度が高いと
きには皮膚温度の変化を大きな変化率（一点鎖線）で与
え、また乗車時の皮膚温度が低いときには、皮膚温度の
変化を小さな変化率（破線）で与えることができる。

【００２５】さらにこの実施例では、人体内部からの産
熱量と体外への放熱量との差の時間的な変化が皮膚温度
に変化を与えると考え、人体の皮膚モデルに基づいて、
ｔ秒後の皮膚温度ＴＳ　（ｎ＋１）を実現するための車
室内温度Ｔａを求める。図６に、この実施例で用いた皮
膚モデルを図示する。この実施例では、皮膚層にｎ層の
モデルを想定している。この実施例ではｉ番目の層の温
度をｔｓｉとし、各層の温度を下記（５）式の差分式で
表し、この差分式を解くことにより各層の温度ｔＳ２〜
ｔＳｎ−１を求める。

【００２６】

【数５】ａｉ　ｔｓｉ＝ｂｉ　×ｔｓｉ＋１＋ｃｉ　×
ｔｓｉ−１＋ｄｉ　この実施例では、境界条件としてｔ
ｓ１にｔ秒後の皮膚温度ＴＳ　（ｎ＋１）を与え、ｔＳ
ｎに体内深部温度ｔｂ　を与える。また、生成項として
、ｄｉ　に血流による熱量ｑｂｉと代謝産熱量ｑｍｉと
の和を与える。

【００２７】ここで、ｉ（ｉ＝２〜ｎ）番目の層には、
温度ｔｂ　の血液が層の温度ｔｓｉに応じた流量Ｖｂｉ
で流れており、血流による熱量ｑｂｉが供給されている
。このｑｂｉは下記（６）式で表される。

【００２８】

【数６】ｑｂｉ＝Ｋ３　×Ｖｂｉ×（ｔｂ　−ｔｓｉ）
なお、（６）式においてＫ３　は定数である。ここで、
流量Ｖｂｉはｉ番目の層の温度ｔｓｉの関数として表す
ことができ、ｆを関数として下記（７）式で表される。

【００２９】

【数７】Ｖｂｉ＝ｆ（ｔｓｉＫ４） なお、（７）式においてＫ４　は定数である。また、各
層では、生体の代謝活動により、層の温度に応じた代謝
産熱量ｑｍｉが発生する。

【００３０】このｑｍｉは下記（８）式で表される。

【００３１】

【数８】ｑｍｉ＝Ｋ５　×２（ｔｓｉ−Ｋ６）／Ｋｇ　
なお、（８）式において、Ｋ５　，Ｋ６　，Ｋｇは定数
である。上記の（６）式、（８）式により求められたｑ
ｂｉとｑｍｉとの和を（５）式のｄｉ　に代入し、得ら
れた連立差分方程式を公知の解法により解して、層の温
度が求められる。

【００３２】なお、Ｖｂｉ，ｑｍｉの算出方法決定にあ
たっては、藤正巖による、末梢循環の熱輸送モデル，医
用電子と生体工学，第２３巻，第７号，ｐｐ５０３〜５
０８，１９８５年１２月，及び岩谷眞宏による、熱流解
析による皮膚血流量の算定，医用電子と生体工学，第２
０巻，第４号，ｐｐ２４９〜２５５，１９８２年８月の
文献を参考にした。

【００３３】次に、皮膚表面における熱の収支は、皮膚
表面とこの表面より内側の層との間の伝導熱量Ｑｃｄ，
日射による入熱量Ｑｒ　，汗の蒸発による潜熱量Ｑｅ　
とを想定して、下記（９）式に示すように平衡している
と考えられる。

【００３４】

【数９】Ｑｃｄ＋Ｑｒ　＋Ｑｅ　＋ＱＣＶ＝０そして、
対流による放出熱量ＱＣＶは、空気の熱伝達率をα，空
気温度をＴａ　，皮膚温度をＴＳ　（ｎ＋１）として、
下記（１０）式により表すことができる。

【００３５】

【数１０】ＱＣＶ＝α×（Ｔａ　−ＴＳ　（ｎ＋１））
ここでαは気流速度をＶとして、このＶのＫ７　乗の関
数として下記（１１）式で表される。

【００３６】

【数１１】α＝ｆ（ＶＫ７） なお、（１１）式においてＫ７　は定数である。この（
１０）式を上記（９）式に代入し変形すると、空気温度
Ｔａ　は下記（１２）式により表すことができる。

【００３７】

【数１２】Ｔａ　＝ＴＳ　（ｎ＋１）−（Ｑｃｄ＋Ｑｒ
　＋Ｑｅ　）／α この（１２）式は、Ｑｃｄ，Ｑｒ　，Ｑｅ　の下で、皮
膚温度をＴＳ　（ｎ＋１）にするには空気温度をＴａ　
とすればよいことを示している。従ってこの（１２）式
を解くことにより、上記（４）式で求めたｔ秒後の目標
皮膚温度ＴＳ　（ｎ＋１）を実現するための空気温度Ｔ
ａ　を求めることができる。

【００３８】まず、皮膚表面とこの表面より内側の層と
の間の伝導熱量Ｑｃｄは、上記（５）式に示した連立差
分方程式を解いて得られる２番目の層の温度ｔＳ２と皮
膚温度（１番目の層の温度）ＴＳ　（ｎ＋１）とを用い
て下記（１３）式から求められる。

【００３９】

【数１３】Ｑｃｄ＝Ｋ８　×（ｔＳ２−ＴＳ　（ｎ＋１
））なお、（１３）式において、Ｋ８　は定数である。 次に、日射による入熱量Ｑｒ　は、日射センサ３３の出
力信号に応じて与えられる。

【００４０】また、汗の蒸発による潜熱量Ｑｅ　は、下
記（１４）式で表される。

【００４１】

【数１４】Ｑｅ　＝０．７×ｍｒｓｗ　×｛２（ｔｓ−
３４．１）／３　｝ここでｍｒｓｗ　は下記（１５）式
で表され、さらにこの（１５）式の中ΣＳＫ，ΣＣｒは
それぞれ下記（１６）式、（１７）式で表される。

【００４２】

【数１５】ｍｒｓｗ　＝２５０×ΣＣｒ＋１００（ΣＣ
ｒ）×（ΣＳＫ）

【００４３】

【数１６】

【００４４】

【数１７】 　　なお、（１６），（１７）式において、Ｃ１　，Ｃ
２　は定数である。

【００４５】ここで、ΣＳＫは、皮膚表面からＬ番目の
層までの平均温度を示し、ΣＣｒはＬ番目の層から最深
部までの平均温度を示すものとし、Ｑｅ　は飽和蒸発量
を超えないものとする。 なお、この潜熱量Ｑｅ　の演算方法を決定するにあたっ
ては、Ａ．Ｐ．Ｇａｇｇｅ，Ｊ．Ａ．Ｊ．Ｓｔｏｌｗｉ
ｊｋ，Ｙ．ＮｉｓｈｉによるＡｎ　　Ｅｆｆｅｃｔｉｖ
ｅ　　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　　Ｓｃａｌｅ　　Ｂａ
ｓｅｄ　　ｏｎ　　ａ　　Ｓｉｍｐｌｅ　　Ｍｏｄｅｌ
　　ｏｆ　　Ｈｕｍａｎ　　Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａ
ｌ　　Ｒｅｑｕｌａｔｏｒｙ　　Ｒｅｓｐｏｎｓｅ．Ａ
ＳＨＲＡＥ　　ｔｒａｎｓ　　Ｖｏｌ．７７，Ｐａｒｔ
　　１，Ｐ２４７−２６２，１９７１の文献を参考にし
た。

【００４６】以上のようにして求められたＱｃｄ，Ｑｒ
　，Ｑｅ　を上記（１２）式に代入し、（１２）式のＴ
Ｓ　に（４）式で求めた目標皮膚温度ＴＳ　（ｎ＋１）
を代入することで、空気温度Ｔａ　が求められる。 そして、この実施例では、（１２）式から求められた空
気温度Ｔａ　を車室内温度制御の設定温度Ｔｓｅｔ　と
し、必要吹出温度Ｔａ０を演算してエアミックスダンパ
２５を制御する。

【００４７】次に、この実施例の実際の作動を図７，図
９のフローチャートに従って説明する。 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図７
に図示するフローチャートを実行し、車室内温度と送風
量とを制御する。

【００４８】まず、ステップ１１０では各センサから検
出信号及び設定信号を入力する。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Ｔｓ０が
演算される。 なお、ここで目標温感Ｓ０　は“暖かい”、“寒い”と
いった温度感覚を数値に対応させたもで、下記（１８）
式により、図８に示すような特性となるように演算され
る。

【００４９】

【数１８】Ｓ０　＝Ｋ９　×Ｔｒｉｎｔ＋Ｋ１０×Ｔａ
ｍ＋Ｋ１１×Ｓｒ　＋Ｋ１２ なお、（１８）式において、Ｋ９　，Ｋ１０，Ｋ１１，
Ｋ１２は定数、Ｔｒｉｎｔは空調開始時の車室内温度（
初期温度）、Ｔａｍは外気温度、Ｓｒ　は日射量である
。 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。

【００５０】この（１８）式により、空調を開始する前
に乗員がさらされた熱負荷、及び室内への熱負荷状態を
要因として目標温感Ｓ０　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　と定常時の目標皮膚温度Ｔｓ０との差ΔＴＳ
　が（２）式により求められる。

【００５１】ステップ１３０では、ステップ１２０で求
められたΔＴＳ　と図４に示す送風機パターンとに基づ
いて送風量Ｖを決定する。次にステップ１４０では、上
述の（４）式の温感Ｓに目標温感Ｓ０　を代入し、ｔ秒
後の目標皮膚温度ＴＳ　（ｎ＋１）を演算する。ステッ
プ１５０では、ｔ秒後の目標皮膚温度ＴＳ　（ｎ＋１）
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（５）〜（１７）式に基
づく演算により求められる。

【００５２】このステップ１５０を図９に基づき詳細に
説明する。まずステップ１５１ではｔＳ１を目標皮膚温
度ＴＳ　（ｎ＋１）とし、ｔｓ１０　を深部温度ｔｂ　
とし、ｔｓ２〜ｔｓ９を未知数として、（５）式の差分
式から得られる連立差分方程式を解いてｔｓ１〜ｔｓ１
０　を求める。なお、（５）式の右辺第３項のｄｉ　に
は、ｔｓｉを未知数としたｑｂｉとｑｍｉとの和、すな
わち（６）式と（８）式との和が代入されている。

【００５３】次にステップ１５２では、上述のステップ
１３０において決定された風量Ｖに応じて（１１）式か
ら空気の熱伝達率αを演算する。また、ステップ１５１
において求められた皮膚内各層の温度ｔｓ１〜ｔｓ１０
　及び日射センサ３３の出力によってＱｃｄ，Ｑｒ　，
Ｑｅ　を求め、（１２）式から目標空気温度Ｔａ　を演
算する。

【００５４】ステップ１６０では、ステップ１５０で演
算された空気温度Ｔａ　を設定温度Ｔｓｅｔ　に代入す
る。ステップ１７０では、ｔ秒後に車室内温度Ｔｓｅｔ
　を実現するために必要な吹出空気温度Ｔａ０を下記（
１９）式から演算する。

【００５５】

【数１９】Ｔａ０＝Ｋ１３×Ｔｓｅｔ　＋Ｋ１４×Ｔｒ
　＋Ｋ１５×Ｔａｍ＋Ｋ１６×ＳＴ　＋Ｋ１７ なお、（１９）式において、Ｋ１３，Ｋ１４，Ｋ１５，
Ｋ１６，Ｋ１７は定数である。ステップ１８０では、エ
バポレータ直後の空気温度ＴＥ　及びヒータ２４の温水
温度ＴＷ　に応じて上記必要吹出温度Ｔａ０を実現する
エアミックスダンパ２５の開度ＳＷを下記（２０）式か
ら演算する。

【００５６】

【数２０】 ステップ１９０ではステップ１３０で決定された風量Ｖ
を供給するようにブロワモータ２２の駆動指令を出力す
る。

【００５７】ステップ２００ではステップ１８０で決定
されたエアミックスダンパ開度ＳＷをエアミックスダン
パ２５を駆動するサーボモータに目標値として指令する
。ステップ２１０では、サンプリングタイムｔ秒が経過
するまでステップ１７０ないしステップ２００の演算処
理を繰り返して待機し、サンプリングタイムｔ秒が経過
すると再びステップ１１０に戻り、上述の作動を繰り返
す。

【００５８】なお、（１９）式に示した必要吹出温度Ｔ
ａ０の演算式において、各定数Ｋ１３，Ｋ１４，Ｋ１５
，Ｋ１６，Ｋ１７は、サンプリングタイムｔ秒の間に車
室内温度Ｔｒ　を設定温度Ｔｓｅｔ　に接近させるため
に、Ｔｓｅｔ　の変化に対してＴｒ　が速く応答するよ
うに設定されている。以上述べた実施例によると、乗員
の皮膚温度に応じた乗員にとって快適な送風量を供給で
きる。

【００５９】しかもこの送風量の下で目標温感を達成で
きる目標皮膚温度を演算し、この目標皮膚温度に実際の
皮膚温度を調節しているから、乗員の温感を所望の温感
に一致させることができる。また、この目標皮膚温度を
実現するのに必要な目標空気温度を求め、この目標空気
温度を設定温度として車室内の温度制御を行うから、従
来の空調装置の制御方式を利用して簡単な構成で目標皮
膚温度を得ることができる。

【００６０】また、目標皮膚温度を実現するのに必要な
目標空気温度を求めるにあたっては、皮膚表面における
熱収支の平衡に基づいて目標空気温度を演算している。 このため、皮膚温度に影響し温感を変化させる皮膚外部
からの入熱と、皮膚外部への放熱と、皮膚内部からの発
熱とに応じた目標空気温度を求めることができ、環境条
件が変化した場合にも目標皮膚温度を確実に得ることが
できる。

【００６１】さらに、この実施例では、皮膚構造を複数
層にモデル化し、各層間の影響を差分式により表し、各
層の温度を求めている。そして、皮膚内部からの熱伝達
を含めた皮膚表面での熱収支に応じて目標皮膚温度を実
現できる目標空気温度を求めている。このため、皮膚の
熱容量に起因して、皮膚内部の温度が皮膚表面の温度よ
りも遅れをもって変化するような過渡時にも、その過渡
的に変化する皮膚内部の温度の皮膚表面への影響を打ち
消す目標空気温度を求めることができる。

【００６２】即ち、皮膚の熱容量による皮膚内部の温度
変化に応じて、目標皮膚温度を達成するための目標空気
温度が変化する。このため、冷房開始時、あるいは目標
温感の変更に伴う目標皮膚温度の変更直後等の非定常時
に皮膚内部の温度が遅れて変化しても皮膚温度を目標皮
膚温度に維持し、温感を目標温感に維持できる。このよ
うに本実施例では、皮膚温度に影響を与える皮膚内部の
温度変化に応じて、目標皮膚温度を実現する目標空気温
度が変化するようにしたから、非定常時にも目標皮膚温
度を実現することができる。

【００６３】例えば、冷房時の目標皮膚温度が変化した
場合を図１０及び図１１により説明する。図１０は目標
皮膚温度を低下させた場合の皮膚内部の温度変化を時刻
ｔ＝０から時刻ｔ＝９へ向かって示したグラフであり、
図１１は図１０のように温度が変化した場合に演算され
る目標空気温度の変化を示したものである。

【００６４】図１０及び図１１に図示するように、空調
開始前の時刻ｔ＝０において空気温度Ｔ０　，皮膚温度
Ｔ１０，第２層温度Ｔ２０で安定しているものとする。 この状態から、空調開始時刻ｔ＝１において、ｔ秒後即
ちｔ＝２における目標皮膚温度がＴ１１に変化すると、
この目標皮膚温度を境界条件として求められる第２層温
度はＴ２１として求められる。このとき（１３）式で求
められるＱｃｄは最大値をとるから、目標空気温度はＴ
１　まで急低下し、皮膚温度もＴ１１まで急低下する。

【００６５】以後、時間の経過につれて第２層温度はＴ
２１からＴ２２，Ｔ２３と順次低下し、目標空気温度は
Ｔ１　からＴ２　，Ｔ３　と順次上昇する。そして、所
定時間後の例えば時刻ｔ＝９になると、目標空気温度Ｔ
９　，皮膚温度Ｔ１１，第２層温度Ｔ２９で安定する。 なお、ここでは説明のために目標皮膚温度が時刻ｔ＝１
〜９までＴ１１で一定としたが、（４）式により目標皮
膚温度が変化しても皮膚内部の温度、送風量を考慮した
目標空気温度が求められる。

【００６６】このようにこの実施例では非定常時にも皮
膚温度を目標皮膚温度に一致させ乗員の温感を所望の温
感に一致させることができる。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、幅射、湿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。

【００６７】また、上記実施例では、温感と、皮膚温度
と、皮膚温度変化率との密接な関係に基づいて、目標温
感Ｓ０　を達成するための定常時の目標皮膚温度Ｔｓｏ
を求め、そして皮膚温度偏差ΔＴｓ　に応じて実験的に
求めた快適な送風量を提供している。そして、さらに過
渡時の目標皮膚温度Ｔｓ　（ｎ＋１）を求め、この送風
量のもとで過渡時の目標皮膚温度Ｔｓ　（ｎ＋１）を達
成できる空気温度を求め、室内温度を調節している。即
ち、上記実施例は温感を一定に保つためにその指標とし
て皮膚温度を用いている。しかし、温感を考慮せず、乗
員が手動操作により目標皮膚温度を設定してもよい。こ
の場合にも、皮膚温度が目標皮膚温度にあるときの皮膚
表面での熱収支が、送風量に応じた放熱のもとで平衡す
る空気温度を求める構成を採用することで、送風量の変
化に追従して、目標皮膚温度が実現される。

【００６８】また、上記実施例では、（２）式によるΔ
ＴＳ　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ｄＴ
Ｓ　を用い、下記（２１）式から送風量Ｖを演算しても
よい。

【００６９】

【数２１】Ｖ＝Ｋ１９×ｄＴＳ　 なお、（２１）式において、Ｋ１９は定数である。ここ
で、ｄＴＳは、ステップ１２０において（１）式を変形
した計算を行い求める。この指標における送風量のパタ
ーンは図１２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。

【００７０】また、現在の皮膚温度Ｔｓ　（ｎ）と次の
サンプリング時までに作り出すべき皮膚温度Ｔｓ　（ｎ
＋１）を用い、下記（２２）式により送風量Ｖを決定し
てもよい。

【００７１】

【数２２】Ｖ＝Ｋ２０×（Ｔｓ　（ｎ）−ＴＳ　（ｎ＋
１））＝Ｋ２０×（−ｄＴＳ　×ΔＴ） なお、（２２）式において、Ｋ２０は定数、ΔＴはサン
プリング時間である。なお（２２）式は、（Ｔｓ　（ｎ
）−ＴＳ　（ｎ＋１））は（−ｄＴＳ　×ΔＴ）と同じ
値をとることを示している。

【００７２】この指標による制御ではステップ１２０に
おいて、（１）式を変形した計算を行いｄＴＳ　を求め
る。次に（−ｄＴＳ　×ΔＴ）を演算し、これを（Ｔｓ
　（ｎ）−ＴＳ　（ｎ＋１））の値とし、指標とする。 この指標の特性は、図１３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
る皮膚温度ＴＳ　をそのまま用いて下記（２３）式より
送風量Ｖを決定してもよい。

【００７３】

【数２３】Ｖ＝Ｋ２１×ＴＳ　 なお、（２３）式において、Ｋ２１は定数である。この
指標においてはステップ１２０において、Ｔｓｏが求め
られ、ＴＳ　がＴｓｏになるまで皮膚温度が基準となっ
て送風量が決定される。その特性を図１４に示す。

【００７４】また、目標温感Ｓ０　の設定は、下記（２
４）式に基づいて行われてもよい。

【００７５】

【数２４】Ｓ０　＝Ｋ２２×Ｔｓｉｎｔ＋Ｋ２３×Ｔａ
ｍ＋Ｋ２４×Ｓｒ　＋Ｋ２５ なお、（２４）式において、Ｋ２２，Ｋ２３，Ｋ２４，
Ｋ２５は定数、Ｔｓｉｎｔは空調開始時の皮膚温度（初
期皮膚温度）、Ｔａｍは外気温度、Ｓｒ　は日射量であ
る。この（２４）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、及び室内への熱負荷を
考慮した目標温感Ｓ０　の設定ができる。

【００７６】また、上述（１８）式あるいは（２４）式
以外にも、目標温感Ｓ０　の設定にあたってはＴｒｉｎ
ｔ，Ｔｓｉｎｔ，Ｔａｍ，Ｓｒ　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、及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、及
び日射量Ｓｒ　による補正を加えるようにして目標温感
Ｓ０　を設定してもよい。

【００７７】また、目標温感Ｓ０　は、室内温度、皮膚
温度が安定した後も終始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、図
２に図示した実施例ではベント吹出口２６からの吹出風
により乗員の顔面付近の温度を制御するものを説明した
が、ヒート吹出口からの吹出風により、乗員の足元付近
の温度を制御するものにも本発明は適用できる。

【００７８】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。

【００７９】

【発明の効果】以上に述べた請求項１記載の本発明の構
成および作用によると在室者の皮膚温度の変化に追従し
た送風量を供給することができる。しかも、この在室者
の皮膚温度に応じた送風量のもとで目標皮膚温度を得る
ことができる空気温度に室内温度を調節できるため、任
意の送風量において確実に目標皮膚温度が得られる。

【００８０】このように本発明によると、室内温度と送
風量との両方を調節して在室者の皮膚温度を確実に目標
皮膚温度に調節することができる。また、請求項２記載
の本発明の構成および作用によると、在室者の皮膚温度
が定常目標皮膚温度に接近するにしたがって、すなわち
、在室者の温感が目標温感に接近するにしたがって順次
減少するという在室者の温感の変化に一致した快適な送
風量の変化を与えることができる。さらに、過渡状態か
ら定常状態にわたって、皮膚温度変化率および送風量が
変化しても、過渡目標皮膚温度を達成でき、過渡状態か
ら定常状態にわたって在室者の温度感覚を目標温感に維
持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック構成図である。

【図２】本発明を適用した一実施例である車両用空調装
置の模式断面図である。

【図３】実験結果を示すグラフである。

【図４】一実施例による送風量の決定パターンを示すグ
ラフである。

【図５】温感と皮膚温度との変化の関係を説明するグラ
フである。

【図６】一実施例における皮膚構造モデルを示す模式図
である。

【図７】一実施例の作動を説明するフローチャートであ
る。

【図８】一実施例の目標温感の設定特性を示すグラフで
ある。

【図９】第７図のフローチャートのステップ１５０の詳
細な作動を説明するローチャートである。

【図１０】一実施例の作動を説明するための皮膚温度分
布の変化を示すグラフである。

【図１１】一実施例の作動を説明するための空気温度の
変化を示すグラフである。

【図１２】他の実施例の送風特性を示すグラフである。

【図１３】他の実施例の送風特性を示すグラフである。

【図１４】他の実施例の送風特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１　　　　空調ユニット ３１　　制御装置 ３２　　外気温センサ ３３　　日射センサ ３４　　スイッチパネル ３５　　内気温センサ ３６　　赤外線皮膚温センサ ３７　　水温センサ ３８　　エバ後温センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】在室者の皮膚温度を示す皮膚温度信号を出
   力する皮膚温度検出手段と、在室者の目標皮膚温度を設
   定する皮膚温度設定手段と、前記皮膚温度検出手段によ
   る検出皮膚温度と前記皮膚温度設定手段による目標皮膚
   温度との差に応じて、この差が大きくなるほど送風量を
   大きくするように送風量を設定する送風量設定手段と、
   皮膚温度が前記目標皮膚温度にあるときの皮膚表面での
   熱収支が、前記送風量設定手段により設定された送風量
   に応じた放熱のもとで平衡する空気温度を演算する空気
   温度演算手段と前記送風量設定手段により設定された送
   風量を室内に供給するとともに、前記目標空気温度演算
   手段により演算された空気温度を目標温度として室内温
   度を調節する空調装置とを備えることを特徴とする空調
   制御装置。
2. 【請求項２】在室者の皮膚温度を示す皮膚温度信号を出
   力する皮膚温度検出手段と、在室者の目標温度感覚を設
   定する目標温感設定手段と、在室者の皮膚温度が安定し
   た定常状態において前記目標温感設定手段による前記目
   標温感を達成するために必要な定常目標皮膚温度を演算
   する定常目標皮膚温度演算手段と、前記皮膚温度検出手
   段による検出皮膚温度と前記定常目標皮膚温度演算手段
   による定常目標皮膚温度との差に応じて、この差が大き
   くなるほど送風量を大きくするように送風量を設定する
   送風量設定手段と、在室者の皮膚温度が変化する過渡状
   態において前記目標温感設定手段による前記目標温感を
   達成するために必要な過渡目標皮膚温度を、在室者の検
   出皮膚温度からの皮膚温度変化率を考慮して演算する過
   渡目標皮膚温度演算手段と、皮膚温度が前記過渡目標皮
   膚温度にあるときの皮膚表面での熱収支が、前記送風量
   設定手段により設定された送風量に応じた放熱のもとで
   平衡する空気温度を演算する空気温度演算手段と前記送
   風量設定手段により設定された送風量を室内に供給する
   とともに、前記目標空気温度演算手段により演算された
   空気温度を目標温度として室内温度を調節する空調装置
   とを備えることを特徴とする空調制御装置。