(57)【要約】【課題】利用する人にとって快適と感じる温度に設定することができ、利用者個人が快適に過ごすことができる空気調和機を提供する。【解決手段】予め計測しておいた個人の代謝量と現在の皮膚温と現在の環境温度から、個人にとって最適の温度設定を行う。個人の代謝量は、熱的中立の温度空間に所定時間、例えば１時間以上滞在した状態において、この環境温度と皮膚温とから導く。熱的中立状態とは、血流量を調整しなくてもよい範囲である。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め計測しておいた個人の代謝量と現在の皮膚温と現在の環境温度から、上記個人にとって最適の温度設定を行うことを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
上記個人の代謝量は、熱的中立の温度空間に所定時間以上滞在した状態において、この環境温度と皮膚温とから導くことを特徴とする請求項１の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空気調和機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、空気調和機（空調システム）は室内の温度を快適な温度にすることを目的に作られ、室内温度を任意に設定することができる。しかし、夏場等の外気が高温であるときに、外部から部屋の中に入って、空気調和機にて冷房運転を行った場合、初めは涼しく快適であるが、このままの温度設定で冷房運転を継続すれば、寒く感じるようになる。また、予め、冷房された部屋に入ると、寒く感じることもある。これは、暑い外部から部屋に入ったときには、皮膚温が快適な皮膚温よりも高い状態となっており、冷却風に当ることによって、寒く感じるときには、その人の快適な皮膚温よりも低い値になっているからである。すなわち、人には、快適と感じる皮膚温がある。さらに、快適と感じる温度は個人差や着衣量によって異なり、室内が同一温度であっても、暑く感じる人や寒く感じる人がいる。そこで、従来には、在室者の代謝量を考慮した個室空調方法が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
この個室空調方法は、在室者の皮膚温度及び室温から在室者の代謝量を推定し、この推定した代謝量と、皮膚温度とから快適温度範囲を求め、この快適温度範囲となるように運転する方法である。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２５６７２６号公報（第２−３頁、第２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図５に示すように、人は、活動を行ないその一部は仕事として消費され、残りが熱に変わる。例えば、走るという活動は、移動したという仕事と発熱に変換される。この熱を皮膚から放熱することで、体温を一定に保つことができる。この時、環境温度に応じて、皮膚表面の血流量を調節することで放熱量を調節している。例えば、血流量を少なくすると、皮膚表面の温度が下がって放熱量が下がることになって、体内に多くの熱を貯めることができる。それでも、熱が足りないときには震えが生じたり、運動を行うことで産熱量を増やすようにしている。また、血流量を多くすると、皮膚表面の温度が上がって放熱量が上がることになって、体内から熱を放出することができる。
【０００６】
そして、平常時の産熱量には個人により差がある。このため、上記特許文献１のように、代謝量と皮膚温度で評価した場合、皮膚温を下げて放熱量を下げたい状態であるか、また、皮膚温を上げて放熱量を上げた状態であるのは的確に分らず、その個人にとって寒いのか暑いのか快適なのかを判断することができない。
【０００７】
この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、利用する人にとって快適と感じる温度に設定することができ、利用者個人が快適に過ごすことができる空気調和機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項１の空気調和機は、予め計測しておいた個人の代謝量と現在の皮膚温と現在の環境温度から、上記個人にとって最適の温度設定を行うことを特徴としている。
【０００９】
上記請求項１の空気調和機では、個人の代謝量を予め計測しておくので、本来その人が快適と感じる皮膚温（皮膚温度）を把握することできる。また、例えば、机に座って本を読んでいるような安静状態で、ある環境温度において皮膚温はある一定値を示すので、環境温度と皮膚温から放散している熱量が推定できることになる。そして、この皮膚温でバランスしているとすると、この熱量がこの人の産熱量と考えられる。このため、ある時の皮膚温が、上記バランスしている皮膚温（快適と感じる皮膚温）よりも高い場合は、より多く放熱しようとしているので、この状態では「暑い」と感じることが推定され、設定温度を下げる運転を行って個人に応じた快適な温度とすることができる。また、ある時の皮膚温が、上記バランスしている皮膚温（快適と感じる皮膚温）よりも低い場合は、放熱量を下げて体内に多くの熱を貯めようとするので、この状態では、「寒い」と感じることが推定され、設定温度を上げる運転を行って個人に応じたて快適な温度とすることができる。
【００１０】
請求項２の空気調和機は、上記個人の代謝量は、熱的中立の温度空間に所定時間以上滞在した状態において、この環境温度と皮膚温とから導くことを特徴としている。
【００１１】
請求項２の空気調和機では、熱的中立の温度空間に所定時間以上滞在することによって、皮膚表面の血流量を調整することのない安定した状態となる。従って、この状態において、環境温度と皮膚温とから導いた代謝量の信頼性は高い。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の空気調和機の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図２はこの空気調和機の簡略ブロック図を示し、この空気調和機は、室外機１と室内機２とを備え、室外機１側には、圧縮機３と、四路切換弁４と、室外熱交換器５と、膨張弁６等が配置され、室内機２側には、室内熱交換器７が配置される。
【００１３】
具体的には、圧縮機３の吐出管８が四路切換弁４の一方の１次ポートに接続され、圧縮機３の吸入管９が四路切換弁４の他方の１次ポートに接続され、四路切換弁４の一方の２次ポートが冷媒配管１０を介して室外熱交換器５に接続され、室外熱交換器５が冷媒配管１１を介して室外膨張弁６に接続される。そして、室外膨張弁６が冷媒配管１２を介して室内熱交換器７に接続され、室内熱交換機７と四路切換弁４の他方の２次ポートとが冷媒配管１３にて接続されている。
【００１４】
上記のように構成された空気調和機において、冷房運転を行う場合、室外膨張弁６を制御（調整）開度とすると共に、四路切換弁４を図２の実線で示す状態に切換える。この状態で圧縮機３を駆動する。これにより、圧縮機３から吐出された冷媒は、室外熱交換器５を通過した後、膨張弁６で減圧膨張して、室内熱交換器７を通過し、圧縮機３に返流される。この際、室外熱交換器５が凝縮器として機能すると共に、室内熱交換器７が蒸発器として機能し、室内冷房が行われる。この際、制御手段１９（図１参照）にて、その設定温度（冷房温度）を変更（調節）することができる。
【００１５】
また、暖房運転は、膨張弁６を制御（調整）開度とすると共に、四路切換弁１４を図２の破線で示す状態に切換える。この状態で圧縮機３を駆動する。これにより、圧縮機３から吐出された冷媒は、室内熱交換器７を通過した後、膨張弁６で減圧膨張して、室外熱交換器５を通過して圧縮機３に返流される。この際、室内熱交換器７が凝縮器として機能すると共に、室外熱交換器５が蒸発器として機能し、室内へ加熱された（暖められた）空気が吹出される。この際、制御手段１９（図１参照）にて、その設定温度（暖房温度）を変更（調節）することができる。
【００１６】
そして、この空気調和機は、図１に示す制御部（コントローラ）１５を備えている。この制御部（コントローラ）１５は、予め測定しておいた個人の代謝量を記憶する記憶手段１６と、環境温度（室温）を検出する環境温度検出手段１７と、個人の皮膚温（皮膚温度）を検出する皮膚温検出手段１８と、各検出手段１７、１８にて検出されたデータ（温度）が入力される制御手段１９とを備える。なお、制御手段１９等はマイクロコンピュータ等にて構成することができ、環境温度検出手段１７は、室内機２等に付設される温度サーミスタ等にて構成することができる。また、皮膚温検出手段１８は、サーミスタや赤外線等を利用した各種の感温センサにて構成することができる。この際、皮膚に接触する接触型であっても、皮膚に接触しない非接触型であってもよい。
【００１７】
ところで、人は、活動を行ないその一部は仕事として消費され、残りが熱に変わる。すなわち、人（人間）は体内での代謝熱をほどよく外部環境に逃がし熱平衡を保ち、安静時には体温（深部体温）をほぼ３７℃に保っている。そして、代謝量（単位時間当りの発熱量）のうちの一部が機械的仕事を行うために使用されている。人の産熱量（体内で生産する熱量）は常に一定ではなく、朝と夜、食前と食後、安静時と活動時などによって変化する。これらに条件における産熱量を予め計測しておくことは可能である。例えば、机に座って本を読んでいるような安静状態で、ある環境温度において皮膚温はある一定値を示す。このため、環境温度と皮膚温から放散している熱量が推定できる。この皮膚温でバランスしているとすると、この熱量がこの人の産熱量と考えられる。
【００１８】
従って、このような条件下での個人の生理情報を予め測定しておくことで、ある時の皮膚温が、上記バランスしている皮膚温よりも高い場合は、より多く放熱しようとしているので、この状態では「暑い」と感じることが推定され、温度を下げる運転を行って個人に応じた快適な温度とすることができる。また、ある時の皮膚温が、上記バランスしている皮膚温よりも低い場合は、放熱量を下げて体内に多くの熱を貯めようとするので、この状態では、「寒い」と感じることが推定され、温度を上げる運転を行って個人に応じた快適な温度とすることができる。
【００１９】
そこで、この空気調和機では、予め計測しておいた個人の代謝量と現在の皮膚温と現在の環境温度から最適温度設定を行うように制御している。すなわち、現在の皮膚温と現在の環境温度とから現在の放熱量を推定して、この現在の放熱量と、予め計測しておいた個人の産熱量（仕事を行っていない安静した状態において、ある環境温度下でのこの環境温度と皮膚温から、推定した放散している熱量）とを比較する。この場合、現在の放熱量は、α（Ｔ１−Ｔ２）で求めることができる。ここで、αは比例定数であり、Ｔ１は皮膚温であり、Ｔ２は環境温度である。また、次の数１の式におけるＬが０であるときの代謝量Ｍが、予め計測しておいた個人の産熱量となって、個人毎に相違する。すなわち、このＬは人体の熱負荷（体内蓄熱量）であって、熱的中立状態からの仮想上の偏差を熱量で表したものであり、これが０のとき、人体蓄熱と環境への熱放射とが平衡して体温が恒温に維持される。ここで、熱的中立とは、血流量を調整しなくてもよい状態（範囲）である。
【００２０】
【数１】
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【００２１】
従って、現在の放熱量が予め計測しておいた産熱量（事前処理の産熱量）よりも多ければ、より多く放熱しようとしているので、「暑く」感じる状態であると推定できる。このため、このときには、空調の設定温度を下げるようにしている。また、現在の放熱量が予め計測しておいた産熱量（事前処理の産熱量）よりも少なければ、体内に多くの熱を貯めようとしているので、「寒く」感じる状態であると推定できる。このため、このときには、空調の設定温度を上げるようにしている。
【００２２】
次に図３と図４とを使用して、この空気調和機の制御方法を説明する。まず、図３にように、事前処理を行って個人の産熱量を予測する。すなわち、ステップＳ１で、日時や食事の時間等の産熱量に関する個人の情報を制御手段１９に入力する。次に、ステップＳ２に移行して、雰囲気温度（環境温度）が分っている部屋にその個人が入って、所定長時間（例えば、１時間程度）椅子に座る等のように安静にする。すなわち、熱的中立の温度空間に長時間滞在するようにする。その後、ステップＳ３へ移行して、種々の部位での皮膚温を計測（測定）し、安定した所の皮膚温を決定する。そして、ステップＳ４で、この決定した所での皮膚温と、上記雰囲気温度（環境温度）とから産熱量を、上記数１の演算式を使用して予測する。予測後に、ステップＳ５のように、この時の熱感（暑い／寒い）を個人に申告してもらって、これを参考値とする。そして、予測した産熱量を記憶手段１６にて記憶する。
【００２３】
そして、図４に示す本処理では、まず、ステップＳ６において、上記記憶手段１６に産熱量が記憶された個人が常時皮膚温を計測できる部屋（この空気調和機の室内機２が設置された部屋）に入室する。そこで、ステップＳ７のように、雰囲気温度（環境温度であって、室温）と、皮膚温（上記事前処理で計測した所の皮膚温）とを計測する。次にステップＳ８へ移行して、現在の放熱量を、皮膚温と雰囲気温度とから、α（Ｔ１−Ｔ２）の演算式を使用して推定し、この現在の放熱量と、事前処理の産熱量とを比較する。
【００２４】
ステップＳ８で、現在の放熱量が事前処理の産熱量よりも多ければ、より多く放熱しようとしているので、「暑く」感じることになるので、ステップＳ９へ移行して、空調の設定温度を下げる。また、ステップＳ８で、現在の放熱量が事前処理の産熱量よりも少なければ、体内に多くの熱を貯めようとしているので、「寒く」感じることになるので、ステップＳ１０へ移行して、空調の設定温度を上げる。この場合、上記参考値を考慮して、設定温度の上げ下げを制御するようにすれば、個人に対応する温度設定を一層高精度に行うことができる。
【００２５】
このように、この空気調和機によれば、本来のその人の快適と感じる代謝量（上記実施の形態では産熱量）を知ることで、「暑い」や「寒い」と感じる前に、快適な皮膚温に近づいたところから設定温度を快適な温度に変更することができる。すなわち、事前処理の産熱量が入力されている人は、この空気調和機の室内機２が設置された部屋に入って空調運転を行った場合や、この空気調和機にて空調運転されている部屋に入った場合において、この室内がこの人にとっての快適温度になるように自動的に設定されるので、「暑い」や「寒い」をあまり感じることなく、快適に過ごすことができる。また、「暑い」や「寒い」を感じないので、この「暑い」や「寒い」を感じることによって生じる体温調節（血流量の調整）によるストレスの発生を防止することができる。
【００２６】
以上にこの発明の空気調和機及び空気調和機の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、熱的中立の温度空間に入る時間としては、１時間に限るものではなく、代謝量を推定（計測）することができる範囲において任意に設定できる。また、上記においては、熱的中立の温度空間に滞在した状態で個人の代謝量を推定しているが、複数の環境温度において、環境温度と皮膚温との関係を求め、これらに基づいて個人の代謝量を推定するようにしてもよい。さらに、個人の代謝量は、季節や日差等により相違するので、これらを考慮した補正を行って代謝量を求めるようにするのが好ましい。また、季節によって着衣量が変化するので、データとして使用する現在の皮膚温を、この着衣量の変化を考慮して補正するようにするのが好ましい。なお、空気調和機として、湿度を調整する湿調ユニットとを備えたものであってもよい。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１の空気調和機によれば、この空気調和機を利用する人にとって快適と感じる温度に設定することができ、「暑い」や「寒い」をあまり感じることなく快適に過ごすことができる。また、検出器としては、皮膚温を検出するセンサと、環境温度を検出するセンサとでよく、しかも、簡単な演算にて設定温度を決定することができるので、低コストにて、このような快適に過ごせる空気調和機を提供することができる。さらに、予め計測しておいた個人の代謝量と現在の皮膚温と現在の環境温度から温度を設定するので、個人差、性差、日差、季節差などの変化があっても、これらの変化に対応して、温度調節を行うことができる。また、寒く感じたり、暖かく感じたりした場合、体温調整のために血流量を調整する必要があるので、この調整のためにストレスを生じさせるが、この空気調和機では、「暑い」や「寒い」をあまり感じないので、このようなストレスを生じさせない。
【００２８】
請求項２の空気調和機によれば、計測される代謝量の信頼性は高く、これに基づいて設定される温度は、各個人にとっては確実に快適温度となる。しかも、簡単な演算にて代謝量を推定できる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の空気調和機の実施の形態を示す制御部ブロック図である。
【図２】上記空気調和機の簡略構成図である。
【図３】上記空気調和機の事前処理を示すフローチャート図である。
【図４】上記空気調和機の本処理を示すフローチャート図である。
【図５】「暑い」や「寒い」を感じる仕組みの説明図である。
【符号の説明】
１７  環境温度検出手段
１８  皮膚温検出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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