JP2006066299A

JP2006066299A - 人体加熱装置及び暖房便座装置

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Publication number: JP2006066299A
Application number: JP2004249175A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tsuboi; 宏之坪井; Kengo Iwata; 賢吾岩田; Yoshiko Taya; 淑子多屋
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2006-03-09

Abstract

【課題】好適な温度感覚を使用者に提供できる接触型の人体加熱装置を提供する。
【解決手段】ヒータと、ヒータの人体に対峙する面側に設けられ人体に接触可能な絶縁層と、ヒータの加熱量を制御する制御装置と、人体と絶縁層間又は人体とヒータ間の熱移動量を検出する熱移動量検出装置とを備え、制御装置は、人体と絶縁層間又は人体とヒータ間の熱移動量が所定値になるように、ヒータの加熱量を制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、接触型の人体加熱装置及び暖房便座装置に関するものである。

使用者を識別した後、予め学習した使用者の好みの温度に便座温度を自動制御する暖房便座装置が特許文献１に開示されている。
特開平５−２５５９６５

使用者が暖房便座などの人体加熱装置に接触した時に感ずる快適感覚は、気温や体調等の諸条件により様々に変化するので、人体加熱装置により使用者に常に快適感を提供するのは難しい。一方、温度感覚は、気温や体調等の諸条件の影響を余り受けないことが知られている。従って、好適な温度感覚を使用者に提供する人体加熱装置の開発が望まれている。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、好適な温度感覚を使用者に提供できる接触型の人体加熱装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明においては、ヒータと、ヒータの人体に対峙する面側に設けられ人体に接触可能な絶縁層と、ヒータの加熱量を制御する制御装置と、人体と絶縁層間又は人体とヒータ間の熱移動量を検出する熱移動量検出装置とを備え、制御装置は、人体と絶縁層間又は人体とヒータ間の熱移動量が所定値になるように、ヒータの加熱量を制御することを特徴とする接触型の人体加熱装置を提供する。
本発明の発明者は、鋭意研究の結果、人体と、人体に接触する人体加熱装置との間の熱移動量と温度感覚との間に、個人差の影響を受けない所定の相関が存在することを見出した。本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、人体と、人体に接触する人体加熱装置との間の熱移動量を所定値に制御することにより、人体に過剰の熱を与えず人体から過剰の熱を奪わず、熱移動によるストレスを人体に与えず、個人差の影響を受けることなく普遍的に、使用者に好適な温度感覚を提供するものである。

本発明の好ましい態様においては、制御装置は、人体と絶縁層間又は人体とヒータ間の熱移動量の時間変化量が略零になる前記熱移動の定常状態において、人体から絶縁層又はヒータへの熱移動量が０．００５乃至０．０１５Ｗ／ｃｍ^２／ｓｅｃになるように、ヒータの加熱量を制御する。
人体から絶縁層又はヒータへの熱移動量が０．００５乃至０．０１５Ｗ／ｃｍ^２／ｓｅｃであれば、使用者の温度感覚は中立状態、すなわち冷たいとも熱いとも感じない状態になる。温度感覚が中立状態にある時には、使用者は絶縁層を介して過剰の熱を供給されず、過剰の熱を奪われず、熱移動によるストレスを受けない。この結果、使用者の温度感覚は好適化される。

本発明の好ましい態様においては、制御装置は、人体が絶縁層に接触した瞬間の人体から絶縁層又はヒータへの熱移動量が所定値よりも大きい場合に、定常状態での人体から絶縁層又はヒータへの熱移動量に応じて、ヒータの加熱量を増加させる。
人体が絶縁層に接触した瞬間の人体から絶縁層又はヒータへの熱移動量が大きい場合は、ヒータの温度が何らかの原因で異常に低下しているか、或いは運動や風邪などの原因で体温調節中枢のセットポイントが高温側へ移動し平常よりも人体の皮膚温度が上昇している場合である。係る場合、放出された熱を補給すべく人体は熱供給を必要としているので、人体から絶縁層又はヒータへの熱移動が定常状態になった後の熱移動量に応じて、ヒータの加熱量を増加させるのが望ましい。

本発明の好ましい態様においては、熱移動検出装置は熱流束計である。
熱流束計は、人体と絶縁層間又は人体とヒータ間の熱移動量を瞬時に計測できるので、ヒータの加熱制御が高速化され、ひいては使用者の温度感覚の好適化が迅速化される。

本発明の好ましい態様においては、ヒータは面状ヒータである。
面状ヒータの使用により、人体皮膚の絶縁層との接触部全面を均一に加熱でき、且つヒータを薄型化して人体加熱装置を小型化できる。

本発明においては、上記の人体加熱装置を備える暖房便座装置を提供する。
上記の人体加熱装置を備える暖房便座装置は、個人差の影響を受けることなく普遍的に、使用者に好適な温度感覚を提供することができる。また、無駄な電力消費を抑制して省エネを実現できる。

人体と、人体に接触する人体加熱装置との間の熱移動量を所定値に制御することにより、人体に過剰の熱を与えず人体から過剰の熱を奪わず、熱移動によるストレスを人体に与えず、個人差の影響を受けることなく普遍的に、使用者に好適な温度感覚を提供することができる。

本発明の理論的背景を説明する。
（１）温度感覚と熱移動量との間の相関の検討
(Ａ)人体とヒータとの間の熱流束と、温度感覚との相関を、実験に基づいて検討した。
実験１
実験方法：シート状の熱流束計を間に挟んで熱板ヒータを被検者の上腕部に押し当て、人体と熱板ヒータとの間の熱流束を計測すると共に、温度感覚を被検者に評価させた。
環境条件：空気温度２３℃、相対湿度５０％の室内で実験を行った。
被検者数：６名
熱板ヒータの寸法：２０ｍｍ×５０ｍｍ
熱板ヒータの温度：室温、３０℃、３２℃、３３℃、３４℃、３６℃、３８℃
実験の結果を図１に示す。図１は、接触直後と熱流束の時間変化量が略零になった定常状態の２状態での熱流束値と温度感覚との相関を示している。図１において、正の熱流束値は、熱板ヒータから人体へ流れる熱流束値を表し、負の熱流束値は、人体から熱板ヒータへ流れる熱流束値を示す。
図１から、接触直後では、熱流束値が＋０．０１乃至−０．０１Ｗ／ｃｍ^２／ｓｅｃの範囲にあると、温度感覚は中立状態、すなわち冷たいとも熱いとも感じない状態の近傍にあるが、定常状態では、熱流束値が−０．００５乃至−０．０１５Ｗ／ｃｍ^２／ｓｅｃの範囲にあると、温度感覚は中立状態の近傍にあることが分かる。
実験により得られたデータに基づいて、熱板ヒータの温度と、温度感覚との相関を調べた結果、熱板ヒータの温度が上昇するのにつれて、何れの被検者の温度感覚も冷たいから熱いに変化していることが分かり、温度感覚には個人差の影響が余り無いことが分かった。

実験２
上面が着座面を形成する絶縁層の下面に面状ヒータを取付け、面状ヒータと絶縁層との間に熱流束計を配設した暖房便座装置に、実験１と同様の環境条件下で、３名の被検者を順次着座させ、人体と面状ヒータとの間の熱流束を計測すると共に、温度感覚を被検者に評価させた。
実験の結果を図２に示す。図２も、図１と同様に、着座直後と定常状態の２状態での熱流束値と温度感覚との相関を示している。図２においても、正の熱流束値は、面状ヒータから人体へ流れる熱流束値を表し、負の熱流束値は、人体から面状ヒータへ流れる熱流束値を示す。
図２から、着座直後では、熱流束値が−０．０１乃至−０．０３Ｗ／ｃｍ^２／ｓｅｃの範囲にあると、温度感覚は中立状態の近傍にあるが、定常時では、熱流束値が−０．００３乃至−０．０１Ｗ／ｃｍ^２／ｓｅｃの範囲にあると、温度感覚は中立状態の近傍にあることが分かる。

(Ｂ)６人の被験者中の一人が、通常の室内で安静にしており、被検者の温度感覚が中立状態にある時に、手の母指球と空気との間の熱流束値を計測した。計測結果を図３に示す。図３から、温度感覚が中立状態にある時には、季節に関係無く、熱流束値は略−０．０１Ｗ／ｃｍ^２／ｓｅｃであることが分かる。

（２）人体加熱装置の使用者に好適な温度感覚を与えるための条件の検討
被検者の温度感覚が中立状態にある時には、被検者はヒータから過剰の熱を供給されず、過剰の熱を奪われず、熱移動によるストレスを受けていない。従って、被検者の温度感覚が中立状態にある時に、被検者は好適な温度感覚を得ていると考えるのが妥当である。上記(Ａ)の実験結果と、(Ｂ)の計測結果とに鑑み、更に接触型の人体加熱装置を長時間使用する場合には定常状態の温度感覚を好適化するのが妥当であることを勘案すると、定常状態での人体と接触型の人体加熱装置との間の熱流束値を、−０．００５乃至−０．０１５Ｗ／ｃｍ^２／ｓｅｃに制御すれば、人体加熱装置の利用者に好適な温度感覚を与えられると考えられる。

上記の理論的背景を踏まえて構成された、本発明の第１実施例に係る接触型の人体加熱装置を図４に示す。
図４（ａ）に示す床暖房装置Ａは、面状ヒータ１と、面状ヒータ１の上面側、すなわち人体に対峙する面側に設けられた人体に接触可能な絶縁層２と、面状ヒータ１の加熱量を制御する制御装置３と、絶縁層２の上面に取り付けられたシート状の熱流束計４とを備えている。面状ヒータ１は電極５を介して制御装置３に接続され、熱流束計４も制御装置３に接続されている。
図４（ｂ）に示す床暖房装置Ｂは、同一平面内で蛇行する湯配管により形成されたヒータ１１と、ヒータ１１の上面側、すなわち人体に対峙する面側に設けられた人体に接触可能な絶縁層１２と、ヒータ１１を流れる湯の加熱量を制御する制御装置１３と、絶縁層１２の上面に取り付けられたシート状の熱流束計１４とを備えている。ヒータ１１に湯を供給する図示しない給湯装置は制御装置１３に接続され、熱流束計１４も制御装置１３に接続されている。

図４（ｃ）に示すホットカーペットＣは、面状ヒータ２１と、面状ヒータ２１の上面側、すなわち人体に対峙する面側に設けられた人体に接触可能な絶縁層２２と、面状ヒータ２１の加熱量を制御する制御装置２３と、絶縁層２２の上面に取り付けられたシート状の熱流束計２４とを備えている。面状ヒータ２１は電極２５を介して制御装置２３に接続され、熱流束計２４も制御装置２３に接続されている。
図４（ｄ）に示すホットカーペットＤは、シート状の熱流束計２４が絶縁層２２の下面に取り付けられている点を除いて、ホットカーペットＣと略同様の構成を有している。
図４（ｅ）に示すホットカーペットＥは、シート状の熱流束計２４が面状ヒータ２１に埋設されている点を除いて、ホットカーペットＤと略同様の構成を有している。

床暖房装置Ａ、Ｂ、ホットカーペットＣにおいては、制御装置３、１３、２３は、人体と絶縁層２、１２、２２間の熱移動量の時間変化量が略零になる定常状態において、人体から絶縁層２、１２、２２への熱流束値が０．００５乃至０．０１５Ｗ／ｃｍ^２／ｓｅｃになるように、面状ヒータ１、２１、ヒータ１１の加熱量を制御する。
ホットカーペットＤ、Ｅにおいては、制御装置２３は、人体と面状ヒータ２１間の熱移動量の時間変化量が略零になる定常状態において、人体から面状ヒータ２１への熱流束値が０．００５乃至０．０１５Ｗ／ｃｍ^２／ｓｅｃになるように、面状ヒータ２１の加熱量を制御する。

上記制御により、床暖房装置Ａ、Ｂ、ホットカーペットＣ、Ｄ、Ｅにおいては、使用者の温度感覚が、個人差の影響を受けることなく普遍的に好適化される。

熱流束計４、１４、２４は、人体と絶縁層２、１２、２２間の熱移動量或いは人体と面状ヒータ２１間の熱移動量を瞬時に計測できるので、面状ヒータ１、２１、ヒータ１１の加熱制御が高速化され、ひいては使用者の温度感覚の好適化が迅速化される。
面状ヒータ１、２１の使用により、人体皮膚の絶縁層２２との接触部全面を均一に加熱でき、且つヒータを薄型化して人体加熱装置を小型化できる。

人体が絶縁層２、１２、２２に接触した瞬間の人体から絶縁層２、１２、２２或いは面状ヒータ２１への熱移動量が所定値よりも大きい場合に、定常状態の人体から絶縁層２、１２、２２或いは面状ヒータ２１への熱移動量に応じて、面状ヒータ１、２１、ヒータ１１の加熱量を増加させても良い。
人体が絶縁層２、１２、２２に接触した瞬間の人体から絶縁層２、１２、２２或いは面状ヒータ２１への熱移動量が大きい場合は、前記ヒータの温度が何らかの原因で異常に低下しているか、或いは運動や風邪などの原因で体温調節中枢のセットポイントが高温側へ移動し平常よりも人体の皮膚温度が上昇している場合である。係る場合、放出される熱量を補うために人体は熱供給を必要としているので、人体から絶縁層２、１２、２２或いは面状ヒータ２１への熱移動が定常状態になった後の当該熱移動量に応じて、前記ヒータの加熱量を増加させるのが望ましい。

熱流束計の形状はシート状に限定されない。
熱流速計に代えてサーミスタを用いて熱移動量を計測しても良い。
面状ヒータ１、２１、ヒータ１１と絶縁層２、１２、２２との間に、均熱層や接着剤層を介在させても良い。

本発明に係る接触型の人体加熱装置を備える暖房便座装置を図５に示す。
暖房便座装置Ｆは、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、面状ヒータ３１と、面状ヒータ３１の上面側、すなわち人体に対峙する面側に設けられた人体に接触可能な絶縁層３２と、面状ヒータ３１の加熱量を制御する制御装置３３と、絶縁層３２と面状ヒータ３１とに挟まれた状態で絶縁層３２の下面に取り付けられたシート状の熱流束計３４とを有する、構成が前述のホットカーペットＥと同様の接触型の人体加熱装置を備えている。面状ヒータ３１は図示しない電極を介して制御装置３３に接続され、熱流束計３４も制御装置３３に接続されている。
暖房便座装置Ｆが備える接触型の人体加熱装置においても、制御装置３３は、人体と面状ヒータ３１間の熱移動量の時間変化量が略零になる定常状態において、人体から面状ヒータ３１への熱流束値が０．００５乃至０．０１５Ｗ／ｃｍ^２／ｓｅｃになるように、面状ヒータ３１の加熱量を制御する。
上記制御により、暖房便座装置Ｆにおいては、使用者の温度感覚が、個人差の影響を受けることなく普遍的に好適化される。また、無駄な電力消費を抑制して省エネを実現できる。
熱の移動量を迅速に検出し、面状ヒータ３１に供給する電力を迅速に調整するために、絶縁層３２を薄くする必要がある。座面の強度を勘案して、絶縁層３２の厚みを０．８〜２．０ｍｍ程度に設定するのが望ましい。
図５（ｃ）に示すように、面状ヒータ３１に代えて、略同一平面内で蛇行するチュービングヒータにより形成されたヒータ４１を配設しても良い。
面状ヒータ３１、ヒータ４１と絶縁層３２との間に均熱層や接着剤層を介在させても良い。

本発明に係る接触型の人体加熱装置を、壁暖房装置、暖房背凭れ等として具現化しても良い。

本発明は、接触型の各種人体加熱装置に広く利用可能である。

熱板ヒータを上腕部に押し当てる実験により得られた、人体とヒータとの間の熱流束と、温度感覚との相関を示す図である。暖房便座に着座する実験により得られた、人体とヒータ間の熱流束と、温度感覚との相関を示す図である。安静時における手の母指球から空気への熱移動量の実測値を示す図である。本発明の実施例に係る接触型の人体加熱装置の断面図である。（ａ）、（ｂ）は床暖房装置を示し、（ｃ）〜（ｅ）はホットカーペットを示す。本発明に係る接触型の人体加熱装置を備える暖房便座装置の構造図である。（ａ）は外観斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の線ｂ−ｂに沿った断面図であり、（ｃ）は変形例の断面図である。

符号の説明

１、２１、３１面状ヒータ
１１、４１ヒータ
２、１２、２２、３２絶縁層
４、１４、２４、３４シート状の熱流束計

Claims

ヒータと、ヒータの人体に対峙する面側に設けられ人体に接触可能な絶縁層と、ヒータの加熱量を制御する制御装置と、人体と絶縁層間又は人体とヒータ間の熱移動量を検出する熱移動量検出装置とを備え、制御装置は、人体と絶縁層間又は人体とヒータ間の熱移動量が所定値になるように、ヒータの加熱量を制御することを特徴とする人体加熱装置。
制御装置は、人体と絶縁層間又は人体とヒータ間の熱移動量の時間変化量が略零となる定常状態において、人体から絶縁層又はヒータへの熱移動量が０．００５乃至０．０１５Ｗ／ｃｍ^２／ｓｅｃになるように、ヒータの加熱量を制御することを特徴とする請求項１に記載の人体加熱装置。
制御装置は、人体が絶縁層に接触した瞬間の人体から絶縁層又はヒータへの熱移動量が所定値よりも大きい場合に、定常状態での人体から絶縁層又はヒータへの熱移動量に応じて、ヒータの加熱量を増加させることを特徴とする請求項２に記載の人体加熱装置。
熱移動検出装置は熱流束計であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の人体加熱装置。
ヒータは面状ヒータであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の人体加熱装置。
請求項１乃至５の何れか１項に記載の人体加熱装置を備える暖房便座装置。