JP3033196B2 - 空調制御装置 - Google Patents

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に示す技術的手段を採用する。

【０００６】在室者の皮膚表面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、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。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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 ×Ｔ_S ＋Ｋ₂ ×ｄＴ_S ＋Ｃ なお、 （１）式においてＫ₁,Ｋ₂,Ｃは定数、Ｔ_S は皮膚温度、
ｄＴ_S は皮膚温度変化である。 そして、下記（２）式で表されるΔＴ_S に応じて送風量
を計算する。

【００１９】

【数２】ΔＴ_S ＝Ｔ_S −Ｔ_So なお、（２）式においてＴ_S は現在の乗員の皮膚温度、
Ｔ_Soは目標温感を達成する定常時の皮膚温度である。 ここで、Ｔ_Soは、（１）式において、Ｓを目標温感Ｓ_o
とし、ｄＴ_S ＝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】Ｔ_So＝（Ｓ_o −Ｃ）／Ｋ₁ ここでΔＴ_S 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、ΔＴ_S を種々に変化させ、各ΔＴ_S 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
Ｔ_S 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ΔＴ _S 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Ｔ_S （ｎ
＋１）は、上記（１）式におけるＴ_S をＴ_S （ｎ＋１）
とし、ｄＴ_S を（Ｔ_S （ｎ＋１）−Ｔ_S （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Ｔ_S （ｎ）は現在の皮膚温
度、Ｔ_S （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Ｔ_S （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Ｔ_S （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ｔ_si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ｔ_S2〜ｔ
_Sn-1を求める。

【００２６】

【数５】ａ_i ｔ_si＝ｂ_i ×ｔ_si+1＋ｃ_i ×ｔ_si-1＋ｄ_i 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Ｔ_S （ｎ＋１）を与え、ｔ_Snに体内深部温度ｔ_b を与
える。また、生成項として、ｄ_i に血流による熱量ｑ_bi
と代謝産熱量ｑ_miとの和を与える。

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

【００２８】

【数６】ｑ_bi＝Ｋ₃ ×Ｖ_bi×（ｔ_b −ｔ_si） なお、（６）式においてＫ₃ は定数である。ここで、流
量Ｖ_biはｉ番目の層の温度ｔ_si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】Ｖ_bi＝ｆ（ｔ_si ^K4） 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ｑ_miが発生する。

【００３０】このｑ_miは下記（８）式で表される。

【００３１】

【数８】ｑ_mi＝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
ｑ_miとの和を（５）式のｄ _i 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、Ｖ_bi，ｑ_mi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，ｐｐ５０３〜５０
８，１９８５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２０
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Ｑ_cd，日
射による入熱量Ｑ_r ，汗の蒸発による潜熱量Ｑ_e 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】Ｑ_cd＋Ｑ_r ＋Ｑ_e ＋Ｑ_CV＝０ そして、対流による放出熱量Ｑ_CVは、空気の熱伝達率を
α，空気温度をＴ_a ，皮膚温度をＴ_S （ｎ＋１）とし
て、下記（１０）式により表すことができる。

【００３５】

【数１０】Ｑ_CV＝α×（Ｔ_a −Ｔ_S （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（Ｖ^K7） なお、（１１）式においてＫ₇ は定数である。この（１
０）式を上記（９）式に代入し変形すると、空気温度Ｔ
_a は下記（１２）式により表すことができる。

【００３７】

【数１２】Ｔ_a ＝Ｔ_S （ｎ＋１）−（Ｑ_cd＋Ｑ_r ＋
Ｑ_e ）／α この（１２）式は、Ｑ_cd，Ｑ_r ，Ｑ_e の下で、皮膚温度
をＴ_S （ｎ＋１）にするには空気温度をＴ_a 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Ｔ
_S （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Ｑ_cd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ｔ_S2と皮膚温
度（１番目の層の温度）Ｔ_S （ｎ＋１）とを用いて下記
（１３）式から求められる。

【００３９】

【数１３】Ｑ_cd＝Ｋ₈ ×（ｔ_S2−Ｔ_S （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Ｑ_r 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Ｑ_e は、下記
（１４）式で表される。

【００４１】

【数１４】Ｑ_e ＝０．７×ｍ_rsw ×｛２^(ts-34.1)/3 ｝ ここでｍ_rsw は下記（１５）式で表され、さらにこの
（１５）式の中Σ_SK，Σ _Crはそれぞれ下記（１６）式、
（１７）式で表される。

【００４２】

【数１５】ｍ_rsw ＝２５０×Σ_Cr＋１００（Σ_Cr）×
（Σ_SK）

【００４３】

【数１６】

【００４４】

【数１７】 なお、（１６），（１７）式において、Ｃ₁ ，Ｃ₂ は
定数である。

【００４５】ここで、Σ_SKは、皮膚表面からＬ番目の層
までの平均温度を示し、Σ_Cr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、Ｑ_e は飽和蒸発量を超え
ないものとする。 なお、この潜熱量Ｑ_e の演算方法を決定するにあたって
は、Ａ．Ｐ．Ｇａｇｇｅ，Ｊ．Ａ．Ｊ．Ｓｔｏｌｗｉｊ
ｋ，Ｙ．ＮｉｓｈｉによるＡｎ Ｅｆｆｅｃｔ ｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｃａｌｅ Ｂａｓ
ｅｄ ｏｎ ａ Ｓｉｍｐｌｅ Ｍｏｄｅｌ ｏｆ Ｈ
ｕｍａｎ Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｒｅｑ ｕｌａｔｏｒｙ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ．ＡＳＨＲＡＥ ｔ
ｒａｎｓ Ｖｏｌ．７７，Ｐａｒｔ １，Ｐ２４７−２
６２，１９７１の文献を参考にした。

【００４６】以上のようにして求められたＱ_cd，Ｑ_r ，
Ｑ_e 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Ｔ_S （ｎ＋１）を代入す
ることで、空気温度Ｔ_a 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Ｔ_a を車室内温度制御の設定温度Ｔ_set とし、必
要吹出温度Ｔ_a0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Ｔ_ｓ０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×Ｔam＋Ｋ₁₁×Ｓ
_r ＋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、Ｓ_r 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Ｔ_S と定常時の目標皮膚温度Ｔ _s0との差ΔＴ_S 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ΔＴ_S 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Ｔ_S （ｎ＋１）を演算する。ステップ１５
０では、ｔ秒後の目標皮膚温度Ｔ_S （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Ｔ_a 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ｔ_S1を目標皮膚温度
Ｔ_S （ｎ＋１）とし、ｔ_s10 を深部温度ｔ_b とし、ｔ_s2
〜ｔ _s9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ｔ_s1〜ｔ_s10 を求める。なお、
（５）式の右辺第３項のｄ_i には、ｔ_siを未知数とした
ｑ_biとｑ_mi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ｔ_s1〜ｔ_s10 及び
日射センサ３３の出力によってＱ_cd，Ｑ_r ，Ｑ_e を求
め、（１２）式から目標空気温度Ｔ_a 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Ｔ_a を設定温度Ｔ _set に代入する。ス
テップ１７０では、ｔ秒後に車室内温度Ｔ_set を実現す
るために必要な吹出空気温度Ｔ_a0を下記（１９）式から
演算する。

【００５５】

【数１９】Ｔ_a0＝Ｋ₁₃×Ｔ_set ＋Ｋ₁₄×Ｔ_r ＋Ｋ₁₅×Ｔ
_am＋Ｋ₁₆×Ｓ_T ＋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Ｔ_E 及びヒータ２４の温水温度Ｔ_W に応
じて上記必要吹出温度Ｔ_a0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Ｔ_r
を設定温度Ｔ_set に接近させるために、Ｔ_set の変化に
対してＴ_r 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Ｔ
₁₀，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Ｔ ₁₁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Ｔ ₂₁
として求められる。このとき（１３）式で求められるＱ
_cdは最大値をとるから、目標空気温度はＴ₁ 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Ｔ₉ ，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Ｔ_soを求
め、そして皮膚温度偏差ΔＴ_s 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Ｔ_s （ｎ＋１）を求め、この送風量のもと
で過渡時の目標皮膚温度Ｔ_s （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
Ｔ_S 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×ｄＴ_S なお、（２１）式において、Ｋ₁₉は定数である。ここ
で、ｄＴ_S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Ｔ_s （ｎ）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 （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×（Ｔ_s （ｎ）−Ｔ_S （ｎ＋１））
＝Ｋ₂₀×（−ｄＴ_S ×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、（Ｔ_s （ｎ）−
Ｔ_S （ｎ＋１））は（−ｄＴ_S ×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ｄＴ_S を求め
る。次に（−ｄＴ_S ×ΔＴ）を演算し、これを（Ｔ
_s （ｎ）−Ｔ_S （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Ｔ_S 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×Ｔ_S 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、Ｔ_soが求めら
れ、Ｔ_S がＴ_so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×Ｔam＋Ｋ₂₄×Ｓ
_r ＋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、Ｓ_r は日射量である。この（２
４）式では、初期温度Ｔrintに代えて初期皮膚温度Ｔsi
nt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Ｓ
₀ 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Ｔrint，Ｔ
sint，Ｔam，Ｓ_r 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Ｓ_r 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、在室者の温感が
目標温感に接近するに従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。

【００８０】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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者 品川 勉 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２−109715（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−296527（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−229713（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60H 1/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 在室者の皮膚表面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。