JP3284611B2 - 温熱環境測定装置 - Google Patents

温熱環境測定装置

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JP3284611B2 JP26445192A JP26445192A JP3284611B2 JP 3284611 B2 JP3284611 B2 JP 3284611B2 JP 26445192 A JP26445192 A JP 26445192A JP 26445192 A JP26445192 A JP 26445192A JP 3284611 B2 JP3284611 B2 JP 3284611B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、環境の温熱状態を判断
する温熱環境測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の装置としては、特開昭6
4−86009号公報に開示された温熱検知装置があ
る。この温熱検知装置は、中空体の内部に発熱素子を設
け、この発熱素子を一定の温度に維持するために必要な
熱負荷の大小に基づいて、環境の温熱状態を検知するも
のである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】実際の人体は、環境温
度等の変化に応じて体内深部温度が変動しており、特
に、人体の上肢、下肢等の末梢部位において体内深部温
度の変動が顕著である。そして、この体内深部温度の変
化は、「暑い」「寒い」といった温熱感に大きく影響す
ることが知られている。ところが、上記の温熱検知装置
は、人体の皮膚温度と体内深部温度(特に末梢部位)と
の関係が不明であることから、人体の体内深部温度が環
境温度に応じて変化することなく一定であることを基礎
とする。このため、定常、均一な環境では有用であると
思われるが、車室内のように非定常、不均一な環境で
は、人体の温熱感を正確に判断することができないとい
う課題を有していた。そこで、本出願人は、皮膚温度と
体内深部温度との関係を研究とシミュレーションによっ
て明確にすることで、上記の課題を解決するものであ
り、その目的は、非定常、不均一な環境においても正確
な温熱感を判断することのできる温熱環境測定装置の提
供にある。
【0004】
【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、電力の供給を受けて発熱する発熱部と、こ
の発熱部に電力を供給する電力供給手段と、前記発熱部
の温度を検知する深部温度検知手段と、人体組織と熱的
特性がほぼ合致するように設けられて、前記発熱部と熱
的に接触されるとともに、外表面が環境の雰囲気に晒さ
れた伝熱部と、この伝熱部の表面温度を検知する表面温
度検知手段と、人体の皮膚温度と体内の深部温度との関
係を記憶する記憶手段、および前記皮膚温度と深部温度
との関係に基づいて、前記表面温度検知手段で検知され
た前記伝熱部の表面温度に対応する前記発熱部の補正温
度を算出する補正温度算出手段を有し、前記深部温度検
知手段で検知される前記発熱部の温度が前記補正温度算
出手段で算出された補正温度となるように、前記電力供
給手段の供給電力を制御する制御手段とを備えた技術的
手段を採用する。
【0005】
【作用】上記構成より成る本発明の温熱環境測定装置
は、環境の温度変化等に伴って伝熱部の表面温度が変化
すると、人体の皮膚温度と体内深部温度との関係に基づ
いて、変化後の伝熱部の表面温度に対応する発熱部の補
正温度が算出される。そして、深部温度検知手段で検知
される発熱部の温度が補正温度となるように、電力供給
手段の供給電力が制御される。その後、深部温度検知手
段で検知される発熱部の温度が補正温度となると、発熱
部と熱的に接触する伝熱部の表面温度が変化することに
より、新たに発熱部の補正温度が算出されて、この算出
された補正温度が発熱部で得られるように、発熱部の温
度を深部温度検知手段で検知しながら電力供給手段の供
給電力が制御される。このように、伝熱部の表面温度が
変化することに伴って発熱部の温度も変化するが、各々
の変化量が徐々に減少して、伝熱部の表面温度および発
熱部の温度が一定値に収束する。
【0006】
【実施例】次に、本発明の温熱環境測定装置の一実施例
を図を基に説明する。図1は温熱環境測定装置の全体構
成を示すブロック図である。本実施例の温熱環境測定装
置1は、人体を模擬する人体模擬体2(図2参照)と、
この人体模擬体2の内部温度(以下深部温度と言う)を
検知する温度センサ3(深部温度検知手段)、人体模擬
体2の表面温度を検知する温度センサ4(表面温度検知
手段)、人体模擬体2の深部温度を制御する定電流電源
回路5(電力供給手段)、人体模擬体2の表面温度の変
化に基づいて深部温度の補正量を算出する補正量算出装
置6(制御手段)、人体模擬体2の深部温度、表面温
度、および「暑い」「寒い」という温熱感を出力表示す
るCRT、プリンタ等の外部出力装置7より構成され
る。
【0007】人体模擬体2は、図2(人体模擬体2の全
体図)に示すように、人体の各部位(頭部、胴部、上
腕、前腕、大腿、下肢)に分割された複数の部位模擬体
20(頭部20a、胴部20b、上腕20c、前腕20
d、大腿20e、下肢20f)から構成される。部位模
擬体20は、円柱状を呈する断熱材8の外周を膜状に覆
う発熱体9(発熱部)と、この発熱体9の外周に一定の
厚みで設けられた伝熱体10(伝熱部)より成り、全体
が円柱状に設けられている。なお、各部位模擬体20
は、それぞれ人体の各部位に応じた熱的特性が得られる
ように、各部位毎に断熱材8の直径および伝熱体10の
肉厚等が設定されている。発熱体9は、ニクロム線、ア
ルミニウム、銅等の導電材で構成され、定電流電源回路
5より電力の供給を受ける。伝熱体10は、人体組織と
熱的特性がほぼ合致する材質(例えばクロロプレンゴ
ム)で構成され、発熱体9と熱的に接触して設けられて
いる。また、伝熱体10の外表面は、環境雰囲気に晒さ
れており、環境の温度変化等に応じて伝熱体10の表面
温度が変化する。
【0008】温度センサ3は、各部位模擬体20の発熱
体9に取り付けられて、発熱体9の温度を電圧の変化と
して検知する。温度センサ4は、各部位模擬体20の伝
熱体10の外表面に取り付けられて、伝熱体10の表面
温度を電圧の変化として検知する。定電流電源回路5
は、補正量算出装置6によって決定された電流を各部位
模擬体20の発熱体9に流すことで発熱体9の温度(発
熱量)を制御する。補正量算出装置6は、A/D変換回
路6a、メモリ6b(記憶手段)、およびCPU6c
(補正温度算出手段)より構成されたマイクロコンピュ
ータである。A/D変換回路6aは、温度センサ3およ
び温度センサ4で検知された電圧をデジタル信号に変換
する。メモリ6bは、CPU6cでのプログラム処置手
順(図5参照)を記憶するとともに、次式で求められ
る人体の皮膚温度TS と温熱感Sとの関係、および次式
で求められる人体の皮膚温度TS と体内深部温度TB
との関係を記憶する。なお、式に示す人体の皮膚温度
TS と温熱感Sとの関係は、人体の各部位毎に測定する
ことで得られたもので、図3に人体のある部位の例を示
す。また、式に示す皮膚温度TS と体内深部温度TB
との関係は、研究とシミュレーション(模擬実験)の結
果得られたもので、図4にその実験結果を示す。
【0009】
【数1】S=K1 ×TS +K0 ……………… 但し、K1 、K0 は、人体の各部位毎に予め設定された
定数である。
【数2】TB =L1 ×TS +L0 …………… 但し、L1 、L0 は、人体の各部位毎に予め設定された
定数である。
【0010】CPU6cは、A/D変換回路6aを介し
て入力された各部位模擬体20の深部温度TB (発熱体
9の温度)および表面温度TS (伝熱体10の表面温
度)を基に、メモリ6bのプログラム処理手順にしたが
って発熱体9の補正温度を算出するとともに、その算出
された補正温度が発熱体9で得られるように定電流電源
回路5の供給電力(電流)を決定する。また、CPU6
cに入力された各部位模擬体20の深部温度TB (体内
深部温度)、表面温度TS (皮膚温度)、および表面温
度TS を基に上記の式で求められる温熱感Sを外部出
力装置7に出力する。
【0011】次に、本実施例の作動をCPU6cの処理
手順に基づいて説明する。図5はCPU6cの処理手順
を示すフローチャートである。まず、各部位模擬体20
の深部温度TB の初期値を設定する(ステップ10
0)。例えば、環境温度:25℃、湿度:50%のいわ
ゆる常温では、人間の体内深部温度TB が36.7℃程
度であることから、各温度センサ3で各部位模擬体20
の深部温度TB を検知しながら、発熱体9の温度が3
6.7℃で安定するように、CPU6cによって定電流
電源回路5の供給電流を決定する。発熱体9が発熱する
ことにより、発熱体9の熱が伝熱体10を通って各部位
模擬体20の表面(伝熱体10の表面)へ伝わり、環境
の空気へ放熱されることで、各部位模擬体20の表面温
度TS も一定温度に保たれる。CPU6cでは、各部位
模擬体20の表面温度TS より、上記の式に示す温感
特性を用いて人体の各部位毎の温熱感Sを判定し、表面
温度TS 、深部温度TB とともに外部出力装置7に出力
する。
【0012】ここで、例えば、環境温度が25℃から2
0℃へ低下した場合を考える。人間の生理機能として、
環境温度が低下すると、人間の末梢部位(腕、下肢)等
へ流れる血流を抑制し、人体表面からの放熱量を減少さ
せる機能が働く。この結果、頭部、腹部等の躯幹部位で
は比較的血流が保たれていることから体内深部温度TB
が36.7℃程度に維持されているが、末梢部位では体
内深部温度TBが低下することになる。従って、人体模
擬体2において、環境温度が20℃に低下すると、各部
位模擬体20の表面からの放熱量が増加し、表面温度T
S が低下することになる。そして、この表面温度TS の
変化を温度センサ4によって検知し(ステップ10
1)、CPU6cに出力する。CPU6cでは、検知さ
れた表面温度TS'より、新たな温熱感S’を推定し(ス
テップ102)、外部出力装置7に出力する。つぎに、
変化後の表面温度TS'を基に、新たな深部温度TB'(補
正温度)を算出し(ステップ103)、発熱体9の温度
が算出された深部温度TB'となるように、温度センサ3
で検知しながら、発熱体9に供給する定電流電源回路5
の供給電流を決定する(ステップ104)。
【0013】その後、発熱体9の温度低下に伴って伝熱
体10を通過する熱流が若干減少するが、この影響(熱
流の減少)は非定常的にある時間(インターバル時間)
を持って伝熱体10の表面に伝わり、伝熱体10の表面
温度はTS'より僅かながら低下する。従って、ステップ
104を実行した後、所定のインターバル時間(ステッ
プ105)を設けて、再びステップ100〜ステップ1
05を繰り返す。これにより、発熱体9の温度および伝
熱体10の表面温度は、その変化量が徐々に減少して、
一定値に収束することになる。このように、環境の変化
に応じて、人体の末梢部位の生理機能と同じように深部
温度TB を変化させることにより、上記の式および図
4に示す人間の皮膚温特性とほぼ一致した特性を得るこ
とができる。従って、車室内のように、非定常、不均一
な環境においても、温度センサ4によって検知された各
部位模擬体20の表面温度TS を基にして、精度良く温
熱感Sを評価することができる。また、この温熱環境測
定装置1を車両用空調装置に適用することで、乗員の温
熱感を的確に判断して、適切な空調制御を行うことがで
きる。特に、冬期における空調を行う場合には、下半身
の「冷え」等を的確に判断することができる。
【0014】なお、本実施例では、人体模擬体2を円筒
状を呈する各部位模擬体20で構成したが、実際の人間
の形状を模擬したマネキンでも良い。また、各部位模擬
体20毎に、その深部温度と表面温度を1点ずつ計測し
ているが、各部位模擬体20毎の計測点を複数箇所設定
して、精度向上を図るようにしても良い。
【0015】
【発明の効果】本発明の温熱環境測定装置は、人体の皮
膚温度と体内の深部温度との関係に基づき、定常、不均
一な環境においても正確な温熱感を判断することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に係る温熱環境測定装置の全体構成を
示すブロック図である。
【図2】本実施例に係る人体模擬体の全体図である。
【図3】人体の皮膚温度と温熱感との関係を示すグラフ
である。
【図4】人体の皮膚温度と体内深部温度との関係を示す
グラフである。
【図5】本実施例に係るCPUの処理手順を示すフロー
チャートである。
【符号の説明】
1 温熱環境測定装置 3 温度センサ(深部温度検知手段) 4 温度センサ(表面温度検知手段) 5 定電流電源回路(電力供給手段) 6 補正量算出装置(制御手段) 6b メモリ(記憶手段) 6c CPU(補正温度算出手段) 9 発熱体(発熱部) 10 伝熱体(伝熱部)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01D 21/00 F24F 11/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】a)電力の供給を受けて発熱する発熱部
    と、 b)この発熱部に電力を供給する電力供給手段と、 c)前記発熱部の温度を検知する深部温度検知手段と、 d)人体組織と熱的特性がほぼ合致するように設けられ
    て、前記発熱部と熱的に接触されるとともに、外表面が
    環境の雰囲気に晒された伝熱部と、 e)この伝熱部の表面温度を検知する表面温度検知手段
    と、 f)人体の皮膚温度と体内の深部温度との関係を記憶す
    る記憶手段、および前記皮膚温度と深部温度との関係に
    基づいて前記表面温度検知手段で検知された前記伝熱部
    の表面温度に対応する前記発熱部の補正温度を算出する
    補正温度算出手段を有し、前記深部温度検知手段で検知
    される前記発熱部の温度が前記補正温度算出手段で算出
    された補正温度となるように、前記電力供給手段の供給
    電力を制御する制御手段とを備えた温熱環境測定装置。
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