JP5708220B2 - 空調制御システム - Google Patents

Description

本発明は、寝室内の空調能力を制御する空調制御システムに関し、特に、就寝者の快適性の向上対策に係るものである。

従来より、寝室内の空調を行う空調機であって、就寝者の起床予定時刻の所定時間前から設定温度を上昇させる空調機が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。この空調機では、就寝者の起床予定時刻の所定時間前から寝室内の温度を上昇させて就寝者の体温を上昇させることにより、希望の時刻に無理なく就寝者が目覚めるようにしている。

特開平４−１９４５３８号公報

ところで、人には体内時計に基づくリズムがあり、人の生理量（例えば、心拍数等）はこのリズムに基づいて一日の間に大きく変化する。これにより、人の体温は朝方の最低値から徐々に上昇して夕方に最大値となる。また、睡眠中においても、上記リズムに基づいて心拍数等の生理量が変化し、これに伴って体温が変化する。このような人の睡眠時における体温調節機能は、ノンレム睡眠では働くが、レム睡眠では働かなくなるため、レム睡眠中には体温が環境温度の影響を受け易くなると言われている。

しかしながら、特許文献１の空調機では、就寝者の起床予定時刻の所定時間前から単に寝室内の温度を上昇させるものの、就寝者の上記リズムを考慮していない。そのため、環境温度の変化が就寝者の睡眠リズムと合わないために、無理なく就寝者が目覚めることができない場合があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、就寝者が起床予定時刻に起床し易くなるように環境温度を制御する空調制御システムを提供することにある。

第１の発明は、寝室（5）内の空調を行う空調手段（10）を寝室（5）内の就寝者の起床前に起動して該空調手段（10）の運転を制御する空調制御部（45）を備えた空調制御システムであって、上記就寝者の所定の生理量を検出する生理量検出部（42）と、上記生理量検出部（42）により検出された生理量からウルトラディアンリズムに対応した周期成分を抽出する周期成分抽出部（48）と、上記生理量検出部（42）により検出された生理量から就寝者が入眠したか否かを判定する睡眠判定部（47）とを備え、上記空調制御部（45）は、上記空調手段（10）の暖房運転中に、上記睡眠判定部（47）により就寝者が入眠したと判定された後に、上記空調手段（10）の運転を停止する運転停止部（52）と、上記運転停止部（52）によって停止された暖房運転が上記空調手段（10）によって起動された後であって上記就寝者の起床予定時刻の所定時間前から起床予定時刻までの間、上記周期成分抽出部（48）により抽出された周期成分に応じて上記空調手段（10）の暖房運転の設定温度を増減させるリズム運転を実行するリズム運転制御部（53）とを有している。

第１の発明では、就寝者の起床予定時刻の所定時間前から起床予定時刻までの間、就寝者の生理量から抽出したウルトラディアンリズムに対応した周期成分に応じて空調手段（10）の設定温度を増減させるリズム運転が実行される。例えば、就寝者の生理量（例えば、心拍数）が増大して体温が上昇する際には、空調手段（10）の設定温度が増大される。これにより、寝室（5）の温度が上昇し、就寝者の体温上昇が促進される。一方、就寝者の生理量が減少して体温が低下する際には、空調手段（10）の設定温度が低減される。これにより、寝室（5）の温度が低下し、就寝者の体温低下が促進される。つまり、空調手段（10）の設定温度が就寝者の睡眠リズムに合わせて制御されることにより、就寝者の体温調節が促進される。

また、第１の発明では、睡眠判定部（47）が就寝者が入眠したと判定した後に、運転停止部（52）によって空調手段（10）の運転が停止される。つまり、就寝者が入眠するまでは空調手段（10）を運転させて就寝者の環境温度を制御する一方、入眠後は、空調手段（10）の運転が停止される。

ところで、通常、暖房運転が行われる冬期には、就寝者は夏期に比べて厚着で保温効果の高い布団の中に在るため、寝室（5）の温度が低下してもそれ程就寝者の体温は低下しない。そのため、就寝者の入眠後から起床予定時刻の所定時間前までの間は、暖房運転を実行しても就寝者に与える影響は少ない。

そこで、第１の発明では、暖房運転の際に、就寝者の入眠後に暖房運転が停止される一方、起床予定時刻の所定時間前から起床予定時刻までの間、リズム運転が実行される。つまり、暖房運転を行っても就寝者に与える影響が少ない就寝者の入眠後から起床予定時刻の所定時間前までの間には暖房運転を停止し、リズム運転を行うと就寝者の目覚めに良い影響を与える時間帯にリズム運転を行うこととした。その結果、就寝者が入眠するまで暖房運転を行うことによって就寝者が寝つきが向上し、就寝者の起床予定時刻の所定時間前から起床予定時刻までの間にリズム運転を行うことによって就寝者の目覚めが向上する。

第２の発明は、第１の発明において、上記空調制御部（45）は、上記リズム運転の開始前に上記空調手段（10）の設定温度を増減させない予備運転を実行する予備運転制御部（58）を有している。

第２の発明では、予備運転制御部によって、リズム運転の開始前に予備運転が実行される。これにより、空調手段（10）の運転停止中に、寝室（5）の温度が勢いよく低下又は上昇した場合であっても、予備運転が実行されることにより、寝室（5）の温度が迅速に回復される。

第３の発明は、第２の発明において、上記空調手段（10）の空調負荷を検出する負荷検出部（55）と、上記負荷検出部（55）により検出された空調負荷に応じて上記予備運転の開始時刻を算出する開始時刻設定部（56）とを備えている。

第３の発明では、開始時刻設定部（56）により、空調手段（10）の空調負荷に応じて予備運転の開始時刻が算出される。つまり、例えば、室外温度が急激に低下したために空調負荷が増大した場合には、予備運転の開始時刻が早まり、運転時間が長くなる。一方、空調負荷が少ない場合には、予備運転の開始時刻が遅くなり、運転時間が短くなる。

第４の発明は、第１乃至第３のいずれか１つの発明において、上記生理量検出部（42）は、上記就寝者の生理量として、心拍、体動及び呼吸の少なくとも１つを検出するように構成されている。

第４の発明では、心拍、体動及び呼吸の少なくとも１つからウルトラディアンリズムに対応した周期成分が抽出され、該周期成分に応じて空調手段（10）の設定温度を増減させるリズム運転が実行される。また、心拍、体動及び呼吸の少なくとも１つから就寝者が入眠したか否かが判定される。

第１の発明によれば、リズム運転制御部（53）を設け、就寝者の起床予定時刻の所定時間前から起床予定時刻までの間、就寝者の睡眠リズムに合わせて空調手段（10）の設定温度を増減させるリズム運転を実行することとしたため、起床前の所定時間の間、就寝者の体温上昇や体温低下を促進することができる。よって、就寝者の体温調節が促進され、就寝者の身体に負担をかけることなく就寝者を目覚めさせることができる。

また、第１の発明によれば、睡眠判定部（47）と運転停止部（52）とを設けて、就寝者が入眠するまでは空調手段（10）を運転させて寝室（5）の温度を制御する一方、就寝者の入眠後は空調手段（10）の運転を停止することとした。つまり、一晩中、空調手段（10）を運転させるのではなく、就寝者の入眠後に空調手段（10）の運転を停止して所定時刻にリズム運転を実行することとした。そのため、無駄な消費エネルギを低減しつつ寝つきやすく起きやすい環境温度を実現することができる。

また、第１の発明によれば、就寝者が比較的厚着で保温効果の高い布団の中に在る冬期において、暖房運転をしても就寝者に与える影響が少ない入眠後から起床予定時刻から所定時間前までの間、空調手段（10）の運転を停止することにより、無駄なエネルギ消費を低減すると共に、就寝者の寝つき及び目覚めの向上を図ることができる。

また、第２の発明によれば、予備運転制御部（58）を設けてリズム運転の開始前に予備運転を実行することとしたため、空調手段（10）の運転停止中に、寝室（5）の温度が勢いよく低下又は上昇した場合であっても、予備運転によって温度を迅速に回復させることができる。従って、予備運転後のリズム運転の際に、寝室（5）の温度制御を確実に行うことができ、就寝者の目覚めの更なる向上を図ることができる。

また、第３の発明によれば、空調負荷に応じて予備運転の開始時刻を変更して運転時間を増減することにより、空調負荷が大きい場合であっても、リズム運転の際に寝室（5）の温度制御を確実に行うことができる。従って、就寝者の目覚めの更なる向上を図ることができる。

図１は、本発明の実施形態１に係る空調制御システムを示す斜視図である。 図２は、実施形態１の空調制御システムの構成を示すブロック図である。 図３は、実施形態１の空調制御システムの快眠制御の動作を示すフローチャートである。 図４は、実施形態１の空調制御システムの快眠制御の説明図であり、（ａ）はウルトラディアンリズム周期を示し、（ｂ）は空調機の設定温度の変化を示し、（ｃ）は寝室内の温度の変化を示している。 図５は、実施形態２の空調制御システムの構成を示すブロック図である。 図６は、実施形態２の空調制御システムの快眠制御の動作を示すフローチャートである。 図７は、実施形態２の空調制御システムの快眠制御の説明図であり、（ａ）はウルトラディアンリズム周期を示し、（ｂ）は空調機の設定温度の変化を示し、（ｃ）は寝室内の温度の変化を示している。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《発明の実施形態１》
図１に示すように、本発明の実施形態１に係る空調制御システム（1）は、寝室（5）内に設置された空調機（10）の運転を制御するものである。空調機（10）は、寝室（5）内の空気を調和する空調手段を構成している。

上記空調機（10）は、冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷媒回路（図示省略）を備えており、熱交換器（図示省略）内の冷媒により冷却又は加熱した空気を寝室（5）内へ供給する。つまり、空調機（10）は、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行うように構成されている。また、上記空調機（10）は、寝室（5）内の温度を検出する室内温度センサ（図示省略）と、室外の温度を検出する室外温度センサ（図示省略）と、ユーザー等が希望する寝室（5）内の温度を設定温度として入力する温度設定部（図示省略）とを有している。空調機（10）の運転時には、室内温度が温度設定部によって入力された設定温度に近づくように空調能力（圧縮機の回転周波数）が制御される。

図１に示すように、空調制御システム（1）は、感圧ユニット（20）と本体ユニット（30）とを備えている。

上記感圧ユニット（20）は、就寝者から生起する体動を本体ユニット（30）へ伝達するためのものである。感圧ユニット（20）は、感圧部（21）と圧力伝達部（22）とを備えている。感圧部（21）は、一端が閉塞して他端が開口する細長の中空状のチューブにより構成されている。感圧部（21）は、寝室（5）のベッド等の寝具（6）内に敷設されている。圧力伝達部（22）は、両端が開口する細長の中空状のチューブにより構成されている。圧力伝達部（22）は、感圧部（21）よりも小径に構成されている。圧力伝達部（22）は、先端が感圧部（21）の開口部（23）に接続され、基端が本体ユニット（30）に接続されている。

上記本体ユニット（30）は、ケーシング（31）に収容された受圧部（33）及び回路ユニット（40）（図２参照）と、ケーシング（31）の表面に形成された設定入力部（35）とを有している。

上記ケーシング（31）は、扁平な箱状に形成されており、例えば寝室（5）内の床面に設置されている。ケーシング（31）の表面には、空調機（10）の運転の設定又は変更の操作を行う設定入力部（35）が形成されている。

設定入力部（35）は、就寝者によって操作されるスイッチによって構成されている。具体的には、図２に示すように、設定入力部（35）は、温度入力部（49）と起床時刻入力部（50）と所定時間入力部（51）とを有し、後述する回路ユニット（40）の空調制御部（45）に接続されている。温度入力部（49）は、後述するリズム運転の目標温度Ｔ０が入力可能に構成され、起床時刻入力部（50）は、起床予定時刻ｔ０が入力可能に構成され、所定時間入力部（51）は、リズム運転の運転時間ｔ２が入力可能に構成されている。就寝者によって設定入力部（35）にそれぞれ入力されたリズム運転の目標温度Ｔ０、起床予定時刻ｔ０及び運転時間ｔ２は、空調制御部（45）に入力されてリズム運転の際に用いられる。

また、図１に示すように、ケーシング（31）の側面には、外部と内部とを連通する貫通穴が形成され、該貫通穴の背面側（内部側）に上記受圧部（33）が収容されている。受圧部（33）は、マイクロフォンや圧力センサ等によって構成され、上記圧力伝達部（22）の基端が接続されている。寝具（6）上の就寝者から体動が生起すると、この体動が感圧部（21）に作用する。これにより、感圧部（21）の内圧は、圧力伝達部（22）を介して受圧部（33）に作用する。受圧部（33）は、この内圧を電気的な信号に変換し、本体ユニット（30）内の回路ユニット（40）へ出力する。受圧部（33）は、上記感圧ユニット（20）と共に就寝者の体動を検出するための体動検出手段を構成している。

図２に示すように、上記回路ユニット（40）は、信号処理部（41）と生理量検出部（42）と判定部（43）と空調制御部（45）とを備えている。

上記信号処理部（41）は、就寝者の体動が作用する受圧部（33）から出力された検出信号を、所定の周波数帯域の体動信号に変調して生理量検出部（42）に出力するように構成されている。

上記生理量検出部（42）は、信号処理部（41）から出力された体動信号から心拍数と心拍強度と体動とを導出するように構成されている。具体的には、生理量検出部（42）は、体動信号から心拍数抽出フィルタによって心拍の周波数帯域の信号を心拍の実測値として抽出し、該実測値から１分間毎の心拍数の平均値（心拍数平均値）を導出する。そして、生理量検出部（42）は、上記心拍数平均値から、寝返り等の粗体動によるノイズの信号を除去したものを心拍数として導出する。また、生理量検出部（42）は、上記体動信号から心拍の周波数帯域の信号を心拍波形として抽出し、該心拍波形の振幅を心拍強度として導出する。さらに、生理量検出部（42）は、上記体動信号から１分間の標準偏差を算出しし、これを体動として導出する。

上記判定部（43）は、在床判定部（46）と睡眠判定部（47）とリズム判定部（48）とを備え、上記生理量検出部（42）で導出された心拍数に基づいて在床判定と睡眠判定と睡眠リズム判定とを行うように構成されている。

上記在床判定部（46）は、就寝者が寝具（6）に在床しているか、寝具（6）から離床しているかを判定するものである。この在床判定部（46）による判定は、生理量検出部（42）で導出された心拍強度と判定閾値（在床判定閾値）との大小比較によって行われる。具体的には、在床判定部（46）では、心拍強度が在床判定閾値を下回る場合には「離床」と判定される一方、心拍強度が所定時間以上継続して在床判定閾値を上回る場合には「在床」と判定される。

上記睡眠判定部（47）は、在床判定部（46）により「在床」と判定された後、就寝者が入眠したか否かを判定するものである。この睡眠判定部（47）による判定は、上記生理量検出部（42）で導出された体動と判定閾値（睡眠判定閾値）との大小比較によって行われる。具体的には、睡眠判定部（47）では、初めて体動が所定時間以上継続して睡眠判定閾値を下回る場合には「入眠」と判定される。また、睡眠判定部（47）では、「入眠」と判定された後において、体動が所定時間以上継続して睡眠判定閾値を上回る場合には「覚醒」と判定される。

上記リズム判定部（48）は、上記生理量検出部（42）で導出された心拍数から、周期的に検出される信号をゼロ位相フィルタによってウルトラディアンリズムに対応した周期成分（以下、ウルトラディアンリズム周期という。）を抽出し、これを就寝者の睡眠リズムと判定するように構成されている。リズム判定部（48）は、本発明に係る周期成分抽出部を構成している。

なお、ウルトラディアンリズムとは、睡眠中のレム期とノンレム期のサイクルに代表される人体の生体リズムである。人体では、心拍数等の生理量がウルトラディアンリズムに同期して変化する。ウルトラディアンリズムは、一般的に約９０分周期であるが、個人差があり、３０分から１２０分の周期で現れる場合もある。

上記空調制御部（45）は、空調機（10）と有線又は無線を介して信号の入出力が可能に構成されている。そして、空調制御部（45）は、運転停止部（52）とリズム運転制御部（53）とを有し、空調機（10）の通常運転の運転停止と、リズム運転とを実行するように構成されている。

運転停止部（52）は、上記睡眠判定部（47）によって就寝者が入眠したと判定されてから所定時間ｔ１経過後に空調機（10）の運転を強制的に終了するように構成されている。なお、所定時間ｔ１は、１時間未満の所定の時間に設定される。また、所定時間ｔ１は、０分であってもよく、この場合、運転停止部（52）は、睡眠判定部（47）によって就寝者が入眠したと判定されるとすぐに空調機（10）の運転を強制的に終了することとなる。

リズム運転制御部（53）は、運転停止部（52）による空調機（10）の停止後であって、就寝者の起床予定時刻の所定時間ｔ２（リズム運転の運転時間ｔ２）前に空調機（10）の運転を開始してリズム運転を実行するように構成されている。本実施形態では、上記所定時間ｔ２は１時間に設定されている。そのため、リズム運転制御部（53）は、起床予定時刻の１時間前に空調機（10）の運転を開始してリズム運転を実行する。

リズム運転制御部（53）は、リズム判定部（48）において判定された睡眠リズム（ウルトラディアンリズム周期）に応じて空調機（10）のリズム運転における設定温度Ｔestを増減制御することによってリズム運転を実行する。

ここで、設定温度Ｔestは、ベース温度Ｔbase＋Δｔで求められ、Δｔが増減することによって設定温度Ｔestが増減する。また、ベース温度Ｔbaseは、温度入力部（49）において入力されたリズム運転の目標温度Ｔ０に基づいて設定される。本実施形態では、ベース温度Ｔbaseは、就寝者が入眠してから時間の経過に伴って室内温度をＶ字型に変化させる所謂Ｖ字型温度制御（図４（ｂ）の一点鎖線を参照）のように変化して起床予定時刻ｔ０において上記リズム運転の目標温度Ｔ０となるように設定されている。

リズム運転制御部（53）は、リズム判定部（48）により抽出されたウルトラディアンリズム周期の微分値を導出し、該微分値が極大となるときに空調機（10）の設定温度Ｔestを増加させる一方、ウルトラディアンリズム周期の微分値が極小となるときに空調機（10）の設定温度Ｔestを減少させてリズム運転を実行する。本実施形態では、リズム運転制御部（53）は、ウルトラディアンリズム周期の正方向変化の勾配が最大となるときに、Δｔ＝１℃として設定温度Testを１℃だけ増加させる。つまり、設定温度Testがベース温度Tbaseよりも１℃だけ高くなる。一方、リズム運転制御部（53）は、ウルトラディアンリズム周期の微分値が極小となるときに、Δｔ＝０℃として設定温度Testをベース温度Tbaseそのものにする。つまり、上記の微分値が極大となるときの設定温度Testよりも１℃だけ低くなる。

−空調機及び空調制御システムの動作−
空調機（10）では、コントローラ等によって「冷房運転」と「暖房運転」とが選択可能に構成されている。また、空調機（10）では、通常の冷房運転や暖房運転では、ユーザーがコントローラ等によって設定入力した目標温度を設定温度Ｔestとして空調機（10）の空調能力（圧縮機の回転周波数）が制御される。

また、空調制御システム（1）では、空調機（10）において暖房運転が選択されている際に、空調機（10）において就寝者の安眠を促すための「快眠制御」が実行されるように構成されている。ユーザーが就寝前に本体ユニット（30）の設定入力部（35）によってリズム運転の目標温度Ｔ０、起床予定時刻ｔ０及び運転時間ｔ２を入力することによって、図３のフローチャートに基づく快眠制御の制御動作が行われる。

まず、ステップＳＴ１では、感圧ユニット（20）によって就寝者の体動が測定され、その体動信号が回路ユニット（40）の信号処理部（41）に出力される。信号処理部（41）は、体動信号を所定の周波数帯域に変調して生理量検出部（42）に出力する。生理量検出部（42）では、信号処理部（41）から出力された体動信号から心拍数と心拍強度と体動とを導出する。

ステップＳＴ２では、在床判定部（46）によってステップＳＴ１において導出された心拍強度を用いて就寝者の在床／離床判定が行われ、「在床」と判定されるとステップＳＴ３へ移行する。ステップＳＴ３では、睡眠判定部（47）によってステップＳＴ１において導出された体動を用いて就寝者の入眠判定が行われ、「入眠」と判定されるとステップＳＴ４へ移行する。

ステップＳＴ４では、運転停止部（52）により、睡眠判定部（47）が「入眠」と判定してから所定時間ｔ１が経過したか否かが判定され、所定時間ｔ１が経過したと判定されるとステップＳＴ５へ移行する。ステップＳＴ５では、運転停止部（52）によって、空調機（10）の運転（暖房運転）が強制的に終了される。

続いて、ステップＳＴ６では、リズム運転制御部（53）により、就寝者の起床予定時刻ｔ０の所定時間ｔ２前になったか否かが判定され、起床予定時刻ｔ０の所定時間ｔ２前になったと判定されると、ステップＳＴ７に移行する。

ステップＳＴ７では、リズム判定部（48）が生理量検出部（42）で導出された心拍数から就寝者の睡眠リズムを判定し、リズム運転制御部（53）が、この睡眠リズムに基づいてリズム運転を開始する。

具体的には、リズム判定部（48）は、生理量検出部（42）で導出された心拍数をゼロ位相フィルタ（本実施形態では、逆フーリエフィルタ）によりフィルタ処理をして、ウルトラディアンリズムに対応した周期成分（ウルトラディアンリズム周期）を抽出し（図４（ａ）参照）、これを就寝者の睡眠リズムと判定する。

リズム運転制御部（53）は、リズム判定部（48）のウルトラディアンリズム周期の微分値を導出し、該微分値が極大であるか極小であるかを検出する。そして、リズム運転制御部（53）は、ウルトラディアンリズム周期の微分値の極大を検出すると、Δｔを１℃に設定する（図４（ａ）、（ｂ）参照）。これにより、図４（ｂ）に示すように、空調機（10）の設定温度Ｔestがベース温度Ｔbaseよりも１℃高い値に設定される。この設定温度Ｔestは空調機（10）へ信号出力され、暖房能力が増大して寝室（5）の温度が上昇する（図４（ｃ）参照）。一方、リズム運転制御部（53）は、ウルトラディアンリズム周期の微分値の極小を検出すると、Δｔを０℃に設定する（図４（ａ）、（ｂ）参照）。これにより、図４（ｂ）に示すように、空調機（10）の設定温度Ｔestがベース温度Ｔbaseと同じとなる。この設定温度Ｔestは空調機（10）へ信号出力され、暖房能力が低下して寝室（5）の温度が低下する（図４（ｃ）参照）。

このように、空調機（10）の設定温度Ｔestは、図４（ｂ）に示すように、ウルトラディアンリズム周期の微分値が極大となるときに増加し、その後微分値が極小となるときに減少する。そして、この設定温度Ｔestの増減がウルトラディアンリズムの周期ごとに繰り返される。

ここで、ウルトラディアンリズム周期の微分値が極大となるときは、就寝者の心拍数が最も急激に上昇し就寝者の体温が上昇する時間帯である。そして、ウルトラディアンリズム周期の微分値が極小となるときは、就寝者の心拍数が最も急激に低下し就寝者の体温が低下する時間帯である。このように、就寝者は、体温が上昇して低下することにより体温勾配が形成され、深い睡眠を得ることができる。本実施形態では、上述したように、就寝者の心拍数が急上昇するタイミングで空調機（10）の設定温度Ｔestが増加するため、寝室（5）の温度が上昇して就寝者の体温上昇が促進される。また、本実施形態では、上述したように、就寝者の心拍数が急低下するタイミングで空調機（10）の設定温度Ｔestが減少するため、寝室（5）の温度が低下して就寝者の体温低下が促進される。

そして、ステップＳＴ８では、リズム運転制御部（53）によって、就寝者の起床予定時刻ｔ０になったか否かが判定され、起床予定時刻ｔ０になったと判定されると、ステップＳＴ９に移行してリズム運転を終了する。

−実施形態１の効果−
本空調制御システム（1）によれば、リズム運転制御部（53）を設け、就寝者の起床予定時刻ｔ０の所定時間ｔ２前から起床予定時刻ｔ０までの間、就寝者の睡眠リズムに合わせて空調手段（10）の設定温度を増減させるリズム運転を実行することとした。そのため、起床前の所定時間ｔ２の間、就寝者の体温上昇や体温低下を促進することができる。よって、就寝者の体温調節が促進され、就寝者に無理なく目覚めさせることができる。

また、本空調制御システム（1）によれば、睡眠判定部（47）と運転停止部（52）とを設けて、就寝者が入眠するまでは空調機（10）を運転させて寝室（5）の温度を制御する一方、就寝者の入眠後は空調機（10）の運転を停止することとした。つまり、一晩中、空調機（10）を運転させるのではなく、就寝者の入眠後に空調手段（10）の運転を停止して所定時刻にリズム運転を実行することとした。そのため、無駄な消費エネルギを低減しつつ寝つきやすく起きやすい環境温度を実現することができる。

また、本空調制御システム（1）によれば、就寝者が比較的厚着で保温効果の高い布団の中に在る冬期において、暖房運転をしても就寝者に与える影響が少ない入眠後から起床予定時刻ｔ０から所定時間ｔ２前までの間、空調手段（10）の運転を停止することにより、無駄なエネルギ消費を低減することができる。

《発明の実施形態２》
実施形態２では、回路ユニット（40）の構成が実施形態１と異なり、リズム運転の開始前に予備運転が行われるように構成されている。

具体的には、図５に示すように、回路ユニット（40）は、信号処理部（41）と生理量検出部（42）と判定部（43）と予備運転設定部（44）と空調制御部（45）とを備えている。なお、信号処理部（41）と生理量検出部（42）と判定部（43）とは実施形態１と同様に構成されているため、説明を省略する。

上記予備運転設定部（44）は、目標温度設定部（54）と、負荷検出部（55）と、開始時刻設定部（56）と周波数設定部（57）とを備えている。

上記目標温度設定部（54）は、予備運転における目標温度を設定する。本実施形態では、空調制御部（45）から入力されるリズム運転の目標温度Ｔ０から所定温度Ｔ１（例えば、２℃）だけ低い温度に設定される。つまり、就寝者が温度入力部（49）を介して空調制御部（45）にリズム運転の目標温度を２２℃と入力すると、空調制御部（45）から予備運転設定部（44）にリズム運転の目標温度が２２℃と入力され、目標温度設定部（54）は、予備運転における目標温度を２０℃に設定する。

上記負荷検出部（55）は、空調機（10）から入力される室内温度及び室外温度の情報と、上記目標温度設定部（54）で設定された予備運転における目標温度（Ｔ０−Ｔ１）から空調負荷を検出する。

上記開始時刻設定部（56）は、上記負荷検出部（55）において検出された空調負荷に応じて予備運転の開始時刻を算出して設定し、空調負荷が変動すると、予備運転の開始時刻を再度算出して更新するように構成されている。具体的には、開始時刻設定部（56）は、上記空調負荷に応じて、リズム運転の開始時刻（ｔ０−ｔ２）に寝室（5）内の温度が予備運転の目標温度（Ｔ０−Ｔ１）となるような予備運転の運転時間ｔ３を算出し、リズム運転の開始時刻（ｔ０−ｔ２）から運転時間ｔ３だけ遡った時刻を予備運転の開始時刻に設定する。つまり、図７（ｃ）に示すように、寝室（5）内の温度低下が比較的緩やかで空調負荷が低い場合には、予備運転の運転時間ｔ３が比較的短い時間に設定される。つまり、予備運転の開始時刻が早くなる。一方、寝室（5）内の温度低下が比較的急である場合には、予備運転の運転時間ｔ３が比較的長い時間に設定される。つまり、予備運転の開始時刻が遅くなる。

上記周波数設定部（57）は、予備運転中における空調機（10）の圧縮機の回転周波数（空調能力）を設定する。具体的には、周波数設定部（57）は、上記負荷検出部（55）によって検出された空調負荷が大きいと、圧縮機の回転周波数を高い値に設定し、空調負荷が小さいと、圧縮機の回転周波数を低い値に設定する。

上記空調制御部（45）は、運転停止部（52）とリズム運転制御部（53）と予備運転制御部（58）とを備えている。運転停止部（52）とリズム運転制御部（53）とは実施形態１と同様に構成されているため、説明を省略する。

上記予備運転制御部（58）は、開始時刻設定部（56）が設定した予備運転の開始時刻であるか否かを判定し、開始時刻になると予備運転を開始する。予備運転は、リズム運転の開始時刻に目標温度設定部（54）で設定された予備運転における目標温度になるように暖房運転が行われる。具体的には、負荷検出部（55）において検出された空調負荷に応じて周波数設定部（57）において設定された回転周波数で空調機（10）の圧縮機を運転することによって予備運転を行う。

−空調機及び空調制御システムの動作−
空調機（10）では、実施形態１と同様に、コントローラ等によって「冷房運転」と「暖房運転」とが選択可能に構成されている。また、空調機（10）では、通常の冷房運転や暖房運転では、ユーザーがコントローラ等によって設定入力した目標温度を設定温度Ｔestとして空調機（10）の空調能力（圧縮機の回転周波数）が制御される。

また、空調制御システム（1）では、実施形態１と同様に、空調機（10）において暖房運転が選択されている際に、空調機（10）において就寝者の安眠を促すための「快眠制御」が実行されるように構成されている。ユーザーが就寝前に本体ユニット（30）の設定入力部（35）によってリズム運転の目標温度Ｔ０、起床予定時刻ｔ０及び運転時間ｔ２を入力することによって、図６のフローチャートに基づく快眠制御の制御動作が行われる。

まず、ステップＳＴ１１では、感圧ユニット（20）によって就寝者の体動が測定され、その体動信号が回路ユニット（40）の信号処理部（41）に出力される。信号処理部（41）は、体動信号を所定の周波数帯域に変調して生理量検出部（42）に出力する。生理量検出部（42）では、信号処理部（41）から出力された体動信号から心拍数と心拍強度と体動とを導出する。

ステップＳＴ１２では、在床判定部（46）によってステップＳＴ１１において導出された心拍強度を用いて就寝者の在床／離床判定が行われ、「在床」と判定されるとステップＳＴ１３へ移行する。ステップＳＴ１３では、睡眠判定部（47）によってステップＳＴ１１において導出された体動を用いて就寝者の入眠判定が行われ、「入眠」と判定されるとステップＳＴ１４へ移行する。

ステップＳＴ１４では、運転停止部（52）により、睡眠判定部（47）が「入眠」と判定してから所定時間ｔ１が経過したか否かが判定され、所定時間ｔ１が経過したと判定されるとステップＳＴ１５へ移行する。ステップＳＴ５では、運転停止部（52）によって、空調機（10）の運転（暖房運転）が強制的に終了される。

続いて、ステップＳＴ１６では、開始時刻設定部（56）により、負荷検出部（55）において検出された空調負荷に応じて予備運転の開始時刻が算出される。また、空調負荷が変動すると、開始時刻設定部（56）が、予備運転の開始時刻を再度算出して更新する。

そして、ステップＳＴ１７では、予備運転制御部（58）により、開始時刻設定部（56）が設定した予備運転の開始時刻であるか否かが判定され、予備運転の開始時刻になったと判定されると、ステップＳＴ１８に移行する。

ステップＳＴ１８では、予備運転制御部（58）によって予備運転が実行される。具体的には、リズム運転の開始時刻（ｔ０−ｔ２）に目標温度設定部（54）で設定された予備運転における目標温度（Ｔ０−Ｔ１）になるように、負荷検出部（55）において検出された空調負荷に応じて周波数設定部（57）において設定された回転周波数で空調機（10）の圧縮機を運転することによって予備運転が実行される。

続いて、ステップＳＴ１９では、リズム運転制御部（53）により、就寝者の起床予定時刻ｔ０の所定時間ｔ２前になったか否かが判定され、起床予定時刻ｔ０の所定時間ｔ２前になったと判定されると、ステップＳＴ２０に移行する。

ステップＳＴ２０では、リズム判定部（48）が生理量検出部（42）で導出された心拍数から就寝者の睡眠リズムを判定し、リズム運転制御部（53）が、この睡眠リズムに基づいてリズム運転を開始する。

具体的には、リズム判定部（48）は、生理量検出部（42）で導出された心拍数をゼロ位相フィルタ（本実施形態では、逆フーリエフィルタ）によりフィルタ処理をして、ウルトラディアンリズムに対応した周期成分（ウルトラディアンリズム周期）を抽出し（図７（ａ）参照）、これを就寝者の睡眠リズムと判定する。

リズム運転制御部（53）は、リズム判定部（48）のウルトラディアンリズム周期の微分値を導出し、該微分値が極大であるか極小であるかを検出する。そして、リズム運転制御部（53）は、ウルトラディアンリズム周期の微分値の極大を検出すると、Δｔを１℃に設定する（図７（ａ）、（ｂ）参照）。これにより、図７（ｂ）に示すように、空調機（10）の設定温度Ｔestがベース温度Ｔbaseよりも１℃高い値に設定される。この設定温度Ｔestは空調機（10）へ信号出力され、暖房能力が増大して寝室（5）の温度が上昇する（図７（ｃ）参照）。一方、リズム運転制御部（53）は、ウルトラディアンリズム周期の微分値の極小を検出すると、Δｔを０℃に設定する（図７（ａ）、（ｂ）参照）。これにより、図７（ｂ）に示すように、空調機（10）の設定温度Ｔestがベース温度Ｔbaseと同じとなる。この設定温度Ｔestは空調機（10）へ信号出力され、暖房能力が低下して寝室（5）の温度が低下する（図７（ｃ）参照）。

このように、空調機（10）の設定温度Ｔestは、図７（ｂ）に示すように、ウルトラディアンリズム周期の微分値が極大となるときに増加し、その後微分値が極小となるときに減少する。そして、この設定温度Ｔestの増減がウルトラディアンリズムの周期ごとに繰り返される。

そして、ステップＳＴ２１では、リズム運転制御部（53）によって、就寝者の起床予定時刻ｔ０になったか否かが判定され、起床予定時刻ｔ０になったと判定されると、ステップＳＴ２２に移行してリズム運転を終了する。

−実施形態２の効果−
実施形態２の空調制御システム（1）によっても実施形態１と同様の効果を奏することができる。

また、実施形態２の空調制御システム（1）によれば、予備運転制御部（58）を設けてリズム運転の開始前に予備運転を実行することとしたため、空調機（10）の運転停止中に、寝室（5）の温度が勢いよく低下又は上昇した場合であっても、予備運転によって温度を迅速に回復させることができる。従って、予備運転後のリズム運転の際に、寝室（5）の温度制御を確実に行うことができ、就寝者の目覚めの更なる向上を図ることができる。

また、実施形態２の空調制御システム（1）によれば、空調負荷に応じて予備運転の開始時刻を変更して運転時間ｔ３を増減することにより、空調負荷が大きい場合であっても、リズム運転の際に寝室（5）の温度制御を確実に行うことができる。従って、就寝者の目覚めの更なる向上を図ることができる。

《その他の実施形態》
上記各実施形態では、設定温度Ｔestを増加させる場合、Δｔを１℃に設定したが、他の正数の値に設定してもよい。また、設定温度Ｔestを減少させる場合、Δｔを０℃に設定したが、−０．５℃等の負の値に設定してもよい。

また、上記実施形態では、ウルトラディアンリズム周期の微分値が極大／極小となるときに空調機（10）の設定温度Ｔestを増減するようにしたが、これに代えて、ウルトラディアンリズム周期が極大値／極小値となるときに設定温度Ｔestを増減するようにしてもよい。具体的には、ウルトラディアンリズム周期が極小値（周期の谷部）となるときに空調機（10）の設定温度Ｔestを所定量だけ増加させる。極小値以降は就寝者の心拍数が上昇していくため、そのタイミングに合わせて設定温度Ｔestを増加させて寝室（5）の温度を上昇させる。これにより、就寝者の体温上昇を促進することができる。そして、ウルトラディアンリズム周期が極大値（周期の山部）となるときに空調機（10）の設定温度Ｔestを所定量だけ減少させる。極大値以降は就寝者の心拍数が低下していくため、そのタイミングに合わせて設定温度Ｔestを減少させて寝室（5）の温度を低下させる。これにより、就寝者の体温低下を促進することができる。この場合も同様に、ウルトラディアンリズム周期に応じて体温調節を促進することができるため、就寝者の身体に負担をかけることなく就寝者を目覚めさせることができる。

また、上記各実施形態では、体動信号から心拍数を算出し、該心拍数からウルトラディアンリズムに対応した周期成分を抽出して睡眠リズムとしていたが、睡眠リズムの検出方法はこれに限られない。例えば、体動信号から１分間の標準偏差を算出して体動とし、該体動からウルトラディアンリズムに対応した周期成分を抽出して睡眠リズムとしてもよい。また、体動信号から呼吸の周波数帯域を抽出して１分間の平均呼吸数を算出して呼吸数とし、該呼吸数からウルトラディアンリズムに対応した周期成分を抽出して睡眠リズムとしてもよい。さらに、就寝者の心拍数、体動及び呼吸数のいずれか２つ又は全てから睡眠リズムを検出することとしてもよい。

また、上記各実施形態では、体動信号から１分間の標準偏差を算出して体動とし、該体動により就寝者の入眠を判定していたが、入眠判定に用いる就寝者の生理量の情報はこれに限られない。例えば、体動信号から算出した心拍数又は呼吸数を用いて入眠判定を行うこととしてもよい。つまり、心拍数又は呼吸数が所定時間以上継続して判定閾値を下回る場合に就寝者が入眠したと判定することとしてもよい。また、就寝者の心拍数、体動及び呼吸数のいずれか２つ又は全てを用いて入眠判定を行うこととしてもよい。

なお、体動信号から単位時間当たりの心拍数、体動又は呼吸数を算出する手法は、いかなる手法であってもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、寝室内の空調能力を制御する空調制御システムについて有用である。

１ 空調制御システム
５ 寝室
１０ 空調機（空調手段）
４２ 生理量検出部
４５ 空調制御部
４７ 睡眠判定部
４８ リズム判定部（周期成分抽出部）
５２ 運転停止部
５３ リズム運転制御部
５５ 負荷検出部
５６ 開始時刻設定部
５８ 予備運転制御部

Claims (4)

1. 寝室（5）内の空調を行う空調手段（10）を寝室（5）内の就寝者の起床前に起動して該空調手段（10）の運転を制御する空調制御部（45）を備えた空調制御システムであって、
   上記就寝者の所定の生理量を検出する生理量検出部（42）と、
   上記生理量検出部（42）により検出された生理量からウルトラディアンリズムに対応した周期成分を抽出する周期成分抽出部（48）と、
   上記生理量検出部（42）により検出された生理量から就寝者が入眠したか否かを判定する睡眠判定部（47）とを備え、
   上記空調制御部（45）は、
   上記空調手段（10）の暖房運転中に、上記睡眠判定部（47）により就寝者が入眠したと判定された後に、上記空調手段（10）の運転を停止する運転停止部（52）と、
   上記運転停止部（52）によって停止された暖房運転が上記空調手段（10）によって起動された後であって上記就寝者の起床予定時刻の所定時間前から起床予定時刻までの間、上記周期成分抽出部（48）により抽出された周期成分に応じて上記空調手段（10）の暖房運転の設定温度を増減させるリズム運転を実行するリズム運転制御部（53）とを有している
   ことを特徴とする空調制御システム。
2. 請求項１において、
   上記空調制御部（45）は、上記リズム運転の開始前に上記空調手段（10）の設定温度を増減させない予備運転を実行する予備運転制御部（58）を有している
   ことを特徴とする空調制御システム。
3. 請求項２において、
   上記空調手段（10）の空調負荷を検出する負荷検出部（55）と、
   上記負荷検出部（55）により検出された空調負荷に応じて上記予備運転の開始時刻を算出する開始時刻設定部（56）とを備えている
   ことを特徴とする空調制御システム。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つにおいて、
   上記生理量検出部（42）は、上記就寝者の生理量として、心拍、体動及び呼吸の少なくとも１つを検出するように構成されている
   ことを特徴とする空調制御システム。

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