JP6967730B2 - 空気調和システムおよび空気調和方法 - Google Patents

Description

本発明は、ユーザが存在する室内の空調を行う空気調和システムおよび空気調和方法に関する。

従来より、「暑い」、「暖かい」、「涼しい」、または「寒い」などのユーザの温冷感に基づいて該ユーザが存在する室内の空調を行う空気調和機が知られている。例えば、特許文献１には、ユーザの表面温度と室内の壁面温度とを用いて推定された該ユーザの温冷感に基づいて空調を行う空気調和機が開示されている。

特開２０１７−７５７３１号公報

しかしながら、特許文献１の空気調和機では、例えば勉強などの知的作業をユーザが行っている場合、すなわち身体を実質的に動かすことなく集中している場合、ユーザに対して快適な空調を行えない可能性がある。具体的には、身体を実質的に動かすことなく集中している場合、ユーザの頭部の温度が上昇するとともに頭部と手足などの端部との間の温度差が大きくなる。それにより、実際には集中によってユーザが「暑い」と感じているにもかかわらず、ユーザの温冷感を「暑い」と推定することができずに、室内温度を上げる空調運転を実行する可能性がある。その結果、ユーザの集中力が低下する可能性がある。

そこで、本発明は、ユーザの集中力の低下を抑制しつつ該ユーザに対して快適な空調を提供することを課題とする。

上述の課題を解決するために、本発明の一態様によれば、
ユーザが存在する室内の空調を行う空気調和システムであって、
前記ユーザの生体情報を取得する生体情報取得部と、
前記生体情報から第１の温冷感算出式または第２の温冷感算出式を用いて前記ユーザの温冷感値を算出する温冷感算出部と、
前記温冷感算出部によって算出された温冷感値が快適範囲で維持されるように空調運転を実行する空気調和装置と、
前記ユーザが集中モード運転の開始を前記空気調和装置に指示するための指示入力部と、を有し、
前記集中モード運転の開始後、所定の開始条件が成立すると、前記空気調和装置が、前記第２の温冷感算出式を用いて算出された温冷感値に基づく集中維持運転を開始し、
前記生体情報が同一である場合、前記第２の温冷感算出式が、前記第１の温冷感算出式に比べて高い温冷感値を算出するように構成されている、空気調和システムが提供される。

また、本発明の別態様によれば、
ユーザが存在する室内の空調を行う空気調和方法であって、
前記ユーザの生体情報を取得し、
前記生体情報から第１の温冷感算出式または第２の温冷感算出式を用いて前記ユーザの温冷感値を算出し、
算出された温冷感値が快適範囲で維持されるように空気調和装置が空調運転を実行し、
前記空気調和装置が前記ユーザからの指示を受けて集中モード運転を開始し、
前記集中モード運転の開始後、所定の開始条件が成立すると、前記空気調和装置が、前記第２の温冷感算出式を用いて算出された温冷感値に基づく集中維持運転を開始し、
前記生体情報が同一である場合、前記第２の温冷感算出式が、前記第１の温冷感算出式に比べて高い温冷感値を算出するように構成されている、空気調和方法が提供される。

本発明によれば、ユーザの集中力の低下を抑制しつつ該ユーザに対して快適な空調を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和システムの概略図 空気調和システムにおける空気調和装置の構成を概略的に示す図 空気調和システムのブロック図 集中状態のユーザの主観温冷感の変化と算出温冷感の変化とを示す図 集中モード運転開始後のユーザの主観温冷感の変化と算出温冷感の変化とを示す図 集中モード運転開始後のユーザの体温変化を示す図 空気調和装置の集中モード運転時における動作の流れの一例を示すフローチャート図 本発明の実施の形態２に係る空気調和システムの空気調和装置の集中モード運転時における動作の流れの一例を示すフローチャート図 本発明の実施の形態３に係る空気調和システムの空気調和装置の集中モード運転時における動作の流れの一例を示すフローチャート図

本発明の一態様の空気調和システムは、ユーザが存在する室内の空調を行う空気調和システムであって、前記ユーザの生体情報を取得する生体情報取得部と、前記生体情報から第１の温冷感算出式または第２の温冷感算出式を用いて前記ユーザの温冷感値を算出する温冷感算出部と、前記温冷感算出部によって算出された温冷感値が快適範囲で維持されるように空調運転を実行する空気調和装置と、前記ユーザが集中モード運転の開始を前記空気調和装置に指示するための指示入力部と、を有し、前記集中モード運転の開始後、所定の開始条件が成立すると、前記空気調和装置が、前記第２の温冷感算出式を用いて算出された温冷感値に基づく集中維持運転を開始し、前記生体情報が同一である場合、前記第２の温冷感算出式が、前記第１の温冷感算出式に比べて高い温冷感値を算出するように構成されている。

このような態様によれば、ユーザの集中力の低下を抑制しつつ該ユーザに対して快適な空調を提供することができる。

例えば、前記所定の開始条件は、前記集中モード運転の開始タイミングから所定の第１の時間経過すると成立する条件であってもよい。

例えば、前記所定の開始条件は、前記集中モード運転の開始後、前記第１の温冷感算出式を用いて算出された温冷感値の単位時間あたりの低下量が所定のしきい値を超えると成立する条件であってもよい。

例えば、前記空気調和システムが前記ユーザの体温を測定する体温測定部を有し、前記所定の開始条件は、前記ユーザの体温が前記集中モード運転開始時の体温から所定の温度上昇すると成立する条件であってもよい。

例えば、前記空気調和装置が、前記集中モード運転の開始後、前記集中モード運転の開始タイミングから所定の第２の時間経過するまで、前記ユーザの温冷感を低下させる予冷運転を実行してもよい。これにより、ユーザに対して冷刺激を与え、ユーザの集中力の上昇を促進することができる。

例えば、前記生体情報取得部が前記ユーザの熱量を検出する赤外線センサであって、前記温冷感算出部が前記赤外線センサによって検出された熱量に基づいて前記ユーザの温冷感を算出してもよい。

本発明の別態様の空気調和方法は、ユーザが存在する室内の空調を行う空気調和方法であって、前記ユーザの生体情報を取得し、前記生体情報から第１の温冷感算出式または第２の温冷感算出式を用いて前記ユーザの温冷感値を算出し、算出された温冷感値が快適範囲で維持されるように空気調和装置が空調運転を実行し、前記空気調和装置が前記ユーザからの指示を受けて集中モード運転を開始し、前記集中モード運転の開始後、所定の開始条件が成立すると、前記空気調和装置が、前記第２の温冷感算出式を用いて算出された温冷感値に基づく集中維持運転を開始し、前記生体情報が同一である場合、前記第２の温冷感算出式が、前記第１の温冷感算出式に比べて高い温冷感値を算出するように構成されている。

このような態様によれば、ユーザの集中力の低下を抑制しつつ該ユーザに対して快適な空調を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和システムを概略的に示している。図２は、空気調和システムにおける空気調和装置の構成を概略的に示している。

図１に示すように、本実施の形態１に係る空気調和システム１０は、ユーザＷが存在する室内Ｓの空調を行うシステムであって、特に集中して勉強などの知的作業を行うユーザＷに対して快適な空調を提供可能に構成されている。

そのために、空気調和システム１０は、室内Ｓの空調を行う空気調和装置２０を有する。

図２に示すように、本実施の形態１の場合、空気調和装置２０は、室内機２２と室外機２４とを有する。図１に示すように、空気調和装置２０の室内機２２は、室内Ｓに設置される。室外機２４は、その室外に設置される。空気調和装置２０のユーザＷは、室内機２２が設置された室内Ｓに存在する。

図２に示すように、空気調和装置２０は、室内機２２に設けられた室内熱交換器２６と、室外機２４に設けられた室外熱交換器２８と、冷媒を圧縮する圧縮機３０と、冷媒の流れ方向を切り換える四方弁３２と、冷媒を減圧する膨張弁３４と、これらを接続する冷媒配管３６とを有する。また、室内機２２には、室内熱交換器２６と熱交換した後の空気を室内に送風する室内ファン３８と、室内機２２から送出される空気（気流ＡＦ）の向きを変更する上下ルーバー４０、左右ルーバー４２とが設けられている。さらに、室外機２４には、室外熱交換器２８と熱交換した後の空気を屋外に送風する室外ファン４４が設けられている。

図２は、冷房運転時の空気調和装置２０の状態を示している。冷房運転時、圧縮機３０から吐出された冷媒は、四方弁３２、室外熱交換器２８、膨張弁３４、室内熱交換器２６、および四方弁３２を順に通過して圧縮機３０に戻る。一方、暖房運転時、圧縮機３０から吐出された冷媒は、四方弁３２、室内熱交換器２６、膨張弁３４、室外熱交換器２８、および四方弁３２を順に通過して圧縮機３０に戻る。

室内ファン３８は、冷房運転時には室内熱交換器２６との熱交換によって冷やされた空気を室内Ｓに向かって送風し、暖房運転時には室内熱交換器１６との熱交換によって温められた空気を送風する。

上下ルーバー４０および左右ルーバー４２は、室内機２２から室内Ｓに向かって送風される気流ＡＦ（室内熱交換器２６と熱交換した後の空気）の向きを上下方向および左右方向について変更する。

図３は、空気調和システムのブロック図である。

図３に示すように、空気調和システム１０は、ユーザＷの温冷感に基づいて空気調和装置２０を制御するために、リモートコントローラ４６、赤外線センサ４８、および制御装置５０を有する。なお、本実施の形態１の場合、空気調和システム１０の制御装置５０は、空気調和装置２０自体の制御装置である。

リモートコントローラ４６は、空気調和システム１０の指示入力部として機能し、ユーザＷが空気調和装置２０を遠隔操作するためのコントローラである。

赤外線センサ４８は、例えばサーモパイルセンサであり、室内Ｓにおける床面および壁面などの熱画像情報（温度分布情報）、およびユーザＷの生体情報として該ユーザＷの二次元熱画像情報（温度分布情報）を検出するよう構成されている。この熱画像情報は、赤外線センサ４８により検出された赤外線量により形成されている。

図１に示すように、赤外線センサ４８は、空気調和装置２０の室内機２２に搭載されている。また、赤外線センサ４８は、赤外線を感知する複数のセンサ素子を備えており、例えば、６４個のセンサ素子が８行８列のマトリックスに配置され、それらのセンサ素子の赤外線感知レベルに基づいて８×８の熱画像が作成される。

また、赤外線センサ４８は、マトリックス状に配設されたセンサ素子それぞれがその縦・横が回転軸に対して斜めに傾いた状態で、その回転軸を中心にして回動して走査し、熱画像情報を示す信号を出力するように構成されてもよい。例えば、赤外線センサ４８の回転軸を傾けて走査することにより、左右視野角約１８０°、上下視野角約３０°に相当する熱画像情報が形成される信号が出力される。この場合、単純な素子の解像度（８×８、６４素子）より高解像度の熱画像を得ることができる。すなわち、各素子の視野角に比べて細かいピッチで回転させ、ピッチ毎に熱画像を取得することにより回転方向（横方向）の解像度を高めることができる。また赤外線センサ４８は回転方向に対して傾けて設置されているので、回転軸方向（縦方向）の解像度も向上させることができる。加えて、赤外線センサ４８における複数のセンサ素子それぞれに集光するレンズの「ピントずれ」と測定時に発生するノイズとを補正するフィルタリング処理を施すことで解像度を高めることが可能となる。本実施の形態にかかる空気調和装置においては、該ユーザＷとそれ以外の領域を詳細に識別し、かつ該ユーザＷの生体情報が細かく検出すると、空気調和装置２０を正確に制御できるため、これらの解像度向上技術を採用することが望ましい。

制御装置５０は、例えば、空気調和装置２０の室内機２２に搭載された回路基板であって、プログラムなどが記憶されたメモリなどの記憶装置と、記憶デバイスに記憶されたプログラムにしたがって動作するＣＰＵなどのプロセッサとを備える。これにより、制御装置５０は、運転制御部５２、温冷感算出部５４、および運転条件決定部５６を備える（記憶装置５８に記憶されているプログラムにしたがって動作するプロセッサがこれらとして機能する）。ＣＰＵにおける各種の演算は、あらかじめＣＰＵに組み込まれたプログラムと、あらかじめ記憶部５８に記憶されている各種のデータ、および空気調和装置２０の運転中に取得し記憶部５８に記憶した各種の情報のうち、必要なデータを用いておこなわれる。

図３に示すように、制御装置５０の運転制御部５２は、リモートコントローラ４６に対するユーザＷの指示入力に基づいて、圧縮機３０、室内ファン３８、上下ルーバー４０、および左右ルーバー４２を制御して室内Ｓに対する空調運転を実行するように構成されている。例えば、リモートコントローラ４６に対して設定温度が入力されると、制御装置５０の運転制御部５２は、室内温度を設定温度で維持する空調運転を実行する。なお、そのために、室内温度を測定する温度センサ（図示せず）が、例えば室内機２２に設けられている。

また、制御装置５０の運転制御部５２は、ユーザＷの温冷感に基づいて、室内Ｓの空調を行うことが可能に構成されている。具体的には、温冷感算出部５４が赤外線センサ４８の検出結果に基づいてユーザＷの温冷感（値）を算出し、その算出された温冷感に基づいて運転条件決定部５６が運転条件を決定し、その決定された運転条件に基づいて運転制御部５２が空調運転を実行する。このユーザＷの温冷感に基づく空調運転について説明する。

まず、ユーザＷの温冷感とは、「暑い」、「暖かい」、「涼しい」、または「寒い」などの温度に関するユーザＷの感覚を言う。本実施の形態１の場合、ユーザＷの温冷感は、温冷感値Ｔｓとして数値化されている。温冷感値Ｔｓは、−３から＋３の値の７段階評価であるＰＭＶ（Ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ Ｍｅａｎ Ｖｏｔｅ）に対応している。ＰＭＶが−３から−２までの値である場合は「寒い」温冷感を表し、−２から０までは「涼しい」温冷感、０から＋２までは「暖かい」温冷感、そして＋２から＋３までは「暑い」温冷感を表している。

本実施の形態においては、空気調和・衛生工学会温冷感小委員会で提案された、９段階温冷感尺度を温冷感スケールとして用いている。温冷感値Ｔｓは、９段階評価尺度は、ＰＭＶスケールの両極に、「＋４（非常に暑い）」および「−４（非常に寒い）」を加えたものを用いている。この温冷感スケールを用いて後述する温冷感検知制御を行っている。

温冷感算出部５４は、ユーザＷの温冷感値Ｔｓを算出するために、赤外線センサ４８から取得した熱画像に基づいてユーザＷの放熱量Ｈを算出する。

そのために、本実施の形態の空気調和装置における赤外線センサ４８であるサーモパイルセンサにより取得された熱画像情報による温冷感検知について説明する。

先ず始めに、赤外線センサ４８であるサーモパイルセンサから得られた熱画像情報からの人体の放熱量の算出方法について説明する。

人体からの放熱量（Ｈ）［Ｗ／ｍ^２］は、一般に下記式（１）で表される。

式（１）において、Ｒは人体の放射による放熱量（受熱量）［Ｗ／ｍ^２］であり、Ｃは人体の対流による放熱量（受熱量）［Ｗ／ｍ^２］であり、Ｋは人体の伝導による放熱量（受熱量）［Ｗ／ｍ^２］である。また、Ｅｓｋは皮膚からの水分蒸発による放熱量［Ｗ／ｍ^２］であり、Ｅｒｅｓは呼気の水分蒸発による放熱量［Ｗ／ｍ^２］であり、Ｃｒｅｓは呼気の対流による放熱量［Ｗ／ｍ^２］である。

また、着衣および皮膚の表面温度をｔｃｌとし、周囲の壁面温度をｔｒとし、周囲気温をｔａとすると、ＲおよびＣは下記式（２）および式（３）で表される。

ここで、ｈｒは放射熱伝導率［Ｗ／ｍ^２℃］であり、ｈｃは対流熱伝導率［Ｗ／ｍ^２℃］である。

なお、人体における床などとの接触面積が小さく、人体の伝導による放熱量Ｋが無視できるほど少なく、呼気からの対流による放熱量（Ｃｒｅｓ）が少ない場合には、式（１）を下記式（４）で表すことができる。

上記のように式（４）で表すことができる状態において、人が安静状態および人の活動量が小さい場合、皮膚からの水分蒸発による放熱量Ｅｓｋ、および呼気の水分蒸発による放熱量Ｅｒｅｓが、略一定とみなせる状況であれば、式（４）は下記式（５）となる。

すなわち、人の表面温度（ｔｃｌ）と壁面温度（ｔｒ）との差（ｔｃｌ−ｔｒ）と、人の表面温度（ｔｃｌ）と周囲気温（ｔａ）との差（ｔｃｌ−ｔａ）が分かれば、その人の放熱量（Ｈ）を推定することが可能となる。

周囲気温（ｔａ）には、空気調和装置に搭載されている温度センサの検出値や、その検出値を運転状況や検知した人の状態により補正した値を採用することができる。

さらに、特に周囲気温（ｔａ）と周囲の壁面温度（ｔｒ）がほぼ等しい（ｔａ≒ｔｒ）場合、すなわち空調が充分安定した場合においては、式（５）を下記式（６）で表すことができる。

つまり、式（４）で表すことができる状態において、人が安静状態および人の活動量が小さい場合、皮膚からの水分蒸発による放熱量Ｅｓｋ、および呼気の水分蒸発による放熱量Ｅｒｅｓが、略一定とみなせる状況であれば、式（４）の変数は（ｔｃｌ−ｔｒ）のみとなる。

このため、人が安静状態および人の活動量が小さい場合であり、かつ空調運転が充分安定した状態においては、人の表面温度（ｔｃｌ）と壁面温度（ｔｒ）との差（ｔｃｌ−ｔｒ）が分かれば、その人の放熱量（Ｈ）を推定することが可能となる。

人の放熱量（Ｈ）とその人の代謝量（産熱量Ｍ）が釣り合っていれば（Ｈ＝Ｍ）、その人の熱収支のバランスがとれており、その人は快適と感じていると推定できる。一方、放熱量（Ｈ）が代謝量（産熱量Ｍ)より大きければ（Ｈ＞Ｍ）、その大きさの程度に応じてその人は寒く感じており、逆に放熱量（Ｈ）が代謝量より小さければ（Ｈ＜Ｍ）、その人は暑く感じていると推定できる。

したがって、人が安静状態および人の活動量が小さい場合においては、周囲気温（ｔａ）と、赤外線センサ４８であるサーモパイルセンサから得られた熱画像情報から人の表面温度（ｔｃｌ）と、周囲の壁面温度（ｔｒ）とを抽出して、その人の放熱量（Ｈ）を検知することにより、その人の「温冷感」を非接触で検知することが可能となる。

さらには、空調運転が充分安定した状態においては、赤外線センサ４８であるサーモパイルセンサから得られた熱画像情報から人の表面温度（ｔｃｌ）と、周囲の壁面温度（ｔｒ）とを抽出して、その人の放熱量（Ｈ）を検知することにより、その人の「温冷感」を非接触で検知することが可能となる。

以上のことから、温冷感値Ｔｓは、下記式（７）に示す温冷感算出式（第１の温冷感算出式）を用いることにより、放熱量Ｈから算出することができる。

ここで、Ａ、Ｂは係数であって、予め実験的に求められている。Ａは、放熱量Ｈを補正する補正係数であって負の値である。Ｂは、人体の産熱量を係数をかけて無次元数にしたものであり、人体の産熱量に相当する。数式７に示すように、温冷感値Ｔｓは、産熱量Ｂから補正された放熱量を減算したものである。したがって、温冷感値Ｔｓが正の値である場合（０＜Ｔｓ＜＋４）、ユーザＷの産熱量に対して放熱量が足らず、ユーザＷは「暖かい」または「暑い」と感じている。温冷感値Ｔｓが負の値である場合（−４＜Ｔｓ＜０）、ユーザＷの産熱量に対して放熱量が過剰であり、ユーザＷは「涼しい」または「寒い」と感じている。

なお、係数Ａ、Ｂそれぞれには、冬用（例えば１０〜３月）の値と夏用（例えば４〜９月）の値とがあって、季節に応じて使い分けられる。また、夏用の値の場合、放熱量Ｈが所定のしきい値（例えば２６．３１５）を越える場合の値と、放熱量Ｈが所定のしきい値を超えない場合の値とがある。

温冷感算出部５４は、温冷感算出式（数式７）を用いて、室内Ｓに存在するユーザＷの温冷感値Ｔｓを算出する。また、温冷感算出部５４が定期的に温冷感値Ｔｓを算出することにより、ユーザＷの温冷感がモニタリングされている。

運転条件決定部５６は、温冷感算出部５４によって算出されたユーザＷの温冷感値Ｔｓに基づいて、具体的には温冷感値Ｔｓが快適範囲で維持されるように空気調和装置２０の空調運転の運転条件を決定する。

例えば、運転条件決定部５６は、温冷感値Ｔｓがゼロから＋２に近づくと、すなわちユーザＷの温冷感が「暑い」にならないように、そのユーザＷの温冷感を低下させるための運転条件を決定する。例えば、設定温度に比べて数℃低い室内温度になるような運転条件を決定する。冷房運転を実行している場合、圧縮機３０の出力を上げる、室内ファン３８の回転数を上げるなどの運転条件を決定する。暖房運転の場合、圧縮機３０の出力を下げる、室内ファン３８の回転数を下げるなどの運転条件を決定する。また例えば、現在の室内湿度に比べて低い室内湿度になるような運転条件を決定する。

また例えば、運転条件決定部５６は、温冷感値Ｔｓがゼロから−２に近づくと、即ちユーザＷの温冷感が「寒い」にならないように、そのユーザＷの温冷感を上昇させるための運転条件を決定する。例えば、設定温度に比べて数℃高い室内温度になるような運転条件を決定する。冷房運転を実行している場合、圧縮機３０の出力を下げる、室内ファン３８の回転数を下げるなどの運転条件を決定する。暖房運転の場合、圧縮機３０の出力を上げる、室内ファン３８の回転数を上げるなどの運転条件を決定する。また例えば、現在の室内湿度に比べて高い室内湿度になるような運転条件を決定する。

このように運転条件決定部５６が、温冷感算出部５４によって算出される温冷感値Ｔｓが−２から＋２までの範囲、好ましくは−１から＋１までの範囲、すなわち快適範囲で維持されるような運転条件を決定する。このように運転条件決定部５６によって決定された運転条件に基づいて運転制御部５２が空気調和装置２０の空調運転を実行する。これにより、ユーザＷは、「暑い」または「寒い」と感じることなく、快適な空調環境で過ごすことができる。

ところで、図１に示すように、ユーザＷが、例えば勉強などの知的作業を行っている場合、すなわち身体を実質的に動かすことなく集中している場合がある。この場合、数式７に示す温冷感算出式を用いて算出された温冷感である算出温冷感（温冷感値）と、ユーザＷの実際の温冷感である主観温冷感が大きく異なることがある。

ここで、主観温冷感とは、ユーザＷ自身が感じる実際の温冷感である。一方後述する算出温冷感とは、各種検出手段で測定した値に基づいて推定する温冷感である。

図４は、集中状態のユーザの主観温冷感の変化と算出温冷感の変化とを示す図である。

図４に示すように、ユーザＷが集中を要する知的作業を開始すると、すなわちユーザＷが集中し始める（タイミングＰ１）と、その開始からしばらくした後（タイミングＰ２）、ユーザＷの主観温冷感が上昇し始める。このとき、ユーザＷは、身体全体ではなく、頭部が熱いと感じ始めている。なお、タイミングＰ１からタイミングＰ２までの所定の第１の時間ＰＰ１は、集中し始めてから集中力が最大になるまでの時間であって、個人差はあるものの１３分〜１６分の範囲で平均１５分である。

ユーザＷが主観温冷感として頭部が熱いと感じているとき（タイミングＰ２後）、図４に示すように、温冷感算出部５４は、負の温冷感（温冷感値Ｔｓ）、すなわち「寒い」または「涼しい」温冷感を算出することがある。これは、上述したように、ユーザＷの放熱量Ｈを算出するときに、ユーザＷの表面温度ｔｃｌを使用しているからである。具体的には、身体を実質的に動かすことなく集中している場合、時間の経過とともに身体全体への血液の流れが鈍くなり、その結果として、頭部を除く人体の表面全体、特に手先や足先の温度が低下する。そのような表面温度の低下に基づけば、温冷感算出部５４は、負の温冷感値Ｔｓ、すなわち「寒い」または「涼しい」温冷感を算出する。したがって、図４に示すように、ユーザＷの主観温冷感が上昇し始めるタイミングＰ２から、主観温冷感と温冷感算出部５４によって算出された算出温冷感との間の差が拡大し始める。

図４に示すように主観温冷感と異なる温冷感算出部５４によって算出された算出温冷感に基づけば、ユーザＷが「暑い」と感じているにもかかわらず、温冷感を上昇させる、例えば室内温度を上昇させる空調運転が実行される。その結果、ユーザＷは不快に感じ、その集中力が低下する。

この対処として、本実施の形態１に係る空気調和システム１０は、ユーザＷが実質的に身体を動かすことなく集中して知的作業を行う場合、集中力が最大になるタイミングＰ２後、数式５に示す温冷感算出式（以下、「通常用」温冷感算出式と称する）ではなく、「集中用」温冷感算出式（第２の温冷感算出式）を使用するように構成されている。

「集中用」温冷感算出式は、下記式８のように表すことができる。

係数Ａ、Ｂは、「通常用」温冷感算出式（数式７）の係数と同一である。ｋは、１以上の補正係数（例えば１．７）であって、これにより産熱量Ｂを通常時に比べて増加させている。その結果、表面温度ｔｃｌと壁面温度ｔｒが同一であれば、「集中用」温冷感算出式（数式８）を用いて算出された温冷感値Ｔｓは、「通常用」温冷感算出式（数式７）を用いて算出されたものに比べて高い値になる。

ユーザＷがその頭部が熱いと感じ始めるタイミングＰ２以降において、「集中用」温冷感算出式（数式８）を用いて算出された温冷感値Ｔｓに基づけば、運転条件決定部５６は、ユーザＷの温冷感を低下させる運転条件を決定しやすくなる。その結果、集中によってユーザＷが「暑い」と感じているにもかかわらず、温冷感を上昇させる、例えば室内温度を上昇させる空調運転が実行されることが抑制される。また、集中によって「暑い」と感じているユーザＷに対して、その温冷感を低下させる、例えば室内温度を下げる空調運転が実行され、それにより、ユーザＷの集中を維持することができる。

このような「集中用」温冷感算出式（数式８）を用い始めるタイミングＰ２、すなわち集中力が最大に達したタイミングＰ２を知るためには、ユーザＷが集中し始めるタイミングＰ１を知る必要がある。そこで、本実施の形態１の空気調和システム１０は、集中モード運転をユーザＷに提供するように構成されている。

具体的には、空気調和システム１０は、ユーザＷが集中モード運転の開始を空気調和装置２０に指示するための指示入力部を有する。本実施の形態１の場合、指示入力部は、リモートコントローラ４６である。例えば、リモートコントローラ４６は、「集中モード」ボタンを備える。なお、集中モード運転の開始時刻を入力することにより、集中モード運転の開始を予約できるようにしてもよい。また、リモートコントローラ４６は、空気調和装置２０を操作する専用のコントローラであってもよいし、ユーザＷの携帯端末であってもよい。携帯端末である場合、空気調和装置２０を操作するためのソフトウェアが携帯端末にインストールされる。

ユーザＷがリモートコントローラ４６を介して空気調和装置２０に集中モード運転の開始を指示すると、空気調和装置２０は、その指示タイミングをユーザＷが集中し始めるタイミングＰ１とし、集中モード運転を開始する。その集中モード運転について具体的に説明する。

図５は、集中モード運転開始後のユーザの主観温冷感の変化と算出温冷感の変化とを示している。また、図６は、集中モード運転開始後のユーザの体温変化を示している。

図５に示すように、本実施の形態１の場合、集中モード運転が開始されると、空気調和装置２０は、ユーザＷの温冷感の低下させる予冷運転、例えば室内温度を低下させる空調運転を実行する。予冷運転として、例えば、所定の第２の時間ＰＰ２（例えば３〜５分間）が経過するまでに、集中モード運転の開始タイミングＰ１における設定温度に比べて３℃低い室内温度にする空調運転が実行される。この予冷運転により、ユーザＷに対して冷刺激を与え、ユーザＷの集中力の上昇を促進することができる。

予冷運転の完了後、空気調和装置２０は、予冷運転によって低下したユーザＷの温冷感を維持する、例えば予冷運転完了後の室内温度を維持する空調運転を実行する。

集中モード運転の開始タイミングＰ１後、所定の開始条件が成立すると、空気調和装置２０は、「集中用」温冷感算出式（数式８）を用いて算出された温冷感値Ｔｓに基づく集中維持運転を開始する。この集中維持運転は、集中モード運転の一部である。したがって、図５に示す温冷感算出部５４によって算出された算出温冷感は、所定の開始条件が成立する前は「通常用」温冷感算出式（数式７）を用いて算出されたものであって、所定の開始条件が成立した後は「集中用」温冷感算出式を用いて算出されたものである。また、所定の開始条件は、ユーザＷの集中力が最大に達したときに成立する条件である。本実施の形態１の場合、所定の開始条件は、集中モード運転の開始タイミングＰ１から所定の第１の時間ＰＰ１、例えば１５分経過すると成立する、すなわちタイミングＰ２が発生すると成立する。

所定の開始条件が成立すると、空気調和装置２０は、集中維持運転として、例えば、温冷感算出部５４が「集中用」温冷感算出式（数式８）を用いて算出する温冷感値Ｔｓが−０．５から０の間で維持される空調運転を実行する。これにより、図６に示すように、集中力が最大に達することによって体温が上昇し始めたユーザＷ、すなわち「暑い」と感じ始めたユーザＷに対して「やや涼しい」温冷感を維持するための空調運転が実行される。なお、ここで言う「体温」は、上述したようにユーザＷの放熱量Ｈを算出するときに用いたユーザＷの表面温度ではなく、ユーザＷの内部温度、すなわちユーザＷの身体表面に直接的に接触して測定される温度、例えば体温計などで測定できる温度を言う。

本実施の形態では、例えば、「集中用」温冷感算出式（数式８）と「通常用」温冷感算出式（数式７）とを記憶部５８に記憶している。所定の開始条件が成立すると、温冷感算出部５４で使用する数式を「通常用」温冷感算出式（数式７）から「集中用」温冷感算出式（数式８）へ変更するものを実行する。

なお、例えば、温冷感算出部５４が温冷感算出式（下記式９）を実行するものであり、記憶部５８に記憶された係数ｌ（エル）を取得するものであってもよい。

ここで、記憶部５８は、「通常用」温冷感算出式（数式７）に対応する係数ｌとして１と、「集中用」温冷感算出式（数式８）に対応する係数ｌとして係数ｋを記憶する。温冷感算出部５４は、記憶部５８から係数ｌを取得し、温冷感算出式（数式９）を組み立てて実行する。

このような集中モード運転により、空調によってユーザＷの集中が妨害されずに、ユーザＷの集中力は、スムーズに上昇し、最大に達した後はその状態を維持される。

次に、空気調和装置２０の集中モード運転時における動作の流れについて説明する。

図７は、空気調和装置の集中モード運転時における動作の流れの一例を示すフローチャート図である。

図７に示す一連の動作は、ユーザＷによって集中モード運転の開始が指示されてスタートする。

ステップＳ１００において、空気調和装置２０は、集中モード運転開始時の室内Ｓの室内温度が設定温度に比べて低い温度であるか否かを判定する。低い場合には、ステップＳ１１０に進む。そうでない場合はステップＳ１５０に進む。

ステップＳ１１０において、空気調和装置２０は、設定温度より３℃低い室内温度にするための予冷運転を、３〜５分間で実行する。これにより、室内温度が設定温度より低い温度になり、ユーザＷに対して冷刺激を与え、ユーザＷの集中力の上昇を促進する。

ステップＳ１１０での予冷運転が完了すると、ステップＳ１２０において、空気調和装置２０は、予冷運転完了後の室内温度、すなわち設定温度より３℃低い温度を維持し、ユーザＷの温冷感を維持する空調運転を実行する。この空調運転は、所定の開始条件が成立するまで、すなわち集中モード運転が開始されてから１５分経過するまで継続される。

集中モード運転が開始されてから１５分経過すると（集中維持運転を開始する所定の開始条件が成立すると）、ステップＳ１３０において、空気調和装置２０は、集中維持運転を開始する。すなわち、「集中用」温冷感算出式（数式６）を用いて算出される温冷感を「やや涼しい」（温冷感値Ｔｓを−０．５から０の範囲）で維持する空調運転を、集中維持運転として開始する。これにより、最大になったユーザＷの集中力が維持される。

ステップＳ１４０において、空気調和装置２０は、集中モード運転を終了するフラグが発生したか否かを判定する。この運転終了フラグは、例えは、ユーザが集中モード運転の終了や駆動停止を空気調和装置２０にリモートコントローラ４６を介して指示したときに発生する。なお、集中モード運転の継続時間をユーザが設定し、集中モード運転の開始からその設定された継続時間が経過すると運転終了フラグが発生するように空気調和装置２０は構成されてもよい。運転終了フラグが発生すると、空気調和装置２０は、集中モード運転を終了する。集中モード運転の終了後は、空気調和装置２０は、集中モード運転開始直前の空調運転を開始してもよいし、駆動停止してもよい。

ステップＳ１００で集中モード運転開始時の室内Ｓの室内温度が設定温度に比べて低い温度ではないと判定された場合、ステップＳ１５０において、空気調和装置２０は、集中モード運転を開始してから１５分間で、設定温度より３℃低い室内温度にするための予冷運転を完了することが可能か否かを判定する。例えば、室内温度と設定温度との間の温度差、現時点での圧縮機３０の出力などに基づいて判定する。１５分間での予冷運転の完了が可能である場合には、ステップＳ１６０に進んで１５分間の予冷運転を実行し、その予冷運転の終了後にステップＳ１３０に進む。一方、１５分間での予冷運転の完了が不可能である場合には、ステップＳ１７０に進む。

ステップＳ１７０において、空気調和装置２０は、１５分間で室内温度を設定温度より１℃低い温度にする空調運転を実行する。その空調運転の完了後、ステップＳ１３０に進む。

以上のような本実施の形態１によれば、ユーザの集中力の低下を抑制しつつ該ユーザに対して快適な空調を提供することができる。

（実施の形態２）
上述の実施の形態１では、集中モード運転中において、集中維持運転を開始するための所定の開始条件は、集中モード運転を開始してから所定の第１の時間（例えば１５分）経過すると成立する。本実施の形態２は、集中モード運転中において集中維持運転を開始する所定の開始条件が上述の実施の形態１のものと異なる。したがって、この異なる所定の開始条件を中心にして本実施の形態２について説明する。

図４に示すように、「通常用」温冷感算出式（数式５）を用いて算出される温冷感（温冷感値）は、集中維持運転を開始すべきタイミングＰ２、すなわちユーザＷの集中力が最大に達したタイミングＰ２から低下し始める。したがって、「通常用」温冷感算出式を用いて算出される温冷感をモニタリングし、その温冷感が低下し始めるタイミングを、集中維持運転を開始する所定の開始条件が成立するタイミングとみなすことができる。例えば、「通常用」温冷感算出式を用いて算出される温冷感値の単位時間あたりの低下量が所定のしきい値を超えると、所定の開始条件が成立し、「集中用」温冷感算出式を用いて算出された温冷感に基づく集中維持運転が開始される。具体例として、１分間あたり６つの温冷感値をサンプリングし、前半３つの温冷感値の平均値（前半平均値）と後半３つの温冷感値の平均値（後半平均値）とを算出する。この前半平均値と後半平均値との差が、所定の値（例えば１）以上である場合に、所定の開始条件が成立する。

次に、本実施の形態２に係る空気調和システムの空気調和装置における集中モード運転時の動作の流れについて説明する。

図８は、本実施の形態２に係る空気調和システムの空気調和装置の集中モード運転時における動作の流れの一例を示すフローチャート図である。

図８に示す一連の動作は、ユーザＷによって集中モード運転の開始が指示されてスタートする。

まず、ステップＳ２００において、空気調和装置は、集中モード運転開始時の室内温度が設定温度に比べて低い温度であるか否かを判定する。低い場合には、ステップＳ２１０に進む。そうでない場合はステップＳ２７０に進む。

ステップＳ２１０において、空気調和装置は、設定温度より３℃低い室内温度にするための予冷運転を、３〜５分間で実行する。

ステップＳ２２０において、空気調和装置は、予冷運転完了後の室内温度、すなわち設定温度より３℃低い温度を維持し、ユーザＷの温冷感を維持する空調運転を開始する。

ステップＳ２３０において、空気調和装置は、「通常用」温冷感算出式（数式５）を用いて温冷感（温冷感値）を算出する。

ステップＳ２４０において、空気調和装置は、集中維持運転を開始する所定の開始条件が成立しているか否か、温冷感（温冷感値）の単位時間あたりの低下量が所定のしきい値を超えているか否かを判定する。超えている場合には、ステップＳ２５０に進む。そうでない場合はステップＳ２３０に戻る。

ステップＳ２５０において、空気調和装置は、集中維持運転を開始する。すなわち、「集中用」温冷感算出式（数式６）を用いて算出される温冷感を「やや涼しい」（温冷感値Ｔｓを−０．５から０の範囲）で維持する空調運転を、集中維持運転として開始する。

ステップＳ２６０において、空気調和装置は、集中モード運転を終了するフラグが発生したか否かを判定する。運転終了フラグが発生すると、空気調和装置は、集中モード運転を終了する。

ステップＳ２００で集中モード運転開始時の室内温度が設定温度に比べて低い温度ではないと判定された場合、ステップＳ２７０において、空気調和装置は、集中モード運転を開始してから１５分間で、設定温度より３℃低い室内温度にするための予冷運転を完了することが可能か否かを判定する。可能である場合には、ステップＳ２８０に進んで１５分間の予冷運転を実行し、その予冷運転の終了後にステップＳ２３０に進む。一方、１５分間での予冷運転の完了が不可能である場合には、ステップＳ２９０に進む。

ステップＳ２９０において、空気調和装置は、１５分間で室内温度を設定温度より１℃低い温度にする空調運転を実行する。その空調運転の完了後、ステップＳ２３０に進む。

以上のような本実施の形態２によれば、上述の実施の形態１と同様に、ユーザの集中力の低下を抑制しつつ該ユーザに対して快適な空調を提供することができる。

（実施の形態３）
上述の実施の形態１では、集中モード運転中において、集中維持運転を開始するための所定の開始条件は、集中モード運転を開始してから所定の第１の時間（例えば１５分）経過すると成立する。本実施の形態３は、集中モード運転中において集中維持運転を開始する所定の開始条件が上述の実施の形態１のものと異なる。したがって、この異なる所定の開始条件を中心にして本実施の形態３について説明する。

図６に示すように、ユーザの体温は、集中維持運転を開始すべきタイミングＰ２、すなわちユーザＷの集中力が最大に達したタイミングＰ２の直前から上昇し始める。したがって、ユーザの体温をモニタリングし、そのモニタリング中の体温が、運転モード運転の開始時の体温から所定の温度Δｔｂ上昇したタイミングを、集中維持運転を開始する所定の開始条件が成立するタイミングとみなすことができる。

なお、ユーザの体温のモニタリングは、ユーザの身体に装着可能な、例えば体温センサ付きのウェラブル端末によって行うことができる。すなわち、本実施の形態３に係る空気調和システムは、ユーザの体温を測定する体温測定部を含んでいる。

次に、本実施の形態３に係る空気調和システムの空気調和装置における集中モード運転時の動作の流れについて説明する。

図９は、本実施の形態３に係る空気調和システムの空気調和装置の集中モード運転時における動作の流れの一例を示すフローチャート図である。

図９に示す一連の動作は、ユーザＷによって集中モード運転の開始が指示されてスタートする。

まず、ステップＳ３００において、空気調和装置は、集中モード運転開始時の室内温度が設定温度に比べて低い温度であるか否かを判定する。低い場合には、ステップＳ３１０に進む。そうでない場合はステップＳ３７０に進む。

ステップＳ３１０において、空気調和装置は、設定温度より３℃低い室内温度にするための予冷運転を、３〜５分間で実行する。

ステップＳ３２０において、空気調和装置は、予冷運転完了後の室内温度、すなわち設定温度より３℃低い温度を維持し、ユーザＷの温冷感を維持する空調運転を開始する。

ステップＳ３３０において、空気調和システムの体温測定部（例えばウェラブル端末）は、ユーザの体温を測定する。

ステップＳ３４０において、空気調和装置は、集中維持運転を開始する所定の開始条件が成立しているか否か、すなわちユーザの体温が集中運転モード開始時の体温からの体温上昇量が所定のしきい値を超えているか否かを判定する。超えている場合には、ステップＳ３５０に進む。そうでない場合はステップＳ３３０に戻る。

ステップＳ３５０において、空気調和装置は、集中維持運転を開始する。すなわち、「集中用」温冷感算出式（数式６）を用いて算出される温冷感を「やや涼しい」（温冷感値Ｔｓを−０．５から０の範囲）で維持する空調運転を、集中維持運転として開始する。

ステップＳ３６０において、空気調和装置は、集中モード運転を終了するフラグが発生したか否かを判定する。運転終了フラグが発生すると、空気調和装置は、集中モード運転を終了する。

ステップＳ３００で集中モード運転開始時の室内温度が設定温度に比べて低い温度ではないと判定された場合、ステップＳ３７０において、空気調和装置は、集中モード運転を開始してから１５分間で、設定温度より３℃低い室内温度にするための予冷運転を完了することが可能か否かを判定する。可能である場合には、ステップＳ３８０に進んで１５分間の予冷運転を実行し、その予冷運転の終了後にステップＳ３３０に進む。一方、１５分間での予冷運転の完了が不可能である場合には、ステップＳ３９０に進む。

ステップＳ３９０において、空気調和装置は、１５分間で室内温度を設定温度より１℃低い温度にする空調運転を実行する。その空調運転の完了後、ステップＳ３３０に進む。

以上のような本実施の形態３によれば、上述の実施の形態１と同様に、ユーザの集中力の低下を抑制しつつ該ユーザに対して快適な空調を提供することができる。

以上、上述の３つの実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されない。

例えば、上述の実施の形態１の場合、図５に示すように、集中モード運転の開始後（タイミングＰ１後）、ユーザの集中力の上昇を促すためにユーザの温冷感を低下させる予冷運転が実行される。例えば、予冷運転として、設定温度より３℃低い室内温度にする空調運転が実行される。しかしながら、本発明の実施の形態はこれに限らない。

例えば、集中モード運転開始タイミング時の室内温度が低い場合、例えばユーザが「寒い」または「涼しい」と感じるような室内温度である場合、予冷運転を実行してユーザの温冷感をさらに低下させると、かえってユーザの集中を妨げる場合がある。したがって、例えば、集中モード運転開始時に温冷感算出部によって算出された温冷感値がゼロ以上である場合には予冷運転を実行し、温冷感値が負の値である場合には予冷運転を実行しないようにしてもよい。

また、上述の実施の形態１の場合、温冷感算出式（数式５および数式６）に含まれる産熱量Ｂは、予め実験的に求められた定数である。これに代わって、ユーザの産熱量を算出してもよい。ユーザの産熱量は、例えば、脈拍に基づいて算出可能である。具体的には、脈拍からユーザの呼吸量、すなわち産熱量に相当する代謝量を算出することができる。この場合、ユーザの脈拍を測定する脈拍センサを空気調和システムは含んでいる。

さらに、上述の実施の形態２および３の場合、図８および図９に示すように、集中モード運転を開始してから１５分経過する前に、ステップＳ２５０およびＳ３５０のユーザの温冷感を低下させる集中維持運転を開始する可能性がある。１５分経過する前に集中維持運転を開始すると、集中力が最大に達していない状態、すなわち「暑い」と感じていないユーザの温冷感を低下させることなり、ユーザの集中力が低下する可能性がある。そこで、集中維持運転を開始する所定の開始条件が成立しても集中モード運転を開始してから１３分経過していないときは、１５分経過するまで集中維持運転の開始を遅らせるようにしてもよい。また、これと異なり、集中モード運転を開始してから１５分経過しても集中維持運転を開始する所定の開始条件が成立しない場合には、１７分経過後に強制的に集中維持運転を開始してもよい。

さらに、上述の実施の形態１の場合、ユーザの温冷感を算出するために必要な該ユーザの表面温度は、赤外線センサによって検出されているが、本発明の実施の形態は、その表面温度の検出方法を問わない。また、ユーザの温冷感を算出するためにユーザの表面温度が使用されるが、例えばユーザの着衣量などの生体情報から温冷感を算出することも可能である。

すなわち、室内Ｓの温熱環境、具体的には温度、湿度、ユーザ位置における気流、放射温度、活動量（体動）のうち、少なくとも一つを含む情報と、ユーザの着衣量がわかればユーザの温冷感は推定可能である。この際も、知的活動を実施しているか否かで温冷感算出式を変更することにより、正確に温冷感を推定することができる。着衣量の検出には、空気調和装置の制御装置と通信可能なカメラによる画像解析や、圧力センサや電子タグなどを具備しユーザの着衣量を発信する機能を備えた着衣、特定波長の光を放出しその反射強度を検出することによる着衣量推定などの方法を用いることができる。

さらにまた、ある実施の形態の少なくとも一部に対して別の少なくとも１つの実施の形態を全体としてまたは部分的に組み合わせて本発明に係るさらなる実施の形態とすることが可能であることは、当業者にとって明らかである。

本発明は、ユーザが存在する室内の空調を行う空気調和システムに適用可能である。

１０ 空気調和システム
４６ 指示入力部（リモートコントローラ）
５４ 温冷感算出部

Claims (7)

1. ユーザが存在する室内の空調を行う空気調和システムであって、
   前記ユーザの生体情報を取得する生体情報取得部と、
   前記生体情報から第１の温冷感算出式または第２の温冷感算出式を用いて前記ユーザの温冷感値を算出する温冷感算出部と、
   前記温冷感算出部によって算出された温冷感値が快適範囲で維持されるように空調運転を実行する空気調和装置と、
   前記ユーザが集中モード運転の開始を前記空気調和装置に指示するための指示入力部と、を有し、
   前記集中モード運転の開始後、所定の開始条件が成立すると、前記空気調和装置が、前記第２の温冷感算出式を用いて算出された温冷感値に基づく集中維持運転を開始し、
   前記集中モード運転以外の空調運転として、前記空気調和装置が、前記第１の温冷感算出式を用いて算出された温冷感値に基づく空調運転を実行可能に構成され、
   前記生体情報が同一である場合、前記第２の温冷感算出式が、前記第１の温冷感算出式に比べて高い温冷感値を算出するように構成されている、空気調和システム。
2. 前記所定の開始条件は、前記集中モード運転の開始タイミングから所定の第１の時間経過すると成立する、請求項１に記載の空気調和システム。
3. 前記集中モード運転の開始後、前記温冷感算出部が、前記第１の温冷感算出式を用いて温冷感値を算出し、
   前記所定の開始条件は、前記集中モード運転の開始後、前記第１の温冷感算出式を用いて算出された温冷感値の単位時間あたりの低下量が所定のしきい値を超えると成立する、請求項１に記載の空気調和システム。
4. 前記ユーザの体温を測定する体温測定部を有し、
   前記所定の開始条件は、前記ユーザの体温が前記集中モード運転開始時の体温から所定の温度上昇すると成立する、請求項１に記載の空気調和システム。
   
5. 前記空気調和装置が、前記集中モード運転の開始後、前記集中モード運転の開始タイミングから所定の第２の時間経過するまで、前記ユーザの温冷感を低下させる予冷運転を実行する、請求項１から４のいずれか一項に記載の空気調和システム。
6. 前記生体情報取得部が前記ユーザの熱量を検出する赤外線センサであって、
   前記温冷感算出部が前記赤外線センサによって検出された熱量に基づいて前記ユーザの温冷感を算出する、請求項１から５のいずれか一項に記載の空気調和システム。
7. ユーザが存在する室内の空調を行う空気調和方法であって、
   前記ユーザの生体情報を取得し、
   前記生体情報から第１の温冷感算出式または第２の温冷感算出式を用いて前記ユーザの温冷感値を算出し、
   算出された温冷感値が快適範囲で維持されるように空気調和装置が空調運転を実行し、
   前記空気調和装置が前記ユーザからの指示を受けて集中モード運転を開始し、
   前記集中モード運転の開始後、所定の開始条件が成立すると、前記空気調和装置が、前記第２の温冷感算出式を用いて算出された温冷感値に基づく集中維持運転を開始し、
   前記集中モード運転以外の空調運転として、前記空気調和装置が、前記第１の温冷感算出式を用いて算出された温冷感値に基づく空調運転を実行可能に構成され、
   前記生体情報が同一である場合、前記第２の温冷感算出式が、前記第１の温冷感算出式に比べて高い温冷感値を算出するように構成されている、空気調和方法。

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