JPH0280919A - 皮膚温模擬センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、空調装置の温度制御に使用される人間の皮膚
温を模擬的に検出するための皮膚温模擬センサに関する
。

【従来技術】

従来、空調装置の一般的な温度制御は、空調室の室温を
所定の設定値に制御することにより行われている。しか
しながら、人間にとって快適な空調とは、人間が感じる
温度感覚により快適か否かが決定される。従って、室温
を快適と感じるであろう所定温度に一律に制御するだけ
では、真の快適さは得られない。 例えば、車両用空調装置では、直射日光による輻射熱が
人間の体内に取り込まれるため、輻射が強い場合には、
輻射が弱い場合に比べて、制御目標の室温を低くした方
が、人間の放熱量が多く、従って、快適に感じられる。 又、吹き出し風量が多い場合には、風により人間の皮膚
から熱が専われるため、寒く感じられ、その場合には、
室温を高めにして、人間の放熱量を抑制した方が快適に
感じられる。又、夏に車室外から車室内に入った時のよ
うに、外気温が高い状態における空調開始当初は、人間
の体内に蓄積された熱を効率良く放出させるために、熱
放射を促進させて、人間の皮膚温が速く快適値に達する
ように制御するのが望ましい。 このように、快適な空調には、室温制御だけでなく、人
間の皮膚温に基づく制御が不可欠となる。 ところで、人間が感じる温度感覚は、環境要因と人間要
因とのバランスによって決定される。即ち、人間要因と
しては、人間の生成する熱量、即ち、作業量（代謝量）
と着衣量がある。作業Ｍや着衣量が多いほど、皮膚温は
上昇することになる。 又、環境要因としては、環境の温度、湿度、気流、輻射
がある。人間は環境に対して、生成熱量を放熱しており
、皮膚温が一定の時、その単位時間当たりの放熱量（以
下、単に「放熱ｍ」という）と単位時間当たりの生成熱
量（以下、単に「生成熱量」という）とが平衡する。そ
して、そられの生成熱量と放熱量との関係により、皮膚
温度の変化特性が決定され、その特性によって、温度感
覚、即ち、快適さが決定される。 そして、そのような皮膚の熱生成２−放熱機構を模擬し
て、皮膚温を測定するセンサとして、特開昭５８−２１
８６２４号公報、特開昭６０−１７０７３１号公報に記
載されたものが知られている。そのセンサの基本構造は
、生成熱量を制御するヒータと皮膚に相当する受熱板と
で構成されており、環境に対して熱交換する耐熱板の温
度で皮膚温度を模擬的に検出するものである。

【発明が解決しようとする課題】

ところが、上記の皮膚温模擬センサは、発熱体で人間の
熱生成機構を実現し、受熱板を皮膚として、受熱板によ
り、環境に対する熱伝導及び熱輻射による熱交換を行わ
せる構造である。従って、この皮膚温模擬センサが人間
の実際の皮膚温を正確に表すためには、発熱体の発熱量
、受熱板の吸熱特性や放熱特性が、人間の対応する機構
の特性を正確に模擬している必要がある。 しかし、係る従来の模擬センサは、発熱体としてのヒー
タの通電電流を一定に制御し発熱量を一定にするだけで
あり、人体の内部の温度との関連性が考慮されていない
。即ち、発熱量が一定であるとすると、四季により内部
温度が影響を受けることになる。 一方、発熱体は受熱体に対して、一定の空間を隔てて設
けであるに過ぎず、発熱体は受熱体から自然対流、熱輻
射によって熱を受けるに過ぎない。 従って、係る模擬センサに給電されてから、皮膚温度の
検出が可能となるまで、一定の時間遅れが必要であった
。 又、内部温度を人間の運動量に合わせて、微妙に変化さ
せることもできず、従って、それだけ、皮膚温度を正確
に模擬していない。又、内部温度を変化させたとしても
、従来の構成では、応答性が悪いという問題があった。

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するための発明の構成は、人体の皮膚を
模擬し、内部から熱を供給され、外部環境に対して熱交
換する受熱体と、前記受熱体の表面温度を皮膚温として
検出する第１の温度センサと、前記受熱体に、内部から
熱風により熱を供給する熱供給手段と、前記熱供給手段
により供給される熱風の温度を検出する第２の温度セン
サと、前記第２の温度センサの検出する温度に応じて、
前記熱供給手段の供給熱量を制御する供給熱制御手段と
を備えたことである。

【作用】

皮膚を模擬した受熱体は、発熱体からの熱風により熱を
受ける。この熱風による熱の付与は、人体の内部で生成
された熱を皮膚に付与する機構を模擬している。そして
、その熱風の温度は、一定又は所定の特性に制御され、
人体の内部温が正確に模擬される。この結果、受熱体の
表面温度は、人体の皮膚温をより正確に模擬したものと
なる。

【実施例】 以下、本発明を具体的な一実施例に基づいて説明する。 第２図は、本実施例の皮膚温模擬センサを用いた自動車
用空調装置の全体の構成を示した図である。 空調装置としては、冷凍サイクルとして、コンプレッサ
３０．凝縮器３１．蒸発弁３２．蒸発器３４が具備され
ている。又、その周辺装置として、エンジン３８に対し
てコンプレッサ３０を断続する電磁クラッチ２９．蒸発
器３４の空気に対する熱交換を促進するファン３７．そ
の７アン３７を駆動するファンモータ２８．ダクト３９
に配設されたヒータコア３６．ヒータコア３６に対する
送風路を切り換えるエアミックスダンパ３５．そのエア
ミックスダンパ３５を駆動するダンパモータ２７が具備
されている。 そして、制御装置２０には、サンサ部１に配設された第
１の温度センサである熱電対５及び第２の温度センサで
ある熱電対６、外気センサ２５゜湿度センサ２６の出力
が入力しており、これらのセンサの出力値に基づいて、
最適な空調状態を実現するように、電磁クラッチ２９．
ファンモータ２８、ダンパモータ２７が制御される。又
、この制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭＳＲＡＭ、入出
力インタフェース等のコンピュータシステムで構成され
ている。 一方、ダクト３９のヒータコア３６の下流側には、その
ヒータコア３６を通過して、温度制御された空気をセン
サ部１に導くダクト４０が接続されている。そして、そ
のダクト４０には、センサ部１に導く空気量を調整する
ダンパ４１が設けられており、そのダンパ４１は制御装
置２０によ７って回転位置が制御されるダンパモータ４
２によって回転される。 センサ部１は、第１図に示されるように、車室のダツシ
ュボード１０の前面に取り付けられる。 そのダツシュボード１０には、ダクト４０の送出口１３
が開口しており、送出口１３の側壁には、側面に複数の
通気孔９の形成された断熱性、リング状のケース７が嵌
合されている。そし、Ｃ゛、送出１〕１３を遮蔽するよ
うに、銅製の受熱板３がケス７にその側周部で固設され
ており、その受熱板３の中央部には、その受熱板の表面
温を検出する第１の温度センサを構成する熱電対５が接
触固定されいる。そして、その熱電対５はリード線１１
により制御装置２０に接続されている。 又、受熱板３の上方には、複数の通気孔８の形成された
半球状のネット２がその受熱板３に固設されている。受
熱板３は人体の皮膚に対応し、ネット３は被服に対応し
ている。ネット３は、車室内の気流の流速を緩和した状
態で、受熱板３に作用するようにすると共に直射日光が
受熱板３に直接照射されるのを防止している。 一方、ダクト４０の吸入口１４には受熱板３への送風量
を制御装置２０の指令により制御するダンパ４１が設け
られており、そのダンパ４１の下流側にヒータ４が配設
されている。そのヒータ４はバッテリー１５からヒータ
スイッチ１６を介して給電されている。そして、ヒータ
４の下流のダンパ４０の中央部内には、その付近の空気
温度を検出するための第２の温度センサである熱電対６
が配設されており、その熱電対６はリード線１２により
制御装置２０に接続されている。 空調装置から送風された風は、ダクト４０に導かれ、ダ
ンパ４１でその風量が調節され、ヒータ４を通過した後
の空気温度が熱電対６で測定される。ヒータ４で温度調
節された風は、ケース７の通気孔９を介して外部に流れ
、受熱板３の下方で受熱板３に向かう所定の温度に制御
された熱風流が得られる。そして、受熱板３はこの所定
の温度に制御された熱風から熱を受けることになる。こ
の熱風が人体内の熱生成機構に対応する。 次に、制御装置２０の作用を第３図に基づいて説明する
。 第３図に示すプログラムは、空調装置のエアコンスイッ
チがオンの時に起動される。 ステップ１００では、イグニッションスイッチがオンか
否かが判定され、オンの場合にはステップ１０２へ移行
して、外気センサ２５から外気温Ｔａｍが入力される。 次に、ステップ１０４で、皮Ｊａｒ温Ｔ。 の初期値がその外気温Ｔａｍに比例した温度に設定され
、ステップ１０６でヒータスイッチ１６がオンとされる
。 熱電対６の検出する熱風の温度、即ち、内部温Ｔｌｌが
一定時間内に所定温度３６℃に制御されない場合には、
熱電対５の検出する受熱板３０表面温度ＴＡは、正確な
皮膚温とならない。しかしながら、空調制御は皮膚温Ｔ
Ｓ以外の検出量及び設定■に応じて行われ、且つそれら
の量も時間的に変化しているので、空調制御は、一定の
時間間隔で行われる必要がある。そのための対策として
、タイマを設定して、皮膚温Ｔ、がたとえ検出されなく
ても、タイムアツプ時には、皮膚温Ｔ、を初期値又は前
サイクルで決定された値を用いてその実行サイクルでの
空調制御をしている。そこで、ステップ１０８で、タイ
マが所定時間に設定され、次のステップ１１０で熱電対
６から内部温Ｔ、が入力される。次に、ステップ１１２
で、ステップ１０８で設定されたタイマがタイムアツプ
したか否かが判定され、タイムアツプしていない場合に
は、ステップ１１４で内部温ＴＢが３６℃に等しいか否
かが判定され、等しくない場合には、ステップ１１６へ
移行する。ステップ１１６では、現在の内部温Ｔ、の３
６℃に対する偏差へＴが演算され、その偏差へＴは過去
一定の期間だけ記憶される。そして、ステップ１１８へ
移行して、ダンパ４１の単位時間当たりの操作量に対応
したダンパモータ４２の回転速度■を偏差ΔＴに関する
ＰＩ制御（比例・積分制御）にて求め、その速度Ｖに対
応した電圧がダンパモータ４２に印加される。尚、ダン
パモータ４２は、通常のＤＣサーボモータであり、入力
電圧の極性で回転方向が制御される。これらのステップ
１１０．１１２．１１４．１１６．１１８の繰り返しに
より、ダクト４０から取り込まれる空気の温度は空調制
御によって変化しているにも拘わらず、ヒータ４で加熱
された後の空気、即ち、熱電対６で検出される内部温Ｔ
、は正確に３６℃に制御することが可能となる。 又、ステップ１１４で内部温Ｔ、が３６℃に等しいと判
定された場合には、次のステップ１２０へ移行して、熱
電対５から表面温ＴＡが入力され、次のステップ１２２
へ移行して、現在の皮膚温ＴＳは検出された表面温ＴＡ
に設定される。次に、ステップ１２４へ移行して、その
皮膚温Ｔｓ及び他の湿度センサ２６の検出量や設定量に
応じて、ブロアモータ２８゜ダンパモータ２７．電磁ク
ラッチ２９等が制御され、最適温度の吹き出し空気が得
られる。 そして、処理は先頭のステップ１００に戻り、上記の処
理が繰り返し行われる。 尚、ステップ１１２でタイムアツプと判定された場合に
は、所定時間内に内部温Ｔ、が所定温度３６℃に制御さ
れなかったことを意味しており、表面温ＴＡを検出して
も、その時の皮膚温Ｔ、を正確に表していないので、皮
膚温ＴＳは変化ないものと見做なし、ステップ１２４で
同様に空調制御が行われる。 又、ステップ１００でイグニッションスイッチがオフと
判定された場合には、ステップ１２６へ移行してヒータ
スイッチ１６がオフとされる。即ち、自動車のエンジン
がかかっていない場合には、ヒータ４には、給電されな
い。 尚、上記実施例では、内部温の制御目標値として３６℃
を設定したが、受熱板３の表面温が人体の皮膚温を正確
に模擬しているならば、他の温度に設定しても良い。 又、イグニッションスイッチがオンとなった直後は、そ
れまで、乗員は車外で作業していたことが考えられるの
で、人体の発熱量も多いため、内部温を高く設定し、徐
々に３６℃の定常値に安定させるように制御しても良い
。 又、ステップ１２０での表面温ＴＡの入力は、内部温Ｔ
、が３６℃に等しいと判定されて、直ぐに入力している
が、内部温Ｔ、が３６℃に初めて安定した場合には、表
面温Ｔｓの時間遅れがあるので、その時間遅れを考慮し
て、安定後、一定時間経過後に表面温Ｔｓを皮膚温ＴＡ
として検出するようにしても良い。 又、上記実施例では、熱供給手段はヒータ４、空調装置
から送風された空気を導入するダクト４０で達成され、
供給熱制御手段は、ダンパ４１、ダンパモータ４２、制
御袋Ｍ２０で構成される。 次に、他の実施例について説明する。 本実施例では、第４図に示すように、空調装置から導入
される空気流を一定として、ヒータ４の通電量を制御装
置２０の指令により駆動される発熱量制御回路４３にて
制御するようにしたものである。従って、本実施例では
、ダンパ１４．ダンパモータ４２は存在しない。 発熱量制御回路４３は第５図に示すように構成され、ヒ
ータ４の通電量を制御する可変抵抗Ｒの値が制御装置２
０によって制御される。その制御方法は、第３図のフロ
ーチャートに示したものと同様であり、可変抵抗Ｒの摺
動接点位置を制御するモータの速度をステップ１１８で
制御すれば良い。 更に、発熱量制御回路４３を第６図に示すように構成し
た場合には、制御装置２０による制御も不要となる。即
ち、内部温Ｔ、を検出する熱電対６の代わりに、サーミ
スタ４４を同位置に配設し、トランジスタＴｒによる負
帰還作用にり、ヒータ４の通電量を制御するよにしても
良い。第６図において、内部温が上昇すると、サーミス
タ４４の抵抗が大きくなり、ベース電流が減少して、ヒ
ータ４の電流が減少する。すると、発熱量が減少して、
内部温も減少し、サーミスタ４４の抵抗が減少し、ベー
ス電流が増加して、ヒータ４の通電電流も増加する。従
って、内部温はサーミスタ４４とトランジスタＴｒの特
性によって決定される所定の温度に安定に制御される。 又、上記実施例を組合せて、空調装置からの風量とヒー
タ４の発熱量を同時に制御して、熱風の温度を所定温度
に制御するようにしても良い。 尚、上記実施例では全てヒータ４を通過して熱風を発生
させるために、空調装置から吹き出される空気を導入し
ているが、別のファン等の送風手段により送風するよう
にしても良い。ヒータ４による内部温は夏期には上昇し
冬期には下降する傾向にある。又、空調装置の出力する
風の温度は、夏期に減少し冬期に上昇する。従って、空
調装置の出力する風をヒータ４に導入することで、より
効果的な内部温を制御が可能となる。

【発明の効果】

本発明は、人体の皮膚を模擬した受熱体の表面温度を皮
ｒｌｔ温として検出するのに、その受熱体に所定温度に
制御された熱風により熱を供給するようにしている。従
って、人体の定温熱生成や作業時の体温上昇、高温時の
発汗作用、低温時の発熱作用等の機構を容易に模擬的に
実現でき、より正確な皮膚温を得ることができると共に
、熱風を利用して熱を付与しているので、応答性が速い
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の具体的な一実施例に係る皮膚温模擬
センサのセンサ部の構成を示した断面図。 第２図は、その皮膚温模擬センサを用いた空調装置を示
した構成図。第３図は、制御装置の処理手順を示したフ
ローチャート。第４図は、他の実施例に係る皮膚温模擬
センサのセンサ部の構成を示した断面図。第５図、第６
図は他の実施例に係る皮膚温模擬センサの発熱制御回路
を示した回路図である。 １−センサ部　２°ネツト　３　′受熱板４　ヒータ　
５，６°熱電対　７　°゛ケース８９　・−通気孔　１
６・・′ヒータスイッチ４０°　ダクト　４１・°ダン
パ ４２　°ダンパモータ　４３　°°発熱制御回路特許出
願人　　日本電装株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 人体の皮膚を模擬し、内部から熱を供給され、外部環境
   に対して熱交換する受熱体と、 前記受熱体の表面温度を皮膚温として検出する第１の温
   度センサと、 前記受熱体に、内部から熱風により熱を供給する熱供給
   手段と、 前記熱供給手段により供給される熱風の温度を検出する
   第２の温度センサと、 前記第２の温度センサの検出する温度に応じて、前記熱
   供給手段の供給熱量を制御する供給熱制御手段と を備える皮膚温模擬センサ。