JPH0672821B2 - 温熱検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、人間に快適な環境を提供する空気調和装置に
おける環境の温熱状態を検知する温熱検知装置に関する
ものである。

従来の技術 従来この種の温熱検知装置は、第５図に示すように、発
熱体１を人体と熱的特性が概略一致するゼリー状物質か
らなる被覆体２で被覆するとともに、前記被覆体２の温
度を検知する熱電対でなる検知体３を具備し、前記被覆
体２の外側には多数の通気孔４を有しかつ輻射熱を透過
するポリエチレン等の樹脂で球形に成型されたカバー５
が設けられ、前記発熱体１への電力供給線６と、前記検
知体３からの信号線７が具備された構成の温熱検知素子
が出願されており（例えば特開昭60−170731号公報）こ
の素子を用いて、前記電力供給線６に一定の電力を供給
しつつ、前記信号線７より環境の温熱状態に応じた信号
を得るようになっていた。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、発熱体と温度検知
体とが個々に必要である上に、ゼリー状物質という特殊
な材料を用いるため構造が複雑かつ生産性が悪い、また
常に一定の電力を温熱検知素子に供給するための定電力
供給回路及び熱電対からの信号を温度として得るため
に、基準温度接点補償・電圧増幅等の回路を含む複雑か
つ高価な回路が別に必要となるという問題点を有してい
た。さらに、人体の着衣量等の変化に対応する手段を持
っていなかった。

本発明はかかる従来の問題点を解消するもので、少ない
部品構成と簡潔な構造による高生産性と低価格を維持し
ながら、気温・気流・輻射温の温熱的影響の一括検知及
びマイコン制御等に適した信号出力を、自己発熱する素
子と簡単な回路で実現することにより、着衣量も考慮し
た人体の温熱感覚に対応した情報に基づいて、空気調和
装置を従来に比較してよりきめ細かく制御し、快適な温
熱空間を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の温熱検知装置は、
開口部を有し光熱に対する内面の反射性が良好な中空体
と、前記中空体の開口部に設けた多孔状カバーと、前記
中空体内部に設けた自身の温度により電気抵抗が変化す
る物質からなる発熱素子と、前記発熱素子の設定温度を
一定に制御する制御手段と、人体の着衣量を推定するた
めの推定手段と、前記推定手段のデータより前記制御手
段にて制御する設定温度を切り換える変更手段と、前記
制御手段から前記発熱素子へ供給される電力から環境の
温熱状態を判断する判断手段とからなる構成としたもの
である。

作用 本発明は上記した構成によって、前記発熱素子が多孔状
カバーを通して直接あるいは中空体内面で反射して、周
囲の物体及び日射と輻射熱交換するとともに周囲気流に
よって生じる中空体内部の二次気流と対流熱交換を行な
い、さらに前記多孔状カバーが周囲の物体及び日射と輻
射熱交換することにより前記多孔状カバー及び前記中空
体が加熱または冷却されることにより前記発熱体との間
で輻射熱交換をするとともに伝導によりその一部の熱が
授受される。また断熱部により不要な熱的影響を防ぐこ
とができる。このとき前記中空体の形状および寸法は、
前記発熱素子と周囲環境との対流熱伝達および輻射熱伝
達の割合が人体のそれと概略一致するように形成してい
るため、前記発熱素子を前記制御手段によって一定温度
に維持するための負荷の大小が人体の体温を一定に維持
するための負荷に対応して得られる。また、前記推定手
段のデータによって前記発熱体の設定温度を変えるため
人体の着衣状態に合った負荷が得られる。

この負荷を電気信号として取り出し、この出力から人体
の温熱感覚を判断することが出来るため、この判断に基
づいて空気調和装置を制御することにより、快適な空間
を容易に実現することができるものである。

実施例 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。

第１図に示すブロック図において10はサーミスタを用い
た発熱素子であり、第２図の一部切欠斜視図に詳しく示
すように、光熱に対して反射性の良好なアルミニウムで
内面11をメッキした樹脂性の中空体12に細かい開口を表
面を艶消黒色で塗装してある多孔状カバー13を設け、さ
らに前記中空体12の外側に発泡スチロール製の断熱部14
から構成されている。

着衣量決定手段15は気温センサ16で検知した気温の情報
をもとに、その時の人体の着衣の状態を判断し決定す
る。第３図に示すように気温センサ16の測定した温度に
応じて着衣量を２段階に切り換えている。

前記発熱素子10は制御手段17により、一定の設定温度Ts
etに発熱するよう制御されており、前記着衣量決定手段
15の着衣量をもとに変更手段18により着衣量から設定温
度Tsetを換算して変更する。このとき前記制御手段17の
制御負荷の信号から判断手段19において人体の温熱感覚
に対応する情報が得られる。

第４図に示すように着衣量Rcが変化すると、人体の発熱
量Ｑが一定であれば着衣表面温Tcが変化するので、実際
には気温の情報よりこの表面温Tcを求めてこれを設定温
度Tsetとしている。

第５図は前記制御手段17の一実施例であるが、前記発熱
素子10と、演算増幅器20及び固定抵抗器21、固定抵抗器
22、固定抵抗器23とで前記発熱素子10の温度を一定に制
御する構成としている。回路を動作させると前記発熱素
子10は前記固定抵抗器21、前記固定抵抗器22、前記固定
抵抗器23の抵抗値と前記発熱素子10の温度−抵抗特性で
決定されるある一定温度に発熱する。前記設定温度Tset
の変更は前記変更手段18により電気的に前記固定抵抗器
23を別の抵抗値を持つ固定抵抗器と切り換えることによ
りおこなう。ここで環境の気温・風速・輻射温度の何れ
かが変化して発熱素子10の温度を低下させるように働く
と、サーミスタである発熱素子10の抵抗が上りｂ点の電
位が上昇するので、前記演算増幅器20によりａ点とｂ点
の電位差が増幅されｃ点の電位が上昇しその結果前記発
熱素子10に流れる電流が増加する、この電流の増加によ
り前記発熱素子10の発熱量が大きくなり、前記発熱素子
10の温度が上昇し、元の温度で安定する。このときｂ点
あるいはｃ点の電位を前記制御手段17に取り出して以下
の処理に移行する。

前記発熱素子10の表面と環境との熱収支は次式で示され
る。

Ｑ＝αｃ（Ts−Ta）＋αｒ（Ts−Tr） ただし、 Ｑ ： 発熱素子の単位表面積当りの放熱量（発熱素子
の温度を一定に制御するための負荷） αｃ ： 発熱素子と環境との対流熱伝達率 Ts ： 発熱素子の温度（一定に制御） Ta ： 気温 αｒ ： 発熱素子と環境との輻射熱伝達率 Tr ： 周囲輻射温度 前記内面11は方物曲線面で構成され前記発熱素子10を前
記内面11の方物曲線面の概ね焦点の位置に設けてあるこ
とにより、前記多孔状カバー13を通して周囲環境からの
輻射を前記発熱素子10に収束されるとともに、前記発熱
素子10は、周囲を中空体12により囲まれた窪みの中に設
置しかつ前記多孔状カバー13を介することにより、前記
発熱素子10に直接接触する気流の速度を大きく減衰させ
るよう構成しているため、前記発熱素子10の輻射熱伝達
率αｒ及び対流熱伝達率αｃを人体の輻射熱伝達率及び
平均対流熱伝達率と概略等しくすることができ、前記発
熱素子10を一定温度に維持する熱負荷は、同じ環境で人
体がその体温を維持するに必要な熱負荷と高い相関が得
られる。判断手段19はワンチップマイコンのROMの中に
サーミスタの非線型性を補正するためのテーブル及び第
６図に示すような前記制御手段17により得られる負荷信
号と人体の温熱感覚との関係を数式あるいはテーブルの
かたちでもっており、これによってその環境における気
温・気流・輻射温によって生じる人体の温熱感覚とほぼ
等価な出力が得られるので、この感覚が中立になるよう
に空調機器を制御すれば、常に快適な環境が維持され
る。

上記構成によれば、輻射に対して指向性を持つため特に
着目したい壁面等の輻射の影響を検知することができ、
また、輻射を収束して感度を高めているため相対的に発
熱素子10の形状を小さくすることが可能となり、小消費
電力での駆動が可能となる。さらに気流に対しては方向
性による影響が少なくどの方向に対しても等しく影響を
検知することができる。

気温センサにより周囲気温を測定してそのときの着衣量
を判断しているため、簡単にかつかなり精度良く着衣量
の補正をすることが出来る。

ステンレス製の多孔状カバーを用いたことにより使用時
に指、鉛筆等により不用意に発熱素子や内面に傷をつけ
たりすることがない。

発泡スチロール製の断熱部を備えたことにより、発熱素
子10、中空体12、多孔状カバー13、断熱部14で構成され
る検知部分が、設置される部材の熱的影響を遮断するこ
とができる。

次に本発明の他の実施例について第７図を用いて説明す
る。第７図において前記実施例と相違する点は、着衣量
の推定手段としてタイマーICを備えた計時装置24と、前
記計時装置24の値から着衣量を決定する着衣量決定手段
25を備えた構成としたことにあり、この構成によれば、
一年を夏・冬及び中間期に別れてそれぞれに最適な着衣
量により発熱量を補正するため周囲の状況に影響されず
に最適な検知が行なえるという効果がある。設 次に本発明の第３の実施例について第８図を用いて説明
する。第８図において前記第１の実施例と相違する点
は、着衣料の推定手段として戸外の気温を測定する外気
温センサ26と、前記外気温センサ26の値から着衣量を決
定する着衣量決定手段27とを備えた構成したことにあ
り、この構成によれば、着衣量を判断するデータとして
外気温を用いるため、室内の気温を検知する場合に比較
してより正確に季節を反映した着衣量の判定が可能とな
る効果を有する。

なお、ここでは発熱素子にサーミスタを用いたが、その
代りに白金抵抗体等を用いてもよい、また、内面11は局
面を樹脂成型しその表面にアルミニウム等の金属を蒸着
することによっても製造が可能である。

内面13の曲面形状は、単純な方物曲線のみでなく、ウィ
ンストンミラーのような構成も可能である。多孔状カバ
ーはステレンスのみならず、他の金属あるいは樹脂によ
り構成することも可能である。

発明の効果 以上のように本発明の温熱検知装置によれば次の効果が
得られる。

（１）輻射熱を反射しかつ多孔状カバーと共に気流を減
少させる中空体により発熱素子の対流及び輻射熱伝達率
を人体の値と概略一致することが可能でありかつ制御手
段で発熱素子を一定温度に維持する構成としているので
その負荷の大きさと人体の温熱感覚とに高い相関が得ら
れ、最適な空調機器の制御を行うことが出来る。

（２）温感を判断するための人体側の要素である人体の
着衣量を推定して発熱素子の発熱温度を決定しているた
め、人間の生活様式に合致した温冷感の測定が出来る。

（３）環境の温熱状態を電力の変化により検知し、さら
にこれをもとに温熱状態のレベルを判断しているため、
空調機器に簡単にかつ使用し易い情報を与えることが出
来る。

（４）構成が簡単なため、少ない部品点数でしかも安価
に高い性能が得られるため製造が容易であり暖冷房機器
のセンサーとして利用範囲が広い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の温熱検知装置の構成を示す
ブロック図、第２図は同温熱検知装置の発熱素子および
中空体の構成を示す一部切欠斜視図、第３図は同着衣量
決定手段の動作を示すグラフ、第４図は着衣量決定手段
の動作を示す説明図、第５図は同温熱検知装置の制御手
段の一実施例を示す回路図、第６図は同温熱検知装置の
判断手段での判断内容を示す特性図、第７図は同第２の
実施例を示すブロック図、第８図は同第３の実施例を示
すブロック図、第９図は従来の温熱検知装置の検知体の
構造を示す一部切欠斜視図である。 10……発熱素子、12……中空体、13……多孔状カバー、
14……断熱部、15……着衣量決定手段、16……気温セン
サ、17……制御手段、18……変更手段、19……判断手
段。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】開口部を有し光熱に対する内面の反射性が
   良好な中空体と、前記中空体の開口部に設けた多孔状カ
   バーと、前記中空体内部に設けた自身の温度により電気
   抵抗が変化する物質からなる発熱素子と、前記発熱素子
   の設定温度を一定に制御する制御手段と、人体の着衣量
   を推定するための推定手段と、前記推定手段のデータよ
   り前記制御手段にて制御する設定温度を切り換える変更
   手段と、前記制御手段から前記発熱素子へ供給される電
   力から環境の温熱状態を判断する判断手段とからなる温
   熱検知装置。
2. 【請求項２】推定手段は周囲気温を測定する気温センサ
   である特許請求の範囲第１項記載の温熱検知装置。
3. 【請求項３】推定手段はカレンダー機能をそなえた計時
   装置である特許請求の範囲第１項記載の温熱検知装置。
4. 【請求項４】推定手段は戸外の気温を測定する外気温セ
   ンサである特許請求の範囲第１項記載の温熱検知装置。