Temperature-controlled air circulation type bedding

本発明は、温度調節ユニットからの吹き出し空気を導入し循環させる空気流路を周囲に設けて内部を冷却あるいは加温するようにした温調空気循環式寝具に関する。

従来、人は快適な睡眠を得るために、季節や周囲の温度、湿度に合わせて、寝具を厚手の断熱性の高いものにしたり、薄手の吸湿性の高い物を使うなどして調節してきた。 さらに夏場における高温高湿の熱帯夜などにおいては、エアコンを運転して部屋自体の雰囲気空気を調節して快眠を確保してきた。 また、トラックや乗用車における自動車の車内で仮眠する場合には、エンジンをアイドリング状態にしてカーエアコンによる冷房で快眠を確保してきた。

上記従来の方法においては、年間を通した寝具の調整が煩雑であるとともに、エアコンの運転による部屋全体の空調では大きな電力消費量となり、また自動車における冷房については、アイドリング運転が必要となって、これも電力消費のみでなく、膨大な炭酸ガスの排出にともなう地球温暖化への影響が大きいものである。 このことから、自動車のアイドリングストップは炭酸ガス削減のための可能な施策として近年大きく叫ばれているが、目に見える成果が上がっておらず大きな環境問題となっているのが現実である。

一方、図１２に示すように、内部に人間（Ａ）が横たわる空間（78）を形成した寝袋（53）内に、熱交換器（63）と送風装置（68）とを有する空気調和装置（52）からの空気を循環させることで前記空間内を冷房するようにし、これにより、冷凍機自体を小電力で作動させることで、エネルギー資源の浪費や環境汚染を抑えるようにした構成が特許文献1に示されている。

また、図１３に示す特許文献２には、水平に平坦に延びるマット（83）の長手方向の一端部に、熱交換器を備えて熱交換空気を供給し、供給された空気が通気性マット内（98）を流動して人体（Ａ）に対して快適な感覚が得られるようにした空気循環式マットの構造が記載されている。

特開２００７−０９８０４４号公報

特開２００７−１０５０８４号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の寝袋（53）における人間が横たわる空間（78）は、断熱されたシート（54）の内部に設けられたフレーム（55）によって形成されるものであって、人間が入る空間を必要最小限まで小さく形成することで省エネルギー化をはかったものであることから、自ずと布団の中での睡眠とは大きく異なるものであり、感触や熟睡効果の点で相違するものである。 また、特許文献２に記載の構成は、マット、すなわち敷物であることから、これも上記と同様に布団の中での睡眠とは相違するものである。 さらに、これら特許文献１や２に示されている構成は、単に熱交換された空気を送風装置で送り出し循環させるものであって、温度コントロール機能を有していないことから、個々人の好みに応じた環境雰囲気に調整することができず、快適性の確保が困難であった。

本発明は上記の事情を考慮してなされたものであり、温度調節ユニットにより生成された吹き出し空気を寝具本体の周囲に設けた空気流路に導入して内部にいる人の身体を冷却あるいは加温するとともに、前記吹き出し空気温度をコントロールすることによって、外部雰囲気温度に拘わらずに快適な睡眠環境を形成し、コンパクトで炭酸ガスなどの排出を抑制し、且つ消費電力量が少ない温調空気循環式寝具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の温調空気循環式寝具は、冷却あるいは加熱作用による吹き出し空気温度を制御する温度調節ユニットと、この温度調節ユニットからの吹き出し空気を導入し循環させる空気流路を設けて内部を冷却あるいは加温する寝具本体と、寝具本体における空気流路の出口部と温度調節ユニットとの間における温度調節ユニットの戻り空気の風路内に取り付けられ空気温度を検出するセンサーとを備え、そのセンサーによる検出温度により温調ユニットの運転制御をおこなうようにした温調空気循環式寝具において、前記寝具本体は、使用者が入る空間の底部を区画する底面部と、前記空間の上部を区画する上面部とを備え、前記底面部及び前記上面部の内部に前記空気流路を設けたものであり、前記温度調節ユニットから吹き出した空気が、前記寝具本体の前記底面部及び前記上面部の内部と前記温度調節ユニットとを循環することを特徴とするものである。

本発明によれば、寝具周囲への空気流路への吹き出し空気温度をコントロールして寝具内部にいる人の身体を周囲から冷却あるいは加温することによって、外部雰囲気温度に拘わらずに快適な睡眠環境を形成することができるとともに、コンパクトで消費電力量が少ない寝具を得ることができる。

以下、図面に基づき本発明の１実施形態について説明する。 図１に概略斜視図を示す温調空気循環式寝具（１）は、温度調節ユニット（２）と寝具本体（３）およびこの寝具本体（３）と前記温度調節ユニット（２）とを結合する結合ダクト（４）から構成されている。

前記温度調節ユニット（２）は、正面からの断面図である図２、および図２の側断面図である図３に示すように、薄鋼板製の外板（５）で箱体状の外郭を形成し、高さ方向のほぼ中央部を断熱仕切壁（６ａ）で上下の空間に区分されているとともに、例えば、トラックの運転席の後部キャビンにおける車体底面の上部に架台を介してボルト固定されている。

前記外板（５）の底部を形成する剛体の底板（５ａ）上には、冷凍サイクル（８）の一環をなす冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（９）と、吐出された高温高圧の冷媒を受けて放熱し凝縮する凝縮器（10）およびこれら圧縮機（９）や凝縮器（10）などの高温部品を冷却する放熱ファン（11）を設置し、機械室（７）としている。

前記冷凍サイクル（８）は、図４に示すように、前記圧縮機（９）、凝縮器（10）、減圧器である毛細管（12）、蒸発器（13）を環状に連結し、前記圧縮機（９）の上流側と下流側とを連結するように四方弁（14）を設けることにより冷媒流路を切り換えて前記蒸発器（13）を冷暖切り換え可能な熱交換器とした蒸気圧縮式であり、圧縮機（９）の駆動により冷媒を循環し、蒸発器（13）で蒸発させることによって冷気を生成し、あるいは、前記四方弁（14）により冷媒流路を切り換え、蒸発器（13）で凝縮作用をおこなわせることで蒸発器（13）を高温側の熱交換器とし、暖気を生成するものである。

前記機械室（７）内における重量物である圧縮機（９）は、底板（５ａ）上の幅方向の一側に片寄らせ、振動吸収用のクッション体（15）を介して固定しており、蛇行曲げした冷媒管を多数のフィンに嵌入させて奥行き寸法を薄くした直方体状の凝縮器（10）は、面積の大きなその前面を外板（５）の前面に形成した吸込み開口（５ｂ）に沿わせて立設させ、この吸込み開口（５ｂ）と凝縮器（10）との間には埃などを遮蔽するためにフィルター（16）を設けている。

凝縮器（10）の背面には軸流ファンからなる前記放熱ファン（11）を配置し、冷却運転する際には、前記圧縮機（９）と放熱ファン（11）を同期して駆動するものであり、外気を吸込み開口（５ｂ）から内部に吸引して高温となる凝縮器（10）を冷却し、熱交換した空気を外板（５）の底面に形成した排気口からユニット外部に放出するようにしている。 このとき、圧縮機（９）は機械室（７）内の側部に位置していることから放熱ファン（11）による冷却作用を直接受けにくく、過冷却による蒸発温度の低下を防ぐとともに、偏倚している分奥行き方向で放熱ファン（11）と圧縮機（９）とが重ならないように配置することで、機械室（７）の奥行き寸法の短縮化をはかっている。

そして、前記断熱仕切壁（６ａ）から上部の空間は、上面を含む全周壁を発泡スチロールなどの断熱壁（６）により断熱空間として冷却空気あるいは加温空気を生成する温調室（17）と、そのほぼ中央部には、冷凍サイクル（８）の一部であって冷却運転時には前記凝縮器（10）からの冷媒を受けてこれを蒸発させることで、低温化し冷気を生成する蒸発器（13）を立設状態で配置している。

この蒸発器（13）も前記凝縮器（10）と同様に、蛇行曲げした冷媒管と冷媒管に嵌着した多数のフィンとから奥行き寸法を薄くした直方体をなしており、その背部にはこの蒸発器（13）の幅寸法より幅狭の直径としたシロッコファンからなる送風ファン（18）およびケーシング（19）を断熱仕切壁（６ａ）の平面部位に前記蒸発器（13）に併置して立設している。

蒸発器（13）を載置している前記断熱仕切壁（６ａ）の上面は、一側に向かって下方傾斜させて低温化した蒸発器（13）に付着する霜の融解水を受ける樋部（20）を形成しており、樋部（20）で集めた水を下方の機械室（７）内を経由して外部に排出している。

温調室（17）の一側壁を形成する断熱側壁（６ｂ）における蒸発器（13）の立設位置のやや前方に位置する壁上部には、断熱側壁（６ｂ）に対向して車体底面上に配置した温度調節の対象物である前記寝具本体（３）との結合ダクト（４）の戻りダクト（４ａ）に連結され、冷風を温調室（17）内に吸引する戻り風路（21）を開口させており、送風ファン（18）のケーシング（19）からは吹き出し風路（22）を開口させ、吹き出し風路（22）に繋がる吹き出しダクト（４ｂ）を介して寝具本体（３）の冷風の取入れ口（25）内に冷風を導入するようにしている。 なお、前記戻りダクト（４ａ）の先端は寝具本体（３）の戻り口（26）に連結される。

このとき、前記戻り風路（21）および吹き出し風路（22）は、温調室（17）の断熱側壁（６ｂ）の上下高さ方向および奥行き方向における互いの軸中心を合致させない位置にずらして開口させることにより、２つの開口（21）（22）を離間して配設するとともに、温度調節ユニット（２）としての奥行き寸法を小さくしている。

前記寝具本体（３）は、いわゆる寝袋状の外観を備え、外面は断熱体で形成するとともに内面は汗などの水分は通すが空気は通さない柔軟な素材で形成されており、冷却あるいは加温運転により、前記温度調節ユニット（２）からの吹き出し空気を導入し循環させる空気流路（27）を前記外面と内面との間に設けて内部を冷却あるいは加温する構成である。

したがって、寝具本体（３）の外面の断熱性を向上させれば、熱漏洩が少なくなって内部の温度変動を小さくできるとともに、より効率的に冷却あるいは加温効果を得ることができる。 また、寝具本体（３）の適当部位に蓄冷材などを配設して温度変動幅を抑制するようにしてもよいものであり、その形状についても、寝袋形状に限らず、内部の少なくとも一部に空気を循環する空気流路を備えたものであれば、敷きマット、または掛けマットのみであってもよく、敷きマットと掛けマットが一体になった構成であってもよい。

要部を拡大した図５に示す前記空気流路（27）は、使用者（Ａ）が入る空間（28）の周囲壁面を形成するように、底面（27ａ）と上面（27ｂ）、および左右の側壁部（27ｃ）とを設けており、前記結合ダクトの吹き出しダクト（４ｂ）からの冷風などの空気を、例えば、底面（27ａ）および両側壁の下方側の複数の流路（27ｃ）に導入して寝具本体（３）の長手方向の先端部位まで一方向に流下させ、その後上面（27ｂ）および両側壁の上方流路（27ｄ）側に移動して前方に流し、戻りダクト（４ａ）を経由して温調室（17）に戻る循環をおこなうように形成されている。

前記結合ダクト（４）の吹き出しダクト（４ｂ）および戻りダクト（４ａ）は、その長さ寸法を調整できるように蛇腹状の管体で形成されており、温度調整ユニット（２）の温調室（17）の一側から前部下方に向かって傾斜して延出され、車体底面に設置した寝具本体（３）の長手方向の一端側に設けた前記取入れ口（25）および戻り口（26）と結合される。

前記結合ダクト（４）における戻りダクト（４ａ）の下方側の断面詳細図である図６に示すように、戻りダクト（４ａ）の下端部には曲面を形成し、踏まれるなどしても潰れないように設けた剛性の筒状体（28）を介して水平状態の寝具本体（３）の戻り口（26）と結合しており、柔軟構造である戻り口（26）の底面上には、温度センサー（30）を配設している。

温度センサー（30）は、水平状態に配設して戻り口（26）上方からの戻り空気が垂直に温度センサー（30）に吹き付けるようにし、センサー部に対する戻り空気の接触面積を多くしてより的確な温度検出を可能にするとともに、万一踏まれたりしても柔軟構造によって破損を防止するようにしている。

この温度センサー（30）は、寝具本体（３）の空気流路（27）内を流れて戻り口（26）に至った空気温度を検知し、温度調整ユニット（２）における圧縮機（９）の運転を制御することで、使用者の希望する温度に冷却あるいは加温された空気を空気流路（27）内に供給するようにしており、外気による寝具本体（３）の外面からの熱漏洩や使用者の体温による発熱負荷など様々な負荷変動があっても空気流路（27）内を流れる空気温度を的確に検出して就寝空間内を常に快適な温度状態にコントロールするものである。

前記温度センサー（30）は、板状のセンサー固定具（31）に係止されている。 センサー固定具（31）の一端は前記筒状体（28）の端部に回動可能に支承され、バネ（32）によって温度センサー（31）の係止部を常時戻り口（26）の底面側に押しつけて水平状態を保持する構成としており、柔軟部材である寝具本体（３）の設置状態によって温度調節ユニット（２）との位置や間隔が変動して前記戻りダクト（４ａ）の傾斜角度（α）が変化し、例えば、図７に示すように、温度調節ユニット（２）と寝具本体（３）との間隔が狭くなって筒状体（28）が水平状態を維持できなくなった場合でも、センサー固定具（31）は、その枢支部とバネ作用によって寝具本体（３）側に押しつけられて戻り口（26）に位置する温度センサー（30）の水平状態を維持することができ、戻り空気の温度検出がばらついて不安定にならないようにしている。

なお、温度センサー（30）を設置する位置は、前記場所に限らないものであり、例えば、図２に示すように、温度調節ユニット（２）における温調室（17）の戻り風路（21）の近傍に設けるようにしてもよく、この場合は、温度センサー（30）の配線処理構成や作業をより簡易におこなうことができる。

前記温調室（17）の上面の断熱壁（６）の上部は、基板など電気部品の収納部（33）とするとともに前面には操作パネル（34）を配置して温度調節ユニット（２）の運転を制御操作するようにしている。

そして、例えば、冷却運転する場合には、温度調節ユニット（２）における冷凍サイクル（８）の四方弁（14）によって、圧縮機（９）からの冷媒が凝縮器（10）に吐出され蒸発器（13）で蒸発するように流路制御することで温度調節された冷気を生成し、この冷気を送風ファン（18）によって吹き出し風路（22）から吹き出しダクト（４ｂ）および寝具本体（３）の取入れ口（25）を介して空気流路（27）に送風し、寝具本体（３）内を冷却して戻し口（26）から戻りダクト（４ａ）を介して温調室（17）内の蒸発器（13）に戻す循環をおこなうことで、高能力で高効率の冷却運転により温度調節ができるものであり、加温運転の場合は、四方弁（14）により蒸発器（13）を凝縮側にして高温化し、熱交換によって循環空気を加温して前記寝具本体（３）側に吹き出すようにする。

前記四方弁（14）の採用により、寝具本体（３）は冷却と加温の双方の温度調節効果を得ることができるが、冷却作用のみで使用する場合は、前記四方弁（14）を除去した冷凍サイクルにすればよく、冷凍機としては、スターリング冷凍機を使用するようにしてもよい。

上記の構成により、寝具本体（３）には、温度調節ユニット（２）の操作パネル（34）による使用者の設定に基づいて、温度調節された冷却あるいは加温空気が供給されるので、様々な使用環境条件下においても常に快適な睡眠空間を提供できるとともに、寝具本体（３）の設置場所が自動車の車内であれば、キャビン全体の冷却あるいは加温能力を必要とせず寝具本体（３）のみでよいため、最小限の電力消費量となって経済的であり、またアイドリングをストップすることで炭酸ガスの排出量も大きく抑制できる効果を奏する。

なお、図８に示すように、圧縮機（９´）を能力可変型にするとともに、前記温度センサーを、寝具本体（３）の戻り口（26）の温度を検出する温度センサー（30ａ）と周囲空気温度センサー（30ａ）との２センサーとしてそれぞれの箇所の温度を検出し、これらの検出温度と寝具本体（３）の設定温度との差から、コントローラ（35）によって適切な圧縮機（9´）の運転周波数を割り出し、その周波数指令に基づいてインバータ（36）により圧縮機（9´）を運転するようにしてもよい。

このように制御することによって、温度負荷に応じた圧縮機（９´）の運転が可能になり、寝具本体（３）内における温度変動をほとんどなくすことで、より快適な睡眠環境を得ることができるとともに、初期運転時には高能力運転により速やかに冷却あるいは加温することができる。 また、圧縮機（９´）の断続運転を少なくでき、睡眠時の耳障りな騒音を抑制できるばかりでなく、運転ロスが減少することで消費電力量を低減することができる。

また、縦軸にセンサー温度、横軸に温度調節ダイヤル位置を示した図９から理解されるように、寝具本体（３）の空気流路（27）内の温度を検知する温度センサー（30）の動作特性を、例えば、冷却運転の場合は、温度センサー（30）のオン温度を一定にして、空気流路（27）の温度が所定温度まで上昇した場合は、ダイヤル位置に係わらずに圧縮機（９）を駆動して温度調節ユニット（２）を冷却運転させるようにし、ダイヤル位置が「強」方向になれば、それにともなってオフ温度を低くするようにすることで、冷却度合を強くするようにしてもよい。

加温運転の場合は、特に図示しないが、前記とは逆に温度センサー（30）のオフ温度を一定値としてオン温度をダイヤル位置に沿って高くするようにすればよく、上記にように制御すれば、温度調節ユニット（２）によって温度変動の少ない寝具本体（３）の運転をおこなうことができる。

そして、温度調節ユニット（２）のコントローラを、赤外線を使った無線などでリモコン方式にして寝具本体（３）周辺の適当な箇所に設置するようにすれば、使用者は、寝具本体（３）の中に入って寝た状態で、容易に運転操作をおこなうことができるものであり、また、マイクを使って音声により運転操作するようにしてもよい。

さらに、脳波や心臓から押し出される血液の圧力変化による波形である脈波、あるいは、心拍や心電計測による睡眠検知センサーを使用し、寝具内の人の睡眠状態を検知しながら、入眠時にはやや強く冷やし、睡眠後は温度を少し高めにするなどの制御をおこなうようにすれば、よりきめ細かい温度雰囲気を形成することができ、快適な睡眠のみならず起床時間も制御することができる。

前記実施例における温度調節ユニット（２）の冷凍サイクルに代わる構成としては、図１０に示すように、熱電変換素子であるペルチェ素子などからなるサーモモジュール（37）を用いて、その一側に冷却用熱交換器（13´）と送風ファン（18´）、他側に放熱用熱交換器（10´）と放熱ファン（11´）を配置し、サーモモジュール（37）に直流電圧を印加し、各ファン（18´）（11´）を駆動することで、電子冷却作用で冷却した冷却用熱交換器（13´）の熱を前記実施例における結合ダクト（４）を介して寝具本体（３）に供給し、所定温度に冷却するようにしてもよい。 寝具本体（３）を加温する場合は、前記サーモモジュール（37）への印加電圧の正負を逆転することで切り換えることができる。

この構成により、温度調節ユニット（２）としてはより簡単な構成となり、圧縮機を用いていないので駆動部がなく、静音化が可能となり、軽量化できるとともに、振動に強いユニットを得ることができる。

また、図１１に示すように、前記サーモモジュール（37）に加えて、管内部に作動流体を封入して相変化により熱移動をおこなうサーモサイフォン（38）を用い、このサーモサイフォン（38）によりサーモモジュール（37）の熱を伝熱ブロック（39）（39）を介して各熱交換器（11´）（13´）に移送するようにすれば、前記実施例効果に加えて、温度調節ユニット（２）内の部品の配置レイアウトや結合ダクト（４）の長さを短縮したり省略することができ、コスト低減をはかることができる。

なお、上記各実施例においては、トラックなどの車内で使用する温度調節ユニット（２）と寝具本体（３）とからなる温調空気循環式寝具（１）について説明したが、本発明は、前記車載用に限らず、家庭における個人用や病院用としても活用できるものであり、屋外用としても広く展開して使用できるものである。 そして、これらの対象物を戸外で使用する場合を考慮すれば、電源は、交流電源に限らず電池を使用するようにしてもよい。

本発明の１実施形態を示す温調空気循環式寝具の概略斜視図である。

図１の温度調節ユニットの正面からの断面図である。

図２の側断面図である。

図２に配設した冷凍サイクルの概略構成図である。

図１の要部の斜視図である。

図５の結合ダクトにおける戻りダクトの下方側の拡大断面図である

図６における戻りダクトの傾斜角度が変化した状態を示す断面図である。

図４に対応する能力可変型圧縮機を使用したサイクル構成図である。

本発明の他の実施例を示す温度センサー特性図である。

本発明の温度調節ユニットのサーモモジュールによる実施例である。

本発明の温度調節ユニットのサーモサイフォンによる実施例である。

本発明の従来例の寝袋を示す断面図である。

本発明のさらに他の従来例を示す空気循環式マットの断面図である。

符号の説明

１ 温調空気循環式寝具 ２ 温度調節ユニット ３寝具本体 ４ 結合ダクト ４ａ 戻りダクト ４ｂ 吹き出しダクト ５ 外板 ５ａ 底板 ５ｂ 吸込み開口 ６ 断熱壁 ６ａ 断熱仕切壁 ６ｂ 断熱側壁 ７ 機械室 ８ 冷凍サイクル ９、９´ 圧縮機
10、10´ 凝縮器 11、11´ 放熱ファン 13、13´ 蒸発器
14 四方弁 16 フィルター 17 温調室
18 送風ファン 19 ケーシング 20 樋部
21 戻り風路 22 吹き出し風路 25 取入れ口
26 戻り口 27 空気流路 27ａ 底面流路
27ｂ 上面流路 27ｃ 側壁の下方側流路 27ｄ 側壁の上方側流路
28 空間 30、30ａ、30ｂ 温度センサー
31 センサー固定具 32 バネ 33 電気部品収納部
34 操作パネル 35 コントローラ 36 インバータ
37 サーモモジュール 38 サーモサイフォン 39 伝熱ブロック