JP2016087304A - 気化熱損失量測定装置、代謝量測定装置および気化熱損失量測定方法 - Google Patents
気化熱損失量測定装置、代謝量測定装置および気化熱損失量測定方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】測定対象物からの気化熱損失量を正確に測定する技術を提供することを第1の目的とする。また、そうして求めた気化熱損失量に基づいてより正確な代謝量を測定する技術を提供することを第2の目的とする。【解決手段】気化熱損失量測定装置10は、周辺環境の大気の湿度Heと気温Teを環境湿度測定部103と環境温度測定部105とで測定する。また、測定対象物2の表面近傍の大気の湿度Hbと気温Tbを対象湿度測定部107と対象温度測定部109とで測定する。そして、環境湿度Heと、環境気温Teと、対象湿度Hbと、対象温度Tbとを用いて測定対象物2の表面からの気化熱損失量Qsを算出する。また、熱流量測定部101の測定結果に基づいて非蒸発性熱損失量Qhを算出し、気化熱損失量Qsと非蒸発性熱損失量Qhとを用いて代謝量Cを算出する。【選択図】図2
Description
本発明は、気化熱損失量測定装置等に関する。
人体の体温は、人体から放出される熱により維持されている。この体温を維持するための代謝を基礎代謝という。すなわち、人体から放出される熱を測定すれば代謝量を知ることができる。
例えば、特許文献1では着用者の身体から生理学的情報又はコンテキスト情報を求める技術が開示されている。例えば、カロリー消費や基礎代謝率を、心拍数、脈搏数、呼吸数、熱流、酸素消費量から求める方法が開示されている。
特許文献1には、皮膚電気抵抗を測定することで発汗量を検知する構成については開示されているが、蒸発性熱損失すなわち気化熱損失を求める技術については開示されていない。発汗した水分のうちどれだけが気化したかは環境の湿度に依存するため、発汗が多い運動時や暑熱環境時においては、発汗量だけでは発汗による気化熱量を正確に測定できない。
なお、こうした問題は、測定対象が人体の場合に限らず、他の生物の発汗による熱損失の計測や、工場の配管や貯蔵施設などにおける気化熱損失の計測においても同様のことがいえる。
本発明は、測定対象物からの気化熱損失量(蒸発性熱損失量)を正確に測定する技術を提供することを第1の目的とする。また、そうして求めた気化熱損失量に基づいてより正確な代謝量を測定する技術を提供することを第2の目的とする。
以上の課題を解決するための第1の発明は、測定対象物の表面付近の温度である第1温度を測定する第1温度センサーと、前記測定対象物の表面付近の湿度である第1湿度を測定する第1湿度センサーと、環境の温度である第2温度を測定する第2温度センサーと、前記環境の湿度である第2湿度を測定する第2湿度センサーと、前記第1温度と前記第1湿度と前記第2温度と前記第2湿度とを用いて、前記測定対象物の気化熱損失量を算出する気化熱損失量算出部と、を備えた気化熱損失量測定装置である。
第2の発明は、前記気化熱損失量算出部が、前記第1温度に基づいて前記測定対象物の表面付近の飽和水蒸気圧である第1飽和水蒸気圧を算出し、前記第2温度に基づいて前記環境の飽和水蒸気圧である第2飽和水蒸気圧を算出し、前記第1飽和水蒸気圧と前記第1湿度との比、及び、前記第2飽和水蒸気圧と前記第2湿度との比に基づいて前記気化熱量損失量を算出する、第1の発明の気化熱損失量測定装置である。
第3の発明は、測定対象物の表面付近の飽和水蒸気圧である第1飽和水蒸気圧を測定する第1飽和水蒸気圧測定部と、環境の飽和水蒸気圧である第2飽和水蒸気圧を測定する第2飽和水蒸気圧測定部と、前記第1飽和水蒸気圧と前記第2飽和水蒸気圧とを用いて、前記測定対象物の気化熱損失量を算出する気化熱損失量算出部と、を備えた気化熱損失量測定装置である。
第4の発明は、測定対象物の表面付近の湿度である第1湿度を測定する第1湿度センサーと、環境の湿度である第2湿度を測定する第2湿度センサーと、前記第1湿度と前記第2湿度とを用いて、前記測定対象物の気化熱損失量を算出する気化熱損失量算出部と、を備えた気化熱損失量測定装置である。
第1〜第4の発明の何れにおいても、測定対象物から周辺大気への蒸発性の熱損失量、すなわち気化熱損失量を正確に測定することができる。
第5の発明は、第1〜第4の何れかの発明の気化熱損失量測定装置と、前記測定対象物の表面から前記環境への熱流量を測定する熱流量測定部と、前記熱流量に基づいて前記測定対象物からの非蒸発性熱損失量を算出する非蒸発性熱損失量算出部と、前記気化熱損失量測定装置により測定された気化熱損失量と、前記非蒸発性熱損失量とを用いて、前記測定対象物の代謝量を算出する代謝量算出部と、を備えた代謝量測定装置である。
第5の発明によれば、第1〜第4の何れかの発明により得られる正確な気化熱損失量を用いて代謝量を算出することができる。
第6の発明は、測定対象物の表面付近の温度である第1温度を測定することと、前記測定対象物の表面付近の湿度である第1湿度を測定することと、環境の温度である第2温度を測定することと、前記環境の湿度である第2湿度を測定することと、前記第1温度と前記第1湿度と前記第2温度と前記第2湿度とを用いて、前記測定対象物の気化熱損失量を算出することと、を含む気化熱損失量測定方法である。
第6の発明によれば、第1の発明と同様の効果が得られる。
第7の発明は、測定対象物の表面付近の飽和水蒸気圧である第1飽和水蒸気圧を測定することと、環境の飽和水蒸気圧である第2飽和水蒸気圧を測定することと、前記第1飽和水蒸気圧と前記第2飽和水蒸気圧とを用いて、前記測定対象物の気化熱損失量を算出することと、を含む気化熱損失量測定方法である。
第7の発明によれば、第3の発明と同様の効果が得られる。
第8の発明は、測定対象物の表面付近の湿度である第1湿度を測定することと、環境の湿度である第2湿度を測定することと、前記第1湿度と前記第2湿度とを用いて、前記測定対象物の気化熱損失量を算出することと、を含む気化熱損失量測定方法である。
第8の発明によれば、第4の発明と同様の効果が得られる。
〔第1実施形態〕
図1は、本実施形態における気化熱損失量測定装置兼代謝量測定装置(以下、単に「気化熱量測定装置」と呼ぶ。)の構成例を示す図である。
本実施形態の気化熱損失量測定装置10は、測定対象物2(本実施形態では人体)の手首に装着可能にデザインされている。勿論、装着部位は手首に限るものでは無く、頸部、上腕部、足首、胸回り、胴回りなど適宜変更可能である。更には、測定対象物は動物などの人以外とすることもできる。
図1は、本実施形態における気化熱損失量測定装置兼代謝量測定装置(以下、単に「気化熱量測定装置」と呼ぶ。)の構成例を示す図である。
本実施形態の気化熱損失量測定装置10は、測定対象物2(本実施形態では人体)の手首に装着可能にデザインされている。勿論、装着部位は手首に限るものでは無く、頸部、上腕部、足首、胸回り、胴回りなど適宜変更可能である。更には、測定対象物は動物などの人以外とすることもできる。
気化熱損失量測定装置10は、気化熱損失量と代謝量とを算出するためのセンサーを搭載したコンピューターである。装置本体11の側部に、固定バンド12と、主電源操作等の操作入力に使用できる操作スイッチ14とを備えており、固定バンド12により装置本体11の裏面が測定対象物2の表面(本実施形態では手首の皮膚面)に密着或いは僅かに隙間を有して当接するように構成されている。
装置本体11の表面(正面:測定対象物2と反対側に向いた面)には、タッチパネル16と、環境湿度センサー22と、環境温度センサー24と、が備えられている。
環境湿度センサー22は、公知の湿度センサーにより実現され、測定対象物2の周辺環境の大気の湿度を測定する。環境温度センサー24は、公知の温度センサーにより実現され、測定対象物2の周辺環境の気温を測定する。
環境湿度センサー22は、公知の湿度センサーにより実現され、測定対象物2の周辺環境の大気の湿度を測定する。環境温度センサー24は、公知の温度センサーにより実現され、測定対象物2の周辺環境の気温を測定する。
装置本体11の裏面(背面:装着時に測定対象物2へ向く面)には、対象湿度センサー32と、対象温度センサー34と、が備えられている。対象湿度センサー32と対象温度センサー34は、それぞれ測定対象物2の表面近傍の大気の湿度と気温を測定するセンサーである。何れも公知のセンサーにより実現できる。
また、装置本体11の裏面から表面へ貫くようにして熱流量センサー36が設けられている。熱流量センサー36は内部に伝熱材を有し、伝熱材の背面と表面の温度差と、伝熱材の熱伝導率とから熱流束密度を測定する公知のセンサーである。
装置本体11の内部には、バッテリー40と、制御基板50とが内蔵されている。
制御基板50は、CPU(中央演算装置)51と、ICメモリー52と、タッチパネルコントローラー53と、無線通信器54と、インターフェースコントローラー55とを搭載する。勿論、これら以外の電子・電気部品も適宜搭載することができる。
制御基板50は、CPU(中央演算装置)51と、ICメモリー52と、タッチパネルコントローラー53と、無線通信器54と、インターフェースコントローラー55とを搭載する。勿論、これら以外の電子・電気部品も適宜搭載することができる。
タッチパネルコントローラー53は、タッチパネル16への画像表示制御や、タッチパネル16へなされたタッチ操作に応じた操作入力信号の出力制御などを行う機能が纏められた公知の電子部品や集積回路等である。
無線通信器54は、公知の無線通信回路(例えば、携帯電話網、近距離無線、無線LANなど)に接続するための公知の電子部品や無線通信器である。
インターフェースコントローラー55は、操作スイッチ14や各種センサーとCPU51との間の信号入出力制御の機能を有する公知の電子部品や集積回路等である。
CPU51は、ICメモリー52に記憶されているプログラムを読み出して実行し、気化熱損失量測定装置10の動作を統合的に制御するための各種機能を実現する。
例えば、
1)操作スイッチ14やタッチパネル16からの操作入力を受け付ける機能、
2)タッチパネル16へユーザーインターフェース画面を表示させる機能、
3)各種センサーから測定結果を取得する機能、
4)測定結果に基づいて測定対象物2からの気化熱損失量(本実施形態では発汗気化熱損失量)を算出する機能、
5)代謝量を算出する機能、
6)計時機能、
7)算出した気化熱損失量と代謝量とをタッチパネル16にて表示させる表示制御機能、
8)算出した気化熱損失量と代謝量とをICメモリー52に保存するデータログ機能、
を実現する。勿論、これら以外の機能も適宜実現させてもよい。
例えば、
1)操作スイッチ14やタッチパネル16からの操作入力を受け付ける機能、
2)タッチパネル16へユーザーインターフェース画面を表示させる機能、
3)各種センサーから測定結果を取得する機能、
4)測定結果に基づいて測定対象物2からの気化熱損失量(本実施形態では発汗気化熱損失量)を算出する機能、
5)代謝量を算出する機能、
6)計時機能、
7)算出した気化熱損失量と代謝量とをタッチパネル16にて表示させる表示制御機能、
8)算出した気化熱損失量と代謝量とをICメモリー52に保存するデータログ機能、
を実現する。勿論、これら以外の機能も適宜実現させてもよい。
図2は、本実施形態の気化熱損失量測定装置10の機能構成例を示す機能ブロック図である。本実施形態の気化熱損失量測定装置10は、操作入力部100と、熱流量測定部101と、環境湿度測定部103と、環境温度測定部105と、対象湿度測定部107と、対象温度測定部109と、処理部200と、表示部300と、記憶部500とを有する。
操作入力部100は、オペレーターによる各種操作入力を受け付け、操作入力に応じた操作入力信号を処理部200へ出力する。ボタンスイッチやレバースイッチ、ダイヤルスイッチ、トラックパッド、マウス、などにより実現できる。図1の操作スイッチ14やタッチパネル16がこれに該当する。
熱流量測定部101は、測定対象物2の表面から環境へ非蒸発性熱損失となる放熱にかかる熱流量を測定する。本実施形態では、図1の熱流量センサー36がこれに該当し、熱流束密度qhを測定し処理部200へ出力する。
環境湿度測定部103と、対象湿度測定部107と、対象温度測定部109とは、水蒸気圧を算出するためのパラメーター値を計測する。
具体的には、環境湿度測定部103は、外部環境の相対湿度である環境湿度He(単位は、通常、パーセント、%、を使用する)を測定し、測定結果に応じた信号を処理部200へ出力する。図1では環境湿度センサー22がこれに該当する。
環境温度測定部105は、外部環境の温度である環境温度Teを測定し、測定結果に応じた信号を処理部200へ出力する。図1では環境温度センサー24がこれに該当する。
対象湿度測定部107は、測定対象物2の近傍の相対湿度である対象湿度Hb(単位は、通常、パーセント、%、を使用する)を測定し、測定結果に応じた信号を処理部200へ出力する。図1では対象湿度センサー32がこれに該当する。
対象温度測定部109は、測定対象物2の近傍の温度である対象温度Tbを測定し、測定結果に応じた信号を処理部200へ出力する。図1では対象温度センサー34がこれに該当する。
具体的には、環境湿度測定部103は、外部環境の相対湿度である環境湿度He(単位は、通常、パーセント、%、を使用する)を測定し、測定結果に応じた信号を処理部200へ出力する。図1では環境湿度センサー22がこれに該当する。
環境温度測定部105は、外部環境の温度である環境温度Teを測定し、測定結果に応じた信号を処理部200へ出力する。図1では環境温度センサー24がこれに該当する。
対象湿度測定部107は、測定対象物2の近傍の相対湿度である対象湿度Hb(単位は、通常、パーセント、%、を使用する)を測定し、測定結果に応じた信号を処理部200へ出力する。図1では対象湿度センサー32がこれに該当する。
対象温度測定部109は、測定対象物2の近傍の温度である対象温度Tbを測定し、測定結果に応じた信号を処理部200へ出力する。図1では対象温度センサー34がこれに該当する。
処理部200は、演算処理等により気化熱損失量測定装置10の各種機能を実現する。図1の制御基板50がこれに該当する。本実施形態では、非蒸発性熱損失量算出部201と、環境飽和水蒸気圧算出部203と、対象飽和水蒸気圧算出部205と、気化熱損失量算出部210と、計時部212と、代謝量算出部214と、測定結果表示制御部220と、測定結果記録制御部222と、を有する。
非蒸発性熱損失量算出部201は、熱流束密度qhに所定の比例定数Lを乗算して非蒸発性熱損失量Qhを算出する。
環境飽和水蒸気圧算出部203は、環境温度Teを用い、常圧付近の飽和水蒸気曲線を導く公知の関数(飽和水蒸気関数と称する、例えば、アントワン式(Antoine equation)など)から環境飽和水蒸気圧P(Te)を算出する。本実施形態では、この環境飽和水蒸気圧算出部203と、環境温度測定部105とにより、第2飽和水蒸気圧測定部402を構成する。飽和水蒸気圧は温度の関数として一意的に定まる。従って、記憶部500に温度と飽和蒸気圧との関係をルックアップテーブルの形などで記憶させておき、環境飽和水蒸気圧算出部203は、環境温度Teの際の環境飽和水蒸気圧P(Te)を、ルックアップテーブル(飽和水蒸気圧ルックアップテーブルと称す)を参照して求めても良い。
対象飽和水蒸気圧算出部205は、対象温度Tbを用い、常圧付近の飽和水蒸気曲線を導く公知の関数(飽和水蒸気関数)から測定対象表面近傍の対象飽和水蒸気圧P(Tb)を算出する。本実施形態では、この対象飽和水蒸気圧算出部205と、対象温度測定部109とで、第1飽和水蒸気圧測定部401を構成する。先と同様に、対象飽和水蒸気圧算出部205は、対象温度Tbの際の対象飽和水蒸気圧P(Tb)を、飽和水蒸気圧ルックアップテーブルを参照して求めても良い。
気化熱損失量算出部210は、環境湿度Heや環境温度Te、環境飽和水蒸気圧P(Te)、対象飽和水蒸気圧P(Tb)、などを用いて測定対象物2の表面からの気化熱損失量Qsを算出する。
具体的な算出方法は次の通りである。
すなわち、一般に大気の水蒸気量は大気の水蒸気圧に比例する。このため、式(1)に示すように、環境湿度He(測定対象物2を取り囲む環境大気の相対湿度)は環境温度Teにおける環境飽和水蒸気圧P(Te)に対する環境の水蒸気圧Pe(環境水蒸気圧Peと称する事もある)の割合として表される。
すなわち、一般に大気の水蒸気量は大気の水蒸気圧に比例する。このため、式(1)に示すように、環境湿度He(測定対象物2を取り囲む環境大気の相対湿度)は環境温度Teにおける環境飽和水蒸気圧P(Te)に対する環境の水蒸気圧Pe(環境水蒸気圧Peと称する事もある)の割合として表される。
また、同様にして測定対象物2の表面近傍の相対湿度である対象湿度Hbは、式(2)に示すように、対象温度Tbにおける対象飽和水蒸気圧P(Tb)に対する測定対象近傍の水蒸気圧Pb(対象水蒸気圧Pbと称する事もある)の割合として表される。
そして、一般に汗などの表面に付着した液体の気化度合いは水蒸気圧の差に比例するので、気化熱損失量Qsは式(1)及び式(2)から式(3)のように求めることができる。なお、Kは比例定数である。この様に、気化熱損失量算出部210は、環境水蒸気圧Peと対象水蒸気圧Pbとの差に比例定数Kを乗じて気化熱損失量Qsを求める。尚、式(3)の右辺に示す様に、気化熱損失量算出部210は、対象湿度Hbと対象飽和水蒸気圧P(Tb)との積と、環境湿度Heと環境飽和水蒸気圧P(Te)との積と、の差に比例定数Kを乗じて気化熱損失量Qsを求めても良い。
計時部212は、時間経過を計る。例えば、システムクロックを用いた公知の計時方法や、時計により実現される。
代謝量算出部214は、非蒸発性熱損失量Qhと気化熱損失量Qsとから、時刻tにおける代謝量Cを算出する。具体的には、式(4)で算出する。但し、S及びHは定数であって、代謝量Cの真値を呼気ガス測定などにより実測し、同時に人体に別途専用の装置を装着して測定した非蒸発性熱損失量Qhと気化熱損失量Qsとを用いて重回帰分析などの公知の多変量解析を用いて予め求めておくものとする。
なお、定数S及びHは、環境温度Te及び対象温度Tbを変数として式(5)や式(6)から求めるとしてもよい。ただし、係数M1,M2及び係数N1,N2は、予め呼気ガス測定などにより測定された代謝の真値に対して最適となるように重回帰分析などの公知の多変量解析を用いて求める。そして、例えば環境温度Te及び対象温度Tbに対するテーブルデータとして記憶しておくものとする。
測定結果表示制御部220は、気化熱損失量Qs,非蒸発性熱損失量Qh,代謝量Cなどの測定結果を表示部300にて表示するための制御を行う。これらの数値を時系列に表示するとしても良いし、グラフ表示するとしてもよい。
表示部300は、画像表示手段であって、フラットパネルディスプレイなどの画像表示装置により実現される。図1ではタッチパネル16がこれに該当する。
測定結果記録制御部222は、測定結果を記憶部500の測定ログデータ505に時系列に格納・記録させるデータロガーとしての機能を実現する。データロガーとしての機能は適宜公知技術を用いることで実現できる。
記憶部500は、ICメモリーやハードディスク、光学ディスクなどの記憶媒体により実現され、各種プログラムや、処理部200の演算過程のデータなどの各種データを記憶する。図1ではICメモリー52がこれに該当する。
本実施形態では、システムプログラム501と、測定プログラム503と、測定ログデータ505とを記憶する。その他、計時用のカウンターなど、勿論、これら以外のデータも適宜格納することができる。
本実施形態では、システムプログラム501と、測定プログラム503と、測定ログデータ505とを記憶する。その他、計時用のカウンターなど、勿論、これら以外のデータも適宜格納することができる。
システムプログラム501は、処理部200にコンピューターとしての基本的な機能を実現させるための基本プログラムである。
測定プログラム503は、基本プログラムが実行されている状態で実行するアプリケーションプログラムである。処理部200に、非蒸発性熱損失量算出部201と、環境飽和水蒸気圧算出部203と、対象飽和水蒸気圧算出部205と、気化熱損失量算出部210と、計時部212と、代謝量算出部214と、測定結果表示制御部220と、測定結果記録制御部222としての機能を実現させる。なお、処理部200が有する機能をハードウェアで実現する場合には、該当する機能を実現させるためのプログラム要素を測定プログラム503から適宜省略することができる。
測定プログラム503は、基本プログラムが実行されている状態で実行するアプリケーションプログラムである。処理部200に、非蒸発性熱損失量算出部201と、環境飽和水蒸気圧算出部203と、対象飽和水蒸気圧算出部205と、気化熱損失量算出部210と、計時部212と、代謝量算出部214と、測定結果表示制御部220と、測定結果記録制御部222としての機能を実現させる。なお、処理部200が有する機能をハードウェアで実現する場合には、該当する機能を実現させるためのプログラム要素を測定プログラム503から適宜省略することができる。
測定ログデータ505は、測定結果を時系列に格納する。本実施形態では、測定順に自動付与される測定番号と、測定日時と、測定結果とを対応づけて、時系列に格納する。勿論、これら以外のデータも適宜対応づけて格納することができる。
次に、気化熱損失量測定装置10の動作について説明する。
図3は、気化熱損失量測定装置10による1回の気化熱損失量測定に係る処理の流れを説明するためのフローチャートである。なお、連続的に或いは断続的に測定を繰り返す場合には、適宜当該フローチャートを繰り返し実行するものとする。
図3は、気化熱損失量測定装置10による1回の気化熱損失量測定に係る処理の流れを説明するためのフローチャートである。なお、連続的に或いは断続的に測定を繰り返す場合には、適宜当該フローチャートを繰り返し実行するものとする。
気化熱損失量測定装置10の処理部200は、先ず環境湿度Heと環境温度Teとを測定し(ステップS2)、環境飽和水蒸気圧P(Te)を算出する(ステップS4)。更に、対象湿度Hbと対象温度Tbとを測定し(ステップS6)、測定対象物2の表面近傍の対象飽和水蒸気圧P(Tb)を算出する(ステップS8)。なお、ステップS2及びステップS4に先行して、ステップS6及びステップS8を実行する構成でも構わない。
そして、気化熱損失量測定装置10は、環境湿度Heと、環境飽和水蒸気圧P(Te)と、対象湿度Hbと、対象飽和水蒸気圧P(Tb)とから、気化熱損失量Qsを算出する(ステップS30)。
次に、気化熱損失量測定装置10は、熱流束密度qhを測定して(ステップS32)、非蒸発性熱損失量Qhを算出する(ステップS34)。
次いで、気化熱損失量Qsと非蒸発性熱損失量Qhとを用いて代謝量Cを算出し(ステップS36)、算出した代謝量Cをタッチパネル16に表示させ、ICメモリー52に記憶させる(ステップS38)。
以上、本実施形態によれば、測定対象物2の表面からの気化熱損失量Qs(蒸発性熱損失量)を、環境の相対湿度の影響を考慮して正確に測定できる。そして、求めた気化熱損失量Qsに基づいてより正確な代謝量Cを求めることが可能になる。
〔第2実施形態〕
次に、本発明を適用した第2実施形態について説明する。なお、以降では主に第1実施形態との差異について述べることとし、第1実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付与して重複する説明は省略するものとする。
次に、本発明を適用した第2実施形態について説明する。なお、以降では主に第1実施形態との差異について述べることとし、第1実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付与して重複する説明は省略するものとする。
図4は、本実施形態における気化熱損失量測定装置10Bの構成例を示す図である。本実施形態の気化熱損失量測定装置10Bは、測定対象物2に押し当てるセンサーユニット60と、センサーユニット60とデータ通信可能に接続された演算ユニット62とで構成される。
センサーユニット60は、ユニット本体61の側面に操作スイッチ14を有する。
また、ユニット本体61の表面には、センサー収容空間70が凹設されており、その内部に、環境大気の露点を測定する環境露点センサー72と、同環境の気温を測定する環境温度センサー24とが配置されている。ユニット本体61の裏面にもセンサー収容空間70が設けられており、その内部には、測定対象物2の表面近傍大気の露点を測定する対象露点センサー76と、同近傍大気の気温を測定する対象温度センサー34とが配置されている。そして、ユニット本体61の表面と裏面を貫通するようにして熱流量センサー36が設けられている。なお、環境露点センサー72及び対象露点センサー76は、公知の「露点センサー」「露点温度センサー」「水分量センサー」などにより実現される。
また、ユニット本体61の表面には、センサー収容空間70が凹設されており、その内部に、環境大気の露点を測定する環境露点センサー72と、同環境の気温を測定する環境温度センサー24とが配置されている。ユニット本体61の裏面にもセンサー収容空間70が設けられており、その内部には、測定対象物2の表面近傍大気の露点を測定する対象露点センサー76と、同近傍大気の気温を測定する対象温度センサー34とが配置されている。そして、ユニット本体61の表面と裏面を貫通するようにして熱流量センサー36が設けられている。なお、環境露点センサー72及び対象露点センサー76は、公知の「露点センサー」「露点温度センサー」「水分量センサー」などにより実現される。
センサーユニット60は、通信コントローラ80と、無線通信器54とを内蔵しており、環境露点センサー72と、環境温度センサー24と、対象露点センサー76と、対象温度センサー34と、熱流量センサー36とで測定されたデータは、逐一、演算ユニット62に送信される。
演算ユニット62は、データを演算処理するためのコンピューターであって、本実施形態ではスマートフォンの形態としているが、ノートパソコンや、タブレット型パソコン、腕時計型などのウェアラブルコンピューターの形態であってもよい。
演算ユニット62は、第1実施形態の装置本体11(図1参照)からセンサーを除いた部分に相当し、センサーユニット60から受信したデータに基づいて非蒸発性熱損失量Qhと気化熱損失量Qsと代謝量Cとを算出し、代謝量Cのデータを記録する。
演算ユニット62は、第1実施形態の装置本体11(図1参照)からセンサーを除いた部分に相当し、センサーユニット60から受信したデータに基づいて非蒸発性熱損失量Qhと気化熱損失量Qsと代謝量Cとを算出し、代謝量Cのデータを記録する。
図5は、本実施形態における気化熱損失量測定装置10Bの機能構成例を示す機能ブロック図である。
本実施形態における機能構成は、基本的には第1実施形態のそれと同様であるが、第1実施形態における環境湿度測定部103(図2参照)に代えて環境大気の露点Tdeを測定する環境露点測定部104を備える。また、第1実施形態における環境飽和水蒸気圧算出部203(図2参照)に代えて、環境における水蒸気圧(環境水蒸気圧Pe)を算出する環境水蒸気圧算出部204を備える。
本実施形態における機能構成は、基本的には第1実施形態のそれと同様であるが、第1実施形態における環境湿度測定部103(図2参照)に代えて環境大気の露点Tdeを測定する環境露点測定部104を備える。また、第1実施形態における環境飽和水蒸気圧算出部203(図2参照)に代えて、環境における水蒸気圧(環境水蒸気圧Pe)を算出する環境水蒸気圧算出部204を備える。
露点温度とは、今対象としている水蒸気圧が飽和水蒸気圧と一致する温度である。従って、環境水蒸気圧算出部204は、環境露点Tdeを用いて環境水蒸気圧Peを算出する事ができる。具体的には、飽和水蒸気関数と環境露点Tdeとから環境水蒸気圧Peを演算しても良いし、環境露点Tdeの際の環境水蒸気圧Peを、飽和水蒸気圧ルックアップテーブルを参照して求めても良い。図4では環境露点センサー72が環境露点測定部104に該当する。本実施形態では、この環境水蒸気圧算出部204と環境露点測定部104とが第2水蒸気圧測定部412を構成する。尚、図5に示す様に、環境温度測定部105を第2水蒸気圧測定部412が備えていてもよい。この場合、環境温度測定部105は熱流測定部101の一部と兼用する事ができる。
また、本実施形態では、第1実施形態における対象湿度測定部107(図2参照)に代えて測定対象近傍大気の露点Tdbを測定する対象露点測定部108を備える。図4では対象露点センサー76がこれに該当する。
また、第1実施形態における対象飽和水蒸気圧算出部205(図2参照)に代えて、測定対象物2の表面近傍における水蒸気圧(対象水蒸気圧Pb)を算出する対象水蒸気圧算出部206を備える。本実施形態では、この対象水蒸気圧算出部206と対象露点測定部108とで第1水蒸気圧測定部411を構成する尚、図5に示す様に、対象温度測定部109を第1水蒸気圧測定部411が備えていてもよい。この場合、対象温度測定部109は熱流測定部101の一部と兼用する事ができる。第1水蒸気圧測定部411は、第2水蒸気圧測定部412と同様に、対象露点Tdbを用いて対象水蒸気圧Pbを算出する。
また、第1実施形態における対象飽和水蒸気圧算出部205(図2参照)に代えて、測定対象物2の表面近傍における水蒸気圧(対象水蒸気圧Pb)を算出する対象水蒸気圧算出部206を備える。本実施形態では、この対象水蒸気圧算出部206と対象露点測定部108とで第1水蒸気圧測定部411を構成する尚、図5に示す様に、対象温度測定部109を第1水蒸気圧測定部411が備えていてもよい。この場合、対象温度測定部109は熱流測定部101の一部と兼用する事ができる。第1水蒸気圧測定部411は、第2水蒸気圧測定部412と同様に、対象露点Tdbを用いて対象水蒸気圧Pbを算出する。
図6は、本実施形態の気化熱損失量測定装置10Bによる1回の気化熱損失量測定に係る処理の流れを説明するためのフローチャートである。
気化熱損失量測定装置10Bの処理部200は、第1実施形態におけるステップS2〜S8に代えて、先ず環境露点Tdeと環境温度Teとを測定し(ステップS20)、環境水蒸気圧Peを算出する(ステップS22)。更に、対象露点Tdbと対象温度Tbとを測定し(ステップS24)、測定対象物2の表面近傍の対象水蒸気圧Pbを算出する(ステップS26)。
気化熱損失量測定装置10Bの処理部200は、第1実施形態におけるステップS2〜S8に代えて、先ず環境露点Tdeと環境温度Teとを測定し(ステップS20)、環境水蒸気圧Peを算出する(ステップS22)。更に、対象露点Tdbと対象温度Tbとを測定し(ステップS24)、測定対象物2の表面近傍の対象水蒸気圧Pbを算出する(ステップS26)。
以下、第1実施形態と同様にして、気化熱損失量測定装置10Bは、気化熱損失量Qsを算出し(ステップS30)、熱流束密度qhに基づいて非蒸発性熱損失量Qhを算出する(ステップS32,S34)。次いで、気化熱損失量Qsと非蒸発性熱損失量Qhとを用いて代謝量Cを算出し(ステップS36)、算出した代謝量Cをタッチパネル16に表示させ、ICメモリー52に記憶させる(ステップS38)。
以上、本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果が得られる。
2…測定対象物、10…気化熱損失量測定装置、22…環境湿度センサー、24…環境温度センサー、32…対象湿度センサー、34…対象温度センサー、36…熱流量センサー、50…制御基板、60…センサーユニット、62…演算ユニット、70…センサー収容空間、72…環境露点センサー、76…対象露点センサー、101…熱流量測定部、103…環境湿度測定部、104…環境露点測定部、105…環境温度測定部、107…対象湿度測定部、108…対象露点測定部、109…対象温度測定部、200…処理部、201…非蒸発性熱損失量算出部、203…環境飽和水蒸気圧算出部、204…環境水蒸気圧算出部、205…対象飽和水蒸気圧算出部、206…対象水蒸気圧算出部、210…気化熱損失量算出部、212…計時部、214…代謝量算出部、401…第1飽和水蒸気圧測定部、402…第2飽和水蒸気圧測定部、411…第1水蒸気圧測定部、412…第2水蒸気圧測定部、500…記憶部、501…システムプログラム、503…測定プログラム、505…測定ログデータ
Claims (8)
- 測定対象物の表面付近の温度である第1温度を測定する第1温度センサーと、
前記測定対象物の表面付近の湿度である第1湿度を測定する第1湿度センサーと、
環境の温度である第2温度を測定する第2温度センサーと、
前記環境の湿度である第2湿度を測定する第2湿度センサーと、
前記第1温度と前記第1湿度と前記第2温度と前記第2湿度とを用いて、前記測定対象物の気化熱損失量を算出する気化熱損失量算出部と、
を備えた気化熱損失量測定装置。 - 前記気化熱損失量算出部は、前記第1温度に基づいて前記測定対象物の表面付近の飽和水蒸気圧である第1飽和水蒸気圧を算出し、前記第2温度に基づいて前記環境の飽和水蒸気圧である第2飽和水蒸気圧を算出し、前記第1飽和水蒸気圧と前記第1湿度との比、及び、前記第2飽和水蒸気圧と前記第2湿度との比に基づいて前記気化熱量損失量を算出する、
請求項1に記載の気化熱損失量測定装置。 - 測定対象物の表面付近の飽和水蒸気圧である第1飽和水蒸気圧を測定する第1飽和水蒸気圧測定部と、
環境の飽和水蒸気圧である第2飽和水蒸気圧を測定する第2飽和水蒸気圧測定部と、
前記第1飽和水蒸気圧と前記第2飽和水蒸気圧とを用いて、前記測定対象物の気化熱損失量を算出する気化熱損失量算出部と、
を備えた気化熱損失量測定装置。 - 測定対象物の表面付近の湿度である第1湿度を測定する第1湿度センサーと、
環境の湿度である第2湿度を測定する第2湿度センサーと、
前記第1湿度と前記第2湿度とを用いて、前記測定対象物の気化熱損失量を算出する気化熱損失量算出部と、
を備えた気化熱損失量測定装置。 - 請求項1〜4の何れか一項に記載の気化熱損失量測定装置と、
前記測定対象物の表面から前記環境への熱流量を測定する熱流量測定部と、
前記熱流量に基づいて前記測定対象物からの非蒸発性熱損失量を算出する非蒸発性熱損失量算出部と、
前記気化熱損失量測定装置により測定された気化熱損失量と、前記非蒸発性熱損失量とを用いて、前記測定対象物の代謝量を算出する代謝量算出部と、
を備えた代謝量測定装置。 - 測定対象物の表面付近の温度である第1温度を測定することと、
前記測定対象物の表面付近の湿度である第1湿度を測定することと、
環境の温度である第2温度を測定することと、
前記環境の湿度である第2湿度を測定することと、
前記第1温度と前記第1湿度と前記第2温度と前記第2湿度とを用いて、前記測定対象物の気化熱損失量を算出することと、
を含む気化熱損失量測定方法。 - 測定対象物の表面付近の飽和水蒸気圧である第1飽和水蒸気圧を測定することと、
環境の飽和水蒸気圧である第2飽和水蒸気圧を測定することと、
前記第1飽和水蒸気圧と前記第2飽和水蒸気圧とを用いて、前記測定対象物の気化熱損失量を算出することと、
を含む気化熱損失量測定方法。 - 測定対象物の表面付近の湿度である第1湿度を測定することと、
環境の湿度である第2湿度を測定することと、
前記第1湿度と前記第2湿度とを用いて、前記測定対象物の気化熱損失量を算出することと、
を含む気化熱損失量測定方法
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持田徹: "蒸汗放熱表示式の特徴とぬれ面積率の変化特性を考慮した等平均皮膚温線", 空気調和・衛生工学会論文集, vol. No.48, JPN6018025926, February 1992 (1992-02-01), JP, pages 39−47 * |
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