JP4086857B2 - 布団用保温性試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、布団の保温性を試験する布団用保温性試験装置に関する。

従来から、布団の機能として重要な布団の保温性を試験する布団用保温性試験装置が考案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、敷布団と掛布団との間に挿入された布団用保温性試験装置によって、敷布団と掛布団の熱遮断性能を検出している。この布団用保温性試験装置では、発熱体、断熱材、熱流計、断熱材、発熱体が上から順番に重ねられ、温度センサが敷布団の上下、掛布団の上下にそれぞれ配置されており、演算回路が、熱流計によって計測された発熱体の発熱量と温度センサによって検出された各部の温度を用いて、敷布団と掛布団の熱遮断性能を演算している。

ここで、発熱体の発熱量を検出する熱流計を設けていることで、その分だけ装置の構成が複雑化し、また、発熱体の発熱量を演算に用いることで、その分だけ演算回路が複雑化している。
特開２００３−２６１２２６号公報

本発明は上記事実を考慮してなされたものであり、布団用保温性試験装置の構成、演算回路を単純化し、装置のコストを低減することを目的とする。

請求項１に記載の布団用保温性試験装置は、発熱体と、前記発熱体と羽毛布団との間に設けられた所定の熱抵抗値Ｒ１を有する第１断熱材と、羽毛布団を間に置いて前記第１断熱材と対向する生地製のカバー材と、前記発熱体と前記断熱材との間の温度Ｔ１を検出する第１温度検出手段と、前記断熱材と羽毛布団との間の温度Ｔ２を検出する第２温度検出手段と、羽毛布団と前記カバー材との間の温度Ｔ３を検出する第３温度検出手段と、下記（１）式に基づいて羽毛布団の熱抵抗値Ｒ２を演算する演算手段と、を有することを特徴とする。

Ｒ２＝Ｒ１×ΔＴ２／ΔＴ１・・・（１）
但し、ΔＴ１＝Ｔ１−Ｔ２
ΔＴ２＝Ｔ２−Ｔ３
なお、ΔＴ１＝Ｔ２−Ｔ１、ΔＴ２＝Ｔ３−Ｔ２としても良い。

請求項１に記載の布団用保温性試験装置では、発熱体から発せられた熱が、第１断熱材、羽毛布団、生地製のカバー材の順に伝わる。発熱体と第１断熱材との間の温度Ｔ１は第１温度検出手段によって検出され、第１断熱材と羽毛布団との間の温度Ｔ２は第２温度検出手段によって検出され、また、羽毛布団とカバー材との間の温度Ｔ３は第３温度検出手段によって検出される。

ところで、第１断熱材と羽毛布団とでは熱移動量が等しくなるので、第１断熱材の一面と他面との温度差ΔＴ１（＝Ｔ１−Ｔ２）、第１断熱材の熱抵抗値Ｒ１、羽毛布団の一面と他面との温度差ΔＴ２（＝Ｔ２−Ｔ３）、羽毛布団の熱抵抗値Ｒ２の関係は下記（＊）式のようになり、羽毛布団の熱抵抗値Ｒ２は下記（１）式によって求められる。

ΔＴ１／Ｒ１＝ΔＴ２／Ｒ２（又は、Ｒ１／ΔＴ１＝Ｒ２／ΔＴ２）・・・（＊）
Ｒ２＝Ｒ１×ΔＴ２／ΔＴ１・・・（１）
ここで、第１断熱材としては、所定の熱抵抗値Ｒ１を有するものが用いられている。このため、演算手段は、第１温度検出手段、第２温度検出手段、第３温度検出手段によってそれぞれ検出された温度Ｔ１、温度Ｔ２、温度Ｔ３を用いて上記温度差ΔＴ１、上記温度差ΔＴ２を演算し、上記（１）式に基づいて羽毛布団の熱抵抗値Ｒ２を演算する。

即ち、演算手段が羽毛布団の熱抵抗値Ｒ２を演算する際に用いられる情報が、所定値である熱抵抗値Ｒ１と、数箇所の温度のみなので、発熱体の発熱量を検出する機構が不要となって装置が単純になり、また、演算手段の演算回路が単純になる。従って、装置のコストを低減できる。

請求項２に記載の布団用保温性試験装置は、請求項１に記載の布団用保温性試験装置であって、前記発熱体と前記断熱材との間に設けられた第１熱拡散板と、前記断熱材と羽毛布団との間に設けられた第２熱拡散板と、前記発熱体を間に置いて前記第１熱拡散板と対向する第２断熱材と、を更に有することを特徴とする。
請求項２に記載の布団用保温性試験装置では、発熱体と第１断熱材との間に設けられた第１熱拡散板によって熱が拡散されて第１断熱材に伝わり、さらに、第１断熱材と羽毛布団との間に設けられた第２熱拡散板によって熱が拡散されて羽毛布団に伝わる。このため、発熱体と第１断熱材との間、第１断熱材と羽毛布団との間、羽毛布団とカバー材との間において、それぞれ温度Ｔ１、温度Ｔ２、温度Ｔ３の分布のバラツキを抑制できる。従って、各部の温度の検出精度を向上できるので、羽毛布団の熱抵抗値Ｒ２の演算結果の精度を向上できる。

また、発熱体が第１熱拡散板と第２断熱材によって挟まれており、発熱体から発せられて羽毛布団の反対側に逃げる熱量が第２断熱材によって抑制されている。従って、熱効率が向上するので、発熱体の発熱量を低減でき、消費電力を低減できる。

請求項３に記載の布団用保温性試験装置は、請求項２に記載の布団用保温性試験装置であって、前記第１熱拡散板を黒色に塗装したことを特徴とする。

請求項３に記載の布団用保温性試験装置では、第１熱拡散板が黒色に塗装されており、熱吸収性を高められているので、発熱体から発せられた熱量の損失を低減できる。従って、熱効率が向上するので、発熱体の発熱量を低減でき、消費電力を低減できる。

請求項４に記載の布団用保温性試験装置は、請求項２又は３に記載の布団用保温性試験装置であって、前記第１熱拡散板を複数枚設けたことを特徴とする。

請求項４に記載の布団用保温性試験装置では、発熱体と第１断熱材との間に複数枚の第１熱拡散板が設けられており、複数回に亘って熱が拡散されて第１断熱材に伝わる。このため、請求項２に記載の発明と比してより一層、温度Ｔ１、温度Ｔ２、温度Ｔ３の分布のばらつきを抑制でき、各部の温度の検出精度を向上できる。

本発明は上記構成にしたので、布団用保温性試験装置の構成、演算回路を単純化でき、装置のコストを低減できる。

以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１、図２に示すように、布団用保温性試験装置１０は、試験台１２と、試験台１２上に重ねられた断熱材１４と、断熱材１４上に２行３列に並べて置かれた６枚の発熱体１６と、発熱体１６の周囲に各段２枚ずつ敷詰められ３段積み重ねられた各計６枚の断熱材（ホームクッション）１８Ａ、１８Ｂと、発熱体１６及び断熱材１８上に重ねられた２枚の熱拡散板２０と、熱拡散板２０上に重ねられた断熱材２２と、断熱材２２上に重ねられた熱拡散板２４と、熱拡散板２４上に布団Ｆを間に置いて重ねられるカバー材２６を備えている。なお、以下、図中奥行き方向を縦方向、図中左右方向を横方向、図中上下方向を厚さ方向とする。

試験台１２は、縦１８００ｍｍ×横１８００ｍｍの台板を備えている。また、断熱材１４は、縦１８００ｍｍ×横１８００ｍｍ×厚さ１００ｍｍのポリスチレンフォーム保温板となっている。また、各発熱体１６は、縦５００ｍｍ×横４００ｍｍのラバーヒータで、温度制御装置２８（図３参照）によって温度を制御される。また、断熱材１８Ａは、縦１８００ｍｍ×横１５０ｍｍのポリスチレンフォーム保温板、断熱材１８Ｂは、縦５００ｍｍ×横１５００ｍｍのポリスチレンフォーム保温板となっており、２枚の断熱材１８Ａが互いに横方向に対向し、２枚の断熱材１８Ｂが互いに対向している。

また、各熱拡散板２０は、縦１０００ｍｍ×横１２００ｍｍのアルミ板で、表面を黒色に塗装されている。また、断熱材２２は、縦１８００ｍｍ×横１８００ｍｍ×厚さ３０ｍｍのポリスチレンフォーム保温板となっている。また、熱拡散板２４は、熱拡散板２０と同様のものが用いられている。なお、熱拡散板２０、２４の寸法は、２行３列に並べられた６枚の発熱体１６全体の寸法と同じになっている。また、カバー材２６は、縦約１５００ｍｍ×縦約２１００ｍｍのポリエステル１００％、約４２ｇ／ｍ²の黒色の生地となっている。

また、布団用保温性試験装置１０は、各１個の温度センサ３０Ａ、３０Ｂ、各４個の温度センサ３０Ｃ、３０Ｄと３個の温度センサ３０Ｅと、温度センサ３０Ａ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅの出力に接続された記録部３４、及び後述する演算部３２（図３参照）が内蔵されたコンピュータ３６（図３参照）を備えている。温度センサ３０Ａは、室温検出用とされている。また、温度センサ３０Ｂは、発熱体１６上に配設され、発熱体１６の上面の表面温度を検出して温度制御部２８へ出力する。また、温度センサ３０Ｃは、２枚の熱拡散板２０の内の断熱材２２側に配設された熱拡散板２０上の４隅に配設され、温度センサ３０Ｄは、熱拡散板２４上の４隅に配設されている。また、温度センサ３０Ｅは、試験時に布団Ｆの上の中央付近の各マスの中央部に配設される。

ここで、布団用保温性試験装置１０による布団Ｆの保温性の試験方法について説明する。

まず、資料である布団Ｆの調整を行う。この調整工程では始めに、布団Ｆを布団乾燥機に１時間入れて布団Ｆを乾燥させる。次に、乾燥させた布団Ｆを試料調整用恒温恒湿室（２０．０℃±１．０℃、６５％±３．０％）に入れ、１２時間以上放置する。そして、最後に、恒温恒湿室で１２時間以上放置された布団Ｆの重量を測定する。

次に、布団用保温性試験装置１０を操作する。なお、布団用保温性試験装置１０は、試験用恒温恒湿室（２０．０℃±１．０℃、６５％±３．０％、風速０．３ｍ／ｓ以下）に入れられている。

この布団用保温性試験装置１０の操作では始めに、発熱体１６の電源をオンにし、温度制御装置２８によって発熱体１６の温度を約５０℃に設定して断熱材２２と発熱体１６との間の温度Ｔ１を４５〜４６℃まで上昇させる。次に、資料ではない装置調整用の布団を熱拡散板２４上に広げ、この装置調整用の布団上に毛布を被せて２時間放置する。なお、連続して試験している場合には、この工程は不要である。

そして、２時間経過後、装置調整用の布団と毛布を熱拡散板２４上から取り除いて、上述した調整工程を経た布団Ｆを熱拡散板２４上に広げて布団Ｆのマスの上を軽くたたき、布団Ｆに充填された羽毛等の充填材料を均等にする。そして、布団Ｆの上に３個の温度センサ３０Ｅをセットする。

次に、室温測定用の温度センサ３０Ａをセットし、布団Ｆの上にカバー材２６を被せて試験を開始する。試験が開始されると、８時間の間、１分毎に、温度センサ３０Ａによって室温Ｔ０が検出され、温度センサ３０Ｃによって熱拡散板２０の上面と断熱材２２の下面との間の温度Ｔ１が検出され、温度センサ３０Ｄによって熱拡散板２４の上面と布団Ｆの下面との間の温度Ｔ２が検出され、温度センサ３０Ｅによって布団Ｆの上面とカバー材２６の下面との間の温度Ｔ３が検出されて、検出された温度Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３が記憶部３４に記憶される。演算部３２は、記憶部３４に記憶された温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の平均値を演算し、演算した温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の平均値をもとに断熱材２２の下面と上面との温度差ΔＴ１（＝Ｔ１−Ｔ２）、布団Ｆの下面と上面との温度差ΔＴ２（＝Ｔ２−Ｔ３）を演算する。なお、ΔＴ１＝Ｔ２−Ｔ１、ΔＴ２＝Ｔ３−Ｔ２としても良い。

ところで、断熱材２２と布団Ｆとでは熱移動量が等しくなり、温度差ΔＴ１、断熱材２２のＴＯＧ値（熱抵抗値）Ｒ１、温度差ΔＴ２、布団ＦのＴＯＧ値Ｒ２の関係は下記（＊）式のようになり、布団ＦのＴＯＧ値Ｒ２は下記（１）式によって求められる。

ΔＴ１／Ｒ１＝ΔＴ２／Ｒ２（又は、Ｒ１／ΔＴ１＝Ｒ２／ΔＴ２）・・・（＊）
Ｒ２＝Ｒ１×ΔＴ２／ΔＴ１・・・（１）
ここで、断熱材２２のＴＯＧ値Ｒ１は、下記（＊＊）式に示すように、予め求められており、本実施形態では、７．５０となっている。

Ｒ１＝１／λ×１０×ｔ＝１／０．０４×１０×０．０３≒７．５０・・・（＊＊）
但し、λ：断熱材２２の熱伝導率で０．０３７[Ｗ／ｍ・Ｋ]
ｔ：断熱材２２の厚さで０．０３[ｍｍ]
演算部３２は、上記（１）式に基づいて布団ＦのＴＯＧ値Ｒ２を演算する。なお、一般に良質と認識されている羽毛布団を本実施形態の布団用保温性試験装置１０によって試験した場合で、Ｔ１＝４６℃前後、Ｔ２＝３６〜３９℃、Ｔ３＝２１℃、Ｒ２≒１２〜２０となる。

また、上述した調整工程において測定した布団Ｆの重量をコンピュータ３６に入力すると、演算部３２は、下記（２）式に基づいて、布団Ｆの対重量保温性Ｗ．Ｗ．Ｒを演算する。

Ｗ．Ｗ．Ｒ＝（Ｒ２×ｂ×Ｌ）／ｇ・・・（２）
但し、ｂ：布団の幅（ｃｍ）
Ｌ：布団の長さ（ｃｍ）
ｇ：布団の重さ（ｇ）
以上、説明したように、本実施形態の布団用保温性試験装置１０では、布団ＦのＴＯＧ値Ｒ２を演算するのに用いられる情報が、所定値である断熱材２２のＴＯＧ値Ｒ１と、数箇所の温度のみなので、発熱体１６の発熱量を検出する機構が不要となって装置が単純になり、また、演算部３２の演算回路が単純になる。従って、装置のコストを低減できる。

また、布団用保温性試験装置１０では、発熱体１６と断熱材２２との間に設けられた２枚の熱拡散板２０によって熱が拡散されて断熱材２２に伝わり、さらに、断熱材２２と布団Ｆとの間に設けられた熱拡散板２４によって熱が拡散されて布団Ｆに伝わるので、発熱体１６と断熱材２２との間、断熱材２２と布団Ｆとの間、布団Ｆとカバー材２６との間において、それぞれ温度Ｔ１、温度Ｔ２、温度Ｔ３の分布のバラツキを抑制できる。従って、各層の温度の検出精度を向上できるので、布団ＦのＴＯＧ値Ｒ２の演算結果の精度を向上できる。

また、布団用保温性試験装置１０では、発熱体１６と断熱材２２との間に２枚の熱拡散板２０が設けられているので、複数回に亘って熱が拡散して断熱材２２に伝わる。このため、より一層、温度Ｔ１、温度Ｔ２、温度Ｔ３の分布のばらつきを抑制でき、各部の温度の検出精度を向上できる。

また、布団用保温性試験装置１０では、熱拡散板２０、２４が黒色に塗装されており、熱吸収性を高められているので、発熱体１６から発せられた熱量の損失を低減できる。従って、熱効率が向上するので、発熱体１６の発熱量を低減でき、消費電力を低減できる。

また、布団用保温性試験装置１０では、発熱体１６の下面に断熱材１４が設けられており、発熱体１６から発せられて布団Ｆの反対側に逃げる熱量が断熱材１４によって抑制されている。また、発熱体１６の周囲に断熱材１８Ａ、１８Ｂが敷詰められており、発熱体１６から発せられて周囲に逃げる熱量が断熱材１８Ａ、１８Ｂによって抑制されている。従って、熱効率が向上するので、発熱体１６の発熱量を低減でき、消費電力を低減できる。

本実施形態の布団用保温性試験装置を示す分解斜視図である。 本実施形態の布団用保温性試験装置を示す断面図である。 本実施形態の布団用保温性試験装置の電気系を示すブロック図である。

符号の説明

１０ 布団用保温性試験装置
１４ 断熱材（第２断熱材）
１６ 発熱体
２０ 熱拡散板（第１熱拡散板）
２２ 断熱材（第１断熱材）
２４ 熱拡散板（第２熱拡散板）
２６ カバー材
３０Ｃ 温度センサ（第１温度検出手段）
３０Ｄ 温度センサ（第２温度検出手段）
３０Ｅ 温度センサ（第３温度検出手段）
３２ 演算部（演算手段）
Ｆ 布団

Claims (4)

1. 発熱体と、
   前記発熱体と羽毛布団との間に設けられた所定の熱抵抗値Ｒ１を有する第１断熱材と、
   羽毛布団を間に置いて前記第１断熱材と対向する生地製のカバー材と、
   前記発熱体と前記断熱材との間の温度Ｔ１を検出する第１温度検出手段と、
   前記断熱材と羽毛布団との間の温度Ｔ２を検出する第２温度検出手段と、
   羽毛布団と前記カバー材との間の温度Ｔ３を検出する第３温度検出手段と、
   下記（１）式に基づいて羽毛布団の熱抵抗値Ｒ２を演算する演算手段と、
   を有することを特徴とする布団用保温性試験装置。
   Ｒ２＝Ｒ１×ΔＴ２／ΔＴ１・・・（１）
   但し、ΔＴ１＝Ｔ１−Ｔ２
   ΔＴ２＝Ｔ２−Ｔ３
2. 前記発熱体と前記断熱材との間に設けられた第１熱拡散板と、
   前記断熱材と羽毛布団との間に設けられた第２熱拡散板と、
   前記発熱体を間に置いて前記第１熱拡散板と対向する第２断熱材と、
   を更に有することを特徴とする請求項１に記載の布団用保温性試験装置。
3. 前記第１熱拡散板を黒色に塗装したことを特徴とする請求項２に記載の布団用保温性試験装置。
4. 前記第１熱拡散板を複数枚設けたことを特徴とする請求項２又は３に記載の布団用保温性試験装置。

Images