JPH076814B2

JPH076814B2 - 温熱検知素子

Info

Publication number: JPH076814B2
Application number: JP61052250A
Authority: JP
Inventors: 昇小林; 正博小林
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1986-03-10
Filing date: 1986-03-10
Publication date: 1995-01-30
Anticipated expiration: 2010-01-30
Also published as: JPS62254014A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、人体に快適な環境を提供する空気調和装置に
対してその環境の温熱状態を検知するための温熱検知素
子に関し、特に、供給電力量の低減対策に関する。

（従来の技術）一般に、空気調和装置を室内の室内温度のみに基づいて
制御して室内を人体に快適な温熱状態に保つには限度が
あり、その他の温熱環境因子として気流束、湿度、輻射
の各物理量を合わせて実際の居住温熱環境を評価する必
要がある。そして、このような温熱状態を検知するため
の温熱検知素子には、人体の熱的平衡を拠りどころに、
素子と人体との間に熱的な相関関係が成立するように製
作すべきことが要求される。

ところで、この種の温熱検知素子として、従来、例えば
特開昭58−218624号公報に示されているように、中空状
の球殻内に電気ヒータを配設してなる電気発熱体と、該
発熱体の表面温度を測定する温度測定器とを備え、上記
電気ヒータへの通電により発熱体へ所定の熱量を供給し
た上でその表面温度を測定することにより、環境の温熱
状態を気流束と輻射を加味して検知するようにしたもの
は知られている。

（発明が解決しようとする課題）一方、本出願人も、先に、特願昭60−22328号におい
て、上記従来例のものと同様の構造によって、環境の温
熱状態を人体からの輻射、対流および湿性放熱による熱
損失を考慮して体感温度の形で検知するようにした温熱
検知素子を提案している。

ところで、このように中空球体状の殻体内に電気ヒータ
を有する発熱体を備えた温熱検知素子において、その殻
体（発熱体）の球径を小さくして供給電力量を減らすよ
うにすると、実際の体感温度と温熱検知素子の出力値と
の間の誤差が増大して、人体との間で熱的相関関係を成
立させたようとする温熱検知素子本来の機能が失われ
る。

このことを具体的に例示するに、上記の特願昭60−2232
8号にも示されているように、SET^＊（米国の空調衛生学
会ASHRAEで採用されている指標で、人間の温冷感、快適
感と密接な関係がある新標準有効温度）とKET^＊（温熱
検知素子の出力温度）との誤差は第６図および第７図に
示す如く発熱体の球径が小さくなると増大する。すなわ
ち、第６図は風速を0.1〜1.0m/sに変化させた場合にお
いて球殻の直径Ｄに対してSET^＊とKET^＊との残差の２乗
和平均をＳとして表わした図であり、第７図は平均輻射
温を気温＋０〜10℃に変化させた場合において球殻の直
径Ｄに対してSET^＊とKET^＊との残差の２乗和平均をＳと
して表わした図である。そして、第６図および第７図に
より、球殻の直径Ｄが100mmよりも小さくなるに従って
誤差Ｓが漸増し、誤差許容範囲としては約60mmが下限で
あることが判る。

このことから、室内を人体に快適な温熱状態に保つには
温熱検知素子を人体付近に置いて人間の位置の温熱状態
を検知することが望ましいにも拘らず、上記のもので
は、殻体の球径を所定以下に小さくすることができず、
供給電力量が大きいため、商用電源からの電力供給線が
必要となり、この電力供給線により温熱検知素子を自由
に移動させることができず、移動範囲が限定されて上記
要求を満たし得ない。さらに、上記電力供給線に足等が
引掛かる等の実用上の不便さもある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、そ
の主たる目的は、上述の如き温熱検知素子の構造を一変
させて、中空球体状の殻体の一部を切除し、該切除部分
に面状電気ヒータを配設して発熱体を構成し、殻体の一
部を加熱するのみで、気温、気流束および輻射を考慮し
た体感温度を検知できるようにすることにより、供給電
力量を大幅に低減させて、商用電源からの電力供給線な
どによらずに電池で電力の供給を可能にし、よって人体
付近の温熱環境を適確に検知できるようにすることにあ
る。

この場合、上記電気ヒータを直接殻体の切除部に配設し
て、該電気ヒータの表面温度を測定したのでは、次のよ
うな問題が生じる。すなわち、温熱検知素子は人体と等
価な伝熱特性を持つ構造であることを必要とするが、上
記の構造では電気ヒータからの熱が周囲の殻体へ伝わる
伝熱ロスがあるため、第５図に示すように、該電気ヒー
タの熱収支式は、 Ms＝Qc＋Qr＋Qloss （ただし、Ms:電気ヒータの発熱量、Qc:対流による放熱
量、Qr:輻射による放熱量、Qloss:殻体への伝熱ロス）となり、上記Qsは気流速の関数で、Qrは輻射量の関数で
あり、人体と伝熱的に等価である。（電気ヒータ背面か
ら球内部への電熱ロスは、殻体部が十分薄く、球内部が
内部熱絶縁体で構成されているため、小さい。）そし
て、電気ヒータ発熱量Ｍが一定のもとで、上記Qlossが
大きいと（Qc＋Qr）が相対的に小さくなり、人体の気流
速および輻射特性と異なってくる。このため、上記（Qc
＋Qr）に対して伝熱ロスQlossが無視できるようにする
には電気ヒータの入力量を大幅に増やす必要があり、ま
た精度も伝熱ロスが小さい場合に比べて悪くなる。

また、上記発熱体の表面温度を正確に測定するために、
上記電気ヒータの表面に熱伝導体を設けた発熱体とし、
該熱伝導体により発熱体の表面温度を全体に亘って一定
となるように均一にし、この表面温度を温度測定器で検
知することが考えられる。しかし、この場合には、電気
ヒータ周辺部から殻体へ伝熱ロスが生じるにも拘らず、
該電気ヒータ周辺部の表面温度が電気ヒータ中央部の表
面温度とほぼ同じになるため、該電気ヒータ周辺部と殻
体との温度差が大となり、却って上記伝熱ロスが増大す
ることになる。

これらのことから、本発明は、更に、上記殻体の切除部
に電気ヒータを、その表面に熱伝導体を設けずにその周
囲に熱絶縁体を介在させて非伝熱的に配置することによ
り、電気ヒータ周辺部の表面温度の減少およびその周辺
部の熱絶縁体による断熱作用によって殻体への伝熱ロス
量を大幅に減少させて、電気ヒータへの電気入力量の一
層の低減および精度の向上を図ることにある。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明の解決手段は、第１図
に示すように、発熱体（１）を備え、該発熱体（１）に
所定の熱量を供給してその表面温度（Tg）に基づいて室
内環境の温熱状態を検知する温熱検知素子として、上記
発熱体（１）を、中空球体であって該中空球体の表面の
一部が切除された切除部（2a）を有する殻体（２）と、
該殻体（２）の切除部（2a）の表面に配設され通電によ
り上記所定の熱量を発熱する面状電気ヒータ（６）とを
備えてなるものとし、該面状電気ヒータ（６）はその表
面に熱伝導体を設けない状態でその周囲に熱絶縁体
（５）を介在させて該電気ヒータ（６）周辺部が殻体
（２）の切除部（2a）に対して非伝熱的となる配置構造
になっている。上記面状電気ヒータ（６）に上記所定の
熱量を供給した状態で該電気ヒータ（６）の表面中央部
の温度（Tg）を測定する温度測定器（７）が設けられて
いるものとする。

（作用）このことにより、本発明の温熱検知素子は、発熱体とし
て中空球体状の殻体（２）の切除部（2a）に面状電気ヒ
ータ（６）をその表面に熱伝導体を設けない状態でその
周囲に熱絶縁体（５）を介在させて配設してなり、人体
と等価な発熱機構を有しているので、その単位表面積当
りの発熱量は人体の単位表面積当りの産熱量（発熱量）
と等しくなる。このため、今、上記単位表面積当りの発
熱量をMhとして、従来の球殻全面を加熱する型式のもの
と比較するに、 Mh＝ピットH₁／A₁＝H₂／A₂ （１）（但し、Mh:人体の単位表面積当りの産熱量、H₁：従来
の球殻全面加熱型温熱検知素子における電気ヒータ発熱
量、A₁：従来の球殻全面加熱型温熱検知素子における有
効表面積、H₂：本発明温熱検知素子における電気ヒータ
発熱量、A₂：本発明温熱検知素子における有効表面積つ
まり電気ヒータ表面積）となる。この（１）式より、下記の（２）式が導かれ
る。

H₂＝（A₂／A₁）・Ｈ（２）この（２）式から明らかなように、本発明の温熱検知素
子では、有効表面積割合A₂／A₁に比例して電気ヒータ発
熱量H₂が減少する。理論的には上記の通りであるが、実
際は電気ヒータから殻体への電熱ロスが存在するため、
本発明温熱検知素子における電気ヒータ発熱量H₂′は H₂′＝H₂＋Qloss＝（A₂／A₁・H₁＋Qloss となる。表面に熱伝導体が設けられていないことで面状
電気ヒータ（６）周辺部の表面温度が面状電気ヒータ
（６）の中央部の表面温度よりも低く維持され、かつそ
の周囲の熱絶縁体（５）による断熱作用によって、殻体
（２）への伝熱ロス量は大幅に低減でき、入力電力量の
一層の低減が可能となる。その結果、この入力電力の低
減により、乾電池等の電池を電源とすることが可能とな
り、容易にかつ自由に持ち運び可能となり、人間付近の
温熱環境を常時精度良く検知できる温熱検知素子を提供
できることとなる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図および第２図は本発明の実施例に係る空気調和装
置制御用の温熱検知素子（Ａ）を示す。同図において
（１）は発熱体であって、該発熱体（１）は、ポリスチ
レン樹脂等の剛性および断熱性を有する材料よりなる中
空球体状の殻体（２）を備え、該殻体（２）にはパイプ
状の支持棒（３）が貫通固定され、該支持棒（３）内に
は電気絶縁体（４）が充填固定されている。そして、上
記殻体（２）はその表面の一部が切除されていて、該切
除部（2a）の表面に、第３図に拡大詳示するように、円
板状の面状電気ヒータ（６）がその表面に熱伝導体を設
けない状態で該電気ヒータ（６）周囲に断熱性の優れた
ポリウレタンフォーム等の発泡材料よりなる円環状の熱
絶縁体（５）を介在せしめて配設され接着等により固定
されて構成されている。上記電気ヒータ（６）の中央部
表面にはその表面温度Tgを測定する温度測定器としての
熱電対（７）が固着されている。また、上記殻体（２）
の中空部には断熱性の優れたポリウレタンフォーム等の
発泡材料からなる熱絶縁体（８）が充填されている。

また、上記電気ヒータ（６）に電力を供給する電力供給
線（９）および熱電対（７）の出力線（10）はそれぞれ
熱絶縁体（５）および熱絶縁体（８）を通り支持棒
（３）内を経て外部に導出されている。そして、上記電
気ヒータ（６）を通電により発熱させ、その発熱量が人
体の単位表面積当りの産熱量（発熱量）Ｍに電気ヒータ
（６）の外表面積A₂を乗じた値になるように該電気ヒー
タ（６）に所定の熱量を供給した状態で、熱電対（７）
の出力電圧により電気ヒータ（６）中央部の表面温度Tg
を検出し、この表面温度Tgに基づいて室内環境の温熱状
態を人体からの輻射、対流および湿性放熱による熱損失
を考慮した体感温度の形で検知するようになされてい
る。

また、上記殻体（２）および電気ヒータ（６）の外表面
には、人体の皮膚ないし衣服の分光輻射率に概略合致す
る分光輻射率を有する例えば四弗化エチレン樹脂（PTF
E）等の弗素樹脂および酸化チタン（TiO₂）等の顔料よ
りなる輻射材料層（11）が設けられており、人体等の輻
射熱伝達率と殻体（２）の輻射熱伝達率とを合致させて
上記体感温度を精度良く検知するようにしている。

したがって、上記構成の温熱検知素子（Ａ）では、発熱
体（１）として中空球体状の殻体（２）の切除部（2a）
に設けた面状電気ヒータ（６）への供給熱量が従来の球
殻全面加熱型のもの（その有効表面積A₁）に較べて有効
表面積割合A₂／A₁に従って減少するので、その分電気ヒ
ータ（６）の入力電力を低減できる。しかも、上記電気
ヒータ（６）は殻体（２）の切除部（2a）に、その表面
に熱伝導体を設けずにかつその周囲に熱絶縁体（５）を
介在させて設けられていることにより、該電気ヒータ
（６）周辺部の表面温度は電気ヒータ（６）の中央部の
表面温度よりも低く維持できるとともに電気ヒータ
（６）周囲から殻体（２）への熱伝導がほぼ遮断される
ので、殻体（２）への伝熱ロス量が大幅に減少し、この
伝熱ロスの減少により上記電気ヒータ（６）への入力電
力をより一層低減できるとともに精度の向上を図ること
ができる。その結果、この温熱検知素子（Ａ）に対し
て、乾電池や太陽電池等の電池を電源とすることが可能
となり、ワイヤレス化できる。このことにより、温熱検
知素子（Ａ）を容易にかつ自由に持ち運びできるように
なり、人体付近に置いて人間付近の温熱環境を常時正確
に検知することが可能であり、この人間付近の温熱環境
に基づいて空気調和装置を制御することによって人間の
周囲環境の快適性の向上を図ることができる。

今、具体的に、上記実施例構成の温熱検知素子（Ａ）に
おける無風時での電気ヒータ（６）およびその周辺の表
面温度分布を模式的に第４図に実線にて示す。また、第
４図には、比較例として、電気ヒータ（６）周囲に熱絶
縁体を設けないもの（比較例１）および熱絶縁体を設け
ずにさらに電気ヒータ（６）表面に熱伝導体を設けたも
の（比較例２）についての表面温度分布をそれぞれ破線
および一点鎖線にてしめす。同図により、比較例１およ
び２では、電気ヒータ周囲に殻体が直接接しているため
に殻体の接合部の表面温度が高く、特に比較例２では、
熱伝導体により発熱体表面温度を均一にしているために
殻体の接合部の表面温度上昇が顕著である。これらに対
し、本発明例では、上記各比較例とは異なり、電気ヒー
タ（６）の表面に熱伝導体を設けていないこと、および
電気ヒータ（６）周囲と殻体（２）の切除部（2a）との
間に断熱性の優れた熱絶縁体（５）を介在させているこ
とから、殻体（２）の接合部の表面温度が低く、電気ヒ
ータ（６）から殻体（２）への伝熱ロス量が減少してい
ることが判る。その結果、電気ヒータ（６）への入力電
力の低減により小容量の電池の使用によるワイヤレス化
および精度の向上が可能である。

尚、上記実施例では、中空球体状の殻体（２）の一箇所
の切除部（2a）に面状電気ヒータ（６）および熱電対
（７）を一組設けたが、複数箇所に複数組設けてもよ
い。この場合、各組の熱電対（温度測定器）の出力の平
均値を出力温度とする。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の温熱検知素子によれば、
発熱体（１）として中空球体状の殻体（２）の切除部
（2a）に面状電気ヒータ（６）をその表面に熱伝導体を
設けない状態でその周囲に熱絶縁体（５）を介在せしめ
て配設して、殻体（２）の一部のみをその伝熱ロスを少
なく抑えて発熱させるようにしたので、室内環境の温熱
状態の検知を少ない供給電力量でもって精度良く行うこ
とができ、よって電池による電力供給が可能となって自
由に持運び可能となる。このことから、人間付近の温熱
環境を適確に検知でき、これに基づく空気調和装置の制
御により人間の周囲環境の快適性の向上を図ることが実
現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の温熱検知素子を示す概略図、
第２図は同表面の輻射材料層を取除いた状態での正面
図、第３図は第１図の要部の拡大図である。第４図は本
発明における電気ヒータおよびその周辺部の温度分布を
比較例と比較して示す測定結果図、第５図は電気ヒータ
の熱収支状態の模式図である。第６図および第７図はそ
れぞれ球殻の直径に対して、気流束を変化させた場合の
SET^＊とKET^＊との残差の２乗和平均および平均輻射温度
と気温との差を変化させた場合のSET^＊とKET^＊との残差
の２乗和平均を表わした図である。（１）…発熱体、（２）…殻体、（2a）…切除部、
（５）…熱絶縁体、（６）…電気ヒータ、（７）…熱電
対、（８）…内部熱絶縁体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱体（１）を備え、該発熱体（１）に所
定の熱量を供給してその表面温度（Tg）に基づいて室内
環境の温熱状態を検知する温熱検知素子であって、上記発熱体（１）は、中空球体であって該中空球体の表
面の一部が切除された切除部（2a）を有する殻体（２）
と、該殻体（２）の切除部（2a）の表面に配設され通電
により上記所定の熱量を発熱する面状電気ヒータ（６）
とを備えてなり、該面状電気ヒータ（６）はその表面に
熱伝導体を設けない状態でその周囲に熱絶縁体（５）を
介在させて該電気ヒータ（６）周辺部が殻体（２）の切
除部（2a）に対して非伝熱的となる配置構造になってお
り、上記面状電気ヒータ（６）に上記所定の熱量を供給した
状態で該電気ヒータ（６）の表面中央部の温度（Tg）を
測定する温度測定器（７）が設けられていることを特徴
とする温熱検知素子。