JPH076842B2 - 輻射熱検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、輻射センサの特性変化に基づき輻射熱を検知
するようにした輻射熱検知装置に係り、特に、風の影響
による輻射熱検知精度の劣化防止対策に関する。

（従来の技術） 従来より、輻射熱検知装置として、例えば実開昭61−19
7465号公報に開示される如く、第９図に示すように、温
度により電気抵抗特性が変化する温度センサ（ａ）を断
熱材（ｂ）で囲まれた空間（ｃ）内に配置し、さらにそ
の前面を赤外線透過板（ｄ）により閉塞して、温度セン
サが直接風にさらされない構造とすることにより、周囲
の風の影響による輻射熱検知精度の劣化を防止して、特
に精度の低い点で問題のあった壁面又は床面温度の検知
精度を改善しようとするものは公知の技術である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来のもので輻射温度を検知しよう
とすると、次のような問題が生じる。

すなわち、例えば暖房運転時を例にとり、センサ温度を
Ts、周囲空気温度をTa、壁面又は床面温度をTr、センサ
表面と周囲との輻射熱量をqr、風からの輻射熱量をqaと
すると、熱バランスから、 qa＝qr （１） ha（Ta−Ts）＝hr（Ts−Tr） （２） したがって、 Tr＝Ts−（ha/hr）（Ta−Ts） （３） （ただし、hrは輻射熱伝達率、haは風の対流熱伝達率）
となり、センサ温度Tsから壁面又は床面の温度Trが検知
されることになる。

ところが、上記(3)式において、Ts、hr、Ta、Tsは一定
の値として定められるが、haは風速によって変化するも
のである。したがって、このように密閉して風に直接さ
らされないようにしてもなお、風の影響で輻射熱の検知
精度の劣化生じるという問題があった。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、輻射センサで壁面又は床面温度を検知する際、輻
射センサに対する周囲空気からの輻射熱を無視しうる手
段を講ずることにより、風速の影響をなくし、もって、
輻射熱検知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、輻射セン
サの温度を周囲空気温度に一致させることにある。

具体的には、第１の解決手段は、第１図に示すように、
輻射熱検知装置として、壁面又は床面（Ｗ）からの輻射
熱に応じた温度信号を出力する輻射センサ（１）と、上
記輻射センサ（１）に熱伝導可能に設けられ、冷熱又は
暖熱を発生する熱発生手段（２）と、周囲の空気温度を
検出する空気温度検出手段（３）と、該空気温度検出手
段（３）の出力を受け、上記輻射センサ（１）の温度が
周囲の空気温度に等しくなるよう上記熱発生手段（２）
の発熱量を制御する発熱量制御手段（５）と、該発熱量
制御手段（５）及び上記輻射センサ（１）の出力を受
け、上記熱発生手段（２）の発熱量と輻射センサ（１）
の温度信号とに基づき輻射熱量を演算する演算手段
（７）とを設ける構成としたものである。

第２の解決手段は、上記第１の解決手段における熱発生
手段（２）を、ペルチェ効果に基づき暖熱又は冷熱を発
生する熱電素子（2A）で構成したものである。

第３の解決手段は、上記第１の解決手段における熱発生
手段（２）を、抵抗加熱体により発熱する電気ヒータ
（2B）で構成したものである。

（作用） 以上の構成により、請求項(1)の発明では、熱量制御手
段（５）により、輻射センサ（１）の温度（センサ温
度）が空気温度検出手段（３）で検出される周囲空気温
度に等しくなるように、熱発生手段（２）の発熱量が制
御され、演算手段（７）により、輻射センサ（１）で検
出されるセンサ温度と上記発熱量とに基づき、壁面又は
床面温度が求められる。

その場合、センサ温度が周囲空気温度に等しくなるよう
に、表面温度センサ（１）が暖熱又は冷熱を付与される
ので、周囲の空気から輻射センサ（１）への輻射熱がほ
ぼ「０」とみなせることになり、風の対流熱伝達率を考
慮することなく、壁面又は床面温度が検知される。した
がって、風速の影響による輻射熱検知精度の悪化が防止
されることになる。

請求項(2)の発明では、上記請求項(1)の発明において、
熱発生手段としての熱電素子（2A）により、ペルチェ効
果に基づいて電流の方向に応じて暖熱及び冷熱の付与が
可能となり、センサ温度が周囲空気温度よりも高い場合
及び低い場合の双方において、センサ温度が周囲空気温
度に等しく制御され、空気調和装置の冷房運転時及び暖
房運転時いずれにおいても、上記請求項(1)の発明の作
用が得られることになる。

請求項(3)の発明では、熱発生手段としての電気ヒータ
（2B）により、周囲空気温度よりもセンサ温度が低いと
きに、センサ温度が周囲空気温度に等しくなるよう制御
される。よって、安価な電気ヒータを利用しながら、暖
房運転時に、上記請求項(1)の発明の作用を得ることが
できることになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、第２図〜第８図に基づ
き説明する。

第２図は本発明の第１実施例に係る輻射熱検知装置の構
成を示し、（１）は壁面又は床面（Ｗ）に対峙して配置
され、温度により物理的特性たる電気抵抗が変化する輻
射センサとしての表面温度センサ、（2A）は該表面温度
センサ（１）に接触して配置され、直列に設けられた半
導体素子のＰ−Ｎ−Ｐ−Ｎ−…接合の繰返しにより、そ
の両端に印加される電流の方向に応じて冷熱又は暖熱を
発生する熱発生手段としての熱電素子、（３）は周囲の
空気温度Taを検出する空気温度検出手段としての空気温
度センサ、（４）は上記表面温度センサ（１）と空気温
度センサ（３）の出力を受け、表面温度センサ（１）の
温度（以下、センサ温度という）Tsと周囲空気温度Taと
の温度偏差（Ta−Ts）を演算する温度比較器、（５）は
該温度比較器（４）の出力を受け、サーミスタ温度Tsと
周囲空気温度Taとの温度偏差（Ta−Ts）に応じて、温度
偏差（Ta−Ts）が「０」になるよう熱電素子（2A）に暖
熱又は冷熱発生させるための供給電力を制御するコント
ローラ、（６）は上記熱電素子（2A）の電流ｉを検出す
る電流計、（７）は該電流計（６）及び上記表面温度セ
ンサ（１）の出力を受け、壁面又は床面（Ｗ）の温度Tr
を演算する演算手段としての演算器である。

ここで、上記演算器（７）による壁面又は床面温度Trの
演算過程を説明するに、熱電素子（2A）からの発熱量を
qo、表面温度センサ（１）の表面と周囲との輻射熱量を
qr、輻射熱伝達率をhr、熱電素子（2A）の表面積をＡと
すると、熱バランスより、 qo＝qr （５） ＝hr（Ts−Tr）Ａ ＝hr（Ta−Tr）Ａ したがって、 Tr＝Ta−（qo/hr・Ａ） （６） 上記(6)式において、輻射熱伝達率hrは予め実験的に求
められるので、qoが求まればTrが求まることになる。

ここで、qoは熱電素子（2A）に流れる電流ｉにほぼ比例
するので、予め実験により、第３図のような電流ｉに対
する発熱量qoの関係を調べておけばその関係が求まる。
また、上記(6)式より、発熱量qoに対する壁面又は床面
温度Trの特性は、第４図に示すような負のリニアな特性
となっている。上記第３図及び第４図の特性から、電流
ｉに対してセンサ温度Trが、第５図に示すような関係と
して求まることになる。

一方、冷房運転時には、いっぱんにTr＜Taとなり、熱電
素子（2A）は表面温度センサ（１）を冷却することによ
り、Ts＝Taとなるように表面温度センサ（１）の温度Ts
を維持する。

すなわち、上記と同様に、熱バランスから、 Tr＝Ta＋（qo/hrA） となり、第６図に示すように、熱電素子（2A）の電流ｉ
と壁面又は床面温度Trの関係が求まることになる。

したがって、請求項(1)の発明では、コントローラ（熱
量制御手段）（５）により、表面温度センサ（１）で検
出されるセンサ温度Tsが空気温度センサ（３）で検出さ
れる周囲空気温度Taに等しくなるように、熱電素子（熱
発生手段）（2A）の発熱量qoが制御され、演算器（演算
手段）（７）により、表面温度センサ（１）で検出され
るセンサ温度Tsと上記発熱量qoとに基づき、壁面又は床
面温度Trが求められる。

その場合、従来のものでは、上記(3)式に示すように、
壁面又は床面温度Trを検知するには、風の対流熱伝達率
haを考慮しなければならないために、風速で対流熱伝達
率が変化すると、壁面又は床面温度Trの検知精度が劣化
するのを有効に防止することができなかった。

しかし、本発明では、センサ温度Tsが周囲の空気温度Ta
に等しくなるように、表面温度センサ（１）が暖熱又は
冷熱を付与されるので、周囲の空気から表面温度センサ
（１）への輻射熱qaが熱電素子（熱発生手段）（2A）の
供給熱量qoで置き換えられることになり、この供給熱量
qoと表面温度センサ（輻射センサ）（１）の温度信号と
から、風の対流熱伝達率haを考慮することなく、壁面又
は床面温度Trが検知され、よって、風速の影響による輻
射熱検知精度の悪化を有効に防止することができるので
ある。

請求項(2)の発明では、上記請求項(1)の発明において、
熱発生手段としての熱電素子（2A）により、ペルチェ効
果に基づいて電流の方向に応じて暖熱及び冷熱の付与が
可能となり、センサ温度Tsが周囲空気温度Taよりも高い
場合及び低い場合の双方で、センサ温度Tsを周囲空気温
度Taに等しく制御することができる。よって、空気調和
装置の冷房運転時及び暖房運転時いずれにおいても、上
記請求項(1)の発明の実効を図ることができるのであ
る。

次に、本発明の第２実施例について説明する。

第７図は第２実施例に係る輻射熱検知装置の構成を示
し、（2B）は熱発生手段としての電気ヒータであって、
該電気ヒータ（2B）は、断熱材（13）と該断熱材（13）
の下面に埋設され、表面温度センサ（１）と接触する面
状発熱体（12）とからなる。また、（5B）は表面温度セ
ンサ（１）と空気温度センサ（３）の出力を受け、セン
サ温度Tsが周囲空気温度Taに等しくなるよう上記面状発
熱体（12）への供給熱量qhを制御する発熱量制御手段と
してのヒータ入力制御器、（７）は上記ヒータ入力制御
器（5B）の出力及び該ヒータ入力制御器（5B）を介して
表面温度センサ（１）の出力を受け、電気ヒータ（2B）
への供給熱量qhとセンサ温度Tsとに基づき壁面又は床面
温度Trを演算する演算手段としての演算器である。

上記実施例では、電気ヒータ（2B）への入力qhと、表面
温度センサ（１）の表面と壁面又は床面との輻射熱量qr
との熱バランスから、 qh＝qr ＝hr（Ts−Tr）Ａ ＝hr（Ta−Tr）Ａ すなわち、 Tr＝Ta−（qh/hr・Ａ） となって、第８図に示すように、発熱量qhに対する壁面
又は床面温度Trの変化特性が求まり、よって、上記第１
実施例と同様に、風速により変化する対流熱伝達率haの
影響を受けることなく、壁面又は床面温度Trが求められ
る。

したがって、請求項(3)の発明では、熱発生手段として
の電気ヒータ（2B）により、周囲空気温度Taよりもセン
サ温度Tsが低いときには表面温度センサ（１）が加熱さ
れ、センサ温度Tsが周囲空気温度Taに等しくなるよう制
御される。よって、安価な電気ヒータ（2B）を利用しな
がら、暖房運転時、風速の影響を受けることなく輻射温
度を検知することができ、輻射熱検知精度の悪化を有効
に防止することができるのである。

なお、上記実施例では、輻射センサとして、温度により
電気抵抗値が変化するサーミスタで構成された表面温度
センサ（１）を配置したが、必ずしもこのようなサーミ
スタだけでなく、例えばサーモパイル等を使用してもよ
いことはいうまでもない。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項(1)の発明によれば、輻射
センサで壁面又は床面温度を検知する場合、輻射センサ
に接触して加熱又は冷却する熱発生手段を設ける一方、
周囲空気温度を検出し、輻射センサの温度が周囲空気温
度になるよう熱発生手段への供給熱量を制御して、供給
熱量とセンサ温度に基づき壁面又は床面温度を検知する
ようにしたので、風速による検知精度の劣化を招くこと
なく、輻射熱を検知することができ、よって、検知精度
の低下を有効に防止することがある。

請求項(2)の発明では、上記請求項(1)の発明における熱
発生手段としての熱電素子により、輻射センサが加熱及
び冷却を受けて、センサ温度と周囲空気温度とを一致さ
せる制御が行われ、よって、空気調和装置の冷房運転時
及び暖房運転時のいずれにおいても、上記請求項(1)の
発明の効果を発揮することができる。

請求項(3)の発明では、上記請求項(1)の発明における熱
発生手段としての電気ヒータの加熱を利用して、センサ
温度が周囲空気温度よりも低い場合に両者を一致させる
制御を行うことができ、よって、空気調和装置の暖房運
転時に上記請求項(1)の発明の実効を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の構成を示すブロック図である。第２図
〜第６図は本発明の第１実施例を示し、第２図は輻射熱
検知装置の構成を示す図、第３図は熱電素子の電流値に
対する熱電素子の発熱量の変化特性を示す特性図、第４
図は熱電素子の発熱量に対する壁面又は床面温度の変化
特性を示す特性図、第５図は熱電素子の電流値に対する
壁面又は床面温度の変化特性を示す特性図、第６図は冷
房運転時における熱電素子の電流値に対する壁面又は床
面温度の変化特性を示す特性図、第７図及び第８図は第
２実施例を示し、第７図は輻射熱検知装置の構成を示す
図、第８図はヒータ入力値に対する壁面又は床面温度の
変化特性を示す特性図である。第９図は従来の輻射熱検
知装置の構成を示す図である。 １……表面温度センサ （輻射センサ） 2A……熱電素子 （熱発生手段） 2B……電気ヒータ （熱発生手段） ３……空気温度センサ （空気温度検出手段） ５……コントローラ （発熱量制御手段） ７……演算器 （演算手段）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】壁面又は床面（Ｗ）からの輻射熱に応じた
   温度信号を出力する輻射センサ（１）と、上記輻射セン
   サ（１）に熱伝導可能に設けられ、冷熱又は暖熱を発生
   する熱発生手段（２）と、周囲の空気温度を検出する空
   気温度検出手段（３）と、該空気温度検出手段（３）の
   出力を受け、上記輻射センサ（１）の温度が周囲の空気
   温度に等しくなるよう上記熱発生手段（２）の発熱量を
   制御する発熱量制御手段（５）と、該発熱量制御手段
   （５）及び上記輻射センサ（１）の出力を受け、上記熱
   発生手段（２）の発熱量と輻射センサ（１）の温度信号
   とに基づき輻射熱量を演算する演算手段（７）とを備え
   たことを特徴とする輻射熱検知装置。
2. 【請求項２】熱発生手段（２）は、ペルチェ効果に基づ
   き暖熱又は冷熱を発生する熱電素子（2A）であることを
   特徴とする請求項(1)記載の輻射熱検知装置。
3. 【請求項３】熱発生手段（２）は、抵抗加熱体により発
   熱する電気ヒータ（2B）であることを特徴とする請求項
   (1)記載の輻射熱検知装置。