JPH0778458B2 - 輻射温度検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、空気調和装置における室内ユニットなどに設
けられ、壁などの輻射温度を非接触で検出する輻射温度
検出器に関するものである。

（従来の技術） 一般に、例えば空気調和装置において、室内に設けられ
る室内ユニットには、室内の空気温度を検出する空気温
度検出器と共に、壁などの輻射温度を検出する輻射温度
検出器が設けられ、これら両検出信号に基づいて室内温
度を設定温度に調整するようにしている。そして、上記
空気調和装置における輻射温度検出器には、安価に作製
できる簡易型が適用されており、この簡易型輻射温度検
出器には、特開昭61−149751号公報に開示されているも
のがある。

この輻射温度検出器は、前面が開口するケースの収納空
間内に温度を検知する温度検知素子が該収納空間のほぼ
中央部に位置するように支持され、該ケースの前面開口
が透明板で覆われる一方、ケースの背面が断熱材で覆わ
れて形成されている。従って、壁などの輻射熱は、透明
板を透過した後、収納空間を伝って温度検知素子に至
り、該温度検知素子が輻射温度を検出している。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した輻射温度検出器において、温度検知素子は、収
納空間の中央に単に支持されているのみであり、該検知
素子の表面のみが輻射熱、つまり壁などから出る熱線を
受ける受熱面となるので、受熱量が少なく、正確な輻射
温度を検出できず、精度の良い空調制御等が行えないと
いう問題があった。

また、上記透明板で温度検知素子を覆っているが、該透
明板には、アクリル板のように可視光のみを透過し、赤
外光を透過しないものがあり、このアクリル板では、赤
外光に似た性質の熱線（輻射熱）が透過しないことにな
り、輻射温度を検出できないという問題がある。

更に、収納空間内に温度検知素子を設けているが、該収
納空間内で自然対流が生じ、この対流による熱移動が大
きくなり、温度検知素子が真の輻射温度を検知しないと
いう欠点がある。

更にまた、上記輻射温度検出器は、温度検知素子の前方
が半球的に開放されているため、前方から来る輻射熱を
ほぼ拾うことになり、特定の壁などの輻射熱のみを検知
することができず、指向性に乏しく、空調制御等に限度
があるという問題があった。

本発明は、斯かる点に鑑み、輻射熱吸収板で輻射熱を受
けるようにして多くの受熱量を確保する一方、該輻射熱
吸収板の前方に対流を生起しない厚さの空気断熱層を介
して赤外線の透過膜を張設すると共に、集熱手段を設け
ることにより、簡易な構造でもって壁などの所定範囲内
の輻射熱を正確に検出できるようにすることを目的とす
るものである。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明が講じた手段は、第
１図に示すように、前面が開放する収納室（5c）を有
し、且つ断熱材よりなる断熱ケース（５）が形成されて
いる。そして、該断熱ケース（５）の収納室（5c）に
は、背面が断熱ケース（５）で覆われた状態で輻射熱を
吸収する輻射熱吸収板（３）が張設されている。更に、
該輻射熱吸収板（３）の温度を検知する温度検知素子
（２）が設けられている。また、上記断熱ケース（５）
の収納室（5c）前面には、上記輻射熱吸収板（３）に対
して自然対流が生じない厚さの空気断熱層（９）を介し
て張設され、輻射熱が透過する赤外線透過性材よりなる
輻射熱透過膜（８）が形成されている。加えて、所定範
囲の輻射熱を上記断熱ケース（５）の収納室（5c）に集
める集熱手段（10,11,12）が設けられている。その上、
上記輻射熱吸収板（３）は、前面に輻射熱を吸収する塗
料層（４）を有し、該塗料層（４）が肌色又はクリーム
色の塗料で形成されて構成されている。

（作用） 上記構成により、本発明では、床や壁などからの輻射熱
のうち集熱手段（10,11,12）で定められた所定範囲の床
等の輻射熱のみが、先ず輻射熱透過膜（８）を透過した
後、空気断熱層（９）を介して輻射熱吸収板（３）に入
射する。そして、上記輻射熱は、輻射熱吸収板（３）に
おける肌色又はクリーム色の塗装層（４）を伝わり、温
度検知素子（２）がこの輻射熱により輻射温度を検知す
る。

従って、輻射熱は、赤外線であるので、ポリエチレンや
ポリプロピレンなどの輻射熱透過膜（８）を確実に透過
して輻射熱吸収板（３）に吸収されることになる。しか
も、この輻射熱透過膜（８）と輻射熱吸収板（３）との
間の空気断熱層（９）が自然対流を生起しない厚さとし
ているので、輻射熱吸収板（３）の前面と外気とが空気
の熱伝導だけで確実に熱遮断されると同時に、輻射熱が
確実に伝達することになる。更に、輻射熱吸収板（３）
がその前面にて輻射熱を受けて温度検知素子（２）に伝
導するので、受熱面が広くなり、輻射温度を正確に検出
することができ、空調制御等を精度よく行うことができ
る。

その上、集熱手段（10,11,12）が、例えば特定の床から
の輻射熱のみを集めるので、指向性を有することにな
り、外部条件に合致した広範な空調制御等を行うことが
できる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図に示すように、（１）は、空気調和装置などにお
ける室内ユニットに設けられる簡易型の輻射温度検出器
であって、床や壁などからの輻射熱を温度検知素子
（２）によって非接触で検出するものである。

該温度検知素子（２）は、温度を検知する熱電対などで
構成されており、輻射熱吸収板（３）の中央部に埋設さ
れ、温度検知素子（２）は、前面から背面に亘って輻射
熱吸収板（３）で覆われている。そして、該温度検知素
子（２）は、全面で輻射熱吸収板（３）からの熱（壁等
の輻射熱）を受けるように成っている。該輻射熱吸収板
（３）は、前面に積層形成されて輻射熱を吸収する塗料
層（４）を有し、この前面にて該塗料層（４）が吸収し
た輻射熱を受けて上記温度検知素子（２）に伝達するよ
うにしている。

上記塗料層（４）は、第３図に示すように、人体の皮膚
や衣服の分光反射率、逆に言うなれば分光吸収率に概略
合致する分光吸収率を有する塗料、例えば、四弗化エチ
レン樹脂（PTFE）等の弗素樹脂と酸化チタン（TiO₂）等
の顔料とから形成されている。そして、該塗料層（４）
の輻射熱伝達率を人体等の輻射熱伝達率に略合致させて
人体に対する輻射温度を精度良く検知するようしてい
る。すなわち、皮膚や衣服の分光反射率は、可視光及び
近赤外光領域で高く、赤外光領域で零に近くなるので、
上記塗料層（４）がこの分光反射率に対応するように
し、例えば肌色やクリーム色などとして実際の人体等に
近い分光輻射特性を得るようにしている。仮に、上記塗
料層（４）を黒色塗料とすると、可視光及び近赤外光領
域の反射率が零に近くなり、太陽光などの高温熱源から
の熱を実際の人体等以上に吸収し、過大評価することに
なる。そこで、上述の如く肌色等の塗料層（４）が施さ
れている。

上記輻射熱吸収板（３）は、断熱ケース（５）に収納さ
れ、該ケース（５）は、断熱材により所定厚さに形成さ
れており、後壁部（5a）の周囲に側壁部（5b）が連設さ
れて断面Ｕ字状に形成され、内部が収納室（5c）に構成
されている。該側壁部（5b）には、上記輻射熱吸収板
（３）が側端にて連接されて張設され、該吸収板（３）
が後壁部（5a）と所定間隔を存して平行支持され、吸収
板（３）と後壁部（5a）との間が後方空気断熱層（６）
に成っている。そして、上記ケース（５）と後方空気断
熱層（６）とにより上記温度検知素子（２）を含む輻射
熱吸収板（３）の側方及び後方が外部熱より遮断されて
いる。尚、（７）は、輻射熱吸収板（３）及びケース
（５）を貫通して導出された温度検知素子（２）のリー
ド線である。

また、上記輻射熱吸収板（３）の前方には、所定間隔を
存して輻射熱透過膜（８）が断熱ケース（５）の収納室
（5c）の前面開口を覆って張設され、該透過膜（８）と
塗料層（４）との間が前方空気断熱層（９）に構成され
ている。上記輻射熱透過膜（８）は、ポリエチレンやポ
リプロピレン等の赤外線透過性の樹脂で薄膜に形成され
ており、輻射熱を確実に透過して上記輻射熱吸収板
（３）に供給すると共に、該吸収板（３）と外気とを遮
断して風などの対流による熱が吸収板（３）に伝達され
ないようにしている。上記輻射熱透過膜（８）を例えば
30μｍの厚さのポリエチレンで形成すると、その分光透
過率は、第４図に示すようになり、波数が4000cm^-1から
500cm^-1の赤外線をほぼ90％透過し、熱線（赤外線）で
ある輻射熱が確実に透過して輻射熱吸収板（３）に伝わ
ることになる。また、上記輻射熱透過膜（８）を波長が
６〜７μｍ以上の赤外線のみを透過するカットオンフィ
ルタで形成してもよく、輻射熱のみが輻射熱吸収板
（３）に伝わるようにしてもよい。

一方、上記前方空気断熱層（９）は、輻射熱吸収板
（３）の前面と外部とを空気層でもって断熱しており、
その厚さは、自然対流が生じない厚さに設定されてい
る。つまり、第５図に示すように、２枚の平板を平行に
設置した状態において、平板間の距離を縦軸に、平板間
の温度差を横軸にとり、温度差に伴って自然対流が生じ
る平板間の距離は、実線Ａのようになる。この実線Ａよ
り平板間距離が大きくなると、自然対流が生起してこの
対流による熱移動が大きくなる。そこで、本実施例にお
ける前方空気断熱層（９）は、厚さを厚くすると断熱効
果は大きくなるものの、実線Ａ以上に大きくすると、断
熱層（９）内で自然対流が生じて輻射熱以外に対流熱移
動が生じるので、5mm〜10mmとして上記吸収板（３）に
伝わる熱のうち多くが上記透過膜（８）を透過した輻射
熱となるように構成されている。

更に、上記輻射熱透過膜（８）の前面には、第２図にも
示すように、反射筒（10）が連設されており、該反射筒
（10）は、所定範囲内の輻射熱、例えば、前方の壁から
出る輻射熱のみを集める集熱手段を構成している。該反
射筒（10）は、後端が上記断熱ケース（５）における側
壁部（5b）の内周縁にほぼ一致し、この後端より前方に
向って外側に広がるホーン形に形成され、壁など所定範
囲の輻射熱のみが反射筒（10）内に入射し、直接輻射熱
透過膜（８）を通る他、反射筒（10）の内面で反射して
該透過膜（８）を通るようにしている。そして、上記反
射筒（10）は、アルミ板、アルミメッキ、ニッケルメッ
キ、金メッキなどで形成されている。

次に、この輻射温度検出器（１）の検出動作について説
明する。

先ず、この輻射温度検出器（１）は、空気調和装置の室
内ユニットに設けられ、壁や床などより出た輻射熱が熱
線として輻射熱透過膜（８）に伝わることになる。その
際、反射筒（10）が設けられているため、該反射筒（1
0）前方の特定の壁などから出る輻射熱のみが反射筒（1
0）内に導入することになる。そして、該反射筒（10）
内に導入した輻射熱は、直接輻射熱透過膜（８）に伝わ
る他、反射筒（10）の内面で反射して該透過膜（８）に
伝わることになる。

その後、上記輻射熱透過膜（８）は、ポリエチレンやシ
リコン基板等で形成されているので、輻射熱は、確実に
透過し、空気断熱層（９）を介して塗料層（４）に伝わ
ることになる。この塗料層（４）において、人体の皮膚
や衣服等とほぼ同様に輻射熱が吸収された後、この輻射
熱は、輻射熱吸収板（３）に伝わることになる。そし
て、温度検知素子（２）は、この輻射熱吸収板（３）よ
り伝達される輻射熱により輻射熱温度を検知し、この温
度信号によって室外ユニットが制御されることになる。

従って、この輻射温度検出器（１）において、輻射熱吸
収板（３）の前面にて輻射熱を受け、この輻射熱より温
度検知素子（２）が輻射温度を検知するので、輻射熱の
受熱量が多く、正確な輻射温度が検知されることにな
る。

また、輻射熱吸収板（３）の前方は、輻射熱透過膜
（８）で覆われているので、輻射熱が確実に透過して伝
わる他、送風等による外部の対流熱移動の影響が確実に
防止されることになる。更に、輻射熱吸収板（３）の側
部及び後方は、断熱ケース（５）で覆われているため、
外部熱が吸収板（３）に伝達されることはなく、しか
も、前方空気断熱層（９）は、自然対流が生じない厚さ
に形成されているから、この対流によって熱が吸収板
（３）に伝わることがなく、温度検知素子（２）が輻射
熱を正確に検出することになる。

更に、反射筒（10）によって指向性を有することにな
り、例えば、多くの輻射熱を出す壁などに反射筒（10）
を向けて該壁の輻射熱のみを検出することができ、条件
に合致した空調制御を行うことができる。その上、この
輻射温度検出器（１）を複数個設けて異なる方向に向け
るようにするか、又は、１つの輻射温度検出器（１）を
回動させて室内を検知走査することにより、室内の温度
分布を検知することができ、この温度分布に合致した緻
密な空調制御を行うことができる。

更にまた、上記輻射熱吸収板（３）の前面の塗料層
（４）を肌色又はクリーム色の塗料で形成したために、
輻射熱伝達率を人体の輻射熱伝達率に略合致させること
ができることから、人体に対する輻射温度を精度良く検
知することができる。

第６図及び第７図は、他の集熱手段を示しており、第６
図に示す集熱手段は、前記輻射熱透過膜（８）の前方に
間隔を存して配置された反射鏡（11）で構成されてい
る。該反射鏡（11）は、透過膜（８）の前方に向って凹
状に湾曲した凹面鏡で、球面、放物面あるいは楕円面な
どに形成され、焦点が温度検知素子（２）の地点に位置
するように形成されている。更に、上記反射鏡（11）
は、反射筒（10）と同様にアルミ板等で形成されてい
る。

従って、この輻射温度検出器（１）は、背面側を室内ユ
ニットの前方に向けて設けられ、この室内ユニットの前
方からの輻射熱は、反射鏡（11）で反射して温度検知素
子（２）に伝わることになる。そして、上記反射鏡（1
1）で所定範囲の輻射熱のみが集められることになる。

また、第７図の集熱手段は、輻射熱透過膜（８）が凸レ
ンズに形成されて該凸レンズ面（12）で構成されてい
る。そして、この輻射熱透過膜（８）は、ポリエチレン
等の樹脂の他、Ge,KRS−5,KRS−6,Siなどの赤外線透過
性結晶材料などで形成されている。

従って、輻射熱は、凸レンズ面（12）で屈折して温度検
知素子（２）に伝わることになり、所定範囲内の輻射熱
のみが検知されることになる。

尚、本実施例の輻射温度検出器（１）は、空気調和装置
に設けた場合について説明したが、その他輻射温度を利
用して制御する装置に適用してもよいことは勿論であ
る。

また、輻射熱吸収板（３）と輻射熱透過膜（８）とは、
平行に位置する必要はなく、しかも、平板状の他に湾曲
していてもよい。

また、後方空気断熱層（６）は、必ずしも形成する必要
はない。

（発明の効果） 以上のように、本発明の輻射温度検出器によれば、温度
検知素子が輻射熱吸収板の温度を検知するようにし、該
輻射熱吸収板の前方を空気断熱層を介して輻射熱透過膜
で覆うと共に、集熱手段を設けるようにしたために、輻
射熱吸収板がその前面にて輻射熱を受けて温度検知素子
が輻射温度を検知するので、輻射熱の受熱面積が広くな
り、受熱量が多く、正確な輻射温度を検出することにな
るから、空調制御等を精度よく行うことができる。

また、輻射熱透過膜を赤外線透過性材で形成するので、
輻射熱が確実に透過して吸収板に伝わることになる。更
に、空気断熱層を5mm〜10mm等の所定厚さに形成するの
で、自然対流が生じることがなく、対流による熱移動を
少なくすることができ、輻射温度の精度を向上させるこ
とができる。

更に、輻射熱吸収板の前面の塗料層を肌色又はクリーム
色の塗料で形成したために、輻射熱伝達率を人体の輻射
熱伝達率に略合致させることができることから、人体に
対する輻射温度を精度良く検知することができる。

更にまた、集熱手段により所定範囲内の輻射熱のみ集め
るために、指向性を有することになり、特定の輻射熱の
みを検知できるので、緻密な空調制御等を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の一実施例を示し、第１図は、輻射温度
検出器の拡大縦断面図、第２図は、全体を示す同概略縦
断面図である。第３図は、人体等の分光輻射特性を示す
図、第４図は、輻射熱透過膜の分光透過率を示す図、第
５図は、空気断熱層の対流限界値を示す図である。第６
図及び第７図は、それぞれ他の集熱手段を示す輻射温度
検出器の概略縦断面図である。 （１）……輻射温度検出器、（２）……温度検知素子、
（３）……輻射熱吸収板、（４）……塗料層、（５）…
…断熱ケース、（5c）……収納室、（８）……輻射熱透
過膜、（９）……前方空気断熱層、（10）……反射筒、
（11）……反射鏡、（12）……凸レンズ面。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】前面が開放する収納室（5c）を有し且つ断
   熱材よりなる断熱ケース（５）と、 該断熱ケース（５）の収納室（5c）内に背面が断熱ケー
   ス（５）で覆われた状態で張設されて輻射熱を吸収する
   輻射熱吸収板（３）と、 該輻射熱吸収板（３）の温度を検知する温度検知素子
   （２）と、 上記断熱ケース（５）の収納室（5c）前面に上記輻射熱
   吸収板（３）に対して自然対流が生じない厚さの空気断
   熱層（９）を介して張設され、輻射熱が透過する赤外線
   透過性材よりなる輻射熱透過膜（８）と、 所定範囲の輻射熱を上記断熱ケース（５）の収納室（5
   c）に集める集熱手段（10,11,12）とを備え、 上記輻射熱吸収板（３）が、前面に輻射熱を吸収する塗
   料層（４）を有し、該塗料層（４）が肌色又はクリーム
   色の塗料で形成されて構成されている ことを特徴とする輻射温度検出器。
2. 【請求項２】前記集熱手段（10）は、前記輻射熱透過膜
   （８）の前面から突設され、該透過膜（８）の前方に向
   って外側に広がるホーン形の反射筒で構成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の輻射温度検
   出器。
3. 【請求項３】前記集熱手段（11）は、前記輻射熱透過膜
   （８）の前方に設けられ、該透過膜（８）の前方に向っ
   て凹状に湾曲した反射鏡で構成され、前記温度検知素子
   （２）の後方からの輻射熱を該反射鏡で反射して温度検
   知素子（２）に集めることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の輻射温度検出器。
4. 【請求項４】前記集熱手段（12）は、前記輻射熱透過膜
   （８）が凸レンズに形成されて該凸レンズ面で構成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の輻
   射温度検出器。