JPS597838A - 熱環境制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱環境を制御する各種冷暖房器等の熱環境機器
をコントロールする熱環境制御装置に関するもので、さ
らに詳しくは、温度を一定に保ちながら活動している物
体（動物、ロボットなど９０熱環境をその物体が快適に
感じる範囲内に保つために熱環境の温度だけでなく対流
および輻射の影響をも検知して熱環境機器をコントロー
ルする熱環境制御装置に関する。

人間をはじめとする哺乳動物は体温を一定に保ちながら
活動している。そして人間についていうならば、夏、冬
の気温環境、風の有無による空気の対流状況、照明、太
陽光、周囲壁と人間との輻射熱の授受等に応じて衣服、
夜具の調節をし、この体温一定の活動を補助し、援助し
ている。ところで、最近扇風機、ウィンドファン、エア
コン、クーラ、温風ヒータ、パネルヒータなどの熱環境
機器の普及が著しく、居住内の熱環境は以前よりは快適
に保たれるようになった。しかし、これらの機器の制御
因子は気温のみであったり、又動作とＯＦＦ状態を単に
時間管理しているにとどまっている。そのため、上述し
た、対流や輻射熱の影響を考慮しない片手落ちな熱環境
の制御を行ってきた。

この発明の目的は、上述の事情に鑑み、常に快適な熱環
境が得られるように熱環境機器を制御する熱環境制御装
置を提供することである。そして、この発明は熱容量体
を介して気温と輻射と対流の影響を検知する制御器を熱
環境中に配置し、この制御器からの出力信号に基づいて
熱環境機器を制御することを特徴とする。

以下図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は熱伝導機構を示す図であって、ある熱容量体１
を通して熱が移動している場合の／次元伝熱の方程式は
次の如く書くことができる。

Ｑ＝Ｈｏ　（Ｔｓ−Ｔａ　）　　・・・・・・・・・・
・・・・・（１）Ｑ１放散熱量（Ｗ／ｍｚ又はｋｃａｌ
／ｍ”ｈ　）ＨＯ；総括伝熱係数で対流熱伝達係数をＨ
ｅ、輻射熱伝達係数をＨｒとすると Ｈｏ＝Ｈｃ＋Ｈｒ で与えられる。

Ｔａ；気温（熱環境の温度）（℃） Ｔａ；熱容量体の表面温度（℃） （１）式から、たとえ、表面温度Ｔｓと気温Ｔａを一定
に保っても、総括伝熱係数Ｈｏが対流や輻射の影響によ
って異なれば放散熱量Ｑは異なった値となる。すなわち
、人間のように体温（温度Ｔ８に相当する）を一定に保
つために発熱している物体に関しては、（１）式の総括
伝熱係数Ｈｏが熱環境の状況を示す重要な因子であるこ
とがわかる。従って総括伝熱係数Ｈｏを検知して熱環境
機器を制御するならば、対流や輻射の影響を考慮した制
御がなされ、人間にとってよシ快適な制御がなされると
考えられる。

ここで、上述した制御を行うための制御信号を得る方法
として次の２つが考えられる。

■　放散熱量Ｑを一定に保つように制御器を動作させ、
制御信号として温度Ｔａに相当する検出信号を用いる。

この場合、（１）式から ただし　Ｑ＝一定 となる。この式から分かるように、温度Ｔｓには、対流
と輻射の影響により変化する総括伝熱裸部０と気温Ｔａ
の影響が加味されている。従って温度Ｔｓに相当する検
出信号に基づいて熱環境機器を動作させれば、上述の３
つの因子、すなわち対流、輻射および気温の影響を考慮
した制御が可能である。そして、上記の放散熱量Ｑの一
定値を利用者が快適となる値に設定しておけば、その後
は常に快適な状況が得られる。

■　温度ＴＳを一定に保つように制御器を動作させ、制
御信号として放散熱量Ｑに相当する検出信号を用いる。

この場合、（１）式よシ検出信号には総括伝熱係数Ｈｏ
と温度Ｔａの影響が加味され、■の場合と同様に対流、
輻射、気温の３つの因子の影響を考慮した制御が可能と
なる。そして上記の温度Ｔｓの一定値を利用者が快適と
感する温度に一旦セットしておけば、以後いつも快適な
制御が行われる。

次に、上記の２方法を実現するために構成された制御器
を第λ図〜第グ図に示す。

第２図は上記■の方法を遂行するための制御器Ｃ１の一
構成例を示す図であり、図において１は金属製の熱容量
体であり、熱容量体１に内接してヒータ２がはりめぐら
されている。また、熱容量体１には測温素子３が内蔵さ
れている。そして、この制御器Ｃ１によって熱環境機器
を制御するには、まず制御器Ｃ１を熱環境中に配置し、
ヒータ２に一定の電力を供給し、これによって一定見熱
量を発生さぜることによシ放散熱ｔＱを一定に保ちなが
ら測温素子３から温度Ｔｓに相当する検出信号を得、こ
の検出信号に基づいて温度Ｔｓが予め設定された値にな
るように熱環境機器の運転状態を変化させる。

次に、第３図は、上記■の方法を遂行するために構成さ
れた制御器Ｃ２の一構成例を示す図でろシ、図において
１は金属製の熱容量体であり、熱容量体１に内接してヒ
ータ２がはシめぐらされている。また熱容量体１には測
温素子３と熱流計４が内蔵されている。そして、測温素
子３によって温度Ｔｓに相当する検出信号ＳＴが与えら
れ、熱流計４によって放散熱ｔＱに相当する検出信号Ｓ
Ｑが与えられる。さて、この制御器Ｃ２によって熱環境
機器を制御するには、廿ず制御器Ｃ２を熱環境中に配置
し、検出信号ＳＴによってヒータ２への供給電力を制御
し、温度ＴＲが一定になるようにし、同時に、検出信号
ＳＱに基づいて熱環境機器を制御［７検出信号ＳＱＯ値
が一定になるようにする。

次に、ｇ＜ｚ図は上記■の方法を遂行するために構成さ
れた制御器Ｃ３の一構成例を示す図であ、す、その主な
構成は第２図に示す制御器Ｃ１と同じであシ、前者が後
者と異なる点は、前者がヒータ２への供給電圧Ｖ、供給
電流Ｉに相当する検出信号Ｓｖ、ＳＩを検出する手段を
有していることである、この制御器Ｃ３によって熱環境
機器を制御するには、まず温度Ｔ８に相当する検出信号
ＳＴによってヒータ２への供給電力を制御し温度Ｔｓが
一定になるようにする。そして検出信号Ｓｖ又はＳＮに
基づいて熱環境機器の運転を制御し、検出信号Ｓｖ又は
Ｓｌが一定となるようにする。ところで、検出信号Ｓｖ
、Ｓ、はヒータ２０発熱量に対応し、発熱量は制御器Ｃ
３が平衡状態にあるときは放散熱ｉＬＱと同値であるか
ら、検出信号Ｓ■又はＳｌを制御信号として用いるこの
方法は、放散熱量Ｑに相当する検出信号Ｓ、を制御信号
として用いる上記■の方法に他ならない。したがって、
また、検出信号Ｓｙ、Ｓｌの他に直接供給電力を計測す
る電力信号を用いても良い。

次に、第一図に示す制御器Ｃ１に対応する制御器Ｃ４を
製作し、実際に扇風機を制御した例について説明する。

第５図（イ）は、上記の実験に使用した制御器Ｃ４の構
成を示す斜視図であり、直径、Ｓ　Ｏｗｎ　、高さ／θ
θ喘の金属円筒５の表面に同図（ロ）に示すような溝を
設け、この溝に沿ってヒータ２が巻回されている。そし
て金属円筒５の表面は黒色塗装され、輻射率は約θワで
ある。また、ヒータ２は帯状のニクロム線からできてい
る。さらに金属円筒５の内部にはサーモスタット３ａが
内蔵されておシ、金属円筒５の下部はプラスチック製の
支持棒６につながっている。

このような構成の制御器Ｃ４を扇風機の前方約２θ譚の
位置に配置し、ヒータ２への供給電力をＪ／Ｗ（２７ｋ
ｃａｌ／ｈ）に一定し、サーモスタット３ｇから得られ
る０Ｎ１０ＦＦ信号によって扇風機の運転を制御したと
ころ、第６図に示す実験結果が得られた。同図（イ）は
気温Ｔａ＝、２Ａ℃、同図（ロ）は気温Ｔａ＝、２２℃
のときであり、２０分間運転したときの扇風機の稼動率
は気温Ｔａ＝、２６℃のとき３２％、気温’ｌ’Ｂ　＝
ｅ　、２２℃のとき８．２％となっており妥当な結果が
得られている。なお、この稼動率はヒータ２への供給電
力の設定値を増減することにより、自由に変えることが
できる。

なお以上説明した制御器Ｃ１、Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は気温
、対流、輻射の３つの熱環境因子を検出して制御を行っ
ているが、もう７つの熱環境因子として湿度がある。こ
の湿度の影響を扱うには本発明による制御器０１〜Ｃ４
とは別に、湿度を検出する素子と制御器０１〜Ｃ４とを
組み合わせ、湿度を前記湿度検出素子によって検出し、
ある快適な範囲に制御し、気温、対流、輻射の３つの因
子を制御器Ｃ１〜Ｃ４によって制御すれば完全な熱環境
を制御する装置となる。

また、本発明を先に特許された発明（特許第１θ乙９３
’１９号）と比較するならば、特許発明の制御器は熱抵
抗体を用いているのに対し、本発明の制御器は熱容量体
を用いている。この差異を第７図を参照して説明すれば
、図の熱抵抗体８の熱コンダクタンスをＣ９内部温度Ｔ
ｉとすれば、（１）式に対応して放散熱量Ｑは次式のよ
うになる。

／ （１）式と（３）式とを比較すると、熱容量体１を用い
る方法（本発明）においては対流、輻射による影響が総
括伝熱係数Ｈｏを介して制御信号としての放散熱量Ｑ１
又は温度Ｔｓに直接表われるのに対して、熱抵抗体８を
用いる方法（特許発明）においては熱コンダクタンスＣ
の分だけ影響が薄められた形で制御信号としての放散熱
量Ｑ、又は温度Ｔｉに表われるという相異がある。

さらに、熱容量体１は熱抵抗体８と違って熱抵抗はほと
んどθであるから、伝熱における熱抵抗としての作用は
なく、熱環境機器制御時に出力する信号の変動を平滑化
することに役立つものである。すなわち、熱容量体１に
よって温度Ｔｓの変化、放散熱量Ｑの変化が平滑化され
、これによって温度Ｔｓ＋放散熱量Ｑに相当する検出信
号５ＴＩＳＱＩＳＶ、ＳＩ等が急激に変化するという現
象を回避することができる。また、熱抵抗体８は電気で
いう電気抵抗Ｒに相当するが、熱容量体１は金属のよう
な熱伝導率が高い材料からなり、しかも熱容ｔ（比熱Ｘ
重りは大きいので電気でいうコンデンサＣに相当すると
考えてよい。そして抵抗ＲとコンデンサＣの相違を考え
れば、熱抵抗体８を用いた特許第１θ６）３１Ｉり号と
熱容量体１を用いた本発明との相違は明らかである。

最後に、熱環境因子としての「輻射」を制御器で検知す
るためには、一般的には制御器の表面の輻射率を「制御
される発熱体（例えば人間）」の輻射率に合わせておく
ことが望しく、仮シに制御器の表面が金属光沢を有する
面であれば輻射率の影響はほとんど検知しない制御器と
なり、一方、黒色塗装しておけば輻射率は約０．９とな
り輻射影響をよく検知する制御器となる。また、対流の
影響との関係で意図して定めた輻射率となるように制御
器の表面輻射率を定めることも熱環境制御を上手に行う
ためには考慮すべき要因である。

以上説明し友ように、本発明は、熱容量体を介して気温
、対流および輻射の影響を検知する制御器を熱環境中に
配置し、この制御器からの出力信号に基づいて熱環境機
器を制御するので、この発明によれば人間にとって快適
な熱環境が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱伝導機構の説明図、第２図〜第グ図は本発明
にかかる制御器の構成を示す概略図、第Ｓ図は同制御器
の具体的実施例を示す図、第６図は第Ｓ図に示す制御器
によって扇風機を制御したときの扇風機の運転状況を示
す図、第７図は熱抵抗体を用いた制御器における熱伝導
の説明図である。 １・・・・・・熱容量体、２・・・・・・ヒータ、３・
・・・・・測温素子、４・・・・・・熱流計、ｃｌ、Ｃ
２，Ｃ３，Ｃ４・・・・・・制御器。 出願人昭和電工株式会社 第５図 （イ） 第７図 手続補正書（自発） ５７．９．１０ １１ｒ１和　　　年　　　月　　　　日特許庁長官殿 １、事件の表示 昭和５７　　年Ｗｉｆｆ’ｊＩＩ第１１７４６６号２、
　発明の名称 熱環境制御装置 ３、　補正をする者 特許出願人 （２００）　ｌＪ８８Ｉｍ工株式会社 ４、代理人 願書 ６、　補正の内容 ＋１１　　願書の右上の−に、「特許法第３ｇ条ただし
書の規定による特許出願」を加入する。 （２）　　鵬１１４こ「特許請求の範囲Ｏこ記載ざｎた
発明の数」のｌｌ＃を設け、特ｆｆｆｆ１＃求の範囲に
記載ざｎた発明の数３とＲＩ正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／　熱環境を制御する熱環境機器の制御装置において、
   ヒータと、測温素子と、熱容量体とからなり、前記熱容
   量体に前記ヒータおよび測温素子が接するように、又は
   内蔵されるように構成された制御器を前記熱環境中に配
   置し、前記ヒータに一定の電力を供給しつつ前記測温素
   子の出力信号に基づいて前記熱環境機器を制御すること
   を特徴とする熱環境制御装置。 ユ　熱環境を制御する熱環境機器の制御装置において、
   ヒータと、測温素子と、熱流計を内蔵する熱容量体とか
   らなり、前記熱容量体に前記ヒータおよび測温素子が接
   するように、又は内蔵されるように構成された制御器を
   前記熱環境中に配置し、前記測温素子の出力信号に基づ
   いて前記熱容量体の温度を一定に保つように前記ヒータ
   に電力を供給しつつ、前記熱流計の出力信号量が予め設
   定された一定量になるように前記熱環境機器を制御する
   ことを特徴とする熱環境制御装置。 ３　熱環境を制御する熱環境機器の制御装置において、
   ヒータと、測温素子と、熱容量体とからなシ、前記熱容
   量体に前記ヒータおよび測温素子が接するように、又は
   内蔵されるように構成された制御器を前記熱環境中に配
   置し、前記測温素子の出力信号に基づいて前記熱容量体
   の温度を一定に保つように前記ヒータに電力を供給しつ
   つ、前記ヒータに供給される電圧又は電流又は電力に相
   当する信号を検出し、この信号量が予め設定された一定
   量になるように前記熱環境機器を制御することを特徴と
   する熱環境制御装置。