JPS63187128A - 輻射温度測定装置 - 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】 （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ＯＡ温度を非接触で検出する輻射湿
度測定装置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湿
度検出器と共に、壁などの幅ｒＡ渇度を検出する輻射湿
度検出器が設けられ、これら雨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湿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＋Ｕ
検出器には待聞昭６１−１４９７５１号公報に開示され
ているものがある。

この輻ｍ湿度検出器は、前面が間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） 上述した輻射湿度検出器において、輻射温度を検出して
いるらのの真の輻ＩＩ　１度を検出しているとは言えな
いという問題があった。つまり、収納空間の空気層の厚
さを制限することなどによって対流熱伝達や伝導伝熱を
抑制するようにしているが、完全に対流熱移動や伝導熱
移動を防止することができなかった。従って、上記輻射
湿度検出器が検出した輻射温度をそのまま利用して空調
制御を行っていたのでは精度が悪く、快適な居Ｕ、空間
を達成することができないという問題があった。

本発明は、斯かる点に鑑み、測定輻射温度と測定空気温
度と真の輻！）１温度との間には一定の関係がある点に
着目し、この関係特性より簡易型輻射湿度検出器を利用
しても真の輻射温度を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、先ず、温度検知素子（２）の前方が
空気層（９）を介して透明体（８）で覆われる一方、上
記温度検知素子（２）の背面が断熱ケース（５）で覆わ
れ、室内の輻射温度を検出する輻射湿度検出器（１）が
設けられている。

更に、室内の空気温度を検出する空気湿度検出器（１１
）が設けられている。また、上記輻射湿度検出器（１）
が検出する測定輻射温度と上記空気湿度検出器（１１）
が検出する測定空気温度とに対する真の輻射温度の関係
特性を予め設定記憶している記憶手段（５１）が設けら
れている。そして、該記憶手段（５１）の関係特性に桔
づいて上記輻射湿度検出器（１）及び空気湿度検出器（
１１）で検出した測定輻射温度及び測定空気温度より真
の輻射温度を篩用する演算手段（４１）が設けられた構
成としている。

（作用） 上記構成により、本発明では、第３図に示ずように測定
輻射温度が測定空気温度と真の輻射温度との間に位置す
る点を利用し、３つの温度関係特性（ＤＴ２　／ＤＴＩ
　＞を予め求めて記憶手段（５１）が記憶している。そ
して、輻射湿度検出器（１）及び空気湿度検出器（１１
）が幅ｒＪ４温度及び空気温度を検出すると、これらの
測定温度から演算手段（４１）が上記関係特性（Ｄ−Ｔ
２／ＤＴ電）に基づいて真の輻ｏＡ温度を算出している
。従って、この算出した真の輻（）ｌＪ湯温度基づいて
空調制御等を行うので、快適な居住空間等を実現するこ
とができる。

（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、室内の床や壁などの輻射温
度を検出する幅ｒＪ４湿度検出器、（１１）は上記室内
ユニットが設けられた室内の空気温度を検出する空気湿
度検出器であって、上記各検出器（１）、（１１）の出
力信号はそれぞれ検知回路（２１＞、（３１）で信号処
理された後、演算手段である演算回路（４１）に入力さ
れている。

そこで先ず、上記輻ｔ１４湿度検出器（１）について説
明すると、該輻射湿度検出器（１）は、第２図に示すよ
うに、床や壁などの輻射熱を温度検知素子（２）によっ
て非接触で検知する簡易型の検出器である。上記温度検
知素子（２）は湿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）からの熱く壁等の輻射熱）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、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（ＴｉＯｚ）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
幅！）Ｊ温度を′Ｆａ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！
＆！射特性を得るようにしている。

上記輻射熱吸収板（３ンは断熱ケース（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Ｗ４
（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）とにより上記湿度検知素子（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３０
μｍの厚さのポリエチレンで形成すると、その分光透過
率は波数が４０００Ｃ１１’から５０００ＩＯ−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６〜７μ−
以上の赤外線のみを透過するシリコン基板等のカットオ
ンフィルタで形成してもよい。

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、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、大きくしすぎる
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、５１１１〜１０Ｉｌｌとして上
記吸収板（３）に伝わる熱のうら多くが上記透過膜（８
）を透過した輻射熱となるように構成されている。

一方、前記空気湿度検出器（１１）は、白金などを用い
た抵抗温度計や熱電対を用いた熱電温度計などで構成さ
れ、輻射温度を検出している室内の空気温度を検出して
いる。

また、前記演算回路（４１）は、上記幅（）Ｊ湿度検出
器（１〉が検出した測定輻射温度Ｔｓと空気湿度検出器
（１１〉が検出した測定空気温ｆｆ１Ｔａとから次式に
基づいて真の輻！）ｌ温度Ｔｒを算出するように構成さ
れている。

Ｔｒ　−Ｔａ　＋　（１／ｃｓ）　　（Ｔｓ　−Ｔａ　
）　・・・■この０式において、Ｃ８は輻射定数であっ
て記憶手段（５１）に予め記憶され、該記憶手段（５１
）が演算回路（４１）に定数信号を出力している。

この記憶手段（５１）の輻射定数ＣＳは測定部！）１　
ｇｒｘＴＳと測定空気温度Ｔａに対する真の輻射温度Ｔ
ｒの関係特性を示しており、次式で表わされる。

ｃｓ−ＤＴ２／ＤＴ＋　−（Ｔａ　　ＴＳ　）／　（Ｔ
ａ　−Ｔｒ　）・・・■ この０式を変形したのが上記０式であり、この輻射定数
ａＳは外部条件、すなわち輻射湿度検出器（１）の構造
や風速などで変化するが、これらの条件が設定されると
一定値となるので、実験的に求めて記憶手段（５１）に
記憶されている。つまり、測定部１）ｊ温度ＴＳ、測定
空気温度Ｔ、ａ及び真の輻射部ａＴｒの関係は、第３図
に示すように、測定輻射温度下ａが測定空気温度Ｔａと
の輻射温１嶽丁ｒどの間に位置する関係となるので、こ
の第３図におけるＤＴ＋　とＤＴ２の比を輻射定数ＣＳ
として予め設定している。

そこで、この輻射定数ＣＳの具体的な実験結果を第４図
に示している。この第４図において、ｔＩｉ軸に輻射定
数ＣＳをとり、横軸にはａ、ｂ、ｃ、ｄの４つの異なる
輻射湿度検出器（１）をとり、ａは輻射熱透過膜〈８）
を設けないもの、ｂは前方空気断熱層（９）を２１とじ
たもの、Ｃは前方空気断熱層（９）を５１１１ｍどした
もの、ｄは断熱ケース（５）を２倍の厚さにしたちので
ある。そして、図中の○印は風速が０．１１１／Ｓ、口
中は風速が１．５ｍ／ｓの場合である。この実験結果よ
り輻射湿度検出器（１）の条ｆ１に対応して輻射定数Ｃ
Ｓが設定される。尚、輻射湿度検出器（１）は、第４図
から明らかなように周囲の風速で輻射定数ＣＳが変化す
るので、風速変化の少ない箇所に設けることが好ましい
。

そして、前記ＰＦ４算回路（４１）がｎ出した真の輻１
＞１　温度信号は出力回路（Ｇ１）に入力され、室内ユ
ニットの制御信号として利用される。

次に、真の輻射温度Ｔｒの検出動作について説明する。

先ず、輻射湿度検出器（１）は室内ユニツ１へに収納さ
れており、壁などより出た輻射熱は輻射熱透過膜（８〉
を透過し、前方空気断熱層（９）を通って塗料層（４）
に伝わり、輻射熱吸収板（３）に吸収される。そして、
温度検知素子（２）は輻射熱吸収板（３）を伝った輻射
熱を受けて輻ＯＡ温度を検出する。

一方、空気湿度検出器（１１）は室内空気の温度を検出
しており、この空気温度及び輻射温度の信号は検知回路
（２１）、＜３１）で信号処理されて演算回路（４１）
に入力される。そして、該演算回路（４１）には記憶手
段（５１）より輻射定数ＣＳが入力されているので、演
算回路（４１）は０式に基づいて測定輻射温度Ｔｓと測
定空気温１ｉｔＴａとから真の輻射ｍ　ａ　Ｔ　ｒを算
出する。この真の輻射温度Ｔｒは出力回路（６１）に出
力され、室内ユニットが制御される。従って、真の輻ｔ
Ａｍ度Ｔｒで空調制御されるので、快適な居住空間が達
成されることになる。

上記実施例は真の輻射温度Ｔ「を算出するようにしたが
、他の実施例として人体の作用温度（体ｖＡ温度）を導
出するようにしてもよい。

プなわら、上記体＠温度ＯＴは次式で表わされ、ＯＴ　
　−（ｈｃ−Ｔａ　　＋ｈｒ−Ｔｒ　　）　　／　　（
ハｃ＋ｈｒ）・・・■ ｈＣ；人体の対流熱伝達率 ｈｒ：人体の輻射熱伝達率 この０式を変形すると、 ０Ｔ−Ｔａ　＋ｃｍ（Ｔｒ　−Ｔａ　）　−■となる。

このｃｍは熱伝達定数で次式となる。

ａｔｇ−ｈｒ／　（ｈｃ＋ｈｒ）　　・・・■ここで、
人体の対流熱伝達率ｈｃは次式で表わされろく参考；空
気調和・衛生工学会論文集Ｎｏ、１５．１９８１年２月
号、持田徹著゛着衣時の対流およびふく射熱伝達率°′
）。

ｈｃ−３５〒丁い＋２３　　　　・・・■Ｖ；風速（ｍ
／ｓ） また、人体の輻射熱伝達率ｈｒは通常４（ｋｃａ９／Ｉ
Ｔ！２ｈ’Ｃ）であるので、熱伝達定数ＣＩと風速■と
の関係は第５図に破線へに示す通りとなる。更にまた、
湿性放熱まで考慮して修正した熱伝達定数ｃｍは実ＩＭ
Ｂで示す通りとなる。

そこで、この第５図に基づいて居住域である室内の風速
を仮定し、熱伝達定数Ｃｌ１ｌを予め設定する。

そして、前記記憶手段（５１）′には前記輻射定数ＣＳ
の他に上記熱伝達定数Ｃｍが設定記憶されている。

一方、前記演算回路（４１）は、この輻射定数ＣＳと熱
伝達定数Ｃａｌとを適用し、上記０式及び０式から導出
される次式から体感温度０下を算出し、出力回路（６１
）に出力している。

０Ｔ−Ｔａ　＋　（ｃｍ／ａｓ）　　（ＴＳ　−Ｔａ　
）　−・・■従って、この実施例においては、輻射湿度
検出器（１）が検出した測定輻射ｍ度Ｔｓと、空気湿度
検出器（１１）が検出した測定空気湿度Ｔａとより、演
算回路（４１）が直接体感混成ＯＴを０式に基づいて導
出している。この体感温度ＯＴの信号が出力回路（６１
）より出力されて室内ユ二ットが制御されることになる
。

尚、この体感温度ＯＴを篩用する実施例において、輻射
定数ＣＳが熱伝達定数ｃｍと等しくなるように（ｃｓ＝
　ｃｍ）輻射湿度検出器（１）の構造等を設定してもよ
く、その際、上記０式における（ＣＩＩｌ／ｃｓ＝　１
　）となるので、輻射湿度検出器〈１）が検出した測定
輻ｌ）Ｉ温度Ｔｓがそのまま体感温度ＯＴとなり（Ｔｓ
−ＯＴ）、体感湿度ＯＴを簡易に検出することができる
。つまり、例えば居住域の風速Ｖが０．／ＩＩ／Ｓと仮
定すると、熱伝達定数ＣＯｔは第５図の実ｆ］ｌＢより
０．４となる。そこで、第４図に示すように、輻ｔ！Ｊ
湿度検出器（１）の前方空気断熱層（９）等を変えると
輻射定数ＣＳが変化するので、この輻射定数ＣＳが０．
４となるように空気断熱層（９）等を設定することにな
る。これにより、測定輻射温度ＴＳがそのまま体感温Ｉ
ＩＬＯＴとなる。

また、各実施例にお番」る記憶手段（５１）の輻射定数
ＣＳ及び熱伝達定数Ｃ＋＋＋は風速Ｖを仮定して一定値
としたが、室内コニットに風速計を設【ノ、風速Ｖに対
応して輻射定数ＣＳ及び熱伝達定数ｃｍを変更するよう
にしてもよい。

更にまた、輻射湿度検出器（１）の前方空気断熱層（９
）は透過膜（８）を２枚並設して二重に形成してもよい
。また、輻射湿度検出器（１）は実施例のものに限られ
ず、従来例に示す特開昭６１−１４９７５１号公報に示
すものでもよく、その際、この検出器に対応した輻射定
数ＣＳ等を定めればよい。

（発明の効果） 以上のように、本発明の輻射温度測定装置によ　　、れ
ば、測定輻！ｌ）ｌ温度と測定空気温度とに対する真の
輻射温度の関係特性を予め設定記憶させ、検出した輻ｏ
４温度と空気温度とから真の輻射温度を停出するように
したために、この真の輻射温度により空調制御等を行う
ことができるので、簡易な輻射湿度検出器を用いても快
適な空調を行うことができ、有価に精度の良い制御を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図幅ｔＡ１度測定装
置のブロック図、第２図は輻（ト）湿度検出器の縦断面
図である。第３図は測定輻射温度と測定空気温度と真の
輻射温度との関係を示す図、第４図は輻射定数ＣＳの実
験結果を示す図、第５図は風速による熱伝達定数Ｃｍの
変化を示す図である。 （１）・・・輻射湿度検出器、（２）・・・温度検知素
子、（３）・・・輻射熱吸収板、（４）・・・塗料装置
、（５）・・・断熱ケース、（５Ｇ）・・・収納室、（
８）・・・輻射熱透過膜、（９）・・・前方空気断熱層
、（１１）・・・空気湿度検出器、（４１）・・・演算
回路、〈５１）・・・記憶手段。 第４図 第３図 第５図 Ｖ（ｍｋ　）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）前面が空気層（９）を介して透明体（８）で覆わ
   れ、背面が断熱ケース（５）で覆われた温度検知素子（
   ２）を有し、室内の輻射温度を検出する輻射温度検出器
   （１）と、室内の空気温度を検出する空気温度検出器（
   １１）と、上記輻射温度検出器（１）が検出する測定輻
   射温度及び上記空気温度検出器（１１）が検出する測定
   空気温度に対する真の輻射温度の関係特性を予め設定記
   憶している記憶手段（５１）と、該記憶手段（５１）の
   関係特性に基づき上記輻射温度検出器（１）及び空気湿
   度検出器（１１）で検出した測定輻射温度及び測定空気
   温度より真の輻射温度を算出する演算手段（４１）とを
   備えて構成されていることを特徴とする輻射温度測定装
   置。