JPH0789085B2 - 輻射温度測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、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
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
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課題） 上述した輻射温度検出器において、輻射温度を検出して
いるものの真の輻射温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が抑制
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、上記輻射温度
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、快適な居住空間を達
成することができないという問題があった。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもので、測定輻射
温度と測定空気温度と真の輻射温度との間に一定の関係
がある点に着目し、この関係特性より簡易型輻射温度検
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。

（課題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温度検出器（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
温度検出器（11）が設けられている。また、上記輻射温
度検出器（１）が検出する測定輻射温度と上記空気温度
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（5
1）が設けられている。そして、該記憶手段（51）の関
係特性に基づいて上記輻射温度検出器（１）及び空気温
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）が設けら
れている。

一方、上記輻射温度検出器（１）は、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）とを有している。そして、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。

（作用） 上記構成により、本発明では、第３図に示すように測定
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/DT₁）を予め
求めて記憶手段（51）が記憶している。そして、輻射温
度検出器（１）及び空気温度検出器（11）が輻射温度及
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（DT₂/DT₁）に基づいて真の輻
射温度を算出している。従って、この算出した真の輻射
温度に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、本発明の実施例に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、室内の床に壁などの輻射
温度を検出する輻射温度検出器、（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温度
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、上記輻射温度検出器（１）について説明す
ると、該輻射温度検出器（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、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
出素子（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、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が
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噴射温度
を精度良く検知するようにしている。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。

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、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、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。

一方、前記空気温度検出器（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、上記輻射温度検出器
（１）が検出した測定輻射温度Tsと空気温度検出器（1
1）は検出した測定空気温度Taとから次式に基づいて真
の輻射温度Trを算出するように構成されている。

Tr＝Ta＋（1/cs）（Ts−Ta） …… この式において、cs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、測定輻射温度Tsと測定空気温度Taに対
する真の輻射温度Trの関係特性を示しており、次式で表
わされる。

cs＝DT₂/DT₁＝（Ta−Ts）／（Ta−Tr） …… この式を変形したのが上記式であり、この輻射定数
csは、外部条件、すなわち輻射温度検出器（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、測定輻射温度Ts、測定空気温度
Ta及び真の輻射温度Trの関係は、第３図に示すように、
測定輻射温度Taが測定空気温度Taとの輻射温度Trとの間
に位置する関係となるので、この第３図におけるDT₁とD
T₂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、縦軸に輻射定数csを
とり、横軸には、a,b,c,dの４つの異なる輻射温度検出
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2mmとしたもの、
ｃは、前方空気断熱層（９）を5mmとしたもの、ｄは、
断熱ケース（５）を２倍の厚さにしたものである。そし
て、図中の○印は、風速が0.1m/s、□印は、風速が1.5m
/sの場合である。この実験結果より噴射温度検出器
（１）の条件に対応して輻射定数csが設定される。

尚、輻射温度検出器（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、前記演算回路（41）が算出した真の輻射温度信
号は、出力回路（61）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、輻射温度検出器（１）は、室内ユニットに収納さ
れており、壁などより出た輻射熱は、噴射熱透過膜
（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、上記輻射熱吸収板（３）
を伝わった輻射熱を受けて輻射温度を検出する。

一方、空気温度検出器（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、式に基づいて測定輻射温度Tsと測定空気温度Taと
から真の輻射温度Tr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、上記真の輻射温度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Tr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（体感温度）を算
出するようにてもよい。

すなわち、上記体感温度OTは、次式で表わされ、 OT＝（hc・Ta＋hr・Tr）／（hc＋hr） …… hc:人体の対流熱伝達率 hr:人体の輻射熱伝達率 この式を変形すると、 OT＝Ta＋cm（Tr−Ta） …… となる。このcmは、熱伝達定数で次式となる。

cm＝hr/（hc＋hr） …… ここで、人体の対流熱伝達率hcは、次式で表わされる
（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”）。

また、人体の輻射熱伝達率hrは、通常４（kcal/m²h℃）
であるので、熱伝達定数cmと風速ｖとの関係に、第５図
に破線Ａ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、実線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cm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（4
1）は、この輻射定数csと熱伝達定数cmとを適用し、上
記式及び式から導出される次式から体感温度OTを算
出し、出力回路（61）に出力している。

OT＝Ta＋（cm/cs）（Ts−Ta） …… 従って、この実施例においては、輻射温度検出器（１）
が検出した測定輻射温度Tsと、空気温度検出器（11）が
検出した測定空気温度Taとより、演算回路（41）が直接
体感温度OTを式に基づいて算出している。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ニッ
トが制御されることになる。

尚、この体感温度OTを算出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
温度検出器（１）の構造等を設定してもよく、その際、
上記式における（cm/cs＝１）となるので、輻射温度
検出器（１）が検出した測定輻射温度Tsがそのまま体感
温度OTとなり（Ts＝OT）、体感温度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0.4m/sと仮定する
と、熱伝達定数cmは、第５図の実線Ｂより0.4となる。
そこで、第４図に示すように、輻射温度検出器（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がそのまま体感温度OTとなる。

また、各実施例における記憶手段（51）の輻射定数cs及
び熱伝達定数cmは、風速ｖを仮定して一定値としたが、
室内ユニットに風速計を設け、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、輻射温度検出器（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、輻射温度検出器（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
定輻射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、検出した輻射温度と空気温
度とから真の輻射温度を算出するようにしたため、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、簡易な輻射温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。

また、噴射温度検出器を噴射熱吸収板がその前面にて噴
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ができる。

また、輻射温度検出器の輻射熱透過膜が赤外線透過性材
で形成するので、輻射熱が確実に透過して吸収板に伝わ
り、更に、空気断熱層を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、輻射温度検出器における輻射熱吸収板の塗料層を
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。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の実施例を示し、第１図は、噴射温度測
定装置のブロック図、第２図は、輻射温度検出器の縦断
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）……輻射温度検出器、（２）……温度検知素子、
（３）……噴射熱吸収板、（４）……塗料装置、（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、（11）……空気温
度検出器、（41）……演算回路、（51）……記憶手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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）及び空気温度検出器（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）とを備える一方、 上記輻射温度検出器（１）は、 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
   輻射温度測定装置。