JPH03108620A - 輻射熱検知装置 - 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、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−
１９７４６５号公報に開示される如く、第９図に示すよ
うに、温度己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、特に精度の低い点て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ｑｒｓ風からの輻射熱
量をｑａとすると、熱バランスから、 ｑａ＝ｑｒ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（
１１ｈａ　　（Ｔａ　−Ｔｓ　）　＝ｈｒ　　（Ｔｓ　
−Ｔｒ　）　　（２１したがって、 Ｔｒ　−Ｔｓ　　−（ｈａ／ｈｒ　）　　（Ｔａ　−Ｔ
ｓ　）　　　（３）（ただし、ｈｒは輻射熱伝達率、ｈ
ａ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、Ｔ　ｓ　ｓ　ｈ　ｒ
　、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
段を講することにより、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
生する熱雷素子（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ｌＨ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）か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」とみなぜることになり、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雷素子（２Ａ）により、ペ
ルチェ効果に基づいて電流の方向に応して暖熱及び冷熱
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か低
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ｆｆ１ｉを検出する電流
計、（７）は該電流計（６）及びと記表面温度センサ（
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″″ｑ　ｒ　　　　　　　　　　　　　　　　　（
５１−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か求まればＴ「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ｍｑＯ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ｍｑｏ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１に対してセンサ温度Ｔｒか、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、いっばんに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　−Ｔ
ａ　＋　（ｑｏ　／ｈｒ　Ａ）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Ｔ
ｒの関係か求まることになる。

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ｍｑｏとに基づ
き、壁面又は床面温度Ｔ「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Ｔ「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
熱伝達率か変化すると、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ＱｑＯて置き換えられることになり、こ
の供給熱ＱｑＯ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か検知され、よって、風
速の影響による輻射熱検知精度の悪化をｒイ効に防止す
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雷素子（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Ｔ
ａよりも高い場合及び低い場合の双方で、センサ温度Ｔ
ｓ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、表面温度でンサ（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Ｑｑｈ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ｍｑｈとセンサ温
度Ｔｓとに基づき壁面又は床面温度Ｔ「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
ｆｆ１ｑｒ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ｍｑｈ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Ｔ「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）を利用しなから、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、例えばサーモバ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Ｃ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わいても、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
かできる。

【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図は熱雷素子の電
流値に対する熱雷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図はヒータ人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） 演算器 （演算手段） 菊７囮 −〉。 ＋ｏ　（Ａ） 第５図 “ｉｏ　（Ａ） 第６図 第３図 −〉 ｑｏ　　　（Ｗ） 婢４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （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. （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. （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。