JPH0352568B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、人体に快適な環境を提供する空気調
和装置における環境の温熱状態を検知する素子に
関するものである。

従来のこの種の環境の温熱状態を検知する素子
は、サーミスタ等の温熱検知素子を空気調和装置
の室内空気吸込口、又は、空気調和される空間に
取付け、空気温度を検知している。

この場合、空気調和される空間の温熱状態は空
気温度のみで空気調和装置を動作させて制御され
るが、空間に居る人間の快適性は空気温度の他に
輻射熱、気流、湿度により影響されるので、空気
温度のみでの快適な温熱状態に制御するには限界
があつた。

これを改善するために、空気温度検知素子の他
に、湿度検知素子、輻射検知素子等を併設してそ
こからの信号を論理的に結合させて、空気調和装
置を動作させる制御装置もあるが、素子が複数に
なり複雑となつている。

また、人体と空間の温熱状態との熱収支と等価
な発熱体を温熱検知素子として用いる場合には発
熱体の相当直径が15cm程度の大型となり、空間の
温熱状態を検知して空気調和装置を動作させるに
は検知素子が大きく実用的でない。

本発明は、このような従来の欠点を除去するも
ので、空気調和される空間の温熱状態を検知する
人間の快適性と相関する小型で、かつ単一の温熱
検知素子を提供するものである。

本発明は外表面の輻射率を人体の皮膚表面又は
衣服の輻射率に概略一致させた発熱体と、この発
熱体の温度を検知する検知体と、発熱体の外周に
空間を設けて覆う、全体に均一な多数の通気孔を
有するポリエチレン等の樹脂成形である発熱体カ
バーとからなるものである。

この構成によつて、発熱体は電力供給線より外
部から供給された電力により発熱すると共に発熱
体カバーを透過して周囲物体、日射との輻射熱交
換と発熱体カバーの通気孔を通しての周囲空気と
の対流熱交換により、熱収支が起こり、その結果
として発熱体の温度が決定さる。この熱収支のメ
カニズムは人体の熱収支と相関関係にあるためこ
の発熱体の温度を検知する検知体の信号により快
適性に大きな影響を及ぼす、気温、気流、輻射を
単一の温熱検知素子で評価でき空気調和装置を制
御できることになる。

以下、本発明の一実施例を第１図〜第２図を用
いて説明する。

図において、１は温熱検知素子の本体で、球形
の発熱体２、多数の通気孔３を有しかつ輻射熱を
透過するポリエチレン等の樹脂で球形に形成され
た発熱体カバー４、支持金具５からなり、発熱体
２には、球形の外殻６の内部にヒータ７及び外殻
６の温度を検知する熱電対でなる検知体８が具備
され、支持金具５には、ヒータ７への電力供給線
９と検知体８からの信号線１０が具備されてい
る。

この構成によつて、電力供給線９からヒータ７
に一定の電力Hgを供給すると、発熱体２の熱収
支は下記のごとくとなり、発熱体２の温度Tgが
決まる。

Hg／Ag＝αcg（Tg−Ta）＋αrg（Tg−Ta） ……(1) ただし、 Hg：供給電力 Ag；発熱体表面積 αcg：発熱体と周囲空気との間の対流熱伝達率 αrg：発熱体と周囲空気との間の輻射熱伝達率 Tg：発熱体温度 Ta：周囲気温 Tr：周囲輻射温度 一方、人体も発熱し外界へその熱を放散してい
るので、乾性放熱のみを考えると熱収支は下記の
ごとくとなる。

｛１＋Ｒ（αcb＋αrb）｝Hb／Ab ＝αcb（Ts−Ta）＋αrb（Ts−Tr） ……(2) ただし、 Hb：人体の乾性発熱量 Ab：人体の体表面積 αcb：人体と周囲空気との間の対流熱伝達率 αrb：人体と周囲物体との間の輻射熱伝達率 Ｒ ：着衣の熱抵抗 Ts：人体の皮膚表面温度 ここで、発熱体２への供給電力を(3)式のごとく
に調節すると、(1)、(2)式から(4)式となる。

Hg＝Ag／AbHb ………(3) Hb／AbＲ(αcb+αrb)＝αcb・Ts−αcg・Tg ＋αrb・Ts−αrg・Tg−(αcb-αcg)・ Ta−（αrb−αrg）Tr ………(4) 発熱体２の外表面の輻射率を人体の表面の輻射
率に概略一致させると(5)式のごとくになる。

αrb＝αrg≡αr ………(5) 又、発熱体カバー通気孔の開口状態は、気流を
減少させるように(6)式が成立するごとく開口され
ている。

αcb＝αcg≡αc ………(6) 式(4)、(5)、(6)から Ts＝Tg＋Ｒ・Hb／Ab ………(7) Tsと温熱状態の快適性の関係は、第３図に示
すごとく一義的に決定されるので、Tgを検知体
からの信号により得られると、空気調和空間に居
る人間の作業状態により決まるHb、着衣の状態
により決まるＲをパラメータとして、式(7)より
Tsが決定され、空気調和空間の快適性が評価さ
れる。

このように人体と等価な熱収支を有するために
は、人体と温熱検知素子の輻射熱伝達率αr及び
対流熱伝達率αcを概略一致させねばならない。
つまり、 輻射熱伝達率αrを一致させるためには人体
の表面の輻射率と、温熱検知素子における発熱
体２の外表面との輻射率を概略一致させると共
に、発熱体カバー４での輻射透過による減衰を
極力押えるためにポリエチレン等の輻射透過率
の高い材料を用いることが必須となる。

対流熱伝達率αcは、第４図に示す如く対象
物の相当径と対象物まわりの風速の関係であ
り、相当径が大きくなればαcは小さく、風速
が大きくなればαcは大きくなる関係にある。

人体まわりの風速ｖがv₁のとき人体の対流熱伝
達率αcはαcbであるが、同じ風速v₁での人体より
相当径の小さな発熱体の対流熱伝達率αcはαcgと
なり１桁大きな値となり、αcbとαcgとを一致さ
せるためには、相当径を概略15cmとしなければな
らないことが解る。

逆に、相当径の小さな発熱体が、αcbと同じ値
の対流熱伝達率を得るには、発熱体まわりの風速
ｖをv₂に減少しなければならない。

その減少する手段として、多数の通気孔３を有
する発熱体カバー４を設けているのである。

すなわち、第５図に示すごとく、検知素子前面
でv₁の風速を有する気流の多くは、発熱体カバー
４の外周に沿つて後方に流れる。その一部が発熱
体カバー４の通気孔３を通り発熱体２の周囲を流
れ、後方の通気孔３から流出する。

この通気孔３を通つて流入、流出する気流は通
気孔３での流体抵抗で減衰すると共に、前面流れ
の一部のみ硫入するために、第６図に示すごとく
風速v₂に減衰され、その時の発熱体２の対流熱伝
達率αcは、人体の対流熱伝達率αcbと概略一致す
ることになる。

以上のように、空気調和空間の温熱状態として
の気温、気流、輻射を人間の快適性と相関する小
型で、かつ単一の温熱検知素子により検知するこ
とができる。

さらに、空間に居る人間の作業状態、着衣の状
態をパラメータとして与えることができ、一層の
細かな制御を得、快適性を維持できる。

以上のように本発明の温熱検知素子によれば、
発熱体への輻射熱を透過しかつ気流を減少させる
発熱体カバーを用いることにより、小型で、かつ
単一の素子で温熱状態としての気温、気流、輻射
を人間の快適性として検知でき、複数の素子によ
る複雑な制御装置を必要とせずに、空気調和装置
を動作させ、快適な温熱状態を容易に提供するこ
とができる。

また、発熱体を、外周に空間を設けて全体に均
一な多数の通気孔を有する発熱体カバーで覆つて
おり、発熱体に当たる気流は、通気孔から外周の
空間を通り、対向の通気孔から吐出される間に減
衰され、直接発熱体に気流が当たらないため、対
流熱伝達率が減少し、人体と等価な熱伝達率にす
るための発熱体の大きさを減少させることができ
る。さらに、小型化により、環境変化に対する応
答性も早くなり、空気調和装置の制御性能を高め
る。さらにまた発熱体カバーが単なる保護部材で
なく、全体に均一な多孔とポリエチレン等の輻射
透過体で構成されるため、輻射による熱伝達も有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の温熱検知素子の一実施例を示
す外観図、第２図は同温熱検知素子の断面図、第
３図は人体の皮膚表面温度と快適性との相関を示
す関係図、第４図は風速と対流熱伝達率との相関
を示す関係図、第５図は風速を有する気流中にお
ける温熱検知素子の説明図、第６図は発熱体まわ
りと、人体まわりの風速の関係を示す関係図であ
る。 １……本体、２……発熱体、３……通気孔、４
……発熱体カバー、８……検知体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 外表面の輻射率を人体の皮膚表面又は衣服の
   輻射率に概略一致させた発熱体と、この発熱体の
   温度を検知する検知体と、発熱体の外周に空間を
   設けて覆う全体に均一な多数の通気孔を有するポ
   リエチレン等の樹脂成形でなる発熱体カバーとか
   らなる温熱検知素子。