JPH0579675A - 輻射温度制御方法及び輻射温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 床面の広範囲の平均温度を赤外線放射温度計
で感知して室内の温熱環境を制御する。 【構成】 天井に赤外線放射温度計３及び遠赤外線輻射
パネルヒータ４を配置して、赤外線放射温度計３で広範
囲の床面の赤外線エネルギを検出し、この検出信号を温
度計用制御部１１に供給して平均温度を算出し、この平
均温度と設定温度との偏差を温度調整器１２で算出し、
算出された温度偏差を電力調節器１４に供給して、この
電力調節器１４で輻射パネルヒータ４の供給電力を制御
することにより、熱容量の大きな床面を設定温度に保
つ。熱容量の小さな室内空気は床面、壁面の温度に追従
して変化し、上下の垂直温度分布の差異の小さな快適な
温熱環境を維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、輻射温度制御方法及び
輻射温度制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、輻射暖冷房では、室内の空気温度
のみを温感の指標とすることは不適であり、ルームサー
モスタットのみで、輻射パネル温度を制御するのは適切
ではないが、室内の平均輻射温度を検出するような実用
的な器具はなかったので、次に示すような方法が便宜的
に使われていた。したがって、十分に有効な制御はでき
なかった。 （イ） 室内の壁に取付けた温度センサで室内気温を検
知し、その設定値により、輻射パネル温度を増減して室
温の制御をしていた。しかし、室内の輻射パネル、壁
面、床面等は熱容量が大きいため、室温の変動に迅速に
追随することができず、相当の時間遅れがあり、このた
め快適温感を損なわれることが多かった。

【０００３】これを防ぐために、外気サーモスタットに
よって輻射パネル温度を制御し、ルームサーモスタット
によって外気サーモスタットの動作を補償する方法や、
ルームサーモスタットを室温の上限を抑えるために使用
する方法などがある。 （ロ） 他の方法として、所謂アメニティセンサを室内
に配置し、その値を天井に設置した受信器で受け、空調
器の制御を行うものが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の温度センサを使用した輻射温度制御方法にあって
は、室内の一点を代表点としてその点の空気温度を検出
しており、必ずしも室内の温熱環境を代表しているとは
限らない場合が多かった。したがって、温度分布の偏り
が生じやすいこと、周囲壁面温度には熱慣性があるた
め、室内空気温度による制御では時間遅れが生じ、温熱
環境の変動幅が大きい振動現象を起こしがちで、在室者
の不満が生じることが多いという課題があった。

【０００５】また、外気サーモスタットによって輻射パ
ネル温度を制御し、この制御をルームサーモスタットに
よって補償する場合も、制御系が複雑になる割りには制
御特性を大幅に向上させることはできないという課題が
あった。さらに、センサとしてアメニティセンサを使用
する場合にも、その設置位置における温度、湿度、輻射
温度、気流等を検出するため、広範囲の温熱環境を検出
することはできず、代表点による制御には代わりがな
い。

【０００６】そこで、本発明は、上記従来例の課題に着
目してなされたものであり、熱容量の大きな壁面、床面
等の温度と室内空気温度との応答遅れによる周壁面の温
度超過差を解消し、床面、壁面の広範囲な部分での温度
制御が可能な輻射温度制御装置及び輻射温度制御方法を
提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る輻射温度制御方法は、温度制御対象
室内に配置した赤外線放射温度計で当該室内の床面又は
壁面の赤外線放射エネルギを検出し、検出された赤外線
放射エネルギから床面又は壁面の平均温度を算出し、算
出された平均温度と予め設定した床面又は壁面の設定温
度との偏差によって前記床面又は壁面の温度制御する面
状輻射体の出力を制御することを特徴としている。

【０００８】また、請求項２に係る輻射温度制御装置
は、温度制御対象室内に設置された床面又は壁面を輻射
によって温度制御する面状輻射体と、該面状輻射体で温
度制御される床面又は壁面の赤外線放射エネルギを検出
する赤外線放射温度計と、該赤外線放射温度計の温度検
出値に基づいて測定面の平均温度を算出する平均温度算
出手段と、該平均温度算出手段で算出された平均温度と
予め設定した設定温度との偏差に基づいて前記面状輻射
体の輻射量を調整する輻射量制御手段とを備えたことを
特徴としている。

【０００９】ここで、赤外線放射温度計としては、円錐
状の赤外線導入フードとその頂部に配設された赤外線セ
ンサとで広範囲の赤外線エネルギを検出する構成とする
ことが望ましく、または傾動自在としてより広範囲の赤
外線エネルギを検出する構成とすることが望ましい。ま
た、面状輻射体としては、暖房専用の場合には面状発熱
体としてこれに供給する電力を温度差に応じて電力調節
器で制御することが好ましい。

【００１０】

【作用】本発明においては、赤外線輻射温度計で、輻射
温度制御を行う床面、壁面等の赤外線放射エネルギを広
範囲に検出し、この赤外線放射エネルギ検出値から広範
囲な床面、壁面の平均温度を算出し、その平均温度と予
め設定した設定温度との差を解消するように面状輻射体
の温度を制御し、熱容量の大きい床面、壁面等の輻射温
度を迅速に設定温度に追従させる。ここで、赤外線放射
温度計を円錐状の赤外線導入フードとその頂部に配設し
た赤外線センサとで構成することにより、広範囲の赤外
線エネルギを検出することができる。また他の方法とし
て、赤外線放射温度計自体を傾動自在に保持することに
より、より広範囲の赤外線エネルギを検出することがで
きる。また、暖房専用の場合には、面状輻射体として面
状発熱体を適用することにより、取付作業及び制御態様
を簡略化することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明による輻射温度制御装置を輻射暖房
装置に適用した場合の一実施例を示す構成図である。図
中、１は温度制御対象となる閉じた空間としての室内で
あって、天井面２ａの中央部分に赤外線放射温度計３が
検出部を床面２ｂに向けて取付けられ、この赤外線放射
温度計３を囲むように面状輻射体としての所要数の遠赤
外線輻射パネルヒータ４が取付けられている。

【００１２】赤外線放射温度計３は、図２に示すよう
に、前面に円形窓３ａを有するケース体３ｂと、このケ
ース体３ｂの円形窓３ａに装着された円錐状の赤外線導
入フード３ｃと、この赤外線導入フード３ｃの頂部に配
設された赤外線センサ３ｄと、赤外線フード３ｃの赤外
線導入部に配設された例えばポリエチレン板で構成され
る透光性板３ｅとで構成されている。ここで、赤外線導
入フード３ｃは円錐角で４０度〜６０度（図では６０
度）に形成され、この範囲の床面からの赤外線を導入し
て赤外線センサ３ｄに照射させることにより、赤外線セ
ンサ３ｄから床面の広範囲の赤外線放射エネルギに応じ
た検出信号が出力される。

【００１３】遠赤外線輻射パネルヒータ４は、例えば電
力により発熱するシート状の導電性シリコンゴムで形成
される面状発熱体の表面に、熱伝導率のよい金属性熱拡
散板を配置すると共に、この熱拡散板の表面に松，杉，
桧等の木材の薄膜又は大谷石，オリビンサンド等の鉱物
の粉末を主成分としこれを接着材料に混練して形成した
薄膜で構成される遠赤外線高輻射率材料薄膜を配置した
構成を有する。

【００１４】また、この遠赤外線輻射パネルヒータ４の
近傍にその温度を検出する温度センサ５が配設されてい
る。そして、輻射パネルヒータ４の輻射温度が制御装置
６によって制御される。この制御装置６は、赤外線放射
温度計３から出力される検出信号が入力され、この検出
信号に基づいて床面の平均輻射温度を算出する平均温度
算出手段としての温度計用制御部１１と、この温度計用
制御部１１から出力される平均床面温度と予め設定され
た設定温度との偏差を算出する温度調整器１２と、温度
センサ５の温度検出値が入力され、この温度検出値が予
め設定した輻射パネルヒータ４の限界高温に達したか否
かを判定し、限界温度に達したときにそのことを表す警
報信号を出力する限界温度制御器１３と、温度調整器１
２の偏差信号及び限界温度制御器１３の警報信号が入力
され、警報信号が入力されていないときには温度調整器
１２の偏差信号に基づいて例えばＰＩＤ演算を行って輻
射パネルヒータ４の面状発熱体に供給する電力を制御
し、警報信号が入力されたときには電力の供給を遮断す
る電力調節器１４とを備えている。ここで、電力調節器
１４には、源端子ＴＡからの商用電源がブレーカ１５、
電源スイッチ１６、タイマ１７を介して供給される。そ
して、温度調整器１２及び電力調節器１４で輻射量制御
手段が構成されている。

【００１５】次に、上記実施例の動作を説明する。先
ず、温度調整器１２の設定温度を使用者の好みに応じて
適宜設定する。この状態で、電源スイッチ１６をオン状
態とすると共に、必要に応じてタイマ１７をセットする
ことにより、電力調節器１４に電源が供給されて温度制
御を開始する。このとき、赤外線放射温度計３で床面２
ｂの広範囲の赤外線エネルギを検出するので、この赤外
線放射温度計３による計測範囲内に家具類や人間が存在
するときには、これらからの赤外線放射エネルギを含め
て検出することができ、この赤外線放射温度計３の検出
信号に基づいて温度計用制御部１１で赤外線放射温度計
３の計測範囲内の平均温度を算出するので、熱容量の大
きな床面の正確な平均温度を算出することができる。

【００１６】この平均温度が温度調整器１２に供給さ
れ、この温度調整器１２で予め設定された設定温度との
偏差を算出し、この偏差信号が電力調節器１４に供給さ
れるので、この電力調節器１４で、偏差信号に応じて即
ち検出した平均温度が設定温度より低い（又は高い）と
きには、輻射パネルヒータ４の面状発熱体４ａに供給す
る電力を多く（又は少なく）して輻射パネルヒータ４か
らの遠赤外線輻射量を増加（又は減少）させて、床面の
平均温度と設定温度とが等しくなるように温度制御され
る。このため、熱容量の大きい床面の平均温度が設定温
度に迅速に昇温されることになり、このとき熱容量の小
さい室内空気の温度は床面の温度上昇に迅速に追従する
ので、床面と室内空気との温度差により快適性が損なわ
れることを確実に防止することができる。

【００１７】また、赤外線放射温度計３を窓際に設置し
た場合には、窓からの日照による床面２ｂ又は壁面２ｃ
の温度上昇や外気中の物体への冷輻射による床面２ｂ又
は壁面２ｃの温度下降を検出して、輻射パネルヒータ４
の輻射温度制御に反映させることができ、ペリメータゾ
ーン（室内の窓側部分、室内外壁部ゾーン）の温熱環境
制御にも適用することができる。したがって、ペリメー
タゾーンと室内内部ゾーンとに個別に赤外線放射温度計
を設置することにより、ゾーン毎に輻射パネルの輻射温
度を制御することが可能となり、床表面温度に応じた最
適な温度制御を行うことができる。

【００１８】さらに、赤外線放射温度計３は天井又はこ
れに近い壁面に設置するようにしているので、家具の配
置等の邪魔となることがない。因みに、従来例のように
温度センサを適用する場合には、床面に多数の温度セン
サを所定間隔を保って埋設し、これらの平均値を算出す
ることにより、広範囲の平均温度を得ることができる
が、この場合には、温度センサの保護が困難であると共
に、家具等の配置によっては温度センサが隠蔽されてし
まい正確な温度検出を行うことができない等の不具合が
ある。

【００１９】一方、輻射パネルヒータ４の温度が温度セ
ンサ５で検出され、この温度検出値が限界温度制御器１
３に入力されているので、輻射パネルヒータ４の輻射温
度が予め設定した上限値を越えたときには、限界温度制
御器１３から警報信号が電力調節器１４に出力されるこ
とにより、この電力調節器１４で輻射パネルヒータ４の
面状発熱体４ａに対する電力の供給が遮断され過熱を防
止して安全性を向上させることができる。

【００２０】なお、上記第１実施例においては、面状輻
射体として遠赤外線輻射パネルヒータを適用した場合に
ついて説明したが、これに限定されるものではなく、石
膏ボードや純鉄系の面状発熱体を使用するパネルヒータ
を適用するようにしてもよいことはいうまでもない。次
に、本発明の第２実施例を図３について説明する。

【００２１】この第２実施例は、面状輻射体を内部に温
水又は冷水が通水される輻射パネルで構成し、この輻射
パネルの通水量を制御するようにしたものである。すな
わち、図３に示すように、天井２ａの中央部に赤外線放
射温度計３が配設され、これを囲むように内部に温水又
は冷水が供給されるパイプ２１ａを有する輻射パネル２
１が配設されている。輻射パネル２１のパイプ２１ａの
一端は電磁流量制御弁２２を介して温水又は冷水を供給
する給水源２３の供給側に接続され、他端が直接給水源
２３の戻り側に接続されている。

【００２２】そして、電磁流量制御弁２２が制御装置６
によって制御される。この制御装置６は、前述した第１
実施例における限界温度制御器１３が省略されていると
共に、電力調節器１４が温度調節器１２の偏差信号に応
じて弁開度を制御する調節出力を電磁流量制御弁２２に
供給する流量調節計２４に変更されていることを除いて
は前述した第１実施例と同様の構成を有する。ここで、
流量調節計２４は、暖房時には温度調整器１２からの偏
差信号が平均検出温度が設定温度より低いことを表して
いるときには流量制御弁２２の弁開度を大きくする調節
出力を出力するが、冷房時には逆に平均検出温度が設定
温度より低いときには流量制御弁２２の弁開度を小さく
する調整出力を出力するように例えば選択スイッチ２４
ａで選択される。そして、温度調整器１２、流量調節計
２４及び電磁流量制御弁２２で輻射量制御手段が構成さ
れている。

【００２３】次に、上記第２実施例の動作を説明する。
今、暖房を行う場合について説明すると、給水源２３か
ら所定温度の温水を電磁流量制御弁２２を介して輻射パ
ネル２１のパイプ２１ａに通水すると共に、温度調整器
１２の設定温度を使用者の好みに応じて適宜設定し、且
つ流量調節計の選択スイッチ２４ａで暖房を選択する。
この状態で、電源スイッチ１６をオン状態とすると共
に、必要に応じてタイマ１７をセットすることにより、
流量調節計２４に電源が供給されて温度制御を開始す
る。このとき、流量調節計２４で、温度調整器１２から
の偏差信号に応じて即ち検出した平均輻射温度が設定温
度より低い（又は高い）ときには、電磁流量制御弁２２
の弁開度を大きく（又は小さく）して輻射パネル２１か
らの熱輻射量を増加（又は減少）させて、平均温度と設
定温度とが等しくなるように温度制御する。このため、
前述した第１実施例と同様に熱容量の大きい床面の平均
温度が設定温度に迅速に昇温されることになり、このと
き熱容量の小さい室内空気の温度は床面の温度上昇に迅
速に追従するので、床面と室内空気との温度差により快
適性が損なわれることを確実に防止することができる。

【００２４】また、冷房を行う場合には、流量調節計２
４の選択スイッチ２４ａで冷房を選択すると共に、給水
源２３から所定温度の冷水を電磁流量制御弁２２を介し
て輻射パネル２１のパイプ２１ａに通水する。これによ
って、流量調節計２４で、温度調整器１２からの偏差信
号に応じて即ち検出した平均輻射温度が設定温度より高
い（又は低い）ときには、電磁流量制御弁２２の弁開度
を大きく（又は小さく）して輻射パネル２１からの例輻
射量を増加（又は減少）させて、平均温度と設定温度と
が等しくなるように温度制御する。

【００２５】なお、上記各実施例においては、輻射パネ
ル４で床面２ｂの輻射温度制御を行う場合について説明
したが、これに限らず輻射パネル４の設置位置及び設置
数を変更することにより、床面２ｂ及び壁面２ｃや壁面
２ｃのみの輻射温度制御を行うこともできる。また、上
記実施例においては、赤外線放射温度計３が天井２ａに
固定配置されている場合について説明したが、これに限
定されるものではなく、図４に示すように、ケース体３
ｂの対向側面に夫々回動軸３ｆを突設し、これら回動軸
３ｆを軸受けで支持すると共に、一方の回動軸３ｆに回
動腕３ｇを固着し、この回動湾３ｇの自由端をリンク３
ｈを介して電動モータ３ｉの回転軸に固着された回動腕
３ｊに連結し、電動モータ３ｉを駆動することにより、
ケース体３ｂを回動軸３ｆを中心として揺動させること
により、温度測定範囲をより広範囲とすることができ、
さらには回動軸３ｆをリングに回動自在に枢着し、この
リングの回動軸３ｆとは直交する位置でを固定部に回動
自在に枢着し、ケース体３ｂの上端部に電動モータの回
転軸に取付けた回動腕を連結することによって、ケース
体３ｂを傾斜させながら円運動させるようにしてもよ
い。

【００２６】さらに、上記第２実施例においては、面状
輻射体として温水又は冷水を通水するパイプを有する輻
射パネルを適用した場合について説明したが、これに限
定されるものではなく、図４に示すように、熱電素子を
使用して面状輻射体を構成することもできる。すなわ
ち、Ｐ形熱電素子３１とＮ形熱電素子３２とを平行に配
設し、両者の一端を導電性接合部３３で連結すると共
に、他端側に夫々接合部３４を設け、これら接合部３４
を直流電源回路３５に接続した構成を有する。この構成
によると、直流電源回路３５からＮ形熱電素子３２から
Ｐ形熱電素子３１に向かう直流電流を流すと、これによ
って接合部３３は吸熱作用、接合部３４は加熱作用を生
じることになり、直流電流値を制御することによって輻
射量を制御することができる。

【００２７】さらにまた、上記各実施例においては、居
室の冷暖房装置に本発明を適用した場合について説明し
たが、これに限定されるものではなく、乾燥室、温室、
冷蔵倉庫等の温度制御にも適用することができる他、大
空間の運動競技施設の温度制御にも適用することができ
る。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１又は２に
係る輻射温度制御方法及び装置によれば、面状輻射体か
らの輻射によって床面，壁面等を温度制御し、その制御
対象となる床面，壁面等における広範囲の赤外線エネル
ギを赤外線輻射温度計で計測し、この計測値に基づいて
平均温度算出手段で平均温度を算出し、これを輻射量制
御手段に供給して、平均温度と設定温度との偏差に応じ
て面状輻射体の輻射量を制御するようにしたので、熱容
量の大きな床面、壁面の平均温度と設定温度との偏差に
よって面状輻射体の輻射量が制御されることにより、熱
容量の大きな物体の表面温度を設定温度に一致するよう
に制御することができ、これに追従して熱容量の小さい
室内空気温度が設定温度に一致することなるので、両者
間の応答遅れを極めて小さくして快適な環境を得ること
ができると共に、赤外線放射温度計で広範囲の赤外線エ
ネルギを検出することができるので、この赤外線放射温
度計を所定のゾーン毎に複数を配置することにより、ゾ
ーン単位の温度制御を行うことができる効果がある。

【００２９】また、請求項３に係る輻射温度制御装置に
よれば、赤外線放射温度計を、円錐状の赤外線導入フー
ドとその頂部に配設した赤外線センサとで構成すること
により、床面又は壁面の広範囲の赤外線エネルギを検出
することができ、広範囲の平均温度を検出することがで
きる。さらに、請求項４に係る輻射温度制御装置によれ
ば、赤外線放射温度計を傾動自在としたので、より広範
囲の赤外線エネルギを検出することができる。

【００３０】さらにまた、請求項５に係る輻射温度制御
装置によれば、面状輻射体として面状発熱体を適用し、
この面状発熱体に供給する電力を電力調節器で制御する
ので、面状発熱体の取付工事が容易であると共に、その
電力制御を高精度で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す構成図である。

【図２】赤外線放射温度計の一例を示す構成図である。

【図３】本発明の第２実施例を示す構成図である。

【図４】赤外線放射温度計の他の例を示す構成図であ
る。

【図５】面状輻射体の他の例を示す構成図である。

【符号の説明】

１ 室内 ２ａ 天井 ２ｂ 床面 ２ｃ 壁面 ３ 赤外線放射温度計 ４ 遠赤外線輻射パネルヒータ ４ａ 面状発熱体 ６ 制御装置 １１ 温度計用制御部 １２ 温度調整器 １３ 限界温度制御器 １４ 電力調節器 ２１ 輻射パネル ２２ 電磁流量制御弁 ２４ 流量調節計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 俊之 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 山本 重彦 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 末松 英樹 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温度制御対象室内に配置した赤外線放射
   温度計で当該室内の床面又は壁面の赤外線放射エネルギ
   を検出し、検出された赤外線放射エネルギから床面又は
   壁面の平均温度を算出し、算出された平均温度と予め設
   定した床面又は壁面の設定温度との偏差によって前記床
   面又は壁面の温度制御する面状輻射体の出力を制御する
   ことを特徴とする輻射温度制御方法。
2. 【請求項２】 温度制御対象室内に設置された床面又は
   壁面を輻射によって温度制御する面状輻射体と、該面状
   輻射体で温度制御される床面又は壁面の赤外線放射エネ
   ルギを検出する赤外線放射温度計と、該赤外線放射温度
   計の検出信号に基づいて測定面の平均温度を算出する平
   均温度算出手段と、該平均温度算出手段で算出された平
   均温度と予め設定した設定温度との偏差に基づいて前記
   面状輻射体の輻射量を調整する輻射量制御手段とを備え
   たことを特徴とする輻射温度制御装置。
3. 【請求項３】 前記赤外線放射温度計は、円錐状の赤外
   線導入フードとその頂部に配設さた赤外線センサとから
   構成されている請求項２記載の輻射温度制御装置。
4. 【請求項４】 前記赤外線放射温度計は、傾動自在に配
   設されている請求項２又は３記載の輻射温度制御装置。
5. 【請求項５】 前記面状輻射体は、面状発熱体で構成さ
   れ、輻射量制御手段は面状発熱体に供給する電力を制御
   する電力調節器で構成されている請求項２乃至４の何れ
   かに記載の輻射温度制御装置。