JP4608653B2 - 人体輻射熱計 - Google Patents

Description

本発明は、日光及び土壌からの人体への輻射熱流入量を計測することができる人体輻射熱計に関する発明である。

夏季に気温が異常に上昇した場合又は高温環境下で作業や運動をした場合に熱中症になることがある。熱中症は、気温、湿度又は輻射熱等の環境的要因や、健康状態又は運動量など様々な要因により発生する。

直射日光及び土壌からの照り返しによる輻射熱は、人体に大きな影響を与えるため、輻射の少ないグラウンドや舗装道路を作ることにより、熱中症の発生を抑えることが試みられている。

特許文献１に記載されているように、輻射熱ガイド等の温度上昇に起因する測定誤差を小さく抑えて、被測定物の輻射熱を高い精度で測定することができる輻射熱センサという発明も公開されている。
特開平０７−３０１５６６号公報

しかしながら、単に輻射熱を測定するだけでは、人体にどれだけの影響を及ぼすかまでは把握することはできない。また、人体への影響を把握するには、測定データを定期的に収集して統計を取ることも重要である。

そこで、本発明は、輻射熱が人体にどれだけ入ってくるかを定期的に計測することができる人体輻射熱計を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記の課題を解決するために、ペルチェ素子板２ｄの表面に熱流センサ２ｅを貼付した上受感部２ａ、下受感部２ｂ及び横受感部２ｃをコの字状に連設したセンサ２と、前記センサ２のペルチェ素子板に電源３ｂを供給し、前記センサ２から計測データを受け取って記憶する測定装置３とからなり、前記測定装置３から水平に延びた支持部３ａにより前記センサ２を空中で支えることを特徴とする人体輻射熱計１の構成とした。

本発明は、以上の構成であるから以下の効果が得られる。第１に、センサをコの字状にすることにより、日光輻射熱、地上輻射熱及び日光輻射熱と地上輻射熱との合成熱を計測することができる。

第２に、熱流センサを貼付する基板にペルチェ素子板を使用することにより、温度制御がしやすくなる。ペルチェ素子板の表面温度を運動中の平均皮膚温に相当する約３５℃にすることで、人体への影響を調べることができる。

第３に、測定装置の中に、電源又はコンピュータ等をまとめて入れることで、機器が煩雑とならず、コンパクトにすることができる。また、インタフェースを介して、外部機器にデータを出力することもできる。

第４に、定期的に計測してデータを蓄積することができるので、輻射熱の時間的な推移も調べることもできる。蓄積したデータを基にして、輻射の少ないグラウンドや舗装道路を作るのに役立てることができる。

縦幅及び横幅が５センチメートルのペルチェ素子板を３枚使ってコの字状にし、表面に熱流センサを貼付した受感部を、地上から約２０センチメートルの位置に配置することにより、日光輻射熱及び地上輻射熱を計測することを実現した。

以下に、添付図面に基づいて、本発明である人体輻射熱計について詳細に説明する。図１は、本発明である人体輻射熱計の全体図である。

人体輻射熱計１は、ペルチェ素子板２ｄの表面に熱流センサ２ｅを貼付した上受感部２ａ、下受感部２ｂ及び横受感部２ｃをコの字状に連設したセンサ２と、前記センサ２のペルチェ素子板２ｄに電源３ｂを供給し、前記センサ２から計測データを受け取って記憶する測定装置３とからなり、前記測定装置３から水平に延びた支持部３ａにより前記センサ２を空中で支えることを特徴とする。

人体輻射熱計１は、センサ２及び測定装置３からなり、センサ２で日光輻射熱５、地上輻射熱５ａ及び日光輻射熱５と地上輻射熱５ａとの合成熱５ｂを一定時間毎に計測し、測定装置３に計測データを蓄積する。

センサ２は、上受感部２ａ、下受感部２ｂ及び横受感部２ｃからなる。立方体の上面、下面及び側面の三面にそれぞれ上受感部２ａ、下受感部２ｂ及び横受感部２ｃが来るように、コの字状に連設する。

センサ２の上受感部２ａでは、直射日光による日光輻射熱５を計測でき、センサ２の下受感部２ｂでは、土壌４からの照り返しによる地上輻射熱５ａを計測でき、センサ２の横受感部２ｃでは、日光輻射熱５と地上輻射熱５ａとの合成熱５ｂを計測できる。

測定装置３は、内部に電源３ｂやコンピュータ３ｃなど有し、センサ２に電源３ｂを供給したり、センサ２で計測したデータを保管する。センサ２以外に計測の際に使用する機器は、測定装置３内に収納することが可能である。

支持部３ａは、センサ２と測定装置３を繋ぐ棒状の部材であり、電源３ｂの供給で計測データの送受信に使用する線を内部に通すことも可能である。支持部３ａの一端はセンサ２に接続され、他端は十字型又は立方体などの形状にしてセンサ２を固定する。

支持部３ａは、測定装置３から測定対象の土壌４の位置までセンサ２を導くためのものであり、長さは適宜調整できるものとする。また、センサ２は、地上輻射熱５ａを計測するために、地面からある程度浮かした状態で固定する。

実験段階においては、センサ２の高さ４ａは、土壌４から２０センチメートルの位置に固定したが、様々な高さ４ａの輻射熱を計測する場合もあることから、高さ４ａは自由に変更することが可能である。

人体輻射熱計１による測定方法としては、高さ４ａを一定にして異なる土壌４の輻射熱を比較したり、同じ土壌４を使用して高さ４ａを変えて計測することで、人体のどの部分に影響を与えるか調べたりするなどがある。

人体輻射熱計１は、日中の間、日光輻射熱５、地上輻射熱５ａ及び合成熱５ｂの輻射熱量を測定し続け、１分間毎に計測データを測定装置３に送り、測定装置３が時間毎の全てのデータを蓄積する。

蓄積したデータは、コンピュータ３ｃ等を利用して集計又は分析することにより、輻射熱がどれだけ人体に侵入し、影響を与えるかを調べることができ、熱中症の予防に役立てることができる。

図２は、本発明である人体輻射熱計のセンサの正面図であり、図３は、本発明である人体輻射熱計のセンサの平面図である。人体輻射熱計１のセンサ２は、表面温度を約３５℃に調整し、裏面に空冷用フィン６を設けたことを特徴とする。

図２に示すように、センサ２は、上受感部２ａ、下受感部２ｂ及び横受感部２ｃの３枚の板状の部材をコの字状に連設したものである。尚、横受感部２ｃは、側面側に付いているが、正面側又は背面側に付けても構わない。

上受感部２ａ、下受感部２ｂ及び横受感部２ｃには、それぞれペルチェ素子板２ｄが使用される。ペルチェ素子板２ｄの表面は、輻射熱量を計測するための熱流センサ２ｅが貼付され、裏面は、支持部３ａにより固定される。

ペルチェ素子板２ｄは、ペルチェ素子を板状にした部材である。尚、ペルチェ素子とは、Ｎ型の半導体とＰ型の半導体を熱的に並列に配置し、電気的に直列に接続して電流を流すと一方の面が冷え、他方の面が暖まるというペルチェ効果を利用した素子のことである。ペルチェ効果を発生させるための電流は、測定装置３の電源３ｂから供給する。

上受感部２ａ、下受感部２ｂ及び横受感部２ｃの表面は、運動中の平均皮膚温に相当する約３５℃にするが、輻射熱により暖められるので、ペルチェ素子板２ｄの吸熱面を表面にして冷却することで調節する。逆に、裏面となるペルチェ素子板２ｄの放熱面は加熱されるので、裏面には空冷用フィン６を設けて冷却する。

尚、平均皮膚温とは、身体の部位の相違による皮膚温の違いを包含した総合的な皮膚温の指標で、身体の各部位の皮膚温を、各部位の皮膚表面積で按分して求めた身体全体の皮膚温の平均値のことである。

熱流センサ２ｅは、日光輻射熱５、地上輻射熱５ａ及び合成熱５ｂの各輻射熱量を検知して、測定装置３に送信する。熱流センサ２ｅは、表面温度が約３５℃のペルチェ素子板２ｄに貼り付けられるので、人体に流入する熱量を計測することができる。

図３に示すように、センサ２の上受感部２ａは、正方形状の板であり、輻射熱を正確に計測できるようにするために、表面は平滑である。尚、下受感部２ｂ及び横受感部２ｃについても、上受感部２ａと同様である。

実験段階においては、上受感部２ａ、下受感部２ｂ及び横受感部２ｃの縦幅２ｆは５センチメートル、横幅２ｇも５センチメートルとしたが、大きさについては特に限定されず、変更することが可能である。

図４は、本発明である人体輻射熱計の構成を示すブロック図である。人体輻射熱計１は、大きく分けると、センサ２と測定装置３とからなる。

人体輻射熱計１の測定装置は、動作制御や演算処理を行う中央処理装置３ｄ及び計測データを定期的に蓄積する記憶装置３ｅからなるコンピュータ３ｃと、センサ２への電源供給８、計測データの受信８ａ又は外部機器３ｇへの計測データ出力８ｃを行うためのインタフェース３ｆとからなる。

尚、計測データの受信８ａは、センサ２の微小電圧計７でセンサ出力を感知し、ＡＤ変換器７ａでアナログデータをディジタルデータに変換して測定装置３に取り込むことを特徴とする。

センサ２は、熱流センサ２ｅ、微小電圧計７及びＡＤ変換器７ａからなり、冷却用に空冷用フィン６も備える。

熱流センサ２ｅは、センサ２の本体であるペルチェ素子板２ｄの表面に貼付され、日光及び地上からの照返しによる輻射熱量を検出する。尚、センサ２の表面は、ペルチェ素子板２ｄ及び冷却用フィン６により平均皮膚温である約３５℃に調整される。

微小電圧計７は、熱流センサ２ｅが輻射熱を検出した際に、センサ出力を測定する機器であり、ＡＤ変換器７ａは、熱流センサ２ｅが検出した輻射熱はアナログデータであるので、コンピュータ３ｃに取り込めるようにディジタルデータに変換する機器である。

測定装置３は、電源３ｂ、コンピュータ３ｃ及びインタフェース３ｆからなり、外部機器３ｇを使用する場合は、外部機器３ｇも測定装置３の中に含めるものとする。

電源３ｂは、センサ２及び測定装置３内のコンピュータ３ｃ等の機器に電力を供給８する。人体輻射熱計１は日中の間測定し続けるので、少なくとも８時間以上使用可能なバッテリなどを電源３ｂとして使用する。

コンピュータ３ｃは、一般的なコンピュータと同様に、中央処理装置３ｄ及び記憶装置３ｅを有する。更にその他に、退避用の記録媒体の駆動装置や入出力装置などを備える場合もある。

中央処理装置３ｄは、動作制御や演算処理をする装置で、センサ２から計測データを１分間毎に受信するように制御８ｂしたり、計測データに対して計算又は編集したり、記憶装置３ｅに保存するように指示する。

記憶装置３ｅは、センサ２から一定時間毎に送信８ａされる計測データを保管する。計測データは蓄積されていくので、大量のデータを保存できる容量が必要であり、古いデータは削除するか、別の記録媒体などに退避する。

インタフェース３ｆは、各装置の間の命令やデータのやり取りを仲介する装置である。ただし、全てのやり取りを同一のインタフェース３ｆにより行う訳ではなく、中央処理装置３ｄがインタフェース３ｆを制御８ｂする。

インタフェース３ｆとしては、センサ２に電源３ｂを供給８するインタフェース３ｆと、計測データを受信８ａするインタフェース３ｆ又は計測データを出力８ｃするインタフェース３ｆ等があり、それぞれ別である。

計測データの受信８ａの際は、中央処理装置３ｄがセンサ２の微小電圧計７によりセンサ出力があったかどうか確認し、センサ２から計測データを受信８ａするように、インタフェース３ｆ及び記憶装置３ｅを制御８ｂする。

センサ２の熱流センサ２ｅで検出した計測データは、ＡＤ変換器７ａによりディジタルデータに変換され、測定装置３のインタフェースを介して、コンピュータ３ｃの記憶装置３ｅに保存される。

中央処理装置３ｄは、必要があれば、記憶装置３ｅに保存されたデータを演算又は編集する。計測データを基に計算し、人体への影響を分析したり、データを扱いやすいように加工する。

外部機器３ｇは、記憶装置３ｅに内蔵している以外の機器を使用する場合に、インタフェース３ｆを介して接続する。例としては、コンピュータ３ｃ以外のコンピュータに繋ぎ、グラフや表などに編集して表示したり、プリンタから印刷したりすることができる。

計測データの出力８ｃの際は、まず中央処理装置３ｄが記憶装置３ｅに保存された計測データを取り出し、次に中央処理装置３ｄがインタフェース３ｆを介して計測データを外部機器３ｇに送信する。

各装置がバラバラであると、管理しづらいものとなるが、全てを測定装置３内に収めてしまえば、全体を保護できるばかりでなく、装置を小型化できるし、メンテナンスもしやすくなる。

以上のように、本発明である人体輻射熱計１は、センサをコの字状にすることにより、日光輻射熱５、地上輻射熱５ａ及び日光輻射熱５と地上輻射熱５ａとの合成熱５ｂを計測することができる。

熱流センサ２ｅを貼付する基板にペルチェ素子板２ｄを使用することにより、温度制御がしやすくなる。ペルチェ素子板２ｄの表面温度を運動中の平均皮膚温に相当する約３５℃にすることで、人体への影響を調べることができる。

測定装置３の中に、電源３ｂ又はコンピュータ３ｃ等をまとめて入れることで、機器が煩雑とならず、コンパクトにすることができる。また、インタフェース３ｆを介して、外部機器３ｇにデータを出力することもできる。

定期的に計測してデータを蓄積することができるので、輻射熱の時間的な推移も調べることもできる。蓄積したデータを基にして、輻射の少ないグラウンドや舗装道路を作るのに役立てることができる。

本発明である人体輻射熱計の全体図である。 本発明である人体輻射熱計のセンサの正面図である。 本発明である人体輻射熱計のセンサの平面図である。 本発明である人体輻射熱計の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 人体輻射熱計
２ センサ
２ａ 上受感部
２ｂ 下受感部
２ｃ 横受感部
２ｄ ペルチェ素子板
２ｅ 熱流センサ
２ｆ 縦幅
２ｇ 横幅
３ 測定装置
３ａ 支持部
３ｂ 電源
３ｃ コンピュータ
３ｄ 中央処理装置
３ｅ 記憶装置
３ｆ インタフェース
３ｇ 外部機器
４ 土壌
４ａ 高さ
５ 日光輻射熱
５ａ 地上輻射熱
５ｂ 合成熱
６ 空冷用フィン
７ 微小電圧計
７ａ ＡＤ変換器
８ 供給
８ａ 受信
８ｂ 制御
８ｃ 出力

Claims (5)

1. ペルチェ素子板の表面に熱流センサを貼付した上受感部、下受感部及び横受感部をコの字状に連設したセンサと、前記センサのペルチェ素子板に電源を供給し、前記センサから計測データを受け取って記憶する測定装置とからなり、前記測定装置から水平に延びた支持部により前記センサを空中で支えることを特徴とする人体輻射熱計。
2. センサの表面温度を、運動中の平均皮膚温に相当する約３５℃に調整したことを特徴とする請求項１に記載の人体輻射熱計。
3. センサの裏面に空冷用フィンを設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の人体輻射熱計。
4. 測定装置が、動作制御や演算処理を行う中央処理装置及び計測データを定期的に蓄積する記憶装置からなるコンピュータと、センサへの電源供給、計測データの受信又は外部機器への計測データ出力を行うためのインタフェースとからなることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の人体輻射熱計。
5. 計測データの受信が、センサの微小電圧計でセンサ出力を感知し、ＡＤ変換器でアナログデータをディジタルデータに変換して測定装置に取り込むことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の人体輻射熱計。
   

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