JP6148936B2 - 水蒸気の可視化方法 - Google Patents
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Description
汗の蒸発も加味した熱・水分移動特性についても研究がなされており、皮膚の発汗状態を模擬し、発汗サーマルマネキンを活用する方法や、ろ紙と温熱板又は温熱板と微多孔膜や焼結板等を積層して模擬発汗皮膚とし、生地やろ紙の重量変化や、ヒーターの熱量変化から蒸発潜熱を含む熱・水分移動特性を推定するといった方法が提案されている(非特許文献2、3、4、特許文献1、2参照)。
しかしながら、潜熱移動は、顕熱移動の4倍程度の効果があるため(非特許文献5参照)、これらの技術はいずれも、人の恒常性に重要とされる不感蒸泄及び発汗作用を生地等の重量変化やヒーターの熱量から推し量るといった間接的な評価方法に過ぎない。
しかしながら、かかる方法においては、不感蒸泄や発汗作用による水分移動については勘案されていないし、フィルムを生地と見立てるため、素材の吸湿性や透過性が無視されている。
すなわち、本発明は以下の通りのものである。
本発明は、青色〜緑色レーザー光、及びビデオカメラを用いた散乱光観察により、肉眼では見えないサイズの会合水分子を可視化する方法に関する。より詳しくは、本発明は、クリーン度がクラス10000以下の室内、及び温度10〜30℃相対湿度20〜60%の環境下で、繊維製品から放出される又は該繊維製品に吸収される肉眼では見えないサイズの会合水分子を、該繊維製品の温度よりも高い温度の熱源を用いて実施する、青色〜緑色レーザー光、及びビデオカメラを用いた散乱光観察により、肉眼では見えないサイズの会合水分子を可視化する方法に関する。
前記したように、会合水分子は、サイズ数十μm以下であると肉眼では見えないと言われている。本発明に係る方法で可視化するに適した会合水分子のサイズは、0.05μm以上50μm以下である。
レーザーの出力は0.5W以上、より見えやすくするためには、1W以上5W以下まで高められることが好ましい。5Wを超えると取扱い性が危険である。レーザーの出力は、より好ましくは、1.5W以上2.5W以下である。
居住環境や衣環境の快適性研究において、特に人の体温調節反応に関与する空間の湿度変化や動き、繊維製品の吸湿、透過、放湿能力等を評価するためには、観察する環境の温度は、好ましくは10℃〜40℃、より好ましくは10℃〜30℃、さらに好ましくは10℃〜25℃であり、観察する環境の相対湿度は、好ましくは20%〜80%、より好ましくは20%〜60%、さらに好ましくは20%〜40%である。この範囲であると、水分蒸発が速すぎることもなく、また、繊維製品の吸湿特性が反映されやすいためである。温湿度の調整には、観察環境の規模に従い、ヒーター、除湿器を組み合わせればよい。本発明に係る方法においては、繊維製品を加熱することにより、該繊維製品から放出される肉眼では見えないサイズの会合水分子を可視化することができ、また、該繊維製品に吸収される肉眼では見えないサイズの会合水分子を可視化することができる。
発汗モデルにおいて、水分子を緩やかに蒸発させている状態に、吸湿、透過、放湿能力が異なる生地、中わた、わた/生地積層品、不織布、おむつや衛生用品等の繊維製品を静かにかざす、あるいは、反対に、予め繊維製品を配置した状態で、緩やかに蒸発させた水分子を当てると、水蒸気の移動が生じるので、本発明に係る可視化方法によって、かかる水蒸気の移動、すなわち、気体状の会合した水分子の吸収、透過、放出、滞留、蒸発等の状態を観察することができる。
更に、ヒーター及び発汗モデルが、サーマルマネキンや、特許文献1に記載される発汗人体模型型装置のように立体的であれば、より実着用に近い評価ができるため、好ましい。
チャンバー内を、暗幕で覆い、外部からの入光と光の反射を遮った約20m3の観察室を設置した。この室内は、予めヒーターと加湿器によって20℃20%RHに、更にヘパフィルターを用いてクラス10000のクリーン度に調整しておいた。室内中央に400cm2の、50℃均一に熱した温熱ヒーターを用意し、その上に定性ろ紙(ADVANTEC社製No.2)を置き、4ml/100cm2の量で蒸留水を与えて、緩やかな蒸発環境を作った。ただし、観察を開始する前に、空調は電源をOFFし空気流の影響を避けた。
[光源種]
(光源1)波長域が410〜530、ピークが470nmの青色発光ダイオード
(光源2)波長域が450〜600、ピークが525nmの緑色発光ダイオード
(光源3)波長域が532nmの緑色レーザー
(光源4)波長域が532nmの厚み1mmのシート状緑色レーザー
(光源5)波長域が488nmの青色レーザー
(光源6)波長域が1064nmの赤外レーザー
(光源7)波長域が633nmの赤色レーザー
(光源8)波長域が350〜800nmとブロードな蛍光灯
(光源9)波長域が350〜840nm、ピーク560nm〜660nmとブロードな白熱球
(カメラ1)最低被写体照度が0.0001 luxの超高感度ビデオカメラ
(カメラ2)最低被写体照度が0.1 luxの高感度ビデオカメラ
(カメラ3)最低被写体照度が1.5 luxのビデオカメラ
5:最もよく見えた
4:よく見えた
3:あまり見えなかった
2:ほとんど見えなかった
1:全く見えなかった
これらの結果を以下の表1に示す。
最も鮮明に、且つ5μm以下の水分子をとらえられたのは、光源4とカメラ1の組み合わせであった。
次に、観察に適した環境について説明する。
チャンバー内を、暗幕で覆い、外部からの入光と光の反射を遮った約20m3の観察室(暗室)を用意した。この暗室内を、ヒーターと加湿器によって予め20℃20%RHに調整し、更に各種ヘパフィルターを用いてクリーン度について下記のクリーン条件に変更した。室内中央に400cm2の、50℃均一に熱した温熱ヒーターを用意し、その上に定性ろ紙(ADVANTEC社製No.2)を置き、4ml/100cm2の量で蒸留水を与えて、緩やかな蒸発環境を作った。ただし、観察を開始する前に、空調は電源をOFFし空気流の影響を避けた。
(1)クラス1000
(2)クラス10000
(3)クラス50000
(4)未制御
最もよく見えたものから順に、以下の評価基準で5段階に評価した。結果を表2に示す。
5:ダストが全く見えず、水分子が大変よく見えた
4:ダストがほとんど見えず、水分子が大変よく見えた
3:ダストがあまり見えず、水分子がなんとか見えた
2:ダストが多く、水分子と区別がつきにくかった
1:ダストが多すぎ、水分子かどうか全く区別がつかなかった
次に、観察に適した温湿度条件について説明する。
チャンバー内を、暗幕で覆い、外部からの入光と光の反射を遮った約20m3の観察室(暗室)を設置した。暗室内は、ヘパフィルターを用い、予めクリーン度を1000に設定した。室内中央に400cm2の、50℃均一に熱した温熱ヒーターを用意し、その上に定性ろ紙(ADVANTEC社製No.2)を置き、4ml/100cm2の量で蒸留水を与えて、緩やかな蒸発環境を作った。ただし、観察を開始する前に、空調は電源をOFFし空気流の影響を避けた。
(温度条件1)10℃
(温度条件2)20℃
(温度条件3)25℃
(温度条件4)30℃
(温度条件5)35℃
(湿度条件1)20%
(湿度条件2)40%
(湿度条件3)60%
(湿度条件4)80%
(湿度条件5)90%
5:水分子が大変よく見えた
4:水分子が見えた
3:水分子がなんとか見えた
2:水分子がほとんど見えなかった
1:水分子が全く見えなかった
緩やかな蒸発環境を作るために好ましいヒーター温度−環境温度の差は、少なくとも20℃であることがわかった。
次に、繊維製品の吸湿、透過、放湿特性を定性・定量評価をするための発汗モデルについて具体例を説明する。
チャンバー内を、暗幕で覆い、外部からの入光と光の反射を遮った約20m3の観察室(暗室)で行った。暗室内は、ヒーターと加湿器によって予め20℃20%RHに、更にヘパフィルターを用いてクラス1000のクリーン度に調整し、(光源4)と(カメラ1)を用いて実験を行った。
(モデル1〜4)20cm×20cm、深さ7cmのステンレスバスに水又は湯を5cmまで注ぎ、水温はそれぞれの条件にて一定にし、1時間放置した。
(モデル5〜8)20cm×20cm、厚み5cmの電熱ヒーター(天板は、熱伝導性のよい銅板を使用)に、定性ろ紙をおき(ADVANNTEC社製No.2)を置き、4ml/100cm2の量で蒸留水を与えて、緩やかな蒸発環境を作った。ヒーター温はそれぞれの条件にて一定にした。
(モデル1)40℃に保った水を入れたバット
(モデル2)37℃に保った水を入れたバット
(モデル3)30℃に保った水を入れたバット
(モデル4)25℃に保った水を入れたバット
(モデル5)4ml/100cm2の水分を付与したろ紙の表面温を40℃にするために50℃に設定したヒーター
(モデル6)4ml/100cm2の水分を付与したろ紙の表面温を35℃にするために45℃に設定したヒーター
(モデル7)4ml/100cm2の水分を付与したろ紙の表面温を30℃にするために40℃に設定したヒーター
(モデル8)4ml/100cm2の水分を付与したろ紙の表面温を25℃にするために35℃に設定したヒーター
標準添付布として、吸湿性が高い(公定水分率11%)キュプラ、吸湿性が低いポリエステル(同0.4%)を用いた。吸収・透過、吸収・透過せず滞留する水分子が、よく区別できたものから順に、以下の評価基準で5段階に評価した。結果を以下の表4に示す。
4:水分子の吸収・透過、滞留が見えた
3:水分子の吸収・透過、滞留がなんとか見えた
2:水分子の吸収・透過、滞留がほとんど見えなかった
1:水分子の吸収・透過、滞留が全く見えなかった
繊維製品の蒸発特性を定性・定量評価をするための他の発汗モデルについて具体例を説明する。チャンバー内を、暗幕で覆い、外部からの入光と光の反射を遮った約20m3の観察室(暗室)で行った。暗室内は、ヒーターと加湿器によって予め20℃20%RHに、更にヘパフィルターを用いてクラス1000のクリーン度に調整し、(光源4)と(カメラ1)を用いて実験を行った。
表面温を40℃に設定したヒーターを用意した。予め重量を150%に調整した繊維製品である標準添付布を枠にたるみが無いように貼り、上記のヒーターに上方から静かに近づけ、生地と発汗モデル面の距離、すなわち、ヒーターとの距離を以下のように変えて、肉眼では見えない、繊維製品からの水分子蒸発の様子が可視化できるかについて(光源4)(カメラ1)を用いて検討を行った。画像は最高画質で1分間録画保存し、解析を行った。ただし、観察を開始する前に、空調は電源をOFFし空気流の影響を避けた。前述の標準添付布、中でも速乾性が低い綿(公定水分率8.5%)、速乾性が低いポリエステル(同0.4%)を用いた。蒸発する水分子が、よく見えたものから順に、以下の評価基準で5段階に評価した。結果を以下の表5に示す。
(距離1)繊維製品とヒーターの距離0cm
(距離2)繊維製品とヒーターの距離0.5cm
(距離3)繊維製品とヒーターの距離1.0cm
4:水分子の蒸発が見えた
3:水分子の蒸発がなんとか見えた
2:水分子の蒸発がほとんど見えなかった
1:水分子の蒸発が全く見えなかった
また、標準添付布の重量を水分で150%に調整したものの乾燥速度を測定したが、綿標準添付布が8.2分、ポリエステル標準添付布が2.2分となり、可視化した観察結果を一致していた。
Claims (3)
- クリーン度がクラス10000以下、温度10〜30℃、及び相対湿度20〜60%の暗室内環境下で、緑色レーザー光又は青色レーザー光を繊維製品に向けて照射して、該繊維製品から放出される又は該繊維製品に吸収される肉眼では見えない0.05μm以上50μm以下のサイズの会合水分子を、最低被写体照度0.1 lux以上の感度を有する高感度ビデオカメラ及び最低被写体照度0.0001 lux以上の超高感度ビデオカメラからなる群から選ばれるビデオカメラを用いた散乱光観察により可視化する方法。
- 前記緑色レーザー光又は青色レーザー光は、波長域532nmの緑色レーザー光、波長域が532nmの厚み1mmのシート状緑色レーザー光、及び波長域が488nmの青色レーザー光からなる群から選ばれるいずれか1つである、請求項1に記載の方法。
- 前記肉眼では見えないサイズの会合水分子は、0.05μm以上50μm以下のサイズの会合水分子である、請求項1又は2に記載の方法。
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