108

あいち産業科学技術総合センター 研究報告 2014

研究論文

光蓄熱特性評価技術の確立
丹 羽 昭 夫 ＊ 1、 深 谷 憲 男 ＊ 1、 廣 瀬 繁 樹 ＊ 1

Establishment of Light Thermal Storage Characterization Technology ofCurtain
Akio NIWA *1 , Norio FUKAYA *1 and Shigeki HIROSE *1
Owari Textile Research Center * 1
本研究は、前報に引き続きインテリア素材の照射蓄熱特性の評価技術について研究した。今回、補正の基準として太陽の照射熱を取り入れ、目の粗い試料での照射後と遮断後の照射蓄熱速度の差が小さい試験システムを開発した。この方法は熱の移動量の定量的な評価が可能となるため、エネルギー効率の評価等への応用が可能となる。

１．はじめに

これは繊維製品が照射熱を閉じられた空間に蓄熱す

近年、地球温暖化の懸念から、インテリア製品を中心る能力を評価する。熱容量を把握した受熱体を断熱箱にとする繊維製品においても、エネルギー使用削減効果が入れ、開口部に試料を取り付ける。試料面にレフランプ期待される保温性、遮熱性など、製品の熱特性に関するで熱を照射し、受熱体の温度の変化を測定する。そして機能性向上が求められている。このため、迅速、簡易、熱照射開始直後及び平衡に達した後の照射遮断直後の温低コストかつ定量的に行える試験法が求められている。

度変化より蓄熱速度を算出する。照射熱を BT により同

しかし現在存在する規格化された試験法 1)、各検査機時測定し、これにより補正することで蓄熱速度の平準化

関独自の簡便な方法

2)はいずれも問題を抱えており、迅を図る。蓄熱速度を測定した照射熱により補正すること

速、簡易、低コストかつ定量的に行える試験法は存在しで平準化されることを確認した。この方法により、熱のない。

移動量の評価が可能となる。

著者らはこれまで、簡便な遮熱性迅速評価技術を確立

しかし、レースカーテンで照射後より遮断後の照射蓄すべく、「遮熱性迅速測定装置」などの測定技術を研究し熱速度が低くなった。これは受熱体周りの温度上昇が蓄てきた 3)。これらは図１に示したように、サーモラボ装熱速度に影響を与えることが原因と考えられた。そこで

置（カトーテック㈱製）の BT ボックス（以下 BT）をこの点を改善するための試験法を検討する。また補正に利用して照射熱の強さを評価する方法である。この技術使用する照射熱基準値はレフランプの照射熱より決定しを利用して、冬向けインテリア生地などの試作開発段階たが、より妥当な基準による照射熱基準値を設定する必で簡便に評価できる照射熱蓄熱性測定法を考案し、簡易要がある。インテリア製品は通常太陽熱の照射を窓ガラ

4)ス越しに受ける状態で使用される。そのため、実際の太モデルを試作した（図２） 。

図１＊

BT による照射熱の評価

置 機能加工室
1 尾張繊維技術センター

図２
置

照射蓄熱特性の測定システム

109
陽光からのサーモラボへの熱流量測定及び窓ガラスの熱透過率の測定を BT で行う。

２．実験方法2.1 サーモラボへの熱流量測定
BT に熱を照射して、BT 熱損失量（消費電力の 1 分間からの熱流量 Ls を求めた 5)。
Lh

Ls＝0.5×{Lv+}…(3)
sinθ
cosθ
Ls：太陽光のサーモラボへの熱流量(W)
Lh：水平置き時熱流量(W)、Lv：垂直置き時熱流量(W)
2.3 窓ガラスの熱透過率の測定平均値）W を測定した。W 値はプロッター出力の電圧ロ

インテリア製品は通常太陽熱の照射を窓ガラス越し

ガーによる 5 秒間隔での記録値より 5 分間分の平均を用に受ける。太陽熱は窓ガラスにより減少するため、窓ガいた。BT 温度 Tb を固定し、同時に気温を測定して以下ラスの熱透過率を測定した。BT を図４のようにレフラの式(1)により熱流量 L100、式(2)により L 値を求めた。

ンプより 30cm 離して置き、レフランプと BT の間に BT

L100 値と L 値の差(L100－L)を照射熱流量とした。

から 10cm 間隔で 5mm 厚窓ガラスを配置し、レフラン(Tb－Ta)×W100
T－TaL100＝…(1) L＝W＋
L100…(2)(Tb－Ta)60－T100
Ta：想定気温(℃)、Tb：BT温度(℃) T：気温(℃)

プにより熱を照射して、サーモラボへの熱流量を測定しT100：100%遮蔽時の気温(℃)
L：照射時のサーモラボへの熱流量(W)
L100：100%遮蔽時のサーモラボへの熱流量(W)
W：BT熱損失量の測定値(W)W100：100%遮蔽時のBT熱損失量の測定値(W)2.2 太陽光からサーモラボへの熱流量測定

た。窓ガラスなしでの熱流量も測定した。この時 Ta を20℃、Tb を 60℃とした。
以下の式(4)により熱透過率 F、式(5)により照射熱基準値 Lst を求めた。
F＝

Lf
Ln…(4)

Lst＝Ls×F…(5)F：熱透過率、Lf：窓ガラス配置時の熱流量(W)
Lh：窓ガラス非配置時の熱流量(W)
Lst：照射熱基準値(W)

昨年度補正に使用する照射熱基準値はレフランプの照射熱より決定したが、より妥当な基準による照射熱基準値を設定する必要がある。インテリア製品にとっての熱源は通常太陽熱である。そのため、実際の太陽光の熱量測定を BT で行った。
測定時期は 7 月上旬晴天時の 11～13 時に行った。気温は 35～38℃であったため Ta を 35℃、Tb を 70℃とした。BT を図３のように水平置きまたは垂直置きとし、太陽光の照射時及び遮蔽時の BT 熱損失量（消費電力の5 分間分の平均値）を測定し、式(1)及び(2)により水平に置いた時の熱流量 Lh 及び垂直に置いた時の熱流量 Lvを求めた。測定時の太陽高度θより以下の式(3)で太陽光

図４

窓ガラスの熱透過率の測定

2.4 照射蓄熱特性評価のための受熱装置の作成
置
前報と同様の方法で受熱装置を作成した。これに30cm 離して 300W フラッドレフランプを照射し、ヒートシンクの温度を 5 秒間隔で記録した。ヒートシンクの温度が平衡に達したところで光源を遮断し、その後の温度変化も記録した。気温は、レフランプ照射熱が当たらない場所に平面型熱電対を空中につりさげ、同様に 5 秒間隔で記録した。
2.5 光蓄熱特性評価装置の作成
レースカーテンで照射後より遮断後の照射蓄熱速度が低くなった。これは受熱体周りの温度上昇が原因と考
図３
置太陽光からの熱流量測定での BT の配置えられたため、この点を改善した 2 試験法を行った。

110

あいち産業科学技術総合センター 研究報告 2014
プ電力を 300±6W に調整した。レフランプ照射熱は窓ガラス法と同様に受熱装置の位置に BT を配置して熱流量を求めた。この時 Ta を 20℃、Tb は 40℃とした。恒温恒湿器法では恒温恒湿器内で強制的に送風されるため受熱体周りの温度上昇が起きにくいと考えられた。
試料はレースカーテン、淡色及び濃色の厚手カーテン、そして遮熱性薄手カーテンの 4 種類を使用した。
2.6 照射蓄熱速度の算出
前報と同様にレフランプ照射後及び遮断後の 30 秒から 150 秒の間の温度変化速度 dT(℃/s)を求め、これに受熱体の比熱と質量を乗じ、測定開口部の面積により除し
図５

窓ガラス法

たものを計測照射蓄熱速度とした。計測照射蓄熱速度に照射熱基準値を乗じ、レフランプからの熱流量で除したものを補正照射蓄熱速度とした。計測照射蓄熱速度及び置

補正照射蓄熱速度はそれぞれ式(6)(7)のとおりである。
計測照射蓄熱速度(W/cm2)=

dT×C×m…(6)
A×60

補正照射蓄熱速度(W/cm2)=

計測照射蓄熱速度×Lst…(7)
Lr

C：アルミニウム比熱(J/g･℃)、
m：受熱体質量(g)、A：開口部面積(cm2) 、Lst：照射熱基準値(W)、Lr：レフランプからの熱流量(W)

３．実験結果及び考察
図６

恒温恒湿器法3.1 太陽光からサーモラボへの熱流量測定
太陽光からの熱流量測定の結果は表１のとおりであ1 つは図５のとおりに受熱装置とレフランプの間隔を置30cm、受熱装置と 5mm 厚窓ガラスの間隔を 10cm となった。これより式(3)を用いて太陽光からの熱流量 Ls はるように受熱装置、窓ガラス及びレフランプを配置した。

測定時点での太陽高度にほぼ一致した。

レフランプはスライダックに接続し、レフランプ電力を100±2W に調整して測定を行った。この方式を窓ガラス

5.28W となった。この時 tan-1(Lh/Lv)=74.99°となり、

表１

太陽光からのサーモラボへの熱流量測定法とした。レフランプ照射熱は受熱装置の位置に受熱装

LhLv

置の代わりに BT を配置してその熱流量を照射熱とした。

(水平置き)
置(垂直置き)

この時 Ta を 20℃、Tb は 40℃とした。これはこの装置

熱量（W）

5.10

1.37

内で熱量の同時測定は困難であったこと、電力の調整によりレフランプ熱量をほぼ一定にできることからこの方

3.2 窓ガラスの熱透過率の測定法を行った。窓ガラス法では前報の方式と比べ照射され窓ガラス配置時の照射熱 Lf は 3.88W、窓ガラス非配る熱量が小さいため受熱体周りの温度上昇が起きにくい置時 Ln は 4.98W であった。これより式(4)を用いて熱透と考えられた。

過率 F は 0.78 となり、式(5)を用いて照射熱基準値 Lst

もう 1 つは図６のとおり恒温恒湿器 IG400(ヤマト科学（株）製)に受熱装置、窓ガラスを配置し、受熱装置とは 4.12W となった。
3.3 照射蓄熱特性の測定システムの開発

窓ガラス及び受熱装置とレフランプの間隔をそれぞれそれぞれの方法での補正照射蓄熱速度の測定結果は10cm 、30cm となるようレフランプを照射し測定した。

表２のとおりであった。前報と比べ照射熱量を減らした

この方式を恒温恒湿器法とした。この方法ではより強い窓ガラス法と試料面からの熱放出量を増加させた恒温恒風が試料面を通過するため、試料面からの熱放出量が増湿器法はレースカーテンでの照射後と遮断後の照射蓄熱加する。レフランプはスライダックに接続し、レフラン速度の差が小さかった。これは受熱体周りの温度上昇に

111
表２各試料の補正照射蓄熱速度（単位は 10-2 W/cm2）

置計測蓄熱速度

窓ガラス法

恒温恒湿器法（10-2W/cm2)
レース
淡色厚手
濃色厚手
遮熱薄手

４．結び
今回の研究により、太陽光のサーモラボでの熱量及び窓ガラスの熱透過率を求め、照射熱基準値を決定できた。

照射後

2.66

2.12

また照射熱量の減少や試料面からの熱放出量の増加によ

遮断後

2.55

2.11

り照射後と遮断後の照射蓄熱速度の差が生じる問題を改照射後

1.63

1.20

善できた。

遮断後

1.56

1.20

この評価技術により、少量の試料で機能性の評価が可

照射後

1.66

1.12

能となるため、商品開発費用の低減及び商品企画のスピ遮断後

1.591.12ードアップが図られる。また迅速、簡易、低コストかつ照射後1.67

1.23

定量的に行えるため、省エネ効果の算出にも利用可能で遮断後1.66

1.26あると考えられる。
今後は、積極的に研究成果を普及させ、広く産地繊維よる試料面からの熱放出量の問題により照射後と遮断後業界の新製品開発力の向上を図り、江南産地インテリアの差が生じたためと考えられた。これより、照射熱量の素材企業による光蓄熱性製品の開発と評価に協力するこ減少や試料面からの熱放出量の増加により照射後と遮断とで新製品開発力の向上を図る。

後の照射蓄熱速度の差が生じる問題を改善できると考えられた。
なお受熱体の部位でのレフランプから BT への熱流量

またこの測定装置はインテリア素材に限らずシート状のものであれば、評価することが可能であるため、産業用資材など幅広い分野への展開が期待できる。

は窓ガラス法で 1.31W、恒温恒湿器法で 3.86W であり、文献これらはレフランプ電力に比例するものと考えられた。

また計測蓄熱速度は恒温恒湿器法の方が小さくなったが、 1）日本工業規格 JIS A 1422, 日本工業標準調査会編
これは受熱体周りの風速が大きいために受熱体から逃げる熱が大きくなったためと考えられた。
インテリア製品の使用環境では通常それほどの大きな風がないと考えられる。これより、インテリア製品の評価には 100W 窓ガラス法がより実態に近いと考えられた。恒温恒湿器法は屋外で使用する産業資材などの実態に近いと考えられた。

2）http://www.kaken.or.jp/guidance/functionality/
photorespiration_thermalconversion.html
3）丹羽，岡田：あいち産業科学技術総合センター研究報
告, 2, 102(2013)4）丹羽，廣瀬：あいち産業科学技術総合センター研究報
告, 2, 106(2013)5）http://keisan.casio.jp/exec/system/1185781259