格子セル型センサーを用いた人体のふく射放熱計測手法の確立

Research Project

Project/Area Number	21K03904
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 19020:Thermal engineering-related
Research Institution	Kobe City College of Technology
Principal Investigator	熊野智之神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (80435437)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000) Fiscal Year 2023: ¥130,000 (Direct Cost: ¥100,000、Indirect Cost: ¥30,000) Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000) Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords	ふく射熱流束計 / 熱電堆 / ふく射センサー / スパッタリング / ふく射輸送
Outline of Research at the Start	体感温度は気温のみならず、湿度や気流、ふく射など様々な要因に左右される。よって、暑さ/寒さの原因に応じた冷暖房方法の選択が重要である。エアコンは快適な室内環境を実現する上で不可欠であるが、必ずしも万能な手段とは言えない。また、感染症対策として「換気の悪い密閉空間」の回避が社会的課題であることから、常時換気しつつ利用できるふく射冷暖房への注目が高まっている。ふく射冷暖房の普及および改良に向けては、効果を精度よく評価することが必要である。本研究では、人体の正味ふく射放熱量を直接的に測定するための方法を提案し、センサーの試作を試みる。そして、実際の温熱環境におけるふく射の寄与度を調査する。
Outline of Annual Research Achievements	2023年度は、引き続きふく射センサーの中心であるサーモパイル部分の開発に取り組んだ。ガラス基板上に銅とコンスタンタン箔を交互に貼り付けて両者を接合させる方法について、突合せ溶接をはじめ様々な方法を検討した結果、多数の接点において一様な接合の実現が困難であるとの判断に至った。そこで、研究計画段階で想定していた構造を変更し、一般的な熱電対同様に金属素線を用いたセンサー構造を新たに設計した。この方式では、素線を多数直列に溶接にする点については技術的な習熟度が必要となるが、箔を用いる方式に比べて遥かに実現性が高いため、短期間でセンサーを試作することができた。試作したセンサーは、直列に溶接された素線（直径0.32 mm）の接点群を絶縁テープとアルミ箔で覆い、２系列に分けて基板（40×40 mm）上に設置したものである。吸収側のアルミ箔表面には黒体塗料を塗布し、上下両面からふく射を入射させるために基板には鏡面のV字の溝を設けた。この溝は反射側については不要であるが、条件を揃えるために反射側と吸収側の両側に設けた。次に、疑似黒体面で囲まれたセンサー上部の空間内に繰り返し手を出し入れした場合における起電力の変化を測定した。その結果、アンプによる増幅は行っていないにも関わらず、手の有無により明確な起電力の差が現れた。よって、試作したセンサーが少なくともふく射による人感センサーとして機能していることが確認できた。さらに、接点数を変えた場合についても実験を行い、平均起電力がどのように推移するかを明らかにした。今後は、線径や接続数といった条件を最適化するともに、小型化を検討する。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初は想定していなかった技術的な問題を構造の変更によって回避できたことで、ふく射センサーを試作し、その特性について調べることができた。これまでの遅れを取り戻すことができる状況が整ったため、延長分も含め研究期間全体で見ると順調な進捗状況と言える。
Strategy for Future Research Activity	大阪大学産業科学研究所や兵庫県立工業技術センターと共同研究を締結し、それらの機関の設備を積極的に利用してセンサーの条件の最適化ならびに小型化に取り組む。