放射熱伝達と対流熱伝達の分離測定ガイド

はじめに

製品の性能やエネルギー効率を左右する「熱伝達」は、熱が移動する現象全般を指します。この熱伝達には主に「伝導」「対流」「放射」の3つの形態がありますが、特に物体の表面で起こる熱の移動は、対流熱伝達と放射熱伝達が複雑に関係し合っています。

より高度な熱設計や熱対策を行うためには、これらの熱伝達を個別に評価することが不可欠です。

本記事では、熱流束センサーを用いて放射熱伝達と対流熱伝達を分離して測定する具体的な手法について、冷蔵庫の壁面を例に挙げて解説します。

対流熱伝達と放射熱伝達の基本

分離測定の方法を解説する前に、まず2つの熱伝達の形態を定義します。

放射熱伝達と対流熱伝達の分離測定原理

この2つの熱伝達を分離する鍵は、表面の放射特性（放射率）を意図的に変えることにあります。Hukseflux社製の黒と金のステッカーは、この原理を応用したツールです。

この2つのセンサーの測定値の差を計算することで、放射熱伝達による熱流束を算出できるのです。

測定例：冷蔵庫壁面における熱伝達の分析

• HF黒ステッカー​ = HF対流熱伝達 ​+ HF放射熱伝達
• HF金ステッカー ​= HF対流熱伝達
• HF放射熱伝達 ​ = HF黒ステッカー​ − HF金ステッカー

この結果、放射熱伝達の影響が大きいと判明すれば、外装を反射率の高い白色や光沢のある金属にすることが有効な対策となります。一方、対流熱伝達の影響が大きければ、空気の乱流を抑えるために表面を滑らかに設計することが有効です。

より高精度な測定を目指すために

上記の計算は、ステッカーが理想的な光学特性を持つという仮定に基づいています。一般的な用途には十分ですが、厳密な測定では以下の点を考慮する必要があります。

まとめ

放射熱伝達と対流熱伝達を分離して測定することで、熱問題の根本原因を深く探り、データに基づいた的確な製品設計や対策が可能になります。今回ご紹介した方法は、そのためのシンプルかつ効果的なアプローチであり、より高度な熱解析を実現します。

この記事について

本記事は、熱流束センサーのリーディングメーカーであるHukseflux社の公開技術情報に基づいております。その情報をもとに、同社の日本国内正規代理店であるクリマテック株式会社が、日本のユーザー様向けに独自の解説、および国内での具体的な活用シーンや知見を加えて編集しました。