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Q:15 遠赤外線利用床暖房の効果について教えてください。

A:床暖房には床の下に温水を流す方式や電熱線を貼ってこれに通電する方式などがあります。どちらも比較的短時間に床の温度が上昇します。床材であるは木材、タイル材などは遠赤外放射素材でもあるので、暖まった床からはその温度に応じた遠赤外放射が人体や壁、天井に向かってなされます。こうして部屋の周りの全面が暖まると、人体からの放熱が減って、人は温かさを感じるのです。もちろん壁材などの昇温にともない部屋の空気温度も上がってきます。部屋の温度は温風暖房の時よりも低めですが、暖かい風が動いているという違和感がなく、暖房開始後、あまり時をおかずに自然な感じで寒さを感じなくなります。
  一方温風暖房は、先ず部屋の空気温度を上げるべく、温風を吹き出します。人の肌は体表面温度以下の風が当たると、むしろ熱を奪われる感じがします。暖房前の空気より高い温度ではありますが、風に直接当たることによる温感には、あまり快適とは言えません。温風暖房では時間が経過して、部屋の壁や天井が暖まってくるのを待つ必要があります。こうなってはじめて人体から周囲への放熱が減り、人は寒さを感じなくなります。温風暖房にはもう一つ問題として、暖かい空気が天井へ向かうため、室内の上下で温度差が生じるということがあげられます。顔の辺りが温風に当たり、むしろ熱さを感じている時でも、足元が寒いということがよくあります。

  床暖房の利点をまとめると、①立ち上がり時間が短い、②均一、かつ自然な温感が得られ、快適性に優る、③室温を無駄に高める必要がなく、エネルギー消費が効率的である、ということになります。
 

Q:16 遠赤外線を通さない(透過しない)物質を教えてください。

A:アルミニウムや金は遠赤外線をほとんど反射し、それ以外の金属光沢を持った金属類も遠赤外線を反射する割合が高く、あるいは一部を吸収するので、遠赤外線を通しません。
  またガラス、セラミックス、樹脂、繊維、木材、人体など金属以外の多くの物質は遠赤外線をよく吸収しますので、同じように遠赤外線を透過しません。
  上記のように、ある程度の厚さがあれば、遠赤外線は吸収され、透過しませんが、例えば厚みが数ミクロンの樹脂フィルム(ポリエチレンなど)などでは、ほとんど透過してしまうようです。
  吸収され、透過しにくい遠赤外線に対し、近赤外線は吸収されにくく、例えば人体では、深さ6mm程度まで透過します。
 

Q:17 遠赤外線の(目に見えない)確認方法を教えてください。

A:遠赤外線は金属を除くほとんど全ての物質(プラスチックス、布地、木材、建材、岩石、陶磁器、塗装面、人体等)から放射されています。放射されるエネルギー量はその物質の放射率(厳密には、その材質の放射率が波長によってどう変わるかを測定した分光放射特性)とその温度とで決まります。
  上記の物質は、種類による差はありますが、いずれも遠赤外波長域で平均して高い放射率を示しています。従って、これらの物質から発せられる放射エネルギー量の大小は主にその温度で決まり、温度が低ければ僅かのエネルギーしか放射していません。
  ある物質が周囲の物体と同じ温度になっていれば、差し引きの放射エネルギーはゼロになります。逆に温度が周囲より高くなる程、加速度的に放射されるエネルギー量が増えます。
  物体からどれだけの遠赤外エネルギーが放射されているかを測定するのは簡単ではありません。その物体の材料名が知られていれば、おおよその放射率が推定できますので、その場合は物体の温度を測ることにより、赤外放射エネルギー量を推定できます。その材質の分光放射特性が測定されている場合は、物体の温度分布をサーモグラフィなどで測ることが出来れば、より確からしい遠赤外放射エネルギーの波長分布を計算することができます(JISにその計算法が規程されています)。

  金属類は100℃程度に加熱した場合、それに手をかざしてもあまり暖かさを感じません。これに対し上記のような(遠赤外放射性をもつ)物質では、同様の温度ならば、手のひらは十分暖かさを感じ取れます。これはその物体から遠赤外放射がなされていることの証拠です。このように金属類との対比で遠赤外放射特性があるか否か、推定ができます。
  
  常温近傍における遠赤外放射の確認をすることは、温度が低いので、難しい状況です。なるべく常温に近い低温で分光放射率を測ることにより確認することになりますが、この測定を精度よく行うこと自体、難しいのです。物体に熱変化がない範囲ならば、意識的に高めの温度で測定した値で代用することも可能です。
 

Q:18 遠赤外加熱・乾燥は熱風加熱・乾燥とどこが違うのですか。どちらがいいのですか。

A:熱風加熱・乾燥は、処理しようとする物体を置いた空間に、所定の温度に制御した熱風を、適当量送り込む必要があります。物体はその周囲を流れる高温の熱風から熱を受け取りますが、その量は熱風の温度と物体の表面温度との温度差に比例した値になります。
  従ってこの熱流は、加熱開始から最後まで、ずっと同じ大きさで物体へ流れるのではなく、加熱が進み表面温度が上昇していくに連れ、徐々に減っていくことになります。物体表面は熱風に直に触れていますので、加熱を開始してすぐに、表面部分の温度が熱風温度に向かって、かなり速く上昇します。つまり加熱開始後、比較的早い段階で表面温度が熱風温度に近くなり、物体に流れる熱流が激減してしまうのです。
  熱風乾燥では、乾燥の中期以降、時間を掛けてもなかなか残留水分が減少しないのに、表面が焦げてくる、という傾向がよく見られるのは、このためです。この現象は、特に熱風温度が高すぎる場合に、起きやすいので、通常は熱風温度をかなり低めに設定し、時間が掛かるのを承知で焦がさぬよう乾燥を行います。

  遠赤外加熱では、物体表面は遠赤外ヒータとは離れています。そのため表面の温度は、熱風加熱の場合のように、加熱開始後すぐに急上昇することはなく、徐々に上がっていきます。一方ヒータから物体表面への熱流は、放射伝熱の法則(高温側の絶対温度の4乗と低温側の絶対温度の4乗との差に比例した熱流が、高温側から低温側に流れる)により、低温である物体側の温度にはあまり関係なく、ほとんどヒータ温度で決まり、加熱初期から終期までほぼ一定の値が確保されます。
  すなわち遠赤外加熱は、熱風加熱のようにプロセスの進行にともない熱流が減少していくことがなく、熱流一定を保った加熱ができる、優れた加熱方式なのです。この方式は、表面温度が上がり過ぎないうちに、加熱・乾燥に必要なエネルギーを放射によって投入しようという方式であるとも言えます。
  しかも、ヒータ温度を許される限り高めに設定すれば、物体への熱流を大きくとることができ、それだけ効率的な加熱が可能です。バッチ式の熱風乾燥炉で半日近く掛けていた乾燥が、遠赤外乾燥では連続装置で10分、20分といった時間で達成される、というのは何も珍しいことではありません。
  遠赤外乾燥は、表面に熱的な損傷を与えず絶乾状態にしたい、などという目的にも十分応える能力を持っているのです。
 

Q:19 遠赤外加熱は電子レンジでの加熱とどう違いますか?

A:電子レンジでは周波数50あるいは60Hzの家庭の電源から、2450MHz、つまり24億5000万ヘルツという非常に高い周波数の電波(マイクロ波)を庫内に発生させています。
  水の分子1個は、プラスの電気を持った水素2個とマイナスの電気を持った酸素とが結合した構造をしていますが、プラスの電気の中心とマイナスの電気の中心は離れていて、一対になっています。
  電子レンジの中の電波は、1秒間に24.5億回の2倍の49億回、プラスとマイナスが激しく入れ替わっていますが、これが水分子に当たると、水分子のプラスとマイナスの対も共鳴して同じ周波数で反転を繰り返します。つまり電波(のエネルギー)を吸収して、水分子自体が激しく反転(回転)振動を起こし、熱エネルギーとなって水の温度が上昇し、これを介して食品の温度が上昇するのです。
  遠赤外加熱も電子レンジと同じ電磁波加熱ですが、その周波数、つまり振動数が電子レンジの1万倍も高いのです。遠赤外加熱では、電子レンジのような物体の原子構造全体が反転するような振動ではなく、各構成原子がその平衡位置を中心として、微小な、かつ激しい振動が引き起こされ、物体温度が上がります。

  電子レンジでは、食品表面から数cmくらいの深さまで電波のエネルギーが伝わりますので、他の多くの加熱法に比べ、内部まで素速く暖めることができます。しかし水分加熱を利用しているため、食品を焼くことはできませんし、水分の少ないものには向かず、含有水分が均一でないものでは加熱ムラが避けられません。従って産業用にマイクロ波加熱装置を利用しようとする場合、対象物質や加熱目的が限られ、さらに物体に均一に電波を照射するための設計技術が求められます。また、商用電源からマイクロ波を作るところでのエネルギー損失があります。
  これに対し、遠赤外加熱はほとんど、どのような場合にでも使える汎用的な加熱手段であり、微妙な温度制御が大変得意な上、均一加熱性も高く、熱風加熱、熱板加熱に比べれば、内部加熱能力にも優れています。一般にエネルギー利用効率が高いこともよく知られています。


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