(57)【要約】  本出願は、傾斜した熱伝導シート（３）の上面（３Ａ）と熱伝導接触している少なくとも１つの第１の湿り度検出手段（１）と、上記傾斜した熱伝導シート（３）の下面（３Ｂ）と熱伝導接触している少なくとも１つの第２の湿り度検出手段（２）と、上記傾斜した熱伝導シート（３）と熱伝導接触している少なくとも１つの表面温度検出手段（４）と、第１の湿り度検出手段（１）、第２の湿り度検出手段（２）および表面温度検出手段（４）から少なくとも１つの第１の信号（１１、すなわち１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）を受信し、上記第１の信号（１１、すなわち１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）を分析し、傾斜した熱伝導シート（３）の表面上の着氷性の降水の有無を決定するように構成された少なくとも１つのプロセッサ（５）と、プロセッサ（５）から少なくとも第２の信号（１２）を受信する外部電力リレー用の少なくとも１つの第１の装置（７）であって、上記信号は上記第１の装置（７）による推奨された動作を示し、上記動作は、少なくとも１つの第３の装置（８）に電力を供給すること、または供給しないことを可能にする、少なくとも１つの第１の装置（７）と、上記プロセッサ（５）に接続され、上記第１の装置（７）にも接続されている電源用の少なくとも１つの第２装置（６）とを含み、ここで、電源用の上記第２の装置（６）は、熱伝導シート（３）を積極的に加熱しておらず、上記第１の装置（７）は、上記表面温度検出手段（４）が所定の閾値以下の温度を検出し、第１および第２の湿り度検出手段（１、２）が着氷性の降水の存在を検出した場合にのみ、上記第３の装置（８）への電力供給を可能にする、着氷性降水検出デバイス（１０）に関する。本発明はまた、着氷性の降水を検出するための使用および方法に関する。【選択図】図６
2021508062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−傾斜した熱伝導シート（３）の上面（３Ａ）と熱伝導接触している少なくとも１つの第１の湿り度検出手段（１）と、
−前記傾斜した熱伝導シート（３）の下面（３Ｂ）と熱伝導接触している少なくとも１つの第２の湿り度検出手段（２）と、
−前記傾斜した熱伝導シート（３）と熱伝導接触している少なくとも１つの表面温度検出手段（４）と、
−前記第１の湿り度検出手段（１）、前記第２の湿り度検出手段（２）および前記表面温度検出手段（４）から少なくとも１つの第１の信号（１１すなわち、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）を受信し、前記第１の信号（１１、すなわち１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）を分析し、前記傾斜した熱伝導シート（３）の前記表面上の着氷性の降水の有無を決定するように構成された少なくとも１つのプロセッサ（５）と、
−前記プロセッサ（５）から少なくとも第２の信号（１２）を受信するように適合された外部電力リレー用の少なくとも１つの第１の装置（７）であって、前記信号（１２）は前記第１の装置（７）による推奨された動作を示し、前記動作は、少なくとも１つの第３の装置（８）に電力を供給すること、または供給しないことを可能にするように適合されている、少なくとも１つの第１の装置（７）と、
−前記プロセッサ（５）に接続され、前記第１の装置（７）にも接続されている電源用の少なくとも１つの第２装置（６）と
を含み、
−ここで、電源用の前記第２の装置（６）は、前記熱伝導シート（３）を積極的に加熱しておらず、
−前記第１の装置（７）は、前記表面温度検出手段（４）が所定の閾値以下の温度を検出し、前記第１および第２の湿り度検出手段（１、２）が着氷性の降水の存在を検出した場合にのみ、前記第３の装置（８）への電力供給を可能にする
着氷性降水検出デバイス（１０）。
【請求項２】
前記所定の閾値が０℃以下である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記所定の閾値が、前記プロセッサ（５）によって調整可能である、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
少なくとも１つの保護壁（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）が、前記傾斜した熱伝導シート（３）を囲む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記熱伝導シート（３）が、広範囲のスペクトル放射照度感受性コーティングでコーティングされている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第３の装置（８）が、加熱システムが設けられた雨量計または内部ルーフドレンである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記推奨される動作が、前記第３の装置（８）を加熱すること、または加熱しないことである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第２の装置（６）が、前記第２の装置（６）が充電されたままであることを保証する太陽光発電モジュールを備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記第１の装置（７）が、着氷性の降水が検出されるとすぐに反応する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記降水が着氷性または流体の降水である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記着氷性の降水が指向性着氷性降水である、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
雨量計を加熱するための請求項１〜１１に記載のデバイスの使用。
【請求項１３】
内部ルーフドレンを加熱するための請求項１〜１１に記載のデバイスの使用。
【請求項１４】
着氷性の降水について高速道路の車両運転者に警告するための請求項１〜１１に記載のデバイスの使用。
【請求項１５】
−傾斜した熱伝導シート（３）の上面（３Ａ）の湿り度具合を決定するステップと、
−前記傾斜した熱伝導シート（３）の下面（３Ｂ）の湿り度具合を決定するステップと、
−前記傾斜した熱伝導シート（３）の表面温度を決定するステップと、
−第１の湿り度検出手段（１）、第２の湿り度検出手段（２）および表面温度検出手段（４）から受信した少なくとも１つの第１の信号（１１、すなわち１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）をプロセッサ（５）を介して処理するステップと、
−前記プロセッサ（５）を介して前記第１の信号（１１、すなわち１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）を分析するステップと、
−前記傾斜した熱伝導シート（３）の表面上の着氷性の降水の有無を前記プロセッサ（５）を介して決定するステップと、
−外部電源リレー用の第１の装置（７）に第２の信号（１２）を送信し、前記第１の装置（７）は、前記プロセッサ（５）から前記第２の信号（１２）を受信し、前記信号は、前記第１の装置（７）による推奨された動作を示し、前記動作は、少なくとも１つの第３の装置（８）に電力を供給すること、または供給しないことを可能にするステップと、
−前記表面温度検出手段（４）が所定の閾値以下の温度を検出し、前記第１および第２の湿り度検出手段（１、２）が着氷性の降水の存在を検出した場合にのみ、前記第１の装置（７）から前記第３の装置（８）への電力供給を可能にし、電力供給用の第２の装置（６）から前記熱伝導シート（３）への積極的加熱がないステップと
を含む着氷性の降水を検出する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気象学の分野、すなわち、指向性着氷性降水の発生時に最小のエネルギー要件（検知デバイスの積極的加熱が不要）での検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本特許第０７１５１８６５号公報は、降雪検出システムに関する。
【０００３】
中国特許第１０６５２６７１１号明細書は、モニターシェルを含む雨、雪、露、および霜のモニターに関する。
【０００４】
米国特許第８８００３６２号明細書は、降水を検出する方法に関する。
【０００５】
日本特許第０７１５１８６５号公報は、降雪をモニターする同じ分野に関するものであり、本発明と共通する技術的な特徴を最も有するため、最も近い最新技術である。
【０００６】
本発明と最も近い先行技術との違いは、
−傾斜した熱伝導シートの下面と熱伝導接触する少なくとも１つの第２の湿り度検出手段と、
−第１の湿り度検出手段、第２の湿り度検出手段および表面検出手段から少なくとも１つの第１の信号を受信するように構成された少なくとも１つのプロセッサと、
−表面温度検出手段（４）によって所定の閾値以下の温度が検出され、第１および第２の湿り度検出手段（１、２）によって着氷性の降水の存在が検出された場合にのみ、第３の装置（８）への電力供給を可能にする第１の装置（７）と、電源用の第２の装置（６）が、検知デバイスである熱伝導シート（３）、温度検出手段（４）、湿り度検出手段（１）および湿り度検出手段（２）を積極的に加熱しないことである。
【０００７】
この違いの技術的効果は、着氷性の降水がない場合に電気エネルギーが節約されることである（表１および表２を参照）。温度センサと２つの湿り度検出手段（１つは、直接の降水から保護されている傾斜した熱伝導シートの上面、もう１つは下面に取り付けられている）からの信号の混入を検出する追加の技術的効果は、プロセッサが３つの入力信号を分析し、直接降水および間接降水、ならびに着氷性条件または非着氷性条件を区別できることである。日本特許第０７１５１８６５号公報では、測定された温度のみに依存してヒータに電力が供給されており、降水の状態は考慮されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】日本特許第０７１５１８６５号公報
【特許文献２】中国特許第１０６５２６７１１号明細書
【特許文献３】米国特許第８８００３６２号明細
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明によって解決されるべき目的の技術的問題は、エネルギーを節約するために、必要でない場合（すなわち、寒いが雪が降っていない場合）に電力を供給するための信号が与えられないように、日本特許第０７１５１８６５号公報のデバイスを変更することと見なすことができる。
【００１０】
この問題の解決策は、電源に第２の装置（６）を使用することであり、ここで、上記第２の装置（６）は、熱伝導シート（３）を積極的に加熱せず、第１の湿り度検出手段（１）および第２の湿り度検出手段（２）ならびに表面温度検出手段（４）が配置されている。
【００１１】
当業者が先行技術文献を組み合わせるように導かれたとしても、当業者はＤ１およびＤ２で教示されたセンサの積極的加熱を使用するように導かれるため、結果として得られるデバイスは、本発明のデバイスよりも早くエネルギーがなくなるであろう（一方、本発明では検知デバイス（３）、（１）、（２）および（４）を積極的に加熱しない）。
【００１２】
この問題は、第３の装置（８）（たとえば、雨量計）の良好な動作に本当に必要な場合にのみ装置（６）（すなわち電池）を動作させることによって、ほとんどの場合に乾期（すなわち、指向性降水がない：雨がない、雪がない、雹がない）および雨季（すなわち、指向性降水：雨、雪、雹）を含む凍結時期中の遠隔の気象観測所におけるエネルギー消費を大幅に削減するとも見なされ、すなわち、第２の装置（６）の寿命を大幅に延長する。
【００１３】
非降水の期間（乾期）中、本発明のデバイスはヒータのスイッチを入れず（すなわち、エネルギーを節約）、着氷性の降水の期間（雨期）中、本発明のデバイスはヒータのスイッチを入れる（すなわち、エネルギーが必要）（図４を参照）。
【００１４】
電力源として電池を使用する最新技術の既知のデバイスは、乾期の間も機能し続けるため（エネルギーの損失）、それが遠隔地にあり、不要であれば電池を接続解除することができる人がいない場合には、電池の電力がなくなるまで（通常、２４時間未満）電力を消費する。
【００１５】
たとえば、４℃以上の温度で、湿った、流体の、または液体の降水（すなわち雨、または雪の混じった雨）が発生した場合、本発明は電力を節約することになるが（表１および図４を参照）、先行技術のデバイスは、この場合も電池がなくなるまで（通常、２４時間未満）電力を消費し続ける。
【００１６】
最も近い最新技術である中国特許第１０６５２６７１１号は、傾斜したシートの表面にある雪の存在を検出できるが、それを降水の過程自体に関連付けることはなく、一方、本発明は、着氷性の降水を発生時および停止後（すなわち、降水が止まってから十分に短い時間）にも検出することができ、電池の寿命を延ばすことを可能にする。これまでに知られている既存の発明はすべて、雪の存在に焦点を当てており、着氷性の雨や雪の事象には焦点を当てていない。
【００１７】
最新技術は、雨量計のための電気加熱システムの使用も教示していない。本発明における雨量計のための加熱の必要性は、降水が続いており降水が止まってから短時間後までのみ発生する。以前の降水事象によって生じた氷と雪の任意のさらなる存在は、（それを検出するものがないために）雨量計の加熱にとって重要ではない。
【００１８】
検出する必要がある最も重要な情報は、着氷性条件下での降水の過程である（すなわち、過程自体の検出であり、その結果の状態ではない）。
【００１９】
中国特許第１０６５２６７１１号明細書は、モニターシェルを含む雨、雪、露、および霜のモニターに関する。モニターシェルの上端部には、雨および雪のセンサが設けられている。モニターシェルの下部には、露および霜のセンサ、ならびに温度および湿度のセンサが設けられている。雨および雪のセンサ、温度および湿度のセンサ、ならびに露および霜のセンサは、モニタリングプロセッサに電気的に接続されている。モニタリングプロセッサは、雨および雪のセンサによって送信された雨および雪の検知容量値、温度および湿度のセンサによって検出された温度および湿度の値、ならびに露および霜のセンサによって送信された露および霜の検知容量値を同時に受信し、雨および雪の検知容量値、温度および湿度の値、ならびに露および霜の検知容量値を、予め設定された雨および雪の検知容量値、温度および湿度の値、ならびに露および霜の検知容量値と比較し、比較結果に応じて現在の降雨、降雪、露または霜の気象現象を判定する。雨、雪、露および霜のモニターは、降雨、降雪、露および霜の４つの気象現象をリアルタイムでモニターでき、気象現象の開始、継続時間、終了時刻が記録され、モニタリング感度が高く、雨、雪、露および霜のモニターは使用するのに便利である。
【００２０】
中国特許第１０６５２６７１１号明細書では、霜センサはハウジング内で外部条件から保護されており、気温条件による霜を検出したいために気温を受け取るための換気手段があるが、本発明では、第２の湿り度検出手段が、傾斜した熱伝導シートの下面と熱伝導接触している。
【００２１】
伝導（物質を通る熱の流れ）と放射（太陽、空、またはその他の放射源）による熱伝達は、この手段によって、無視できるほど小さな量まで最小化される（「除去」と言えるかもしれない）。中国特許第１０６５２６７１１号明細書では霜の状態を検出するために対流のみが必要である（請求項１を参照：「．．．霜センサはモニタリングハウジングの下部に配置されている．．．霜センサの周りでガスの自由な流れを保証するためにモニタリングハウジングの下部にはガス循環穴が設けられている．．．」）。
【００２２】
本発明では接続されるすべての物質による伝導シナジーと、太陽から地球への、および地球から空への放射とを含む、完全な熱伝達シナジーを確認する必要があるため、中国特許第１０６５２６７１１号明細書の方法は、本発明の目的には使用できない。中国特許第１０６５２６７１１号では、０［℃］〜＋４［℃］の気温条件下では、着氷性の直接降水（雨、雪）と着氷性の間接降水（露）とを区別できない。
【００２３】
通常、遠隔の気象観測所は電力網へのアクセスを有していないため、エネルギー消費が非常に制限されている。降水や風を正確かつ定期的に測定できるようにするために、観測所は冬季条件の間（たとえば凍結、雪、雹、または着氷性の雨の場合）、加熱システムを管理する必要がある。
【００２４】
加熱システムがないと、一部の測定（降水測定（雨量計）または超音波風速計による風測定）は失敗するであろう。
【００２５】
現在、遠隔地の雨量計を加熱するために利用できる商業的方法はない。気象センサの製造元は、電池、または電池と太陽電池を組み合わせた電源さえも使用するためのエネルギー需要が大きすぎるために、遠隔地に設置されたセンサには加熱を使用しないと考えている。これにより、データが不足したり、現場で十分な電気エネルギーを利用できるようにするための多大な労力が発生したりすることがよくあり、これは断じて受け入れられることではなく、何らかの方法で解決されなければならない。たとえば、太陽光発電システムは、冬季に加熱用の十分なエネルギーを提供するために、非常に特大サイズにする必要があり得る。この特大サイズのシステム（太陽光発電モジュールの表面）がすぐ近くに設置されている場合、気象測定に直接影響する可能性があり、測定の規格に準拠しない。
【００２６】
本発明によって、遠隔地に設置されたデバイスは、本当に必要な場合にのみ電池式の加熱を切り替えることにより、最小限のエネルギー供給で（すなわち、雪、雹、氷の事象中のみ）冬季条件で加熱することができる。このようにして、加熱システムによって空になった電池によるシステム全体の電源障害と、機能していない（凍結した）デバイスによるデータ損失の可能性が最小限に抑えられる。長い間必要性が感じられていたが、それが今本発明によって改善される。
【００２７】
選択された各センサは、低エネルギー需要で、最小限のメンテナンスで動作できる。システムは、（すべての気象条件下で）堅牢である必要があり、出力として２つの動作状態のみ、すなわちｔｒｕｅ（＝着氷性の降水が発生）またはｆａｌｓｅ（＝他のすべての条件）を提供する必要がある。これは、着氷性の降水の知識が重要であるが動作場所に「無制限」の電源が存在しない他の用途に、使用され得る。また、加熱なしでは氷によって損傷する可能性がある内蔵ルーフドレンシステムの電気加熱用途のエネルギーを大幅に節約できる。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明は、
傾斜した熱伝導シート（３）の上面（３Ａ）と熱伝導接触している少なくとも１つの第１の湿り度検出手段（１）と、上記傾斜した熱伝導シート（３）の下面（３Ｂ）と熱伝導接触している少なくとも１つの第２の湿り度検出手段（２）と、上記傾斜した熱伝導シート（３）と熱伝導接触している少なくとも１つの表面温度検出手段（４）と、第１の湿り度検出手段（１）、第２の湿り度検出手段（２）および表面温度検出手段（４）から少なくとも１つの第１の信号（１１、すなわち１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）を受信し、上記第１の信号（１１、すなわち１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）を分析し、傾斜した熱伝導シート（３）の表面上の指向性着氷性降水の有無を決定するように構成された少なくとも１つのプロセッサ（５）と、プロセッサ（５）から少なくとも第２の信号（１２）を受信するように適合された外部電力リレー用の少なくとも１つの第１の装置（７）であって、上記信号（１２）は上記第１の装置（７）による推奨された動作を示し、上記動作は、少なくとも１つの第３の装置（８）（たとえば雨量計）に電力を供給すること、または供給しないことを可能にするように適合されている、少なくとも１つの第１の装置（７）と、上記プロセッサ（５）に接続され、上記第１の装置（７）にも接続されている電源用の少なくとも１つの第２装置（６）とを含み、ここで、電源用の上記第２の装置（６）は、検知デバイス（熱伝導シート（３）、第１の湿り度検出手段（１）、第２の湿り度検出手段（２）および表面温度検出手段（４））を積極的に加熱しておらず、
上記第１の装置（７）は、上記表面温度検出手段（４）が所定の閾値以下の温度を検出し、第１および第２の湿り度検出手段（１、２）が着氷性または非着氷性（流体）の降水の存在を検出した場合にのみ、上記第３の装置（８）への電力供給を可能にする
着氷性降水検出デバイス（１０）に関する。
【００２９】
好ましくは、上記所定の閾値は、＋４℃、＋３℃、＋２℃、＋１℃、０℃、−１℃、−２℃、−３℃、−４℃、より好ましくは０℃以下、最も好ましくは０℃の空気（周囲）温度以下である。
【００３０】
表面温度は、傾斜した熱伝導シート（３）の表面で表面温度検出手段（４）によって測定される。表面温度は、対流（周囲の空気の流れ）、正味放射（地球に対する太陽、空に対する地球）および伝導（シートの材料を通る）に依存する。
【００３１】
好ましくは、上記所定の閾値は、プロセッサ（５）によって調整可能である。
【００３２】
好ましくは、熱伝導シート（３）は、広範囲のスペクトル放射照度感受性コーティングでコーティングされる。
【００３３】
第１の湿り度検出手段（１）は第１の信号（すなわち第１の値（１１Ａ））を測定し、第２の湿り度検出手段（２）は第２の信号（すなわち第２の値（１１Ｂ））を測定し、両方の信号、すなわち上部の湿り度表面（３Ａ）と下部の湿り度表面（３Ｂ）の区別により、指向性降水と間接降水との区別を可能にする。
【００３４】
好ましくは、プロセッサ（５）は、第１の湿り度検出手段（１）の第１の信号（１１Ａ）、第２の湿り度検出手段（２）の第２の信号（１１Ｂ）、および表面温度検出手段（４）の第３の信号（１１Ｃ）を受信し、上記プロセッサ（５）は、特定の数学的値で終了する計算を行い、その結果、第１の装置（７）に信号（１２）を送信して上記第１の装置（７）をオンまたはオフにすることを可能にし、第３の装置（８）に電力を送るか、または送らない。
【００３５】
好ましくは、少なくとも１つの保護壁（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）が、傾斜した熱伝導シート（３）を囲む。
【００３６】
好ましくは、第３の装置（８）は、加熱システムが設けられた雨量計または内部ルーフドレンである。
【００３７】
好ましくは、推奨される動作は、第３の装置（８）を加熱すること、または加熱しないことである。
【００３８】
好ましくは、上記第２の装置（６）は、第２の装置（６）が充電されたままであることを保証する太陽光発電モジュールを備える。
【００３９】
好ましくは、少なくとも１つの第１の信号（１１、すなわち１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）は、３つの異なる信号（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）から構成される。
【００４０】
好ましくは、上記第１の装置（７）は、着氷性の降水が検出されるとすぐに反応する。
【００４１】
好ましくは、降水は、着氷性または流体（雨）の降水である。
【００４２】
好ましくは、着氷性の降水は、指向性降水（雪、着氷性の雨、雹）または間接的な（霧、露）着氷性の降水である。
【００４３】
本発明は、雨量計を加熱するためのデバイスの使用にも関する。
【００４４】
本発明は、内部ルーフドレンを加熱するためのデバイスの使用にも関する。
【００４５】
本発明は、着氷性の降水について高速道路の車両運転者に警告するためのデバイスの使用にも関する。
【００４６】
本発明はまた、
−傾斜した熱伝導シート（３）の上面（３Ａ）の湿り度具合を決定するステップと、
−上記傾斜した熱伝導シート（３）の下面（３Ｂ）の湿り度具合を決定するステップと、
−上記傾斜した熱伝導シート（３）の表面温度を決定するステップと、
−第１の湿り度検出手段（１）、第２の湿り度検出手段（２）および表面温度検出手段（４）から受信した少なくとも１つの第１の信号（１１、すなわち１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）をプロセッサ（５）を介して処理するステップと、
−上記プロセッサ（５）を介して上記第１の信号（１１、すなわち１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）を分析するステップと、
−傾斜した熱伝導シート（３）の表面上の着氷性の降水の有無を上記プロセッサ（５）を介して決定するステップと、
−外部電源リレー用の第１の装置（７）に第２の信号（１２）を送信し、第１の装置（７）はプロセッサ（５）から上記第２の信号（１２）を受信し、上記信号は、上記第１の装置（７）による推奨された動作を示し、上記動作は、少なくとも１つの第３の装置（８）に電力を供給すること、または供給しないことを可能にするステップと、
−上記表面温度検出手段（４）が所定の閾値以下の温度を検出し、第１および第２の湿り度検出手段（１、２）が着氷性の降水の存在を検出した場合にのみ、上記第１の装置（７）から上記第３の装置（８）への電力供給を可能にし、電力供給用の第２の装置（６）から上記熱伝導シート（３）への直接の積極的加熱がないステップと
の連続ステップを含む、着氷性の降水を検出する方法に関する。
【００４７】
本発明のプロセッサ（５）は、信号（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）を継続的に読み取り、記録する。
【００４８】
電源（電池）用の第２の装置（６）は、すべての装置の主な電力源である。太陽光発電モジュール（ＰＶモジュール）は、電池が継続的に充電されたままであることを保証する。充電コントローラは、電池を安全な状態（過充電や深放電なし）に保ち、危険な状態に達する前に警告を出す。プロセッサ（５）またはデータロガー／スイッチ装置は、信号（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）の測定値を継続的にモニターおよび記録する制御アルゴリズムを実行する。
【００４９】
着氷性降水事象が検出されると、プロセッサ（５）は、第１の装置（７）にスイッチオン信号を送信し、第１の装置（７）は、装置（８）の電気加熱システムへの電池電力をオンにする。他のいかなる場合も、電気加熱は第２の装置（６）から切断されたままである。
【００５０】
本発明の原理は、示差湿り度検出と表面温度測定の組み合わせである。
【００５１】
示差湿り度検出は、適用する理由がなかったために適用することがまだ知られていない方法である。湿り度検出器の目的は、ホイッパーを切り替えるために車のフロントガラス、成長をモニターするために植物の葉、漏れを検出するために床などの表面で湿気の発生を特定することである。
【００５２】
本発明における湿り度の示差測定は、指向性降水と間接降水とを区別するために使用される。
【００５３】
指向性着氷性降水（第３の装置（８）で降水測定を可能にするために検出されることが望まれる事象）は、雪、着氷性の雨および雹と定義され、空から地面に向かって落下する指向性降水と見なすことができる。この文脈では、「指向性」という用語は、１つの優先方向のみを指すのではなく、上からの原点を有し、地面に向かうすべてのベクトルの組み合わせを指す。
【００５４】
間接降水（第３の装置（８）で測定したくない事象）は、露および霧として定義され、これらの粒子の動きを表すベクトルが任意の方向に移動できるために、これらは間接降水と見なすことができる。特に、周囲空気中の水分の凝縮によって生成される露は、それらが空を向いている場合でも地面を向いている場合でも、任意の方向の表面で発生する可能性がある。露を発生させるのは、より冷たい表面とより暖かい周囲空気との間の温度差のみである。時には水はすでに空気中で凝縮しており、結果として生じる小さな液滴は、霧を形成し、あらゆる方向を向いたすべての表面を包含する。間接降水の事象は、中央ヨーロッパでは指向性降水よりも頻繁に発生する。降水量はかなり少なく、雨量計の検出限界（通常０．１［ｍｍ／ｍ２］）を下回るため、雨量計での測定は望ましくない。したがって、これらの間接降水事象の間は、完全に動作可能な雨量計は必要なく、このため、積極的加熱は不要である。
【００５５】
間接降水（露または霧）による湿り度信号は、湿り度信号（１１Ａ）と湿り度信号（１１Ｂ）との差によってデバイスにより除去される。
指向性着氷性降水検出（ＤＦＰＤ）デバイス：
【００５６】
熱伝導シート（３）は、その上に長期間の降水が蓄積するのを防ぐため、水平方向から４５〜６０度の角度で傾斜している。表面の色は、（空の状態が正か負かによる）吸収と放出による正味の放射照度が最大になるように黒である。正の正味放射照度期間中は、降水が止まると雪や氷の層が溶けることがある。晴れた夜の間は、熱伝導面から空への放射照度の放出により、表面温度は周囲温度よりも低くなり、これは測定デバイス（雨量計）の受容部と同様である。この場合、熱伝導シートの両面、および取り付けられている湿り度センサの両面で露が発生する可能性がある。
【００５７】
この傾斜面の両側（上側３Ａ、下側３Ｂ）には、熱伝導接着剤またはその他の任意の取り付け手段を使用して取り付けられた、指向性熱伝導接触を備えた湿り度検出センサがある。これらの２つのセンサには、低い熱容量と適度な熱伝導率が必要である。
【００５８】
さらに、熱伝導シート（３）の下向き側（３Ｂ）に取り付けられた表面温度センサ（４）がある。水平方向に移動する降水から下向きの部品を保護するために、熱伝導シートの周囲に保護壁がある。保護壁は同じ材料または異なる材料で作ることができる。
【００５９】
上面（３Ａ）と下面（３Ｂ）の湿り度の両方の信号を区別することにより、指向性降水と間接降水との区別が可能になる。表面温度が０℃以下の場合、濡れた表面の凍結が予想されるか、または表面にすでに雪や氷がある。表面の傾斜は、降水の発生後、一定の停留時間を可能にする必要がある。４５度付近の勾配値が良好な結果を示した。好ましくは、傾斜は３０°〜６０°の角度を有する。
【００６０】
プロセッサ（コントローラとも呼ばれる）でアルゴリズムが実行される。
【００６１】
本発明の図を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】傾斜した熱伝導シート（３）の上面（３Ａ）と熱伝導接触している１つの湿り度検出手段（１）を示す図である。１つの保護壁（１３Ａ）が、傾斜した熱伝導シート（３）を囲む。
【図２】傾斜した熱伝導シート（３）の上面（３Ａ）と熱伝導接触している１つの第１の湿り度検出手段（１）、上記傾斜した熱伝導シート（３）の下面（３Ｂ）と熱伝導接触している１つの第２の湿り度検出手段（２）、および上記傾斜した熱伝導シート（３）と熱伝導接触している１つの表面温度検出手段（４）を示す図である。１つの保護壁（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）が、傾斜した熱伝導シート（３）を囲む。
【図３】上記傾斜した熱伝導シート（３）の下面（３Ｂ）と熱伝導接触している１つの第２の湿り度検出手段（２）、および上記傾斜した熱伝導シート（３）と熱伝導接触している１つの表面温度検出手段（４）を示す図である。１つの保護壁（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）が、傾斜した熱伝導シート（３）を囲む。
【図４】仮想温度制御加熱の推定加熱エネルギー（点線の曲線）に対する指向性着氷性降水検出（ＤＦＰＤ）制御加熱［ｋＷｈ］（破線の曲線）の雨量計測定値を示すグラフである。このシステムは気象観測所に設置されている。現地の電気エネルギーの制限により、実際の温度制御加熱を並行して（単独でさえも）実行することは不可能である。仮想加熱の推定スイッチオン温度は＋４℃以下である。５０日間の測定期間の終了時に、ＤＦＰＤ制御加熱によるエネルギー節約は、約１０倍（ＤＦＰＤ制御加熱の測定値５．０［ｋＷｈ］に対して、温度制御の推定値４７．３［ｋＷｈ］）であることがわかる。一点鎖線の曲線は、測定期間の累積降水（最終的に１３０［ｍｍ／ｍ２］）を示す。測定は着氷性降水条件の間も機能していたことがわかる。
【図５】２０１８年２月の１０日間の雪状態における２つの同一の加熱式雨量計の測定値を示すグラフである。一点鎖線の曲線は、雨量計のＦＰＤ制御加熱の累積降水値［ｍｍ／ｍ２］を示し、下の同じ形状の破線の曲線は、雨量計の温度制御加熱の降水値［ｍｍ／ｍ２］を示す。両方の曲線は類似した形状を有し、値は雪の許容範囲内で同じ範囲内にある（ＦＰＤ制御１０．４［ｍｍ／ｍ２］および温度制御９．２［ｍｍ／ｍ２］）。小さな破線の曲線は、温度制御された加熱の電力消費量［Ａｈ］を示し、測定期間の終了時に２８１．８［Ａｈ］になっている。大きな破線の曲線は、ＦＰＤ制御加熱の電力消費量を示し、測定期間の終了時に４０．８［Ａｈ］になっている。１０日間の測定期間で、ＦＰＤ制御システムは、温度制御システムと比較して約７倍のエネルギー効率を実現した。
【図６】本発明のデバイス（１０）の概略図であり、シート（３）と接触している図２の第１の湿り度検出手段（１）、図２の第２の湿り度検出手段（２）、および図２の表面温度検出手段（４）を示す。各検出手段（１、２、４）は、信号（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）を送信し、すなわち、３つの異なる信号がプロセッサ（５）（データロガー／スイッチユニットとも呼ばれる）に送信され、プロセッサ（５）は、信号（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）を分析し、傾斜した熱伝導シート（３）の表面上の着氷性の降水の有無を決定し、外部電源リレー用の１つの第１の装置（７）は、プロセッサ（５）から第２の信号（１２）を受信し、上記信号（１２）は、上記第１の装置（７）による推奨される動作を示し、上記動作は、第３の装置（８）に電力を供給すること、または供給しないことを可能にすることである。電源用の第２の装置（６）（太陽光発電モジュールがコントローラ電池を充電）は、プロセッサ（５）に接続され、また第１の装置（７）（スイッチ電池電源とも呼ばれる）にも接続され、第１の装置（７）は、上記表面温度検出手段（４）が所定の閾値以下の温度を検出し、第１および第２の湿り度検出手段（１、２）が降水の存在を検出したときにのみ、上記第３の装置（８）（電気加熱システムを備えた雨量計とも呼ばれる）に電力を供給することを可能にする。
【図７】加熱式雨量計（第３の装置（８））を示す写真である。
【図８】加熱式雨量計（第３の装置（８））を示す別の写真である。
【図９】雪を含む第１のタイプの非加熱式雨量計（第３の装置（８））を示す写真である。
【図１０】雪を含む第２のタイプの非加熱式雨量計（第３の装置（８））を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
表１：比較表：
本発明のデバイスなしで動作している装置と比較した、本発明のデバイスの使用におけるエネルギー節約
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＊なし（先行技術）：本発明の着氷性降水デバイスが装置に設置されていないことを意味する。装置（８）（加熱デバイスが組み込まれた雨量計）のみが、装置（８）に直接接続された装置（６）（電池）で動作する。
＊＊あり：本発明の着氷性降水デバイス（１０）が設置されている（すなわち、本発明：図５の装置１〜８が設置されている）ことを意味する。
【００６４】
気温＋１℃〜＋４℃では、従来の雨量計（８）は常に動作し（省エネなし、列５「加熱時間」を参照）、一方、本発明の雨量計（８）（図５を参照）は、着氷性の降水がないために動作しない（省エネ方式、列５を参照）。
【００６５】
気温−６℃〜０℃では、従来の雨量計（８）は常に動作し（省エネなし、列５「加熱時間」を参照）、一方、本発明の雨量計（８）（図５を参照）は、着氷性降水時間の間のみ動作する（省エネ方式、列５を参照）。
【００６６】
したがって、本発明の着氷性降水デバイス（１０）を用いると、エネルギーを節約することができ、電池駆動システムが可能であり、電池（６）の寿命が大幅に延びる。
【００６７】
省エネ見積もり：
省エネルギーの割合が高いため、本発明は、雨量計用の電池式加熱システムを遠隔地に設置し、停電時（電池が空のため）にそれらを低率で動作させることを可能にする。予測不可能な気象条件のため、１００％フェイルセーフ電源を保証する電池式エネルギーシステムの設置が不可能であることは明らかである。ただし、気象データの統計分析により、地球上のほぼすべての場所でバランスのとれた電源システムを見積もることが可能である。表１は、無制限のエネルギー供給（送電網接続）用にすでに注文されている場合があるため、従来の温度制御された加熱システムに対して着氷性降水システムが設置されて動作可能である加熱システムの省エネルギーの可能性を示している。すべての相対値は、中央ヨーロッパでの設置における典型的な規模の推定値である。より具体的な絶対推定値については、これらの数値を統計気象データの分析結果に置き換えることができる。表１に関連する観測期間は、着氷性の降水が発生する可能性がある晩秋、冬、および早春の期間を想定している。しかしながら、本発明のデバイスは、所望であれば一年を通して動作させたままにすることができる。
【００６８】
表１は、電気加熱式雨量計における指向性着氷性降水検出（ＤＦＰＤ）デバイスの動作による省エネルギーの可能性についての見積もり表に関する。
【００６９】
列１は気温を摂氏で示している。
【００７０】
列２は、雨量計に着氷性降水検出デバイスが装備されているか（あり）、または装備されていないか（なし）を示す。
【００７１】
列３は、列１の温度値が存在する場合の観測期間に対する降水期間を示す。
【００７２】
列４は、列１の温度値が存在する場合の観測期間に対する降水がない期間を示す。
【００７３】
列５は、列１の温度値（「あり」と「なし」の両方のシステムについて）、および（ＤＦＰＤが設置されている、列２「はい」の場合のみ）列３の期間中に検出された着氷性の降水に関連する加熱時間を示す。
【００７４】
列６は、想定される加熱システムのデューティサイクルを示す。この値は、列１の温度値に関連する加熱システムのスイッチオン時間を表す。特定の加熱システムでは、これらの値を特定の数値（製造元から提供される場合がある）に置き換える必要がある。
【００７５】
列７は、列５の加熱時間と列６のデューティサイクルに関連する相対的なエネルギー要件を示している。
【００７６】
列８は、従来の温度制御システムのみ（空欄）に対して、動作可能な着氷性降水システムが設置された加熱システムの相対的なエネルギー節約を示している。
【００７７】
省エネ見積もりの再開。着氷性の降水がない期間が長いほど、節約量が増えることは明らかである。節約は、観測期間およびその期間の降水時間の割合に応じて、１００％または０％になり得る。たとえば、気温が一定の０℃程度で２４時間連続降水がある１日では、従来の温度制御システムに比べてエネルギー節約が可能にならないため、エネルギー節約は０％である。その翌日、降水がなく、同じ気温の場合、省エネ率は約５０％になる。本発明によって提供されるこのエネルギー節約により、第３の装置（８）（すなわち、電池式の加熱雨量計）を遠隔地に設置することが可能になる。
【００７８】
表２：比較表
本発明の装置１〜８を含むデバイスと、装置８のみを含むデバイスとの間の稼働または非稼働測定の比較
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＊なし：本発明の着氷性降水デバイスが装置に設置されていないことを意味する。装置１〜７が設置されていない。装置（８）（雨量計）のみが単独で動作する。
＊＊あり：本発明の着氷性降水デバイス（１０）が設置されている（すなわち、本発明：図５の装置１〜８が設置されている）ことを意味する。
【００７９】
表２は、着氷性の降水を受け、同じ場所で動作している場合の、加熱式雨量計（８）と非加熱式雨量計（８）との違いを示す。
【００８０】
０℃以下の周囲気温では、非加熱式雨量計（８）は凍結しているため動作しないが、本発明の加熱式雨量計（８）は加熱されて、凍結した降水（雪、雹）はその物理的状態を液体の降水に変え、雨量計（８）で測定できるため、良好に機能する。
【００８１】
＋１℃〜＋４℃の周囲気温では、非加熱式雨量計（８）は、降水の凍結状態では動作しないが、降水の流体／液体状態（雨）では適切に動作し、一方、本発明の加熱式雨量計（８）は加熱されて、凍結した降水（雪、雹）がその物理的状態を液体の降水に変え、雨量計（８）で測定できるため、常に良好に機能する。
【００８２】
＋５℃以上の周囲気温では、非加熱式雨量計（８）は、液体の降水（雨）を雨量計（８）で測定できるため、本発明の加熱式雨量計（８）と同じように良好に動作する。
【００８３】
明確にするために別個の実施形態の文脈で説明されている本発明の特定の特徴を、単一の実施形態に組み合わせて提供することもできることが理解される。逆に、簡潔にするために単一の実施形態の文脈で説明されている本発明の様々な特徴を、別個にまたは任意の適切なサブコンビネーションで提供することもできる。
【００８４】
実際の屋外条件下、２つの異なるサイトで動作する指向性着氷性降水検出（ＤＦＰＤ）システムの機能を証明するための例：
【００８５】
図４と図５に、フィールドアプリケーション（ルクセンブルクのＲｏｏｄｔ−Ｅｌｌにある気象観測所）とＬＩＳＴのテストサイト（ルクセンブルクのＢｅｌｖａｕｘにあるサイト）にある本発明の指向性着氷性降水検出（ＦＰＤ）システムを備えた積極的に加熱された雨量計の計測値を示す。
【００８６】
図４は、ルクセンブルグのＲｏｏｄｔ−ＥＩＩにある気象観測所で取得した測定値を示す。Ｒｏｏｄｔ−Ｅｌｌの遠隔地におけるこの特定の適用は、本発明者らの発明（一般的な受動型気象センサと同様の非常に小さなエネルギー需要で実行されるフェイルセーフの着氷性降水検出方法）の主な原動力であった。
【００８７】
図５は、ルクセンブルグのＢｅｌｖａｕｘにある、ルクセンブルグ科学技術研究所（ＬＩＳＴ）のサイトで取得した測定値を示し、２つの同一の加熱式雨量計が隣り合わせに設置された。
【００８８】
１つの雨量計の加熱制御は、通常の温度制御システムで行われ、もう１つは、本発明の指向性着氷性降水検出（ＤＦＰＤ）システムによって制御されている。この適用では、ＤＦＰＤ検知デバイス（３）、（１）、（２）、および（４）は、ある特定の理由により、最適な方法で設置できなかった。しかしながら、ＤＦＰＤ制御加熱の機能性と効率を、通常の温度制御加熱と比較して実証することが可能であった。両方のシステムの電源は送電網に接続された。したがって、両方のシステムは、（送電網に接続されていない遠隔地のように）電気エネルギーの制限なく並行して動作することができた。
【００８９】
結論：
ＤＦＰＤ加熱制御は受動型のシステムであるため（検知要素の積極的加熱が不要）、気象観測所用の一般的なデータロガーで動作できる（３つの信号入力と１つのデジタル出力チャネルが必要である）。ＤＦＰＤ制御自体は、無視できるほど小さなエネルギー需要で機能できる。範囲は、通常データロガーに接続されている他の受動型センサと同様である。実際の動作条件下での２つの屋外テストにより、加熱エネルギー需要の大幅な削減が得られることが証明された。続けて、本発明は、従来の電力供給（例えば電池式）が利用できない遠隔地に、加熱システムを設置することを可能にする。加熱用に無制限の電力供給が利用可能なサイトであっても、エネルギーを節約するためにこのような制御システムを設置することは理にかなうであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2021508062.tif 000013
【図１０】
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【国際調査報告】
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