(57)【要約】【課題】構成が簡単であり、エネルギー消費が少なく、検知精度も高い降雪センサを提供する。【解決手段】外気温度を検出する外気温度センサ１２と、受雪板１４の温度を検出する受雪板温度センサ１８と、受雪板１４を加熱するヒータ２０とを有する。ヒータ２０により受雪板１４の温度を外気温または所定のプラスの降雪温度とほぼ等しくなるようにヒータ２０を制御する制御装置２４とを備える。制御装置２４により、受雪板１４に付着した雪の融解潜熱に対応する供給エネルギーを検知して、降雪強度を検知する。受雪板温度センサ１８は、裏面側が断熱材２２により覆われ、表面側にはヒータ２０と受雪板温度センサ１８とに接した金属板から成る受雪板１４に接している。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気温を検出する外気温度センサと、表面がほぼ上方を向いて設置され雪が降りかかる受雪板と、この受雪板の温度を検出する受雪板温度センサと、前記受雪板を加熱するヒータと、上記受雪板温度センサの出力が接続され前記ヒータを制御する制御装置とを備え、前記ヒータにより前記受雪板にエネルギーを供給して、前記受雪板が外気温または０℃より僅かに高い所定のプラスの降雪温度である基準温度とほぼ等しくなるように前記制御装置により制御し、前記受雪板に付着した雪の融解潜熱に対応する供給エネルギーを前記制御装置により演算して降雪強度を検出することを特徴とする降雪センサ。
【請求項２】
前記受雪板温度センサは、裏面側が断熱材により覆われ、表面側には前記ヒータと前記受雪板温度センサとに接した金属板から成る受雪板に接していることを特徴とする請求項１記載の降雪センサ。
【請求項３】
前記制御装置は、外気温が０℃以下の温度となった場合は、受雪板温度を０℃より僅かに高いプラスの一定値にすることを特徴とする請求項１記載の降雪センサ。
【請求項４】
前記受雪板の表面は、酸化チタンの皮膜が設けられていることを特徴とする請求項１記載の降雪センサ。
【請求項５】
光で発電する太陽光発電パネルと、前記太陽光発電パネル表面の保護ガラスと面一に一体に配置され表面に雪が降りかかる受雪板と、この受雪板の温度を検出する受雪板温度センサと、前記受雪板を加熱するヒータと、前記受雪板温度センサの出力が接続され前記ヒータを制御する制御装置とを備え、前記ヒータにより前記受雪板にエネルギーを供給して、前記受雪板が外気温または０℃より僅かに高い所定のプラスの降雪温度である基準温度とほぼ等しくなるように前記制御装置により制御し、前記受雪板に付着した雪の融解潜熱に対応する供給エネルギーを前記制御装置により演算して降雪強度を検出することを特徴とする降雪センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、融雪装置やその他の降雪に対応する機器等の制御に用いられ、降雪を電気的に検知する降雪センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、降雪検知装置としては、表面に一対の電極を有する受雪板と、受雪板に付着した水分を各電極によって検知する水分検知部と、外気温度を検出する外気温度センサと、受雪板の温度を検出する受雪板温度センサと、受雪板を加熱するヒータとを備えたものがある。この降雪検知装置は、外気温度センサの検出温度が降雪可能な温度以下になり、受雪板に雪が降って各電極が雪の水分によって互いに導通したことが検知されると、所定の融雪装置を作動させるものである。この降雪検知装置は、外気温度センサの検出温度が所定の基準温度以下になった場合、または受雪板の各電極が水分を検知した場合は、ヒータを駆動するようになっている。これにより、受雪板に雪が積もらないようにしている。
【０００３】
その他、降雪センサとしては、例えば特許文献１に開示されているようなものもある。この降雪センサは、外気温度や風の強さなどの外部の条件が変化した場合でも、受雪板の温度を常に所定温度に保つことのできるようにしたもので、受雪板の温度を検出する受雪板温度検出手段と、加熱手段の加熱量を制御する加熱量制御手段と、外気温度が所定の基準温度よりも低く、受雪板の水分が検知されていないときは受雪板の加熱温度を第１の設定温度に設定し、外気温度が前記基準温度よりも低く、受雪板の水分が検知されているときは受雪板の加熱温度を第２の設定温度に設定し、受雪板の加熱温度が各設定温度になるように加熱手段の加熱量を受雪板温度検出手段の検出温度に基づいて制御する制御手段とを備えている。これにより、加熱手段の加熱量が受雪板温度検出手段の検出温度に基づいて制御されることから、外気温度や風の強さなどの外部の条件が変化した場合でも、受雪板の加熱温度が各設定温度においてそれぞれ一定になるように制御される。
【０００４】
その他、特許文献２に開示されているように、受雪板の複数箇所に設けた各電極対の信号に基づいて降雪強度を判定するようにしたものも提案されている。
【特許文献１】特開平１１−５２０６５号公報
【特許文献２】特開２００１−２７６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記各従来の技術の場合、受雪板を加熱するヒータを備え、受雪板の電極対が導通することにより降雪を検知するもので、受雪板の構造が複雑になるとともに、融雪用の電力消費が大きいという問題があった。また、受雪板の濡れにより電気抵抗が変わり誤検知する恐れがあり、しかも降雨と降雪を外気温により区別しなければならないと言う問題があった。
【０００６】
この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みてなされたもので、構成が簡単であり、エネルギー消費が少なく、検知精度も高い降雪センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、外気温を検出する外気温度センサと、表面がほぼ上方を向いて設置され雪が降りかかる受雪板と、この受雪板の温度を検出する受雪板温度センサと、前記受雪板を加熱するヒータと、前記受雪板温度センサの出力が接続され前記ヒータを制御する制御装置とを備え、前記ヒータにより前記受雪板にエネルギーを供給して、前記受雪板が外気温または０℃より僅かに高い所定のプラスの降雪温度である基準温度とほぼ等しくなるように前記制御装置により制御し、前記受雪板に付着した雪の融解潜熱に対応する供給エネルギーを前記制御装置により演算して降雪強度を検出する降雪センサである。
【０００８】
前記受雪板温度センサは、裏面側が断熱材により覆われ、表面側には前記ヒータと前記受雪板温度センサとに接した金属板から成る受雪板に接している。
【０００９】
前記制御装置は、外気温が０℃以下の温度となった場合は、受雪板温度を０℃より僅かに高いプラスの一定値にするものである。さらに、前記受雪板の表面は、酸化チタンの皮膜が設けられていても良い。
【００１０】
またこの発明は、光で発電する太陽光発電パネルと、前記太陽光発電パネル表面の保護ガラスと面一に一体に配置され表面に雪が降りかかる受雪板と、この受雪板の温度を検出する受雪板温度センサと、前記受雪板を加熱するヒータと、前記受雪板温度センサの出力が接続され前記ヒータを制御する制御装置とを備え、前記ヒータにより前記受雪板にエネルギーを供給して、前記受雪板が外気温または０℃より僅かに高い所定のプラスの降雪温度である基準温度とほぼ等しくなるように前記制御装置により制御し、前記受雪板に付着した雪の融解潜熱に対応する供給エネルギーを前記制御装置により演算して降雪強度を検出する降雪センサである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の降雪センサは、融雪水による導通を検知する電極対が不要であり、構造が簡単である。さらに、ヒータは外気温と等しい温度または所定の０℃に近い温度に維持されるので、ヒータによるエネルギー消費が少なく、経済的なものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１、図２はこの発明の一実施形態を示すもので、この実施形態の降雪センサ１０は、雪が付着しない位置で外気に接し、外気温度を検出する外気温度センサ１２と、表面がほぼ上方を向いて設置され雪が降りかかる受雪板１４と、この受雪板１４の温度を検出する受雪板温度センサ１８とを有している。受雪板１４の裏面側には、受雪板１４を加熱するヒータ２０が設けられ、ヒータ２０により受雪板温度を外気温または所定の降雪温度とほぼ等しくなるようにヒータ２０を制御するマイクロコンピュータ等の制御装置２４が接続されている。
【００１３】
受雪板温度センサ１８は、周囲をヒータ２０に囲まれ裏面側が断熱材２２により覆われ、表面側は、ヒータ２０と受雪板温度センサ１８とに接した金属板から成る受雪板１４に接している。受雪板１４は傾斜して設置され、降雪は受雪板１４上で素早く溶かされ、表面に水滴として残り、水滴は大きくなると受雪板１４の傾斜によって排出されるようになっている。
【００１４】
制御装置２４は、受雪板温度センサ１８による受雪板１４の温度が、外気温度センサ１２の温度と等しい温度となるようにヒータ２０を制御する。また、外気温が０℃以下の場合、受雪板１４の温度を０℃に近い一定値である基準温度、例えば１℃にする。制御装置２４により、受雪板１４に付着した雪の融解潜熱に対応する供給エネルギーを検知して、受雪板１４の温度制御を行い、この制御に必要なエネルギーから降雪強度を検知する。また、受雪板１４には、酸化チタンの皮膜１６が設けられている。
【００１５】
この降雪センサ１０における制御方法は、先ず受雪板１４の温度は、外気温度と一致するようヒータ２０により制御される。降雪のない状態では、ヒータ２０に通電しなくても外気温度センサ１２による外気温度と、受雪板１４の受雪板温度センサ１８による温度は等しい。受雪板１４の裏面は、断熱材２２により断熱されている。そして、受雪板１４の熱収支は、おおよそ式（１）のように表される。
【００１６】
【数１】
2008191056.tif 000003
【００１７】
ここで、Ｔは受雪板温度、ＴＡは外気温度、ＴＱは雪（雨）の温度、ｑはヒータの電力、ｑＩ、ｑＢは各々日射によるエネルギー、輻射エネルギーであり、Ａは受光部面積、Ｃは受雪部の熱容量、ｈは受雪部と外気の間の熱伝達率、ＬＨは水の融解潜熱、Ｃｐは水の比熱、Ｑは降雪量（降雨量）[ｇ/ｍ2ｓ]である。
【００１８】
受雪板１４の表面温度は、日射によって暖められ、降雪によって冷却されることになる。すなわち、ｑを式（２）のように制御することにより受雪板１４の放熱量とヒータ２０による供給エネルギーが等しくなり、温度は外気温と一致する。実際は、受雪板１４の温度と外気温を一致させるよう、以下の式（３）に示す比例制御を行う。
【００１９】
【数２】
2008191056.tif 000004
【００２０】
【数３】
2008191056.tif 000005
【００２１】
ここでＫは比例感度である。平衡状態ではこの発熱量ｑ’から降雪量Ｑを算出することが出来る。具体的には、ヒータ２０はＡＣ電源を用い、ゼロクロスによるＰＷＭ制御を行う。制御は、制御装置２４により式（３）に基づくによるデジタル比例制御を行い、サンプリング周期は、例えば１秒程度である。
【００２２】
次にこの降雪センサ１０の利用例を、図２をもとにして以下に示す。この利用例は、降雪センサ１０を太陽光発電パネル１１の融雪に用いたものである。この太陽光発電パネル１１は、図２に示すように、所定の大きさの矩形の板状体であり、太陽電池や回路基板等を含む太陽電池モジュールが設けられている。太陽電池モジュールの表面側には、太陽電池モジュール表面の保護ガラスが設けられ、この保護ガラスと兼用され面一に形成された受雪板１４が太陽電池モジュールに接して一体に設けられ、降雪センサ１０が太陽光発電パネル１１と一体に形成されたものである。
【００２３】
太陽光発電パネル１１は、図２に示すように、家屋２８の屋根３０の一方の斜面に、太陽光発電パネル１１が複数個平坦に並べられて設けられている。屋根３０の軒先には、軒樋３２が設けられ、軒樋３２の角部には雨水を集水する集水路３４が下方に向かって連結され、集水路３４の下端部は貯水槽３６に連結されている。なお、降雪センサ１０は、複数の太陽光発電パネル１１のうちの１枚に一体に形成されていればよい。
【００２４】
屋根３０の、尾根部３８と太陽光発電パネル１１の間には、尾根部３８に対してほぼ平行に沿って散水ノズル４０が複数個、ここでは４個がほぼ等間隔に設けられている。各散水ノズル４０は、雨水を取水する給水路４２に連結されて設けられている。
【００２５】
給水路４２は、屋根３０の角部から下方に向かって折れ曲がり、貯水槽３６に連結されている。給水路４２の途中には、貯水槽３６内の雨水を散水ノズル４０に送る供給ポンプ４４が設けられている。供給ポンプ４４には制御部を備えたポンプ制御器４６が接続され、ポンプ制御器４６は、制御装置２４に接続されている。ポンプ制御器４６は、制御装置２４の信号により供給ポンプ４４を駆動制御する。供給ポンプ４４には、手動スイッチも設けられている。
【００２６】
また、給水路４２には散水ノズル４０の他に、水洗トイレ４８や蛇口５０等の給水設備に連結された供給管５２が分岐して設けられている。各供給管５２には、供給ポンプや弁が取り付けられても良い。貯水槽３６の入口側または出口側に、ゴミ等を除去するフィルタや沈殿槽を設けるとさらに良い。
【００２７】
貯水槽３６には、水道管の給水装置と、貯水槽３６内の水面に浮かべて水位を検知する水位センサであるフロートが設けられている。そして、降雨が少なく貯水槽３６内の水位がある一定限度を超えて下がった場合、フロートは水位とともに下に移動し、この給水装置から水道水が自動的に補給される。水位を検知するためには、フロート以外のセンサを設けても良い。
【００２８】
次に、この実施形態の降雪センサ１０の動作について説明する。まず、降雪時には、降雪センサ１０の受雪板温度センサ１８により測定された温度と、外気温度センサ１２により測定された外気の温度の差を検知し、積雪により、外気より温度が低下した降雪センサ１０の受雪面１４に対して、ヒータ２０の通電により外気の温度と等しい状態にする。そしてこの状態にするためにヒータ２０に消費された電力を制御装置２４により演算して、降雪強度に換算する。さらに、換算された降雪強度による雪量を溶かすために必要な散水量を制御装置２４により設定して、信号をポンプ制御器４６に送り、供給ポンプ４４を駆動する。そして貯水槽３６内の雨水を散水ノズル４０から散水する。これにより、太陽光発電装置１１表面の融雪を行い、太陽光を遮ることを防ぎ、発電を継続する。
【００２９】
なお、この降雪センサ１０は、夏場等においては、太陽光発電パネル１１の温度センサとして利用することができる。先ず、降雨があるときは、屋根３０に降った雨水を軒樋３２で受け、雨水が集水用の集水路３４を通過して貯水槽３６に溜める。そして、日射が多く太陽光発電パネル１１の温度が上昇する状況においては、降雪センサ１０の外気温度センサ１２により太陽光発電パネル１１の温度を測定し、制御装置２４が目標の温度に下げるために必要な散水量を設定して信号をポンプ制御器４６に送り、供給ポンプ４４を駆動する。そして供給ポンプ４４により貯水槽３６内の雨水を散水ノズル４０に送り、散水ノズル４０から太陽光発電パネル１１表面に散水し、冷却する。これにより太陽光発電パネル１１は温度上昇が抑えられ、高い光電変換効率を維持する。
【００３０】
この太陽光発電パネル１１により発電した電力は、供給ポンプ４４や家電５４の電力に利用されたり、パワーコンディショナ６０、分電盤５８を介して商用電源系統に流しても良く、電力が不足した場合に商用電源系統から電気を購入するようにすると良い。
【００３１】
この実施形態の降雪センサ１０は、受雪面に、融雪水による導通を検知する電極対が不要であり、構造が簡単である。さらに、ヒータ２０は外気温と等しい温度または所定の０℃に近い基準温度に維持すればよいので、ヒータ２０によるエネルギー消費が少なく、経済的である。
【００３２】
なお、この発明の降雪センサは、上記実施の形態の太陽光発電パネルの消雪以外に、道路やその他の地域の消雪、または降雪に対応して作動する他の機器にも利用可能である。
【００３３】
また、降雪センサは、太陽光発電パネルの上方で散水ノズルの上方に位置しても良い。この場合、散水の影響を受けずに積雪を検知することができる。
【実施例１】
【００３４】
次に、この発明の降雪センサの動作実験を行った実施例について説明する。ここでは、降雪センサ１０から受雪板温度、外気温度およびヒータへの出力を、サンプリングタイム１秒で取り込み、同時に一定面積への積雪質量を電子天秤によって測定した。測定結果の一例を図３、図４に示す。図３、図４はヒータへの出力の時間変化を示しており、水の凝固潜熱３３４[Ｊ/ｇ]を用いて降雪強度[ｇ/ｍ2ｓ]に換算したものである。図中太線は、同時に計測している電子天秤による平均降雪強度を示している。図４はその積分値と電子天秤による積雪量の測定値（太線）との比較である。ここで、図３〜図６に示した実験は夜間行っており、日射の影響はなく、また、降雪時であり輻射の影響も少ないと考えられる。
【００３５】
図３より、ヒータ２０への出力は実際の降雪量に較べて大きめの値となっている。これは、受雪板温度が、外気温より高く（この時間帯平均で0.5℃程度）、外気との間の熱伝達で受雪板が冷やされるためである。
【００３６】
この降雪センサ１０は、受雪板温度と外気温との間に平衡状態を作るため、外気温が氷点下に下がった場合は降雪量を測定できない。そこで、外気温が１℃を下回る場合は受雪板温度を、プラスの基準温度である１℃に制御する方法で測定した。その結果を図５、図６に示す。図３、図４の実験結果と同様に、ヒータ２０への出力は実際の降雪量よりも多めとなっているが、受雪板温度が外気温より高いため熱伝達により冷却されるためである。しかし、図３、図４の実験に較べ相対的に誤差は小さくなっている。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の降雪センサの縦断面図である。
【図２】この発明の一実施形態の降雪センサを利用した太陽光発電パネルの使用方法を示す斜視図である。
【図３】この発明の一実施例の降雪センサに降る雪の、外気温１．３℃において、水の凝固潜熱を用いて降雪強度に換算したもの（細線）と、同時に計測している電子天秤による平均降雪強度（太線）を示すグラフである。
【図４】この発明の一実施例の降雪センサに降る雪の、外気温１．３℃において、水の凝固潜熱を用いて降雪強度に換算したものの時間積分値（細線）と、同時に計測している電子天秤による平均降雪強度の時間積分値（太線）を示すグラフである。
【図５】この発明の一実施例の降雪センサに降る雪の、外気温−０．５℃において、水の凝固潜熱を用いて降雪強度に換算したもの（細線）と、同時に計測している電子天秤による平均降雪強度（太線）を示すグラフである。
【図６】この発明の一実施例の降雪センサに降る雪の、外気温−０．５℃において、水の凝固潜熱を用いて降雪強度に換算したものの時間積分値（細線）と、同時に計測している電子天秤による平均降雪強度の時間積分値（太線）を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
１０  降雪センサ
１１  太陽光発電パネル
１２  外気用温度センサ
１４  受雪板
１６  チタンコート層
１８  受雪板温度センサ
２０  ヒータ
２２  断熱材
２４  制御装置
【図１】
2008191056.tif 000006
【図２】
2008191056.tif 000007
【図３】
2008191056.tif 000008
【図４】
2008191056.tif 000009
【図５】
2008191056.tif 000010
【図６】
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