(57)【要約】【課題】複数の雨滴受容面に対する降雨を、簡単な構成により広い範囲で検知する。【解決手段】雨滴の衝撃を受容する複数の平面状の衝撃受容手段１と、衝撃受容手段１の裏面に密着して設置された管状の伝播手段２と、衝撃受容手段１から伝播手段２を通じて伝播された雨滴の衝撃を検知する振動検知手段３と、振動検知手段３からの信号を受けて降雨開始の信号出力をおこなう制御手段５とを備え、伝播手段２は、衝撃受容手段１で受けた雨滴の衝撃を振動検知手段３に伝達するようにしたものである。【選択図】図１
2012058000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
雨滴の衝撃を受容する複数の平面状の衝撃受容手段と、前記衝撃受容手段の裏面に密着して設置された管状の伝播手段と、前記衝撃受容手段から前記伝播手段を通じて伝播された雨滴の衝撃を検知する振動検知手段と、前記振動検知手段からの信号を受けて降雨開始の信号出力をおこなう制御手段とを備え、前記伝播手段は、前記衝撃受容手段で受けた雨滴の衝撃を前記振動検知手段に伝達するようにした雨滴検出装置。
【請求項２】
衝撃受容手段は、ソーラーパネルまたは太陽熱捕集パネルで構成するとともに、伝播手段は、内部に収容した流体を駆動する流体駆動手段を有し、前記衝撃受容手段を前記流体によって冷却するようにした請求項１記載の雨滴検出装置。
【請求項３】
流体駆動手段は、駆動と停止を繰り返し運転し、制御手段は、前記流体駆動手段の駆動情報が入力され、前記流体駆動手段が停止している間に振動検知手段を作動するようにした請求項２記載の雨滴検出装置。
【請求項４】
衝撃受容手段は、裏面に前記衝撃受容手段の熱を蓄熱する蓄熱手段を備え、流体駆動手段は、蓄熱終了後に流体を駆動するようにした請求項２または３記載の雨滴検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、降雨を検知する雨滴検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、降雨により戸外に干している洗濯物が濡れるのを防止するために、降雨を検知し報知することが考えられている（例えば、特許文献１参照）。また、屋根に設けた採光窓に降雨を検知する雨滴検知装置を設けることが考えられている（例えば、特許文献２参照）。そして、降雨を検知する場合は、降り始めの少量の雨滴が検知できることが望ましく、建造物等の屋根等に設置される比較的広い面積を持つ装置、例えば、ソーラーパネル等で雨滴を検知することが考えられる。
【０００３】
ソーラーパネルは、太陽光と太陽熱の両方をエネルギーとして利用する技術として、ハイブリッドソーラーパネルがある（例えば、特許文献３参照）。このハイブリッドソーラーパネルは、ソーラーパネルの裏面に太陽熱を回収するための熱交換器が設けられ、ソーラーパネルの温度を比較的低温に保ちつつ、太陽熱を回収して給湯や暖房などの熱機器に用いることができる。通常のソーラーパネルは、夏季などに高温になると発電効率が低下するのに対して、ハイブリッドソーラーパネルは、太陽電池の発電効率を比較的高い水準に保ちつつ、熱を利用することができるため、エネルギーの利用効率が高い。
【０００４】
ハイブリッドソーラーパネルの中には、即時熱回収式と蓄熱式がある。前者は、日中ソーラーパネルが加熱されるときに、熱交換器を作動させて冷媒を流して熱回収をおこなうものである。後者は、ソーラーパネルの裏面に蓄熱材を設けて太陽熱を蓄熱材に貯蔵するものである。
【０００５】
一般的な家庭では、日中よりも夕方から夜間の時間帯に給湯などの熱需要が多いために、熱供給と熱需要との間にタイムラグが存在する。そのタイムラグの間、熱を比較的小さな空間に貯蔵する目的で蓄熱式ハイブリッドソーラーパネルが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３２８４７４号公報
【特許文献２】実開昭６１−９４１１４号公報
【特許文献３】特開２００５−１２７６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
蓄熱式ハイブリッドソーラーパネルの場合、熱貯蔵と熱利用との間に数時間のタイムラグが存在するが、その間に蓄熱材の冷却を有効に防ぐことがなるべく多くの熱を利用する上で重要である。特に、冷却が大きな課題となるのは蓄熱後雨が降り始めた場合である。降雨の開始を検知し、降雨が激しくなる前に熱を回収して温水や温風などに変換し、屋内に移行して熱利用機器により利用するとエネルギー回収率が高い。
【０００８】
また、即時熱回収式ハイブリッドソーラーパネルの場合は、降雨が始まると雨によってソーラーパネルが冷却されるため、冷却のために冷媒を流す必要が無くなる。不必要に冷媒を流すとポンプなどを駆動する動力に無駄なエネルギーを消費することになり、不経済である。
【０００９】
一般的に、降り始めの降雨はまばらな分布を示すために、防雨したい対象物と同等以上の検知面積を必要とする。ソーラーパネルの場合、１ｍ２程度のパネルが２０枚〜４０枚設置される。このような広い面積で降雨の開始を検知しようとした場合、構成が複雑で高価なものになり、実用化が難しいという問題があった。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもで、ハイブリッドソーラーパネルに適用可能であり、かつ、複数の板状の雨滴受容面に対する降雨を、簡単な構成により広い範囲で検知することができる雨滴検出装置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】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明の雨滴検出装置は、雨滴の衝撃を受容する複数の平面状の衝撃受容手段と、前記衝撃受容手段の裏面に密着して設置された管状の伝播手段と、前記衝撃受容手段から前記伝播手段を通じて伝播された雨滴の衝撃を検知する振動検知手段と、前記振動検知手段からの信号を受けて降雨開始の信号出力をおこなう制御手段とを備え、前記伝播手段は、前記衝撃受容手段で受けた雨滴の衝撃を前記振動検知手段に伝達するようにしたものである。
【００１２】
これによって、複数の板状の雨滴受容面に対する降雨を、簡単な構成により広い範囲で検知することができ、降り始めのまばらな降雨を的確に検知することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の雨滴検出装置は、広い範囲の降雨を容易に検知することができ、降り始めのまばらな降雨を的確に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１における雨滴検出装置の構成図
【図２】同雨滴検出装置の側面図
【図３】同雨滴検出装置の動作を示すタイムチャート
【図４】本発明の実施の形態２における雨滴検出装置の要部断面図
【図５】同雨滴検出装置の動作を示すタイムチャート
【発明を実施するための形態】
【００１５】
第１の発明は、雨滴の衝撃を受容する複数の平面状の衝撃受容手段と、前記衝撃受容手段の裏面に密着して設置された管状の伝播手段と、前記衝撃受容手段から前記伝播手段を通じて伝播された雨滴の衝撃を検知する振動検知手段と、前記振動検知手段からの信号を受けて降雨開始の信号出力をおこなう制御手段とを備え、前記伝播手段は、前記衝撃受容手段で受けた雨滴の衝撃を前記振動検知手段に伝達するようにしたことにより、広い範囲の降雨を容易に検知することができ、降り始めのまばらな降雨を的確に検知することができる。また、衝撃受容手段が複数に分かれている場合でも、伝播手段を通じて雨滴の衝撃を１つまたは少数の振動検知手段に伝播することができ、雨滴衝撃を簡単な構成で検知することができる。
【００１６】
第２の発明は、特に、第１の発明の衝撃受容手段は、ソーラーパネルまたは太陽熱捕集パネルで構成するとともに、伝播手段は、内部に収容した流体を駆動する流体駆動手段を有し、前記衝撃受容手段を前記流体によって冷却するようにしたことにより、衝撃受容手段の温度を低く保つことができる。
【００１７】
第３の発明は、特に、第２の発明の流体駆動手段は、駆動と停止を繰り返し運転し、制御手段は、前記流体駆動手段の駆動情報が入力され、前記流体駆動手段が停止している間に振動検知手段を作動するようにしたことにより、冷媒の流動に由来する振動ノイズの影
響を受けることなく、雨滴の衝撃を精度よく検知することができる。
【００１８】
第４の発明は、特に、第２または第３の発明の衝撃受容手段は、裏面に前記衝撃受容手段の熱を蓄熱する蓄熱手段を備え、流体駆動手段は、蓄熱終了後に流体を駆動するようにしたことにより、熱の需要時に蓄熱した熱を回収して利用することができる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における雨滴検出装置の構成図、図２は、同雨滴検出装置の側面図である。
【００２１】
図１および図２において、衝撃受容手段１は、３枚の即時回収型ハイブリッドソーラーパネル１ａ、１ｂ、１ｃが連結されたものであり、家屋等の建造物の屋根の広い範囲に多数設置される。衝撃受容手段１の裏面に伝播手段２が密着して取り付けられている。伝播手段２は銅製の冷媒管であり、衝撃受容手段１との接触部が長くなるように屈曲し、規則的に所定の間隔で蛇行させている。
【００２２】
伝播手段２は、各々のハイブリッドソーラーパネル１ａ〜１ｃに取り付けられ、冷媒が流れるように連結部１ｄで相互に連結されている。振動検知手段３は、中央部のハイブリッドソーラーパネル１ｂに取り付けられた伝播手段２に密着させて取り付けている。振動検知手段３は、例えば、振動信号を出力する圧電素子で構成している。
【００２３】
衝撃受容手段１であるハイブリッドソーラーパネルの受光面１ｅは、伝播手段２の取付面と反対側であり、受光面１ｅを太陽光に向けて設置される。伝播手段２の内部にはポンプなどの流体駆動手段４によって冷媒が流される。振動検知手段３および流体駆動手段４は、制御手段５により制御される。冷媒は、水、不凍液、蓄熱材の懸濁液などの液体が一般的であるが、空気などのガスを用いることも可能である。
【００２４】
以上のように構成された雨滴検出装置について、以下その動作、作用を説明する。図３において、日中、流体駆動手段４は冷媒を伝播手段２である冷媒管の中に間欠的に加圧し、流動させる。衝撃受容手段１であるハイブリッドソーラーパネルの温度を低く保つためには連続的に冷媒を流し続けるのが良いとも考えられるが、実際には流体駆動手段４の駆動のためには電力を消費するため、トータルのエネルギーコストを抑えるために間欠駆動とするのが好ましい。
【００２５】
冷媒を流している間は、冷媒の流動に由来する振動ノイズが発生するため、振動検知手段３を駆動させると誤検知を起こしやすい。そのため、流体駆動手段４の停止時に振動検知手段３を動作させる。
【００２６】
流体駆動手段４のＯＮ時間が長いと、振動検知手段３の停止時に降雨があった場合に検知することができず、降雨の開始が検知できないため、振動検知手段３と流体駆動手段４のＯＮ時間は最適に設定される。
【００２７】
次に、降雨時の動作、作用を以下に説明する。まず、雨滴は衝撃受容手段１であるハイブリッドソーラーパネル１ａ〜１ｃの受光面１ｄに当たり、その衝撃振動は、伝播手段２を通じて振動検知手段３に伝播し、振動検知手段３において圧電現象により生じた電圧または電流信号が制御手段５に入力される。制御手段５は、予め記憶されたアルゴリズムにしたがって、入力信号が降雨によるものかどうか判断する。
【００２８】
衝撃受容手段１と伝播手段２と振動検知手段３の連結は、溶接、ビス留め、硬化性接着剤による接着を用いることができるが、いずれの場合も、連結部にゴム製ガスケットやコルク板など振動を吸収する部材を挟むことは不適当である。
【００２９】
以上のように、本実施の形態においては、伝播手段２を衝撃受容手段１に生じた振動が振動検知手段３まで伝播されるように設けたことにより、複数枚に分離した衝撃受容手段１のいずれに対する雨滴の衝撃でも、単一の振動検知手段３によって検知可能となり、簡略で安価な構成により大きな面積への雨滴の衝撃を検知することができる。
【００３０】
流体駆動手段４を駆動するＯＮ、ＯＦＦのタイミングは、予め設定した時間間隔やハイブリッドソーラーパネルの温度が所定の温度に達したときなどに定めることができる。一例としては、次の条件を満たした際に駆動することとする。第１の条件は、伝播手段２とハイブリッドソーラーパネル１ａ〜１ｃの裏面の接続部の温度が３０℃以上である場合、第２の条件は、伝播手段２とハイブリッドソーラーパネル１ａ〜１ｃの裏面の接続部の温度が冷媒の温度よりも１０℃以上高い場合、第３の条件は、流体駆動手段４が直前に所定時間以上、停止していた場合（すなわち、振動検知手段３が所定時間以上駆動していた場合）である。第３の条件にある所定の停止時間は、季節によって変えたり、天気予報によって変えたりしてもよい。
【００３１】
雨滴が検知されて制御手段５により降雨の開始と判定された場合、制御手段５は、流体駆動手段４を比較的短い時間（例えば３〜１５分間）、晴天時よりも大流量で運転し、その後停止するようにする。これは、降雨によってハイブリッドソーラーパネル１ａ〜１ｃの熱量が奪われる前に冷媒によって回収するためである。加えて、ハイブリッドソーラーパネル１ａ〜１ｃの蓄熱量が低下した後は、流体制御手段５を停止して無駄なエネルギーの消費を抑制することができる。
【００３２】
以上のように、本発明の雨滴検出装置は、衝撃受容手段１で受けた雨滴の衝撃を、伝播手段２を介して振動検知手段３に伝達するようにしたものであり、広い範囲の降雨を容易に検知することができ、降り始めのまばらな降雨を的確に検知することができる。また、衝撃受容手段１が複数に分かれている場合でも、伝播手段２を通じて雨滴の衝撃を１つまたは少数の振動検知手段３に伝播することができ、広い範囲の雨滴衝撃を簡単な構成で検知することができる。
【００３３】
（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態における雨滴検出装置の断面図、図５は、同雨滴検出装置の動作を示すタイムチャートである。本実施の形態の特徴は、衝撃受容手段１を蓄熱型ハイブリッドソーラーパネルで構成したものである。衝撃受容手段１と筐体６によって囲まれた空間に、伝播手段２と振動検知手段３と蓄熱手段７が収納される。蓄熱手段７は、パラフィン、酢酸ナトリウム３水和物、硫酸ナトリウム１０水和物等、２０〜６０℃の間に融点を持つ潜熱蓄熱材が用いられる。他の構成は実施の形態１と同じであり、同一の構成に同一の符号を付して、詳細な説明は実施の形態１のものを援用する。
【００３４】
以上のように構成された雨滴検出装置について、晴天時の動作、作用を説明する。図４において、日中、太陽光が衝撃受容手段１に照射されると輻射熱によって加熱され、その熱は主に熱伝導によって蓄熱手段７に伝熱して潜熱を利用した蓄熱がなされる。
【００３５】
衝撃受容手段１であるハイブリッドソーラーパネルの温度は、裏面に蓄熱材７および伝播手段２が無い場合に比べて、低温に保持される時間が長いためトータルとして発電効率が向上する。
【００３６】
日没後、風呂などの給湯需要が生じる時間帯（Ｔｄ）になると、制御手段５は、流体駆動手段４を作動させて冷媒を流し、蓄熱手段７から熱を回収する。冷媒として水道水を用いる場合は、温水としてそのまま給湯に利用したり、ガス給湯器に供給してさらに加熱してから利用したりする。振動検知手段３は、Ｔｄ以降は駆動の必要が無い。振動検知手段３は、翌日ハイブリッドソーラーパネルの温度が所定の温度以上になった場合に再度駆動する。
【００３７】
次に、雨滴が検知されて制御手段５により降雨の開始と判定された場合、制御手段５は流体駆動手段４を比較的短い時間（例えば１０〜３０分間）、晴天時より大流量で運転し、その後停止するようにする。これは、降雨によって蓄熱材７の熱量が奪われる前に冷媒によって回収するためである。加えて、蓄熱量が低下した後は、流体駆動手段４を停止して無駄なエネルギー消費を抑制する。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上のように、本発明にかかる雨滴検出装置は、広い範囲の降雨を容易に検知することができ、降り始めのまばらな降雨を的確に検知することができるので、雨滴検出装置として有用である。
【符号の説明】
【００３９】
１  衝撃受容手段
２  伝播手段
３  振動検知手段
５  制御手段
【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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