JP6904149B2 - 風速計および風向計 - Google Patents

Description

本発明は、風速計および風向計に関するものである。

従来、熱伝導体の表面に配置された感温素子を用いて風速および風速を検出する装置が知られている。例えば、特許文献１に記載の風向風速計では、熱伝導体の中心にヒータが配置され、熱伝導体の表面の風に触れる複数箇所に熱電対が取り付けられる。この風向風速計では、ヒータが発した熱が熱伝導体を介して熱電対に伝わると共に、風によって熱電対が冷却される。これら熱電対によって検出された温度に基づいて、風向および風速が計測可能になる。

特開２０００−０１９１９５号公報

しかし、発明者の検討により、特許文献１に記載のような風向風速計には、以下のような問題点があることがわかった。風向風速計が、エンジン部品等の熱源の近傍に配置されていると、熱源からの輻射熱を熱伝導体が吸収してしまい、その結果、熱伝導体の表面の温度場に外乱が生じてしまい、風速も風向も正しい計測が困難になる。

本発明は上記点に鑑み、熱伝導体の表面に配置された感温素子を用いて風速または風向を検出する技術において、周囲の熱源による外乱を低減することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、
熱を伝導可能な熱伝導体（２）と、
前記熱伝導体の表面に配置されると共に、流れる空気から熱的に影響を受ける位置に配置され、前記空気から伝達される熱以外の熱によって温度上昇し、自己の温度に応じて電気的特性が変化する１個以上の感温素子（３−１、…、３−１６）と、
前記１個以上の感温素子が検出した温度に基づいて、前記空気の風速を検出する処理部（８１）と、
前記１個以上の感温素子と前記処理部とを電気的に繋ぐ複数個の配線（６）と、
前記熱伝導体の表面のうち、前記１個以上の感温素子が配置されている部分でも前記複数個の配線が配置されている部分でもない部分を覆うと共に前記熱伝導体よりも、赤外線によって運ばれるエネルギーの反射率が高い赤外線反射部材（２５）と、を備えた風速計である。

また、請求項９に記載の発明は、
熱を伝導可能な熱伝導体（２）と、
前記熱伝導体の表面に配置されると共に、流れる空気から熱的に影響を受ける位置に配置され、前記空気から伝達される熱以外の熱によって温度上昇し、自己の温度に応じて電気的特性が変化する複数個の感温素子（３−１、…、３−１６）と、
前記熱伝導体の表面のうち、前記複数個の感温素子が配置されている複数の部分以外の部分を覆うと共に前記熱伝導体よりも、赤外線によって運ばれるエネルギーの反射率が高い赤外線反射部材（２５）と、
前記複数個の感温素子が検出した温度に基づいて、前記空気の風向を検出する処理部（８１）と、を備える風向計である。

これらのように、熱伝導体の表面の一部が赤外線反射部材によって覆われているので、熱源からの輻射が赤外線反射部材２５によって反射される。したがって、熱源に由来する輻射熱を熱伝導体が吸収する量を低減することができる。ひいては、熱伝導体の表面における温度場に対する熱源による外乱を低減することができる。

なお、本欄および特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載されて当該用語の例となる具体物等との対応関係を示すものである。

第１実施形態における車両のエンジンルームにおける風向風速計の配置を示す図である。 風向風速計の全体構成図である。 風向風速計の本体部の平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。 本体部の拡大図である。 計測部の構成を示す図である。 赤外線反射部材を廃した比較例における本体部の熱回路モデルである。 実施形態における本体部の熱回路モデルである。 実験における熱源ＨＳと熱伝導体の位置関係を示す図である。 比較例における輻射無しの実験と輻射ありの実験における風速の差を示す図である。 実施形態における輻射無しの実験と輻射ありの実験における風速の差を示す図である。 比較例における輻射無しの実験と輻射ありの実験における温度分布の違い示す図である。 実施形態における輻射無しの実験と輻射ありの実験における温度分布の違い示す図である 第２実施形態における風向風速計の全体構成図である。 図１４のＸＶ−ＸＶ断面図である。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について説明する。図１に示すように、車両１０は、エンジン１１４が車両前方に搭載されたエンジン車両である。車両１０は、車両ボデー１１６、車両フード１１８、エンジン１１４、シャッター１１５、クーリングモジュール１２０等を備えている。

エンジンルーム１１２は車両ボデー１１６および車両フード１１８に取り囲まれることによって形成されている。エンジンルーム１１２内には、車両１０の駆動力を発生する内燃機関であるエンジン１１４が収容されている。エンジンルーム１１２の上方は車両フード１１８で覆われている。

エンジンルーム１１２の前方は、エンジンルーム１１２外の空気すなわち外気をエンジンルーム１１２内に流通させるため、およびエンジンルーム１１２内の空気を車両１０の外に出すために、開口している。すなわち、車両１０においてエンジンルーム１１２の前方には、エンジンルーム１１２から車両よりも前方の空間に開口した開口孔１１２ａが形成されている。

シャッター１１５は、開口孔１１２ａにおいて、クーリングモジュール１２０よりも車両前方側に配置されている。シャッター１１５は、開閉可能に制御され、開成時には車両よりも前方の空間とエンジンルーム１１２とを繋ぐ空気通路の開口面積を最大とし、閉成時には当該開口面積を最小とする。

クーリングモジュール１２０は、車両１０に搭載された空調装置の冷媒とエンジン冷却液とを冷却すると共にエンジンルーム１１２内に送風するユニットであり、エンジンルーム１１２前方の開口孔１１２ａに設けられている。クーリングモジュール１２０は、空調用の室外熱交換器１２２と、エンジン冷却液と空気を熱交換させるラジエータ１２４と、送風機１２６とを含んで構成されている。そして、この室外熱交換器１２２、ラジエータ１２４、および送風機１２６は、車両前方から順に、室外熱交換器１２２、ラジエータ１２４、送風機１２６の順番で配置されている。そのため、送風機１２６は、エンジンルーム１１２内にて空気流れを生じさせると共に、室外熱交換器１２２およびラジエータ１２４に空気を流す。

また、エンジン１１４はエンジンルーム１１２内に収容されているが、エンジン１１４とエンジン１１４の上方に配置された車両フード１１８との間には、エンジン上部隙間１１２ｂが形成されている。このエンジン上部隙間１１２ｂはエンジンルーム１１２内においてエンジン１１４の前方と後方との間で空気が流通できるように、すなわち、エンジン１１４の前方の空間と後方の空間１１２ｃとをつなぐように形成されている。

送風機１２６は、車両よりも前方の空間からエンジンルーム１１２内へエンジンルーム１１２外の空気を流入させる第１送風方向と、エンジンルーム１１２内の空気をエンジン１１４側からシャッター１１５側へと流す第２送風方向とにそれぞれ送風可能となっている。例えば、送風機１２６が軸流ファン等のファンである場合、第１送風方向が実現されるときと第２送風方向が実現されるときのファンの回転方向が逆である。

例えば、冷房時には、シャッター１１５が開成され、車両よりも前方の空間からクーリングモジュール１２０および送風機１２６を通ってエンジンルーム１１２内に空気が流れる。すなわち、第１送風方向に空気が流れる。そして、この空気との熱交換により、室外熱交換器１２２内を流れる冷媒が凝縮し、かつ、ラジエータ１２４内の冷却液が冷却される。

また例えば、暖房時、特に暖房開始時には、シャッター１１５が閉成され、送風機１２６よりもエンジン１１４側の空間から送風機１２６よりもシャッター１１５側の空間に空気が流れる。すなわち、第２送風方向に空気が流れる。そして、この空気との熱交換により、室外熱交換器１２２内を流れる冷媒が加熱されて蒸発し、かつ、ラジエータ１２４内のエンジン冷却液が加熱される。また例えば、暖房時には、室外熱交換器１２２を流れる冷媒を十分加熱し、かつ、エンジン冷却液をオーバーヒートさせないよう、シャッター１１５の開閉が繰り返される。

このように、シャッター１１５が開閉し、また、第１送風方向と第２送風方向が交互に切り替わることで、エンジンルーム１１２内の温度分布が大きく変動する。しかもその変動の振る舞いは、エンジンルーム１１２内の位置によって大きく異なる。従って、エンジンルーム１１２内の複数の箇所で風速および風向を検出する必要性が生じる。

図１に示すように、風向風速計１は、エンジンルーム１１２内で、エンジン１１４よりも前方かつ送風機１２６よりも後方に１個、エンジン上部隙間１１２ｂに１個、エンジン１１４よりも後方の空間１１２ｃに１個、配置されている。これら風向風速計１は、すべて同等の構成を有している。以下、これらのうち１つの風向風速計１の構成について説明する。

図２、図３、図４に示すように、１つの風向風速計１は、本体部２０、１６個の感温素子３−１、…、３−１６、複数本の配線６、ケーブル７、および計測部８を有している。風向風速計１は、風向風速計１の周囲を流れる風の向きおよび速さを計測し、計測結果を電気信号として出力する。

本体部２０は、熱伝導体２と、支柱４と、ヒータカバー３１と、ヒータ３２と、赤外線反射部材２５とを有する。

熱伝導体２は、計測すべき方位に対して断面形状が円形となる電気的絶縁体である。具体的には、熱伝導体２は、樹脂製またはセラミック製の略球形状の、熱を伝導可能な筐体である。ただし、熱伝導体２の内部には、熱伝導体２の中心から熱伝導体２の表面まで柱状に伸びる孔３７が形成されている。熱伝導体２に用いられる材料は、例えば、ポリアミドまたはＰＥＥＫである。ＰＥＥＫは、ポリエーテルエーテルケトンの略である。

支柱４は、熱伝導体２の下端部に固定された中空の円筒形状の部材である。具体的には、支柱４は、図４に示すように、支柱４の内部空間である中空部と熱伝導体２の孔３７とが連通した状態で、熱伝導体２に固定されている。この固定により、支柱４は、熱伝導体２を支える機能を有する。支柱４の他端は、車両に固定されている。

ヒータカバー３１は、ヒータ３２を覆う樹脂製またはセラミック製の部材であり、ヒータ３２を覆うと共に、孔３７の底の部分すなわち熱伝導体２の中心部に配置されている。したがって、ヒータ３２およびヒータカバー３１は、熱伝導体２の内部、具体的には孔３７内に配置されている。このように、孔３７は、ヒータ３２およびヒータカバー３１を受け入れるために形成された孔である。

ヒータ３２は、ケーブル７から給電されることで発熱する。例えば、ヒータ３２は、電熱線で構成されていてもよい。ヒータ３２の発熱によって発生した熱は、熱伝導によりヒータカバー３１、熱伝導体２をこの順に伝わり、熱伝導体２から感温素子３−１、…、３−１６に熱伝導により伝わる。

赤外線反射部材２５は、熱伝導体２の表面よりも赤外線反射能が高い材料で構成されている膜状の部材であり、熱伝導体２の表面の一部および支柱４の表面の一部を覆っている。

ここで、赤外線反射能について説明する。ある物体の赤外線反射能は、輻射熱の原因となる赤外線の波長範囲である０．７８μｍ以上１ｍｍ以下において、Ｓ（λ）・λ^−３をλについて積分した値で定義される。ここで、λは波長であり、Ｓ（λ）は、当該波長λの赤外線に対する当該物体の反射率である。すなわち、赤外線反射能Ｘは、以下の式で定義される。

ここで、λ１は０．７８μｍ、λ２は１ｍｍである。赤外線反射能が高いほど、赤外線によって運ばれるエネルギーの反射率が高い。赤外線反射部材２５は、熱伝導体２、支柱４に比べて赤外線を反射し易いので、このようなものが熱伝導体２、支柱４に配置されると、エンジン１１４からの熱伝導体２、支柱４が受け取る熱の量が低減される。したがって、赤外線反射部材２５は、熱伝導体２、支柱４をエンジン１１４から熱的に保護する機能を有する。

具体的には、赤外線反射部材２５は、貴金属（すなわち、金、銀 、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムのいずれか１つまたは複数）から構成されていてもよいし、貴金属以外の金属から構成されていてもよい。

赤外線反射部材２５が金属で構成されることで、赤外線反射能が高くなる。また、赤外線反射部材２５が貴金属で構成されることで、酸化しにくくなる。したがって、高い赤外線反射能が長期間維持される。

１６個の感温素子３−１、…、３−１６は、図２、図３、図４に示すように、熱伝導体２の表面に分散して貼り付けられている。これにより、感温素子３−１、…、３−１６は、裏面で熱伝導体２と接触すると共に、表面で熱伝導体２の周囲を流れる空気（すなわち外気）に接触する。したがって、感温素子３−１、…、３−１６は、外気と熱伝導により熱交換することで、外気から熱的に影響を受ける。

図２、図３に示すように、感温素子３−１、…、３−１６の中心位置は、方位角が２２．５度ずつずれて０°から３３７．５°まで等間隔で配置されている。また、図２、図３に示すように、感温素子３−１、…、３−１６の中心位置の各々は、極角が−４５°、０°、４５°のいずれかに配置されており、かつ、方位角が隣り合う感温素子に対して極角が４５度ずれて配置されている。また、中心位置の極角が−４５°に配置されている感温素子と方位角が隣り合う２つの感温素子は、中心位置の極角が０°である。また、中心位置の極角が４５°に配置されている感温素子と方位角が隣り合う２つの感温素子も、中心位置の極角が０°である。また、中心位置の極角が０°に配置されている感温素子と方位角が隣り合う２つの感温素子のうち、一方の感温素子の中心位置の極角が−４５°であり、他方の感温素子の中心位置の極角が４５°である。

より具体的には、感温素子３−１、３−５、３−９、３−１３の各々は、中心位置の極角が−４５°となる。また、感温素子３−２、３−４、３−６、３−８、３−１０、３−１２、３−１４、３−１６の各々は、中心位置の極角が０°となる。また、感温素子３−３、３−７、３−１１、３−１５の各々は、中心位置の極角が４５°となる。

ここで、極角および方位角は、熱伝導体２の中心を中心とする球面座標表示における極角θおよび方位角φである。より具体的には、ある方向の極角は、その方向とｚ軸方向が成す角度であり、その方向の方位角は、その方向をｘ−ｙ平面に射影した方向とｘ軸方向とが成す角度である。本実施形態では、ｚ軸は、熱伝導体２の中心を通り、図２中上下方向に伸びる軸であり、ｘ軸は当該中心を通りｚ軸に直交する軸であり、ｙ軸は当該中心を通りｚ軸およびｘ軸に直交する軸である。また、ｘ−ｙ平面は、ｘ軸とｙ軸とを含む平面である。

感温素子３−１、…、３−１６の各々は、導電性金属から成る。感温素子３−１、…、３−１６の各々は、図５に示すように蛇行しながら一端から他端まで伸びている。図５中では、視認性の向上のため、熱伝導体２以外の物すなわち感温素子３−１、…、３−１６および赤外線反射部材２５にハッチングが附されている。

感温素子３−１、…、３−１６の各々は、通電されると発熱する電気抵抗であるが、その発熱量は、ヒータ３２の発熱量に比べると無視できるほど小さい。したがって、感温素子３−１、…、３−１６は、熱伝導体２の周囲を流れる空気以外に由来して当該空気から伝わる熱以外の熱によって、具体的には、ヒータ３２によって生成されてヒータカバー３１、熱伝導体２を伝導した熱によって、温度上昇する。感温素子３−１、…、３−１６に用いられる金属は、温度が上昇するにつれて電気抵抗値（以下、単に抵抗値という）が増大する。つまり、感温素子３−１、…、３−１６は、自己の温度に応じて電気的特性すなわち抵抗値が変化する。例えば、感温素子３−１、…、３−１６は、温度が上昇すると抵抗値が高くなる。

図２、図３、図６に示すように、配線６は感温素子３−１、…、３−１６を直列に接続すると共に、感温素子３−１、…、３−１６の各々を計測部８に接続する導線である。配線６の一部は、感温素子３−１、…、３−１６の両端から伸びて熱伝導体２の表面に配置され、熱伝導体２の表面に沿って伸びる。配線６の残りの一部は、図４に示すように、熱伝導体２と支柱４の隙間から熱伝導体２の孔３７に入る。そして配線６の当該残りの一部は、孔３７に入った後に支柱４の中空部を通り、計測部８に接続される。ケーブル７は、ヒータ３２から伸びて、孔３７および支柱４の中空部を通った後、配線６と共に計測部８に接続される。

外気温センサ９は、本体部２０の近傍に配置され、エンジンルーム１１２内かつ本体部２０の周囲の空気の温度（すなわち外気温）に応じた電気信号を計測部８に出力するセンサである。

計測部８は、図６に示すように、１６個の電圧計Ｖ１、…、Ｖ１６、処理部８１、電流源８２を有している。電圧計Ｖ１、…、Ｖ１６は、感温素子３−１、…、３−１６に、この順に一対一に対応している。電圧計Ｖ１、…、Ｖ１６の各々から、対応する感温素子の両端間の電圧に応じた信号が、処理部８１に入力される。

このように、電圧計Ｖ１、…、Ｖ１６の各々は、対応する感温素子に及ぼされる電流および電圧のうち一方の電気的物理量（すなわち電圧）を検出する電気的物理量計である。そして、電流源８２は、感温素子３−１、…、３−１６に及ぼされる電流および電圧のうち上記一方の電気的物理量（すなわち電圧）とは異なる他方の電気的物理量（すなわち電流）を制御する電源である。

処理部８１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えた周知のマイクロコンピュータである。ＣＰＵは、ＲＯＭに記録されたプログラムを実行し、その際にＲＡＭを作業領域として使用する。ＣＰＵがプログラムを実行することにより、処理部８１が後述する種々の処理を実行する。

電流源８２は、感温素子３−１、…、３−１６に所定の電流を供給する回路である。電流源８２から供給される電流の電流値は、処理部８１によって制御可能となっている。

ここで、本体部２０における赤外線反射部材２５の配置について、更に説明する。赤外線反射部材２５が配置されるのは、図５に示すように、熱伝導体２の表面のうち、孔３７に面している部分、感温素子３−１、…、３−１６が配置されている部分、配線６が配置される部分、および支柱４に対向している部分を除いた、他の部分である。

これら他の部分は、赤外線反射部材２５が無ければ熱源であるエンジン１１４に対して直接露出してしまう可能性がある部分である。これら他の部分の一部がエンジン１１４に対して直接露出してしまうと、当該一部がエンジン１１４の輻射に起因する輻射熱を吸収し、熱伝導体２の表面における温度場に外乱が生じてしまう。

本実施形態では、熱伝導体２の表面の一部が赤外線反射部材２５によって覆われているので、エンジン１１４からの輻射が赤外線反射部材２５によって反射される。したがって、高温のエンジン１１４に由来する輻射熱を熱伝導体２が吸収する量を低減することができる。ひいては、熱伝導体２の表面における温度場に対するエンジン１１４による外乱を低減することができる。

また、図５に示すように、感温素子３−１、…、３−１６の各々において、当該感温素子の一方の端に、複数本の配線６のうち１本（第１の配線６に相当する）が接続され、当該感温素子の他方の端に、複数本の配線６のうち他の１本（第２の配線６に相当する）が接続される。そして、熱伝導体２の表面において、これら第１の配線６と第２の配線６によって挟まれる領域のうち狭い方が、赤外線反射部材２５によって覆われる。

更には、上記第１の配線６は２本に分岐し、熱伝導体２の表面においてその分岐した２本によって挟まれる領域のうち狭い方が、赤外線反射部材２５によって覆われる。第２の配線６についても同様である。

また、１６個の感温素子３−１、…、３−１６のうちどの２つについても、熱伝導体２の表面上における当該２つの感温素子の一方から他方までの最短経路の一部を、赤外線反射部材２５が覆っている。このように、熱伝導体２上にバランス良く赤外線反射部材２５が配置されている。したがって、本体部２０の周囲のどの方向に高温の熱源（例えばエンジン１１４）があっても、その熱源に由来する輻射熱の影響が抑えられる。

なお、本実施形態においては、感温素子３−１、…、３−１６および配線６も、赤外線反射部材２５と同じ材質から構成される。したがって、感温素子３−１、…、３−１６および配線６も、赤外線反射能が熱伝導体２、支柱４よりも高い。したがって、感温素子３−１、…、３−１６および配線６も、熱伝導体２、支柱４をエンジン１１４から熱的に保護する機能を、赤外線反射部材２５と同様に有する。

このようになっていることで、熱伝導体２が吸収するエンジン１１４由来の輻射熱の量を更に低減することができる。また、感温素子３−１、…、３−１６および配線６が赤外線反射部材２５と同じ材質から構成されるので、風速計の製造に要する材料の数を低減することができると共に、材質の違いによって温度場のばらつきが発生する可能性を低減することができる。

なお、感温素子３−１、…、３−１６、配線６、赤外線反射部材２５は、いずれも導体である。したがって、図５に示すように、感温素子３−１、…、３−１６と赤外線反射部材２５は、互いに接触しないように、熱伝導体２の表面に沿った僅かな隙間を互いに空けて、配置されている。また、図５に示すように、配線６と赤外線反射部材２５は、互いに接触しないように、熱伝導体２の表面に沿った僅かな隙間を互いに空けて、配置されている。

これらの隙間においては、熱伝導体２の表面が何にも覆われずに空気に露出している。しかし、これらの隙間の面積は、熱伝導体２の表面のうち感温素子３−１、…、３−１６、配線６、赤外線反射部材２５によって覆われる部分の面積よりも遙かに小さい。したがって、これら隙間がエンジン１１４の熱輻射の遮蔽効果に与える悪影響は小さい。

また、赤外線反射部材２５は、支柱４の表面のうち、中空部に面する部分および熱伝導体２に対向する部分以外の全部または一部を、覆っている。支柱４が輻射熱を吸収すると、その熱が支柱４から熱伝導体２に熱伝導により移動し、更に熱伝導体２から感温素子３−１、…、３−１６に熱伝導により移動する。したがって、支柱４が赤外線反射部材２５によって覆われることで、感温素子３−１、…、３−１６が熱源からの輻射熱の影響をより受けにくくなる。

以上のような構成の風向風速計１の作動について、以下説明する。風向風速計１の作動中、計測部８は、ケーブル７を介してヒータ３２に一定電流を常に供給する。これにより、ヒータ３２は発熱する。ヒータ３２で発生した熱は、熱伝導によりヒータカバー３１、熱伝導体２を伝わり、更に熱伝導により熱伝導体２から感温素子３−１、…、３−１６に伝わる。

感温素子３−１、…、３−１６は、ヒータ３２から伝えられた熱によって熱せられ、感温素子３−１、…、３−１６の周囲を流れる風によって冷却される。したがって、感温素子３−１、…、３−１６の温度に基づいて、感温素子３−１、…、３−１６の周囲を流れる風の風速および風向を計測できる。

計測部８の処理部８１は、感温素子３−１、…、３−１６に所定の一定電流値の電流が供給されるよう、電流源８２を制御する。これにより、電流源８２は、一定の電流値の電流を感温素子３−１、…、３−１６に供給する。

また、処理部８１は、上述のように電流源８２を制御している期間中に、電圧計Ｖ１、…、Ｖ１６から入力された信号に基づいて、感温素子３−１、…、３−１６の両端に印加された１６個の電圧値を繰り返し定期的に（例えば１秒に１回）特定する。

そして処理部８１は、１６個の電圧値を特定する度に、これら電圧値に基づいて、感温素子３−１、…、３−１６の各々の温度を特定する。

具体的には、処理部８１は、感温素子３−１、…、３−１６の各々について、当該感温素子の両端に印加された電圧値と、上述の一定電流値に基づいて、当該感温素子の抵抗値を算出する。そして処理部８１は、算出した抵抗値を、ＲＯＭにあらかじめ記録されている抵抗値−温度テーブルに適用することで、当該感温素子が当該抵抗値を示すときの当該感温素子の温度を特定する。抵抗値−温度テーブルは、抵抗値と、感温素子３−１、…、３−１６が当該抵抗値を示すときの当該感温素子の温度との対応関係を表すデータである。

また処理部８１は、感温素子３−１、…、３−１６の各々の温度を特定する度に、外気温センサ９からの信号に基づいて外気温を特定し、特定した外気温と感温素子３−１、…、３−１６の温度に基づいて、風向および風速を算出する。

具体的には、処理部８１は、感温素子３−１、…、３−１６の温度の平均値を算出し、算出した平均値と外気温との差の絶対値が大きいほど風速が大きくなるよう、風速を決定する。

また、処理部８１は、感温素子３−１、…、３−１６の周囲の風向を、以下のような方法で導出する。処理部８１は、まず、１６個の感温素子３−１、…、３−１６の温度のうち、低いものから順に４個の温度Ｔｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３、Ｔｘ４を抽出する。ここでは、温度Ｔｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３、Ｔｘ４はすべて異なる値であるとする。

続いて処理部８１は、抽出した４つの温度に基づいて、風向を算出する。算出方法は、感温素子３−１、…、３−１６の各々の温度Ｔｓが以下の式（１）のように極角θ、方位角φの関数で近似されることを利用する。
Ｔｓ＝ａ×（θ^２＋φ^２）＋ｂ×θ＋ｃ×φ＋ｄ （１）
ここで、Ｔｓは、対象となる感温素子の温度、θおよびφは当該感温素子の中心位置の極角および方位角である。またａ、ｂ、ｃ、ｄは定数である。

具体的には、処理部８１は、温度Ｔｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３、Ｔｘ４を示した感温素子について、温度、中心位置の極角、中心位置の方位角の３つの値を上記式（１）に代入する。それにより、ａ、ｂ、ｃ、ｄに関する４つの連立方程式（２）、（３）、（４）、（５）を得る。
Ｔｘ１＝ａ×（θ１^２＋φ１^２）＋ｂ×θ１＋ｃ×φ１＋ｄ （２）
Ｔｘ２＝ａ×（θ２^２＋φ２^２）＋ｂ×θ２＋ｃ×φ２＋ｄ （３）
Ｔｘ３＝ａ×（θ３^２＋φ３^２）＋ｂ×θ３＋ｃ×φ３＋ｄ （４）
Ｔｘ４＝ａ×（θ４^２＋φ４^２）＋ｂ×θ４＋ｃ×φ４＋ｄ （５）
処理部８１は、この連立方程式を解いてａ、ｂ、ｃ、ｄを算出する。そして、算出したａ、ｂ、ｃ、ｄを式（１）に代入し、更に式（１）の１階全微分がゼロになるθ、φを算出する。処理部８１は、算出したθ、φの位置から熱伝導体２の中心に向かう方向を、風向として決定する。

このような、風向風速計１の作動中においても、赤外線反射部材２５、熱伝導体２の表面を覆う感温素子３−１、…、３−１６、配線６の存在により、エンジン１１４から本体部２０に向かう輻射の多くが反射される。したがって、熱伝導体２が吸収する輻射熱の量が低減され、ひいては、風向および風速の計測精度が高まる。

ここで、本実施形態の風向風速計１から赤外線反射部材２５を廃した比較例における本体部２０の熱回路モデルを図７に示し、本実施形態のように赤外線反射部材２５を熱伝導体２の表面に固定した例における本体部２０の熱回路モデルを図８に示す。

図７、図８は、本体部２０の中心を通る平面で本体部２０を切った断面図の一部を模式的に表す。図７、図８中、Ｒ１は、熱源であるヒータ３２と感温素子３−１の間の、熱伝導体２を介した熱抵抗を表す。Ｒ２は、熱源であるヒータ３２と感温素子３−２の間の、熱伝導体２を介した熱抵抗を表す。Ｒ３は、感温素子３−１と感温素子３−２の間の熱伝導体２を介した熱抵抗を表す。Ｒ４は、感温素子３−１と外気の間の熱抵抗を示す。Ｒ５は、感温素子３−２と外気の間の熱抵抗を示す。また、図８において、Ｒ６は、感温素子３−１と感温素子３−２の間の赤外線反射部材２５を介した熱抵抗を表す。

熱抵抗Ｒ１と熱抵抗Ｒ２は並列の関係にあるので、合成抵抗Ｒは、Ｒ＝１／Ｒ３＋１／Ｒ６となる。したがって、熱抵抗Ｒ６を十分大きくすれば、赤外線反射部材２５の存在による２つの感温素子間の熱抵抗への影響は低減することができる。そして、熱抵抗Ｒ３はＲ３＝Ｌ１／（ｋｐ・Ｄ・ｂ）で表される。また、熱抵抗Ｒ６はＲ６＝Ｌ２／（ｋｍ・ｄ・ｂ）で表される。

ここで、ｋｐは熱伝導体２の熱伝導率である。また、Ｌ１は感温素子間の熱伝導体２に沿った距離である。また、Ｄは熱伝導体２において感温素子間の熱伝達ができる深さを（例えば３ｍｍ）である。また、ｂは感温素子間の熱移動方向における感温素子の幅である。また、ｋｍは赤外線反射部材２５の熱伝導率である。また、ｄは熱伝導体２の表面に垂直な方向における赤外線反射部材２５の厚みである。また、Ｌ２は熱伝導体２に沿った方向における２つの感温素子間の赤外線反射部材２５の長さである。なお、本実施形態において、熱伝導体２の半径は４ｍｍ程度であってもよい。

したがって、赤外線反射部材２５の厚みｂを十分（例えば０．１μｍ以下に）小さくすれば、赤外線反射部材２５の存在が２つの感温素子間の熱抵抗へ与える影響を、無視できる程度に低減できる。

次に、上述の比較例と、本実施形態の風向風速計１の両方について、高温の熱源を近傍に配置した場合としない場合の計測実験の結果を説明する。以降、高温の熱源を近傍に配置した実験を、輻射ありの実験といい、高温の熱源を近傍に配置しない実験を、輻射無しの実験という。輻射ありの実験においては、図９に示すように、熱伝導体２から見て方位角φ＝−９０度の方向に高温の熱源ＨＳが配置されている。輻射ありの実験と輻射なしの実験では、風向および風速は同じになっている。

比較例の風向風速計では、図１０に示すように、輻射ありの実験と輻射なしの実験では、外気温と感温素子３−１、…、３−１６の平均温度との差について、違いが大きい。その結果、最終的に計測される風速は、矢印Ｇ１のように、大きく異なってしまう。

これに対し、本実施形態の風向風速計１では、図１１に示すように、輻射ありの実験と輻射なしの実験で、外気温と感温素子３−１、…、３−１６の平均温度との差について、違いが小さい。その結果、最終的に計測される風速も、輻射ありの実験と輻射なしの実験で殆ど違いがない。つまり、風向風速計１による風速の検出結果に、熱源ＨＳの有無は殆ど影響しない。これは、赤外線反射部材２５によって熱源ＨＳの輻射熱が遮られ、熱源ＨＳによる外乱が熱伝導体２に殆ど発生しないからである。

図１２、図１３は、それぞれ、比較例の風向風速計と本実施形態の風向風速計１において、極角θがゼロの位置にある感温素子３−２、３−４、３−６、３−８、３−１０、３−１２、３−１４、３−１６の各々について、方位角φと温度を表したものである。実線Ｐ１が輻射ありの実験結果であり、破線Ｐ２が輻射なしの実験結果である。

比較例の風向風速計では、図１２に示すように、輻射ありの実験では、方位角φが−９０近傍にある感温素子において、輻射なしの実験に比べて温度が高くなっている。つまり、感温素子の温度が、熱源ＨＳの方に偏って高くなっている。この結果、実際の風は、方位角φ＝０°の方向から来るにもかかわらず、輻射ありの実験では、検出される風向が角度Ｇ２だけずれてしまう。

これに対し、本実施形態の風向風速計１では、図１３に示すように、輻射ありの実験と輻射なしの実験で、各感温素子の温度に違いが小さい。その結果、最終的に計測される風向も、輻射ありの実験と輻射なしの実験で殆ど違いがない。つまり、風向風速計１による風向の検出結果に、熱源ＨＳの有無は殆ど影響しない。これは、赤外線反射部材２５によって熱源ＨＳの輻射熱が遮られるので、輻射熱による熱伝導体２表面の温度場の歪みが殆ど発生しないからである。

（第２実施形態）
次に第２実施形態について、図１４、図１５を用いて説明する。本実施形態の風向風速計１は、第１実施形態に比べて、赤外線反射部材２５の配置が異なる。その他の構成および作動は、第１実施形態と同じである。

本実施形態の赤外線反射部材２５は、熱伝導体２の表面のうち、感温素子３−１、…、３−１６、配線６の間の部分のみならず、感温素子３−１、…、３−１６、配線６が配置されている部分も、覆っている。

より具体的には、熱伝導体２の表面のうち、孔３７に面している部分でも支柱４に対向する部分でもない部分の全体を、赤外線反射部材２５が覆う。このようになっていることで、エンジン１１４の輻射熱に起因する熱伝導体２における温度場の乱れがより低減され、かつ、エンジン１１４の輻射熱に起因する熱伝導体２の温度上昇がより低減される。

したがって、図１４、図１５に示すように、赤外線反射部材２５は、熱伝導体２の表面のうち、感温素子３−１、…、３−１６が配置されている部分も覆う。したがって、感温素子３−１、…、３−１６は、熱伝導体２と赤外線反射部材２５に挟まれた状態になる。

ただし、図１５に示すように、赤外線反射部材２５と感温素子３−１、…、３−１６との間には、空間が隔てられている。したがって、赤外線反射部材２５と感温素子３−１、…、３−１６とが導通することはない。このように、赤外線反射部材２５と感温素子３−１、…、３−１６が重なることで、エンジン１１４の輻射熱に起因する熱伝導体２における温度場の乱れがより低減される。

また、図１４、図１５に示すように、赤外線反射部材２５は、熱伝導体２の表面のうち、配線６が配置されている部分も覆う。したがって、配線６は、熱伝導体２と赤外線反射部材２５に挟まれた状態になる。ただし、図１５に示すように、赤外線反射部材２５と配線６との間には、空間が隔てられている。したがって、赤外線反射部材２５と配線６とが導通することはない。このように、赤外線反射部材２５と配線６が重なることで、エンジン１１４の輻射熱に起因する熱伝導体２における温度場の乱れがより低減される。

なお、本実施形態の赤外線反射部材２５の材質は、第１実施形態と同じである。しかし、赤外線反射部材２５と感温素子３−１、…、３−１６とは同材質であってもよいし、同材質でなくてもよい。また、感温素子３−１、…、３−１６は、赤外線反射能が熱伝導体２と同じかあるは熱伝導体２より低くてもよい。また、赤外線反射部材２５と配線６とは同材質であってもよいし、同材質でなくてもよい。また、配線６は、赤外線反射能が熱伝導体２と同じかあるは熱伝導体２より低くてもよい。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。特に、ある量について複数個の値が例示されている場合、特に別記した場合および原理的に明らかに不可能な場合を除き、それら複数個の値の間の値を採用することも可能である。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。また、本発明は、上記各実施形態に対する以下のような変形例および均等範囲の変形例も許容される。なお、以下の変形例は、それぞれ独立に、上記実施形態に適用および不適用を選択できる。すなわち、以下の変形例のうち任意の組み合わせを、上記実施形態に適用することができる。

（変形例１）
上記実施形態では、感温素子３−１、…、３−１６の各々は、温度に応じて抵抗値が変化する素子であった。しかし、感温素子は、そのようなものに限られず、自己の温度に応じて電気的特性が変化する素子ならばどのようなものでもよい。例えば、感温素子３−１、…、３−１６は、熱電対であってもよい。

（変形例２）
上記実施形態では、風向風速計１は車両に搭載されているが、車両以外のものに搭載されていてもよい。

（変形例３）
上記実施形態において、外気温センサ９の表面も赤外線反射部材２５によって覆われていてもよい。この場合、外気温センサ９の表面よりも赤外線反射部材２５の方が赤外線反射能が高い。

（変形例４）
上記実施形態において、ヒータ３２は廃されてもよい。その場合、感温素子３−１、…、３−１６は、感温素子３−１、…、３−１６自体が通電によって発した熱によって温度が上昇する。

（変形例５）
上記実施形態では、赤外線反射部材２５は金属で構成されているが、赤外線反射部材２５は、熱伝導体２よりも赤外線反射能が高ければ、金属以外のもの（例えば樹脂）で構成されていてもよい。

（変形例６）
上記実施形態では、感温素子３−１、…、３−１６の数は１６個設けられている。しかし、感温素子の数は１６個より多くてもよいし少なくてもよい。また、風速を検出して風向を検出しないのなら、感温素子の数は１個でもよい。

（変形例７）
上記実施形態においては、風向と風速の両方を計測する風向風速計が例示されている。しかし、赤外線反射部材２５を用いる手法は、風向と風速のうち風向のみを計測するタイプの風向計にも適用可能であり、また、風向と風速のうち風速のみを計測するタイプの風速計にも適用可能である。なお、第１、第２実施形態における風向風速計１は、風向を計測するので風向計の一種であると共に、風速を計測するので風速計の一種でもある。

（まとめ）
上記各実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、赤外線反射部材は、熱伝導体の表面のうち、１個以上の感温素子が配置されている部分でも複数個の配線が配置されている部分でもない部分を覆うと共に熱伝導体よりも、赤外線によって運ばれるエネルギーの反射率が高い。

また、第２の観点によれば、赤外線反射部材は金属で構成されている。このようになっていることで、赤外線によって運ばれるエネルギーの反射率が高い赤外線反射部材を提供することができる。

また、第３の観点によれば、赤外線反射部材は貴金属で構成されている。このようになっていることで、赤外線反射部材が酸化しにくくなる。したがって、高い赤外線反射能が長期間維持される。

また、第４の観点によれば、風速計は、熱伝導体の内部に配置されたヒータを備え、赤外線反射部材は、熱伝導体の表面のうち、ヒータを受け入れるために形成された孔に面している部分でも熱伝導体を支える支柱に対向する部分でもない部分の全体を覆う。

このようになっていることで、熱源の輻射熱に起因する熱伝導体２における温度場の乱れがより低減され、かつ、熱源の輻射熱に起因する熱伝導体２の温度上昇がより低減される。

また、第５の観点によれば、赤外線反射部材は、熱伝導体の表面のうち、１個以上の感温素子が配置されている部分も覆う。このように、赤外線反射部材と１個以上の感温素子が重なることで、熱源の輻射熱に起因する熱伝導体の温度上昇がより低減される。

また、第６の観点によれば、１個以上の感温素子は、熱伝導体よりも、赤外線によって運ばれるエネルギーの反射率が高い。このようになっていることで、熱伝導体が吸収する熱源由来の輻射熱の量を更に低減することができる。

また、第７の観点によれば、１個以上の感温素子の材質は、赤外線反射部材と同じである。このようになっていることで、風速計の製造に要する材料の数を低減することができると共に、材質の違いによって温度場のばらつきが発生する可能性を低減することができる。

また、第８の観点によれば、１個以上の感温素子は、複数個の感温素子である。また、複数個の感温素子のうちどの２つの感温素子についても、熱伝導体の表面上における当該２つの感温素子の一方から他方までの最短経路の一部を、赤外線反射部材が覆っている。

このように、熱伝導体２上にバランス良く赤外線反射部材２５が配置されている。したがって、本体部２０の周囲のどの方向に高温の熱源（例えばエンジン１１４）があっても、その熱源に由来する輻射熱の影響が抑えられる。

また、第９の観点によれば、風向計も、上記各観点における風速計と同等の特徴を有する。

１ 風向風速計
２ 熱伝導体
３−１、…、３−１６ 感温素子
６ 配線
２５ 赤外線反射部材
８１ 処理部

Claims (9)

1. 熱を伝導可能な熱伝導体（２）と、
   前記熱伝導体の表面に配置されると共に、流れる空気から熱的に影響を受ける位置に配置され、前記空気から伝達される熱以外の熱によって温度上昇し、自己の温度に応じて電気的特性が変化する１個以上の感温素子（３−１、…、３−１６）と、
   前記１個以上の感温素子が検出した温度に基づいて、前記空気の風速を検出する処理部（８１）と、
   前記１個以上の感温素子と前記処理部とを電気的に繋ぐ複数個の配線（６）と、
   前記熱伝導体の表面のうち、前記１個以上の感温素子が配置されている部分でも前記複数個の配線が配置されている部分でもない部分を覆うと共に前記熱伝導体よりも、赤外線によって運ばれるエネルギーの反射率が高い赤外線反射部材（２５）と、を備えた風速計。
2. 前記赤外線反射部材は金属で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の風速計。
3. 前記赤外線反射部材は貴金属で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の風速計。
4. 前記熱伝導体の内部に配置されたヒータ（３２）を備え、
   前記赤外線反射部材は、前記熱伝導体の表面のうち、前記ヒータを受け入れるために形成された孔（３７）に面している部分でも前記熱伝導体を支える支柱に対向する部分でもない部分の全体を覆うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の風速計。
5. 前記赤外線反射部材は、前記熱伝導体の表面のうち、前記１個以上の感温素子が配置されている部分も覆うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の風速計。
6. 前記１個以上の感温素子は、前記熱伝導体よりも、赤外線によって運ばれるエネルギーの反射率が高いことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の風速計。
7. 前記１個以上の感温素子の材質は、前記赤外線反射部材と同じであることを特徴とする請求項６に記載の風速計。
8. 前記１個以上の感温素子は、複数個の感温素子であり、
   前記複数個の感温素子のうちどの２つの感温素子についても、前記熱伝導体の表面上における当該２つの感温素子の一方から他方までの最短経路の一部を、前記赤外線反射部材が覆っていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の風速計。
9. 熱を伝導可能な熱伝導体（２）と、
   前記熱伝導体の表面に配置されると共に、流れる空気から熱的に影響を受ける位置に配置され、前記空気から伝達される熱以外の熱によって温度上昇し、自己の温度に応じて電気的特性が変化する複数個の感温素子（３−１、…、３−１６）と、
   前記熱伝導体の表面のうち、前記複数個の感温素子が配置されている複数の部分以外の部分を覆うと共に前記熱伝導体よりも、赤外線によって運ばれるエネルギーの反射率が高い赤外線反射部材（２５）と、
   前記複数個の感温素子が検出した温度に基づいて、前記空気の風向を検出する処理部（８１）と、を備える風向計。

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