JP5738547B2 - 寒冷地仕様風向風速計 - Google Patents

Description

本発明は、寒冷地に設置され、凍結等による作動不良を抑止できるようにした寒冷地仕様風向風速計に関するものである。

一般に、風向風速計は、風向によって鉛直に立てた固定スタンドを中心に回動するもので、垂直尾翼を有する胴体を有している。この胴体は、風向きの変化に敏感に追従し、該胴体の回転角は伝達手段を通してモニターや記録器に表示ないし記録できるようになっている。また、プロペラは、風の乱れには殆ど影響を受けずに風速に良く比例する。風速はプロペラの回転軸（シャフト）に取り付けたエンコーダを通してモニターや記録器に表示ないし記録できるようになっている。

上記風向風速計で、寒冷地、特に豪雪地帯に設置されるものは、図３の如く、鉛直に立てた固定スタンド５１を中心に、風向を垂直尾翼に受けて回動する胴体５２と、風速に応じた速さで回転するプロペラ５３とを備え、該プロペラ５３の基部５４と胴体先端面５５との間にラビリンス構造をとるシール部があり僅かに隙間５６がある。この隙間５６に雨水、融雪が入り込み、気温低下により氷結することでプロペラの回転抵抗が増大したり、回転不能になって風向及び風速を正確に計れないということが起り得た。

着氷や氷結が発生する条件は、無風で湿った雪が降り積もり気温の上昇により雪が溶け水となり回転部分の継ぎ目（プロペラ基部と胴体との間の隙間５６）に侵入し、気温の低下により氷に変化して固着する場合に多く見られる。この固着後は、風が吹いても観測性能が発揮できない。このような着氷対策に関しては、特開２００６−１０６２６号公報に記載されている。この記載によれば、固定スタンドに温風発生手段を設け、該温風発生手段により発生した温風を、前記胴体ないしプロペラ（特に、回転部分の継ぎ目）に送風できる構成になっていた。
特開２００６−１０６２６号公報

しかしながら、上記従来型の寒冷地等に設置される風向風速計は、温風発生手段を設けることから温風発生手段を作動させるための電力（融雪電力）が消費されることから好ましいものではなかった。また、上記従来型の風向風速計は、プロペラ基部が胴体に隙間なく近接し、この僅かな隙間に雨や雪が付着し、氷結することによりプロペラの回転抵抗が増大してしまうことが原因であった。

本発明は、上記の点の改造法に想いを致し、長年にわたる研究の結果、遂に完成したもので、その目的とするところは、新たな融雪電力の導入などの現状設置条件を変えることなく、胴体に雨水や雪の付着をさせず、プロペラに回転不良を起こさせるような原因を作らせないようにした寒冷地仕様風向風速計を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係わる風向風速計は、鉛直に立てた固定スタンドを中心に、風向によって回動する垂直尾翼を有する胴体と、該胴体の先端部に風速に応じて回転するプロペラとを備えてなる風向風速計において、前記プロペラと胴体との間に回転軸を露出させた非氷結空間を設けるとともに、該非氷結空間にある回転軸の径を回転による着氷破壊力の得られるφ８ｍｍ程度に設定したことを特徴とし、雨水を付着させず、雪も積もらせず、シャフトに凍結が生じたとしても着氷破壊力が得られるのでその影響を受けずにプロペラが風速を良く感知できるように構成した。

本発明によれば、プロペラと胴体との間には必要な空間（非氷結空間）があって氷結によってプロペラの回転不良を起こすような原因を作らせない。しかも、非氷結空間にある回転軸の径は、回転による着氷破壊力の得られるφ８ｍｍ程度に設定してあるので、たとえ、プロペラと胴体との間に露出する回転軸（シャフト）に着氷が生じたとしても、よく破壊されるので、風向及び風速の測定が確実にできるという優れた効果を奏する。

次に、本発明の実施態様を添付図面に基づいて説明する。図１は本願風向風速計の一部切欠側面図、図２は超撥水皮膜層を示す一部拡大図である。

本願風向風速計１は、図１の如く、鉛直に立てた固定スタンド２を中心に風向によって回動する垂直尾翼３ｂを有する胴体３と、該胴体３の先端部に風速に比例して回転するプロペラ４とを備えている。前記胴体３は外表面を断面円形をした飛行機状の胴部３ａと、該胴部３ａの後部上面からやや後向きに斜状に隆起した垂直尾翼３b とからなる。しかも胴部３ａ内には、プロペラ４から回転軸（シャフト）５を介して連通した風速測定機器６が内蔵されている。

前記胴部３ａの腹面には縦軸７が設けられ、前記固定スタンド２の立ち上がり部２ａを通って固定スタンド２の基部２ｂ内に設置した風向測定機器８に繋がっている。これら風速測定機器６及び風向測定機器８からの出力は、それぞれ伝達手段（防水コネクタ）９を通してモニター等の外部機器（図示せず）に接続されている。

前記固定スタンド２の立ち上がり部２ａの上部には、前記縦軸７を軸受した軸支部（スラストベアリング）２ａ′が設けられ、該軸支部２ａ′は前記胴部３ａから垂下したスカート部３ａ′にて被覆され、雨水や雪の侵入を防いでいる。

前記プロペラ４の基部４ａと、前記胴体３の先端部との間には非氷結空間Ｈが設けられている。この非氷結空間Ｈは、前記回転軸（シャフト）５を２ｍｍ〜２０ｍｍ露出させたもので、好ましくは１５ｍｍ程度がよい。なお、２ｍｍ未満であると、非氷結空間Ｈとして十分な機能が期待できないし、２０mmを超えるとシャフト５の振動によるプロペラ４の回転に障害が生ずる。

前記非氷結空間Ｈは、シャフト５を露出するためであり、雨水や降雪に触れ、凍結が生じることは避けられないが、シャフト５はφ８ｍｍ程度の小径であり、すなわち、プロペラ基部と胴体の接触面積に比して直径が極めて小さく、たとえ凍結したとしても風速に応じて即時に回転することになり、着氷（凍結部）を破壊する力があるので支障がない。換言すれば、着氷を破壊する力は風に対するプロペラ４の回転トルクと同じであるから、シャフトの外径（直径）を小さくすることでより大きくなる。つまり、氷を破壊する力はシャフトの径に反比例する。この作用により着氷を防ぐものである。

前記垂直尾翼３ｂを含む胴体３、プロペラ４及び露出した回転軸（シャフト）５が、超撥水皮膜１０で覆われている。超撥水皮膜１０は、図２の如く、表面に超撥水機能を有する塗料（ＨＩＲＥＣ＝商標）と、より耐久性のあるセラミック塗料を何れか一方または双方を重ねて塗布してなる。この超撥水皮膜１０は、着氷、着雪、着水を大幅に軽減する性質を持ち、表面に付着した水を落とす力を有し、その瞬間に水滴が小さく弾かれるように飛散し、重力で落下させる。

次に本願風向風速計１の寒冷地向けの実験例を示す。
（１）サンプルＡ：鉛直に立てた固定スタンドを中心に風向によって回動する垂直尾翼を有する胴体と、風速に応じて回転するプロペラとを備え、プロペラ基部（φ５２ｍｍ）と胴体先端部との隙間０．５ｍｍに構成（非氷結空間なし）してなる風向風速計（比較品＝図３参照）。
（２）サンプルＢ：鉛直に立てた固定スタンドを中心に風向によって回動する垂直尾翼を有する胴体と、風速に応じて回転するプロペラとを備え、プロペラ基部と胴体先端部との間に回転軸（シャフト）を１５．５ｍｍの非氷結空間を設けてなり、かつ、胴体、プロペラ及びシャフトに超撥水皮膜（ＨＩＲＥＣ塗料を塗布）を形成してなる風向風速計（本願品１）。
（３）サンプルＣ：鉛直に立てた固定スタンドを中心に風向によって回動する垂直尾翼を有する胴体と、風速に応じて回転するプロペラとを備え、プロペラ基部と胴体先端部とをシャフトを介して１５．５ｍｍの非氷結空間Ｈを設けてなり、かつ、胴体、プロペラ及びシャフトに超撥水皮膜（超撥水機能が半永久的に持続するＣＥＲＡＭＩＣ塗料を塗布）を形成してなる風向風速計（本願品２）。

上記サンプルＡ〜Ｃを平成２０年８月４日、５日に、独立行政法人防災科学技術研究所雪氷防災研究センター（山形県新庄市）に持ち込み、センター支所長の指導の下、実際の凍結状況に極めて近似な環境を再現した。

降雪試験プログラムは下記の６種類を行った（環境温度は−２°Ｃ) 。
ＮＯ．１ 微風時 降雪性能試験
ＮＯ．２ 無風時 降雪着雪試験
ＮＯ．３ 無風時 温度変化試験（噴霧着氷固着試験）
ＮＯ．４ 微風時 降雪着氷後起動風速試験
ＮＯ．５ 微風時 温度上昇試験（回復温度）
ＮＯ．６ 微風時 凍結温度試験（噴霧着氷温度）

上記実験の結果、以下の評価を得た。
（記）
サンプルＡ サンプルＢ サンプルＣ
ＮＯ．１ 微風 降雪性能試験 回転する 回転する 回転する
ＮＯ．２ 無風 降雪着氷試験 凍結せず 凍結せず 凍結せず
ＮＯ．３ 無風 温度変化試験 固着 着氷なし 着氷なし
ＮＯ．４ 微風 起動風速試験 回転せず 回転する 回転する
ＮＯ．５ 微風 温度回復試験 ＋４．３度で回復 回転する 回転する
ＮＯ．６ 微風 凍結温度試験 着氷し成長、固着 回転する 回転する

上記本願品１，２（サンプルＢ、Ｃ）と、比較品（サンプルＡ）では、前者がφ８ｍｍのシャフトと胴体との接触面であるのに対し、後者がφ５２ｍｍのプロペラ基部と胴体との接触面となるから、６．５倍の氷結破壊力を持つと言える。さらに細軸であるため降雪時の堆積量が極めて少なく着氷に関して大きな利点を持つ。さらに超撥水皮膜の併用で、より高度の寒冷地対策となることが証明された。

本願風向風速計は、寒冷地、特に豪雪地帯に設置され、凍結等による作動不良を抑止できる点で、極めて有効であり、産業上の利用可能性は極めて高いものである。

本願風向風速計の一部切欠側面図である。 超撥水皮膜層を示す一部拡大図である。 従来型の風向風速計の側面図である。

１ 本願風向風速計
２ 固定スタンド
２ａ 立ち上がり部
２ａ′ 軸支部
２ｂ 基部
３ 胴体
３ａ 胴部
３ｂ 垂直尾翼
４ プロペラ
５ 回転軸（シャフト）
６ 風速測定機器
７ 縦軸
８ 風向測定機器
９ 伝達手段（防水コネクタ）

Claims (1)

1. 鉛直に立てた固定スタンドを中心に、風向によって回動する垂直尾翼を有する胴体と、該胴体の先端部に風速に応じて回転するプロペラとを備えてなる風向風速計において、前記プロペラと胴体との間に回転軸を露出させた非氷結空間を設けるとともに、該非氷結空間にある回転軸の径を回転による着氷破壊力の得られるφ８ｍｍ程度に設定したことを特徴とする風向風速計。

Images