WO2019065133A1 - くもり止め装置 - Google Patents

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WO2019065133A1
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dew point
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佐々木　裕之
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旭化成株式会社
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    • G01N21/1717—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with a modulation of one or more physical properties of the sample during the optical investigation, e.g. electro-reflectance
    • G01N2021/1731—Temperature modulation

Definitions

  • the present invention relates to an anti-fogging device for preventing the occurrence of clouding and condensation.
  • an antifogging device which prevents the occurrence of fogging or condensation on a windshield or the like of an automobile by measuring the surface temperature of an object.
  • clouding or condensation occurs if the surface temperature of an object is lower than the dew point temperature of the space near the object (generally air).
  • the dew point temperature can be determined from these measured values by measuring the temperature of the space and the relative humidity.
  • the anti-fogging device is most generally adjusted using any air conditioner or the like so that the surface temperature of the object is not lower than the dew point temperature.
  • the adjustment operation in the above-described anti-fog device is basically performed under automatic control, and may be applied particularly to an undesirable form when fogging or condensation occurs even for a moment.
  • the most representative example is that applied to the windshield of a car.
  • the surface temperature of the object should not be lower than the dew point temperature as described above, but the surface temperature of the object may be several degrees higher than the dew point temperature (not 0 ° C.) Even if it is, it is common practice to make adjustments for antifogging.
  • Patent Documents 1 to 3 disclose techniques in which the principle of a method of adjustment using an air conditioner or the like is applied to a windshield of an automobile so that the surface temperature of an object does not become lower than the dew point temperature.
  • Patent Document 1 describes a technique of blowing heated air from a heater onto a glass to raise the temperature, as condensation may occur when the dew point approaches 3 ° C. lower than the glass temperature.
  • Patent Document 2 describes that it is effective to use a non-contact type temperature sensor for measuring the glass temperature, in particular, to use an infrared sensor. Furthermore, there is also described a technique for drying the air in the vicinity of the glass, as dew condensation may occur when the dew point temperature approaches 5 ° C. lower than the glass temperature.
  • Patent Document 3 as a parameter corresponding to the difference between the dew point temperature and the glass temperature commonly appearing in Patent Documents 1 and 2, one that is an expected value of the degree of clouding is defined, and this predicted degree of clouding degree and the antifogging judgment value are compared By doing, the technique which determines the control method of air conditioning is described.
  • the antifogging determination value defined in Patent Document 3 is described as 85%, this value corresponds to approximately 3 ° C. when converted to the difference between the dew point temperature and the glass temperature.
  • the surface temperature of the object (the surface temperature of the glass) is 3 ° C. or more higher than the dew point temperature, and the antifogging adjustment is performed even under conditions where clouding or condensation can not ideally occur. ing. That is, the air conditioner such as the air conditioner and the defroster is operated for antifogging although there is no fear of antifogging. This leads directly to overuse of the air conditioning energy. For example, in the case of a motor vehicle, particularly in a hybrid vehicle (PHEV) or an electric vehicle (EV), the fuel consumption (electric cost) is lowered and the range is lowered. As described above, in the prior art, the reason why the antifogging adjustment must be started under severer conditions than the conditions in which clouding and condensation actually occur can be roughly classified into the following two points.
  • PHEV hybrid vehicle
  • EV electric vehicle
  • each temperature / humidity measurement location is at a distance from the location where cloudiness or condensation occurs.
  • the temperature of the windshield in particular, differs greatly between the upper part and the lower part with the outlet.
  • the humidity in the air in the car is largely different between the vicinity of the glass and the vicinity of the driver's seat.
  • each temperature / humidity measurement value includes an error. For example, in the worst case, assuming that each surface temperature of the object has an error of ⁇ 1 ° C, that of the air is ⁇ 1 ° C, and that of the humidity of the air is ⁇ 3%. Even if the measured dew point temperature is 3 ° C. lower than the measured surface temperature of the object, the true value of the surface temperature of the object is lower than the true value of the dew point temperature. At this time, cloudy weather or condensation occurs even under ideal conditions.
  • the object of the present invention is to reduce the consumption of air conditioning energy by setting the margin to the minimum setting value by using a new control method in order to improve the fuel consumption or the cruising distance in a car, particularly an electric car.
  • the purpose is to provide an anti-stick device without the possibility of
  • an anti-fogging device is the anti-fogging device, which performs control to prevent fogging or condensation depending on the comparison result of the surface temperature of the object and the dew point temperature.
  • a surface temperature measurement unit that measures the temperature of the object based on the amount of infrared radiation emitted from the object and the temperature of the device that measures the amount of infrared radiation, and the dew point temperature is detected based on the temperature and humidity of the ambient environment of the object
  • the measurement error included in the output of the sensor that measures the temperature of the surrounding environment of the object has the same characteristic.
  • an anti-fogging device comprising: an infrared sensor for measuring an amount of infrared radiation emitted from an object; a temperature sensor for measuring a temperature of an environment surrounding the object; A temperature sensor for detecting the surface temperature of the object based on the amount of infrared light measured by the infrared sensor and the temperature measured by the temperature sensor, the temperature measured by the temperature sensor, and According to the result of comparison between the dew point temperature measurement unit that detects the dew point temperature based on the humidity measured by the humidity sensor and the surface temperature detected by the surface temperature detection unit and the dew point temperature detected by the dew point temperature measurement unit And a control unit that performs control to prevent fogging or dew condensation, and the temperature sensor is characterized by being common to the surface temperature detection unit and the dew point temperature measurement unit.
  • the present invention it is possible to more accurately set conditions in which no fogging or condensation can occur, and by using the air conditioning control for anti-clouding according to the conditions, use of the air conditioning energy accordingly Can be stopped. For this reason, the consumption of the air conditioning energy, such as the consumption of the air conditioning energy of the electric vehicle which has been particularly large in the past, can be overwhelmingly reduced.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of an anti-fog device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a temperature sensor.
  • the temperature sensor 1 may be a mercury column type used in ordinary so-called thermometers or the like, but in the anti-fogging device 100 according to an embodiment of the present invention, a small semiconductor such as a thermocouple or a thermistor from the viewpoint of occupied area Mold sensors are optimal.
  • the infrared sensor 2 is an infrared sensor.
  • the infrared sensor 2 receives infrared light and outputs a signal V corresponding to the amount of received light, and the signal V becomes larger as the amount of received light increases.
  • the wavelength band of the infrared sensor 2 is set to about 5 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less, as in a normal radiation thermometer. This is because the average temperature of the environment is about 15 ° C. or more and 25 ° C. or less, and the peak wavelength received by the infrared sensor 2 is about 10 ⁇ m according to the displacement rule of Vienne.
  • 3 is a surface temperature measurement unit.
  • the surface temperature measurement unit 3 is a block that measures the surface temperature of the object to be subjected to anti-clouding by the anti-fog device 100 in a non-contact manner.
  • the object is glass, in particular the windshield of a motor vehicle. Note that the object is not limited to the windshield of an automobile, and any object that causes fogging or condensation can be applied.
  • the temperature of the infrared sensor 2 itself is also required.
  • the temperature of the infrared sensor 2 is measured by the temperature sensor 1.
  • the temperature sensor 1 is not only used in the surface temperature measuring unit 3. Details will be described later.
  • the surface temperature measuring unit 3 detects the temperature of the object, that is, the temperature of the windshield, based on the infrared output V composed of a signal corresponding to the amount of light received from the infrared sensor 2 and the output of the temperature sensor 1. .
  • the humidity sensor 4 is a humidity sensor.
  • the humidity sensor 4 may be a conventional so-called dry-wet bulb type, but in the present embodiment, a small size sensor such as an electrostatic capacitance type or a resistance type is optimal from the viewpoint of the occupied area.
  • 5 is a dew point temperature measurement part.
  • the dew point temperature can be determined by the temperature of the environment and the relative humidity. Therefore, the humidity sensor 4 is first used to measure the relative humidity.
  • the temperature sensor 1 for measuring the temperature of the environment in the present embodiment uses the same (common) one as that used in the surface temperature measurement unit 3. That is, the temperature sensor 1 for measuring the temperature of the infrared sensor 2 itself is also used as a temperature sensor for measuring the environmental temperature.
  • the temperature sensor used in the surface temperature measurement unit 3 and the temperature sensor used in the dew point temperature measurement unit 5 are completely different. That is, two temperature sensors were present. On the other hand, in the present embodiment, only one temperature sensor is present. Although this enables space saving and cost reduction, it is actually more effective. Details of this will be described later.
  • 6 is a dew condensation judging part. Generally, the determination of the clouding or condensation is performed by comparing the glass surface temperature with the dew point temperature, but this principle is also applied in this embodiment.
  • the cloudy dew condensation determination unit 6 controls the air conditioner 7 according to the comparison result between the glass surface temperature and the dew point temperature, and performs control to prevent cloudy or dew condensation.
  • the air conditioner 7 is, for example, an air conditioner, a defroster, or the like that supplies conditioned air to an object to be controlled, that is, a windshield, or to an environment around the object, that is, a vehicle cabin.
  • FIG. 2 is a flow chart showing the operation of each block of the anti-fog device 100 shown in FIG.
  • the flowchart shown in FIG. 2 is an example of a system in which only a single process process is permitted, and the process shown in FIG. 2 can also be applied to a system capable of parallel processing.
  • the present invention can also be applied to the case where the context of each process of is reversed.
  • the anti-fogging device 100 first measures temperature using the temperature sensor 1 (step S1). In this temperature measurement, there is no information input to the temperature sensor 1, and the output information is temperature. Let the temperature output from the temperature sensor 1 be Tr.
  • the amount of infrared rays output from the windshield is measured using the infrared sensor 2 (step S2).
  • the output information is an infrared output V.
  • the surface temperature measurement unit 3 measures the glass surface temperature (step S3).
  • the surface temperature measurement unit 3 actually calculates and outputs the glass surface temperature Tb from the temperature Tr measured in step S1 and the infrared output V measured in step S2, which are input information in this step.
  • the simplest example of the equation for calculating the glass surface temperature Tb can be expressed by the following equation.
  • Tb V / b + Tr
  • b in the equation is a coefficient corresponding to the sensitivity of the infrared sensor 2 and is a coefficient that is given in advance before the process shown in FIG. 2 is started.
  • the relative humidity of the environment is measured using the humidity sensor 4 (step S4). There is no input information to the humidity sensor 4, and the output information is the relative humidity Hr.
  • the dew point temperature of the environment is measured by the dew point temperature measurement unit 5 (step S5).
  • the dew point temperature measurement unit 5 actually calculates and outputs the dew point temperature Td from the temperature Tr measured in step S1 and the relative humidity Hr measured in step S4, which are input information in this step.
  • the calculation example of the dew point temperature is shown below in a list.
  • the saturated water vapor amount is obtained from the temperature Tr.
  • the amount of saturated water vapor may be calculated using, for example, the equation of Tetens.
  • the relative humidity Hr is multiplied by the saturated water vapor amount determined in (1) to determine the absolute humidity of the environment.
  • the glass surface temperature Tb and the dew point temperature Td are compared (step S6).
  • the surface temperature Tb of the glass generally an object
  • Tb> Td the dew point temperature
  • clouding or condensation does not occur.
  • Tb ⁇ Td the theory (ideal environment) that clouding or condensation occurs is a major premise. In contrast to this major premise, it is the setting of the margin (3 ° C. or 5 ° C.) as shown in the prior art that takes into account the errors and the like that occur in actual operation.
  • the true value of the environmental temperature is 25 ° C.
  • the true value of the environmental humidity is 40% RH.
  • the dew point temperature at this time is calculated as follows according to the general calculation example described above. (1)
  • the saturated steam amount at a temperature of 25 ° C. is 23.0 g / m 3 .
  • the relative humidity is 40% RH and the absolute humidity is 9.2 g / m 3 .
  • the temperature at which the amount of saturated water vapor is 9.2 g / m 3 is 9.7 ° C.
  • the dew point temperature is 9.7 ° C. That is, as a consequence of theory, when the true value of the glass temperature decreases to 9.7 ° C., clouding or condensation starts to occur.
  • each error of the measured temperature and relative humidity in this case is set as follows. As shown in the section of the prior art and in Patent Documents 1 to 3 and the like, this error may be regarded as a substantially standard value.
  • Environmental temperature error ⁇ 1 ° C
  • Environmental humidity error ⁇ 2% RH
  • Glass temperature error ⁇ 1 ° C
  • the dew point temperature at this time is calculated to be 8.2 ° C. in exactly the same manner.
  • the glass temperature is 9.7 ° C. as a true value, it may be 10.7 ° C. as a measurement value with an error.
  • the dew point temperature is lower by 2.5 ° C. than the glass temperature even when only the time of the above-mentioned limited example is considered as the judgment in the case of considering the error. It is appropriate to determine that clouding or condensation has already occurred in the condition. On the contrary, the error of the prior art (such as 3 ° C.) is also a proof of being set very carefully.
  • the absolute humidity is directly measured without measuring the relative humidity for the measurement of the dew point temperature
  • this method is also included in the first conventional method. This is because an element that measures absolute humidity directly is equivalent to embedding a thermometer separately from other thermometers in an element that measures absolute humidity. The same applies to the second conventional method described below, but not to the method according to an embodiment of the present invention.
  • the second conventional method is the case of using an infrared sensor for glass surface temperature measurement calculation. Furthermore, unlike the embodiment of the present invention, when the temperature sensor for measuring the temperature of the infrared sensor and the temperature sensor for measuring the temperature for dew point temperature measurement calculation are completely different, that is, It is a comparison with the case where a temperature sensor is provided. Patent Document 2 shown in the prior art is this case.
  • the temperature and humidity to be measured in this case and their errors are set as follows. This error follows that of the first conventional method.
  • Environmental temperature error ⁇ 1 ° C
  • Environmental humidity error ⁇ 2%
  • Infrared sensor temperature error ⁇ 1 ° C
  • Error of infrared sensor output ⁇ 1 ° C (equivalent to sensor output value)
  • the error of the environmental temperature and humidity (dew point temperature) is the same as the first method.
  • both of the error generated when measuring the temperature of the infrared sensor itself and the error of the output value of the infrared sensor are due to the fact that the infrared sensor is used to measure the glass temperature. , Each occurs independently. Therefore, since the mechanism of error generation is different from that of the first conventional method, it is necessary to consider again from the calculation method of the theoretical value of the glass temperature.
  • the value of the error in the case of the method according to the embodiment of the present invention naturally follows the value of the error of the two conventional techniques. Furthermore, the characteristics relating to the error in the method according to one embodiment of the present invention are set as follows. Error of environmental temperature: ⁇ 1 ° C, has the same error value as infrared sensor temperature. Environmental humidity error: ⁇ 2% RH Infrared sensor temperature error: ⁇ 1 ° C, has the same error value as the environmental temperature.
  • the situation largely changes depending on the method according to the embodiment of the present invention and the method according to the two prior arts.
  • the error of the infrared sensor temperature is also exactly the same as the error of the environmental temperature. That is, the infrared sensor temperature with an error is assumed to be 26 ° C. common to the two prior art methods, but the method according to an embodiment of the present invention does not have to be assumed to be 26 ° C. And can be set. If the infrared sensor output "-16. 3 ° C" or more "-14. 3 ° C or less" accompanied by an error is added to this, the glass temperature measurement value with an error is in the range of "7.7 ° C or more and 9.7 ° C or less" Calculated as internal.
  • the dew point temperature is first lower by 1.5 ° C. than the glass temperature even in the worst case. Can be determined to have occurred. That is, by applying the method according to the embodiment of the present invention, the margin of 1 ° C. is not increased compared to the conventional 2.5 ° C., and the margin of 2 ° C. is not expanded compared to the conventional 3.5 ° C. Can do it. It will be as follows when it demonstrates based on the actual air conditioning system of a motor vehicle using the said number.
  • the dew point temperature is 4 ° C. lower than the glass surface temperature in a car.
  • the method according to the embodiment of the present invention nor the first method and the second method is determined to have caused fogging or condensation, so that the fog prevention operation, that is, There is no need to use air conditioning energy such as air conditioners and heating in automobiles.
  • the 4 ° C. lower condition is reduced to 3.5 ° C., at least in the case of the second conventional method, the anti-fogging operation must be started for the safety of securing the field of view of the driver of the vehicle. Therefore, energy consumption of the air conditioner, heating, etc. required for the anti-clouding operation increases.
  • the method of the present invention can be obtained firstly by using a radiation thermometer using an infrared sensor, not a temperature sensor such as a thermocouple.
  • a further effect can be obtained by using a humidity sensor that measures relative humidity rather than directly measuring absolute humidity.
  • the two effects described here can be obtained essentially by using the temperature sensor 1 both for measuring the temperature of an object such as glass and for measuring the dew point temperature of the space.
  • both the calculation for obtaining the surface temperature of the object from the output of the infrared sensor and the calculation for obtaining the dew point temperature from the relative humidity both depend on the temperature of the environment, in the embodiment of the present invention the temperature measured by the temperature sensor 1
  • both the surface temperature and the dew point temperature of an object increase as the temperature of the environment increases, and conversely, both decrease as the temperature of the environment decreases.
  • the temperature sensor used in the surface temperature measurement unit 3 that is, the temperature sensor for detecting the temperature of the infrared sensor 2, and the temperature sensor used in the dew point temperature measurement unit 5, that is, the temperature of the surrounding environment
  • the present invention is not limited to this.
  • a dedicated temperature sensor 3a used in the surface temperature measuring unit 3 and a dedicated temperature sensor 5a used in the dew point temperature measuring unit 5 having characteristics that the measurement error is the same are provided. May be Further, as shown in FIG.
  • a dedicated temperature sensor 3b used in the surface temperature measurement unit 3 and a dedicated temperature sensor 5b used in the dew point temperature measurement unit 5 are provided, and the measurement included in the output of the temperature sensor 3b Even if a calibration unit 8 is provided to adjust at least one of the output characteristic of the temperature sensor 5b and the output characteristic of the temperature sensor 3b such that the error and the measurement error included in the output of the temperature sensor 5b are the same. Good.
  • the calibration unit 8 may perform calibration periodically or at a predetermined timing so that the measurement error of the temperature sensor 3b and the measurement error of the temperature sensor 5b become the same.
  • the following method can be considered.
  • the temperature sensor 3b and the temperature sensor 5b before being incorporated into the anti-fog device 100 are placed in the same temperature environment, and the outputs of the temperature sensor 3b and the temperature sensor 5b at that time are obtained, and the difference between the two is taken as a calibration value.
  • the calibration value is stored in the calibration unit 8 of the anti-fog device 100, and in actual use, the output of the temperature sensor 3b or 5b is raised (or reduced) by the calibration value.
  • the temperature sensors 3a and 5a having the characteristic that the measurement errors become the same for example, a large number of temperature sensors 3a and temperature sensors 5a are prepared, and a set showing the same temperature value when they are placed in the same temperature environment If the temperature sensors 3a and 5a in the set are regarded as a set of temperature sensors having the characteristic that the measurement error is the same, and this set of temperature sensors is similarly incorporated in the anti-glare device 100. Good.

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Abstract

空調エネルギーの消費量をより低減することの可能なくもり止め装置を提供する。そのために、くもり止め装置（１００）は、温度センサ（１）、赤外線センサ（２）、表面温度測定部（３）、湿度センサ（４）、露点温度測定部（５）、くもり結露判定部（６）を備える。くもり止め装置（１００）に測定を命令すると、温度センサ（１）によって温度が測定される。さらに、赤外線センサ（２）の測定を行うことにより、赤外線センサ（２）の出力及び温度センサ（１）の出力に基づき表面温度測定部（３）でガラス表面温度が測定され、湿度センサ（４）の測定を行うことにより湿度センサ（４）の出力及び温度センサ（１）の出力により露点温度測定部（５）で露点温度が測定される。最後に、くもり結露判定部（６）にてガラス表面温度と露点温度が比較されてくもり又は結露が発生するか否かを判定する。

Description

くもり止め装置
　本発明は、くもりや結露の発生を防止するくもり止め装置に関する。
　従来、物体の表面温度を測定することにより、自動車のフロントガラス等にくもり又は結露が生じることを防止するくもり止め装置（防曇装置）が知られている。通常、くもり又は結露は、物体の表面温度がその物体近傍空間（一般には空気）の露点温度よりも低ければ発生する。一方、露点温度は空間の温度と相対湿度を測定することによりこれら測定値から求めることができる。くもり止め装置は、物体の表面温度が露点温度よりも低くならないように、何らかの空調装置等を用いて調整するものがもっとも一般的である。
　上記のくもり止め装置における調整動作は基本的には自動制御の下で行われ、くもり又は結露が一瞬でも発生しては不都合な形態に対して特に適用され得る。もっとも代表的な具体例は、自動車のフロントガラスに適用されるものである。自動車のフロントガラスの場合、くもり又は結露によって視認性が確保されない状況は、基本的に許容されない。したがって、実使用にあたっては、上記のように物体の表面温度が露点温度よりも低くならないようにするのではなく、物体の表面温度が、露点温度よりも(０℃ではない)何℃か高い状態であったとしても、防曇のための調整を行うことが一般的な手法となっている。
実開昭６３－１９４５５号公報 特表２００５－５３１７７６号公報 特開２０１１－６８１５７号公報
　自動車のフロントガラスに、物体の表面温度が露点温度よりも低くならないように、何らかの空調装置等を用いて調整する手法の原理を適用した技術が特許文献１から３に示されている。
　まず、特許文献１には、露点温度がガラス温度より３℃低い状態まで接近したら、結露が起こるおそれがあるものとして、ガラスにヒーターによる加熱空気を吹き付けて温度を上げる技術が記載されている。
　特許文献２には、ガラス温度の測定に非接触型の温度センサを用いること、特に赤外線センサを用いることが有効である旨が記載されている。さらに、露点温度がガラス温度より５℃低い状態まで接近したら、結露が起こるおそれがあるものとしてガラス近傍の空気を乾燥させる技術も記載されている。
　特許文献３には、特許文献１および２で共通に出現する露点温度とガラス温度の差分に対応するパラメータとして曇り度合予想値なるものを定義し、この曇り度合予想値と防曇判定値を比較することによって、空調の制御方法を決定する技術が記載されている。特許文献３に定義された防曇判定値は８５％との記載があるが、この数値は露点温度とガラス温度の差分に換算するとおよそ３℃に相当する。
　これらの特許文献３通りともいずれも、物体の表面温度（ガラスの表面温度）が露点温度よりも３℃以上高く、理想的にはくもりや結露が起こりえない状況下でも防曇の調整をしている。つまり、防曇の恐れがないのに防曇のためにエアコンディショナやデフロスター等の空調装置を動作させることになる。これは空調エネルギーの使い過ぎに直結する。例えば自動車の場合、特にハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）においては、燃費（電費）の低下や航続距離の低下といった悪影響をもたらす。
　このように、従来の技術において、実際にくもりや結露が起こる条件よりも厳しい条件で防曇調整を開始しなければならない理由としては、以下の２点に大別することができる。
　１点目は、各温湿度の測定場所が、くもりや結露の起こる場所からある程度離れた場所であることによるものである。車内での状況に鑑みると、特にフロントガラスの温度は、上部と吹き出し口のある下部とでは大きく異なる。また、車内の空中の湿度は、ガラス付近と運転手座席付近とで大きく異なる。しかしながら、このような状況はときどき発生するものの、各温湿度の測定場所を最適にすることにより比較的容易に解決可能である。
　２点目は、各温湿度の測定値には誤差が含まれることを考慮していることによるものである。例えば、各温湿度の測定値に誤差として、物体の表面温度に±１℃、空中の温度に±１℃、空中の湿度の±３％の誤差があるものと仮定すると、最悪の場合には露点温度測定値が物体の表面温度測定値より３℃低くても、物体の表面温度の真値が露点温度の真値より低くなる。このときは理想的条件下であっても、くもりや結露が発生する。
　つまり、温湿度の測定場所とくもりや結露が生じる場所との違い、また、温湿度の測定値に含まれる誤差によりくもりや結露が生じることを防止するためのいわゆるマージン設定として、実際にくもりや結露が起こる条件よりも厳しい条件で防曇調整を開始している、と言うことができる。
　本発明の目的は、自動車、特に電気自動車における燃費あるいは航続距離の向上のために、新たな制御方法を用いることによって前記マージンを最小限の設定値とすることで空調エネルギーの消費量をより低減することの可能なくもり止め装置を提供することを目的としている。
　上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るくもり止め装置は、物体の表面温度と露点温度との比較結果に応じて、くもり又は結露を防止する制御を行うくもり止め装置において、前記物体から放射される赤外線量と当該赤外線量を測定する装置の温度とに基づいて前記物体の温度を測定する表面温度測定部と、前記物体の周囲環境の温度及び湿度に基づいて露点温度を検出する露点温度測定部と、を備え、前記赤外線量を測定する測定の温度を検出するセンサ及び前記物体の周囲環境の温度を測定するセンサは、前記赤外線量を測定する装置の温度を検出するセンサの出力に含まれる測定誤差と、前記物体の周囲環境の温度を測定するセンサの出力に含まれる測定誤差とが、同一となる特性を有することを特徴としている。
　また、本発明の他の態様に係るくもり止め装置は、物体から放射される赤外線量を測定する赤外線センサと、前記物体の周囲環境の温度を測定する温度センサと、前記物体の周囲環境の湿度を測定する湿度センサと、前記赤外線センサが測定した赤外線量と前記温度センサが測定した温度とに基づいて前記物体の表面温度を検出する表面温度検出部と、前記温度センサが測定した温度と前記湿度センサが測定した湿度とに基づいて露点温度を検出する露点温度測定部と、前記表面温度検出部が検出した表面温度と前記露点温度測定部が検出した露点温度との比較結果に応じて、くもり又は結露を防止する制御を行う制御部と、を備え、前記温度センサは、前記表面温度検出部と前記露点温度測定部とで共通であることを特徴としている。
　本発明の一態様によれば、くもり又は結露が生じ得ない条件をより正確に設定することができ、この条件にしたがってくもり止めのための空調制御を行うことにより、その分、空調エネルギーの使用を停止させることができる。このため、特に従来大きかった電気自動車の空調エネルギーの使用量等、空調エネルギーの消費量を圧倒的に減少させることができる。
本発明の一実施形態にかかるくもり止め装置の一例を示す概略構成図である。 くもり止め装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。 くもり止め装置の変形例を示す概略構成図である。 くもり止め装置の変形例を示す概略構成図である。
　以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかである。また、以下の実施形態は、請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴的な構成の組み合わせの全てを含むものである。
　以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。以下の図面の記載において、図面は模式的なものである。
（実施形態の構成）
　図１は、本発明の一実施形態にかかるくもり止め装置１００の構成例を示すブロック図である。
　図１中、１は温度センサである。この温度センサ１は通常のいわゆる寒暖計などに用いられる水銀柱型などでも良いが、本発明の一実施形態にかかるくもり止め装置１００においては占有面積の観点から、熱電対やサーミスタのような小型の半導体型センサが最適である。
　２は赤外線センサである。赤外線センサ２は、赤外線を受光し受光量に応じた信号Ｖを出力し、受光量が増加するほど信号Ｖは大きくなる。この赤外線センサ２の波長帯域は、通常の放射温度計と同様に５μｍ以上１５μｍ以下程度と設定される。これは、環境の平均温度が１５℃以上２５℃以下程度であり、したがってヴィーンの変位則により赤外線センサ２の受けるピーク波長が１０μｍ程度となるためである。
　３は表面温度測定部である。詳細に言えば、表面温度測定部３は、くもり止め装置１００によるくもり止めの対象となる物体の表面温度を非接触で測定するブロックである。以下では、くもり止め装置１００によるくもり止めの対象である物体の典型的な例として、物体は、ガラス、特に自動車のフロントガラスとする。なお、物体とは自動車のフロントガラスに限るものではなく、くもりや結露が生じる物体であれば適用することができる。
　また、一般に赤外線センサ２を用いて非接触で物体の温度を測定するには、赤外線センサ２自身の温度も必要とする。本実施形態においては、赤外線センサ２の温度は温度センサ１で測定されるものとする。なお、この温度センサ１は表面温度測定部３で使われるだけではない。詳細は後述する。
　表面温度測定部３は、赤外線センサ２から出力される受光量に応じた信号からなる赤外線出力Ｖと温度センサ１の出力とをもとに、物体の温度、つまり、フロントガラスの温度を検出する。
　４は湿度センサである。この湿度センサ４は通常のいわゆる乾湿球型などでも良いが、本実施形態においては、占有面積の観点から、静電容量型や抵抗型といった小型のセンサが最適である。
　５は露点温度測定部である。一般に露点温度は環境の温度と相対湿度により求めることができる。したがって、まず相対湿度を測定するために湿度センサ４を用いる。
　一方で、本実施形態における環境の温度を測定する温度センサ１は、表面温度測定部３で使われるものと同一（共通）のものを利用する。つまり、赤外線センサ２そのものの温度を測定するための温度センサ１を、環境温度を測定するための温度センサとしても用いる。
　ここで従来は、表面温度測定部３で使われる温度センサと、露点温度測定部５で使われる温度センサはまったく別のものであった。つまり、温度センサは２個存在していた。
　これに対し、本実施形態では、温度センサは１個のみ存在する。これによって、省スペース化また低コスト化も可能となるが、実はもっと大きな効果がある。この詳細については後述する。
　６はくもり結露判定部である。一般に、くもり又は結露の判定はガラス表面温度と露点温度との大小比較をすることによって行われるが、本実施形態でもこの原理を適用する。くもり結露判定部６は、ガラス表面温度と露点温度との比較結果に応じて、空調装置７を制御し、くもり又は結露を防止する制御を行う。空調装置７は、例えば、制御対象の物体、つまりフロントガラスに対して、又は、物体の周囲環境つまり車室内に対して、調整された空気を供給する、エアコンディショナやデフロスター等である。
　図２は、図１に示すくもり止め装置１００の各ブロックの動作を示したフローチャートである。図２に示すフローチャートは単一の工程処理のみが許容されるシステムの一例であり、図２に示す処理は、並列処理が可能なシステムに適用することも可能であり、図２に示すフローチャート中の各工程の前後関係が逆転する場合も適用することができる。
　くもり止め装置１００は、オペレータ等により測定開始が命令されると、まず温度センサ１を用いて温度測定を行う（ステップＳ１）。この温度測定においては、温度センサ１に対して入力される情報はなく、出力情報は温度である。温度センサ１から出力される温度をＴｒとする。
　次に、赤外線センサ２を用いてフロントガラスから出力される赤外線量の測定を行う（ステップＳ２）。赤外線センサ２に対する入力情報はなく、出力情報は赤外線出力Ｖである。
　続いて、表面温度測定部３にてガラス表面温度の測定を行う（ステップＳ３）。表面温度測定部３では、実際には、この工程での入力情報である、ステップＳ１で測定した温度ＴｒとステップＳ２で測定した赤外線出力Ｖとから、ガラス表面温度Ｔｂを演算し出力する。ガラス表面温度Ｔｂの演算式のもっとも簡単な例は、次式で表すことができる。
　　　Ｔｂ＝Ｖ／ｂ＋Ｔｒ
　なお、式中のｂは赤外線センサ２の感度に相当する係数であり、図２に示す処理を開始する前に予め与えられる係数である。
　さらに、湿度センサ４を用いて環境の相対湿度の測定を行う（ステップＳ４）。湿度センサ４に対する入力情報はなく、出力情報は相対湿度Ｈｒである。
　続いて、露点温度測定部５にて環境の露点温度の測定を行う（ステップＳ５）。露点温度測定部５では、実際には、この工程での入力情報である、ステップＳ１で測定した温度ＴｒとステップＳ４で測定した相対湿度Ｈｒとから露点温度Ｔｄを演算し出力する。露点温度の演算例を以下に箇条書きで示す。
　（１）まず、温度Ｔｒから飽和水蒸気量を求める。飽和水蒸気量は、例えばテテンスの式を用いて算出すれば良い。
　（２）次に、（１）で求めた飽和水蒸気量に相対湿度Ｈｒを掛け算して、環境の絶対湿度を求める。
　（３）次に、（２）で求めた絶対湿度が飽和水蒸気量となるような温度を見い出す。ここで見い出した温度が露点温度Ｔｄに他ならない。
　なお、温度や湿度の具体的数値を用いた実際の演算例は、後述の効果の箇所に詳しく記載している。
　最後に、ガラス表面温度Ｔｂと露点温度Ｔｄとを比較する（ステップＳ６）。比較方法としては、ガラス（一般には物体）の表面温度Ｔｂが露点温度Ｔｄよりも高ければ（Ｔｂ＞Ｔｄ）くもり又は結露は起きない。一方、Ｔｂ≦Ｔｄであるならば、くもり又は結露が起こる、という理論（理想的環境）を大前提とする。この大前提に対し、実際の動作で生じる誤差等を考慮したのが、従来の技術で示したようなマージン（３℃又は５℃）の設定である。
　次に、従来の手法２通りとこれまで説明した本発明の手法とを比較することにより、本発明の一実施形態の効果を明らかにする。
（従来１通り目の手法）
　従来１通り目の手法は、ガラス表面温度測定として赤外線センサでなく、本実施形態における温度センサ１とほぼ同様の半導体型センサをガラスに接触させて取り付けることにより測定するものである。従来技術で示した特許文献１と特許文献３はこの手法を用いたものである。さらに、特許文献２の一部分もこの場合に含まれる。
　仮に、環境温度の真値が２５℃、環境湿度の真値が４０％ＲＨとする。このときの露点温度を前記の一般演算例にしたがって求めると、以下のようになる。
　（１）温度２５℃の飽和水蒸気量は２３．０ｇ／ｍ３。
　（２）したがって、相対湿度４０％ＲＨの絶対湿度は９．２ｇ／ｍ３。
　（３）９．２ｇ／ｍ３が飽和水蒸気量となるような温度は９．７℃。
　したがって、露点温度は９．７℃である。つまり、理論の帰結として、ガラス温度の真値が９．７℃まで低くなるとくもり又は結露が起こり始める。
　ここで、この場合の測定される温度と相対湿度の各誤差を以下のように設定する。従来技術の項及び特許文献１～３等でも示されている通り、この誤差はほぼ標準的な値とみてよい。
　環境温度の誤差：±１℃
　環境湿度の誤差：±２％ＲＨ
　ガラス温度の誤差：±１℃
　つまり、真値として２５℃、４０％ＲＨであっても、誤差を伴う測定値として２４℃、３８％ＲＨになる場合があることを示している。まったく同じやり方でこのときの露点温度を演算すると８．２℃となる。一方で、ガラス温度のほうも、真値として９．７℃であっても、誤差を伴う測定値として１０．７℃になる場合がある。
　ここで、くもり又は結露を判定するやり方に再度鑑みると、前記の通りガラス温度と露点温度の大小（高低）比較をすれば良い。したがって、この従来１通り目の手法の場合には、誤差を考慮した場合の判定として、前述の限定的な実例のときを考慮しただけでも、ガラス温度に比べて露点温度が２．５℃低い状態ですでにくもり又は結露が発生した、と判定することが適切である。逆の立場に立って言えば、従来技術の誤差（３℃等）は非常に慎重に設定されていることの証明でもある。
　なお、露点温度の測定に相対湿度測定を経由せず、直接的に絶対湿度を測定する場合もこの従来１通り目の手法に含まれる。なぜなら、直接的に絶対湿度を測定する素子は、温度計を他の温度計とは別に、絶対湿度を測定する素子に内在していることと等価だからである。同様のことは、下記従来２通り目の手法に対しても当てはまるが、本発明の一実施形態にかかる手法には当てはまらない。
（従来２通り目の手法）
　従来２通り目の手法は、ガラス表面温度測定演算に赤外線センサを用いる場合である。
さらに本発明の一実施形態とは異なり、この赤外線センサの温度測定を行う温度センサと、露点温度測定演算のための温度測定を行う温度センサとがまったく別のものである場合、つまり、二つの温度センサを備えている場合との比較である。従来技術で示した特許文献２はこの場合である。
　この場合の測定される温湿度、およびそれらの誤差を以下のように設定する。この誤差は従来１通り目の手法に倣ったものである。
　環境温度の誤差：±１℃
　環境湿度の誤差：±２％ＲＨ
　赤外線センサ温度の誤差：±１℃
　赤外線センサ出力の誤差：±１℃（に相当するセンサ出力値）
　この設定値を詳しく説明すると、環境温湿度（露点温度）の誤差は１通り目の手法と変わらない。一方で、ガラス温度の誤差を考察すると、ガラス温度の測定に赤外線センサを使っている関係上、赤外線センサ自身の温度を測定する際に発生する誤差と、赤外線センサの出力値の誤差の両方が、それぞれ独立に発生する。したがって、誤差発生のメカニズムが従来１通り目の方法と異なっているため、改めてガラス温度の理論値の演算方法から考察する必要がある。
　先の図２の説明文内にて述べたように、表面温度の測定における演算式のもっとも簡単な例は、次式（１）で表すことができる。
　Ｔｂ＝Ｖ／ｂ＋Ｔｒ　　　…（１）
　したがって、ガラス温度の真値Ｔｂが９．７℃まで低くなると、くもり又は結露が起こり始めるのであるから、式（１）の右辺の各項は、赤外線センサ自身の温度Ｔｒ＝２５℃、赤外線センサ出力に相当する温度Ｖ／ｂ＝－１５．３℃と測定されるものとして良い。
　この数値条件が満たされる典型的な場合は、赤外線センサ２と湿度センサ４と温度センサ１がすべて同じ空間内で且つ近傍に存在する場合である。一方で、上記３つのセンサのどれか１つでも異なる空間に存在したり、遠隔の場所にある場合にはこの数値条件は満たされない。
　一方で、前記の誤差設定値と式（１）の各項の値とは以下のように対応している。
　赤外線センサ温度の誤差　±１℃　：　式（１）におけるＴｒの誤差
　赤外線センサ出力の誤差　±１℃　：　式（１）におけるＶ／ｂの誤差
　したがって、最悪の場合、Ｔｒ＝２６℃、Ｖ／ｂ＝－１４．３℃と測定される場合があるということである。つまり、誤差を伴うガラス温度は１１．７℃として演算される。これを前出の露点温度（８．２℃）と比較すれば、３．５℃低い状態から早くも、くもり又は結露が発生したと判定せざるを得ないことになる。特許文献２の大きなマージン（５℃）はこのあたりを考慮しての設定値と考えられる。
（本発明の一実施形態にかかる手法）
　本発明の一実施形態にかかる手法の場合の誤差の値は、当然ながら従来技術２通りの手法の誤差の値に倣うものとする。さらに、本発明の一実施形態にかかる手法における誤差に関する特徴を併記すると以下のように設定される。
　環境温度の誤差：±１℃、赤外線センサ温度と同じ誤差値を持つ。
　環境湿度の誤差：±２％ＲＨ
　赤外線センサ温度の誤差：±１℃、環境温度と同じ誤差値を持つ。
　赤外線センサ出力の誤差：±１℃に相当するセンサ出力値
　この場合の露点温度については、当然ながら真値９．７℃に対して誤差を伴う露点温度は従来技術２通りと同じ８．２℃となる。
　しかしながら、ガラス温度測定では本発明の一実施形態にかかる手法と従来技術２通りによる手法とで事情が大きく変わってくる。というのは、本発明の一実施形態にかかる手法では、同一つまり共通の温度センサ１の温度を利用しているため、赤外線センサ温度の誤差も環境温度の誤差とまったく同じとなるからである。つまり、誤差を伴う赤外線センサ温度は、従来技術２通りの手法では共通の２６℃を仮定していたが、本発明の一実施形態にかかる手法では、２６℃に仮定する必要はなく、２４℃と設定することができる。これに誤差を伴う赤外線センサ出力「－１６．３℃」以上「－１４．３℃以下」を加えると、誤差を伴うガラス温度測定値は「７．７℃以上９．７℃以下」の範囲内として演算される。
　ここで、くもり又は結露の判定のために、ガラス温度と露点温度の大小（高低）比較を行うと、最悪の場合でも露点温度がガラス温度より１．５℃低い状態になって初めてくもり又は結露が発生したと判定することができる。つまり、本発明の一実施形態にかかる手法を適用することにより、従来１通り目の２．５℃と比べて１℃、従来２通り目の３．５℃と比べて２℃マージンを広げずに済ますことができる。
　上記の数字を用いて、実際の自動車の空調システムに基づいて説明すると、以下のようになる。
　仮に、自動車の車内で、露点温度がガラス表面温度よりも４℃低い状態であったとする。この場合には、本発明の一実施形態にかかる手法、従来１通り目の手法、従来２通り目の手法のいずれの手法とも、くもり又は結露は発生したと判定されないため、くもり防止動作、つまり自動車におけるエアコンディショナや暖房など空調エネルギーを使用する必要はない。しかし、この４℃低い状態が３．５℃まで縮まったときは、少なくとも従来２通り目の手法の場合、自動車の運転手の視野確保の安全のためにくもり防止動作を開始せねばならない。そのため、このくもり防止動作に必要なエアコンディショナ又は暖房等の使用エネルギーが増える。さらに、２．５℃まで縮まると、従来１通り目の手法でもくもり防止動作をする必要がある。しかしながら、本発明の一実施形態にかかる手法を適用すると、これを１．５℃まで縮めても良い。したがって、くもり防止動作にかかるエネルギー従来と比較して削減することができる。
　以上の比較で容易にわかるように、本発明の手法は、まず１点目として、熱電対のような温度センサではなく、赤外線センサを用いた放射温度計を使うことによって効果が得られる。さらに２点目として、絶対湿度を直接測定するのではなく、相対湿度を測定する湿度センサを用いることによってさらなる効果が得られる。
　ここで記載した２つの効果は、本質的には温度センサ１をガラスなどの物体の温度測定と空間の露点温度測定の両方に利用していることにより得ることができる。この原理を簡単に言うと、以下のようにまとめることができる。
　つまり、赤外線センサの出力から物体の表面温度を得る演算も、相対湿度から露点温度を得る演算も、両方とも環境の温度、本発明の一実施形態では温度センサ１で測定される温度に依存していて、なおかつ、物体の表面温度も露点温度も、両方とも環境の温度が高くなると高くなる、逆に両方とも環境の温度が低くなると低くなる、という特性がある。しかも、最終的には、物体の表面温度と露点温度の大小比較だけでくもり又は結露の判定ができる。すなわち、両方とも測定の絶対値は必要としない、相対的な比較であるから、環境の温度の絶対値に誤差があったとしても比較の結果には過大な影響を与えることはない。この原理により、従来１通り目の手法と比べてもマージンを広げずに済ますことができるのである。
　上記の原理を用いれば、従来技術のような過大なマージン設定をする必要なく、できる限り真値に近くかつ余計なくもり防止動作をする必要がない空調システムを構築することができる。
　なお、上記実施形態においては、表面温度測定部３で使われる温度センサ、つまり赤外線センサ２の温度を検出するための温度センサと、露点温度測定部５で使われる温度センサ、つまり周囲環境の温度を測定する温度センサして一つの温度センサ１を共用にすることで、本来二つ必要なセンサの測定誤差を一致させた場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、図３に示すように、測定誤差が同一となる特性を有する、表面温度測定部３で使われる専用の温度センサ３ａと、露点温度測定部５で使われる専用の温度センサ５ａとを設けてもよい。また、図４に示すように、表面温度測定部３で使われる専用の温度センサ３ｂと、露点温度測定部５で使われる専用の温度センサ５ｂとを設け、温度センサ３ｂの出力に含まれる測定誤差と、温度センサ５ｂの出力に含まれる測定誤差とが、同一となるように、温度センサ５ｂの出力特性及び温度センサ３ｂの出力特性の少なくとも何れか一方を調整する較正部８を設けてもよい。較正部８は、温度センサ３ｂの測定誤差と温度センサ５ｂの測定誤差が同一となるように、定期的、或いは、所定のタイミングで較正を行うようにすればよい。
　較正部８により測定誤差を同一とする具体的な方法としては、例えば、下記のような方法が考えられる。
　くもり止め装置１００に組み込む前の温度センサ３ｂ及び温度センサ５ｂを同じ温度環境に置き、そのときのそれら温度センサ３ｂ及び温度センサ５ｂの出力を取得し、両者の差を較正値とする。そして、その較正値を、くもり止め装置１００の較正部８に記憶し、実際の使用時には、較正値の分だけ温度センサ３ｂ又は５ｂの出力を持ち上げる（或いは、目減りさせる）。
　また、測定誤差が同一となる特性を有する温度センサ３ａ、５ａは、例えば、多数の温度センサ３ａ、温度センサ５ａを用意し、それらを同じ温度環境に置いたときに同じ温度値を示す組を探し、それら組となった温度センサ３ａ、５ａを、測定誤差が同一となる特性を有する温度センサの組であるとみなし、この温度センサの組を、同じくもり止め装置１００に組み込むようにすればよい。
　以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
１　温度センサ
２　赤外線センサ
３　表面温度測定部
４　湿度センサ
５　露点温度測定部
６　くもり結露判定部
８　較正部
１００　くもり止め装置

Claims (11)

  1. 　物体の表面温度と露点温度との比較結果に応じて、くもり又は結露を防止する制御を行うくもり止め装置において、
    　前記物体から放射される赤外線量と当該赤外線量を測定する装置の温度とに基づいて前記物体の温度を測定する表面温度測定部と、
    　前記物体の周囲環境の温度及び湿度に基づいて露点温度を検出する露点温度測定部と、を備え、
    　前記赤外線量を測定する測定の温度を検出するセンサ及び前記物体の周囲環境の温度を測定するセンサは、前記赤外線量を測定する装置の温度を検出するセンサの出力に含まれる測定誤差と、前記物体の周囲環境の温度を測定するセンサの出力に含まれる測定誤差とが、同一となる特性を有するくもり止め装置。
  2. 　前記赤外線量を測定する測定の温度を検出するセンサと、前記物体の周囲環境の温度を測定するセンサとは、共通である請求項１に記載のくもり止め装置。
  3. 　前記赤外線量を測定する装置の温度を検出するセンサの出力に含まれる測定誤差と、前記物体の周囲環境の温度を測定するセンサの出力に含まれる測定誤差とが、同一となるように、前記赤外線量を測定する装置の温度を検出するセンサ及び前記物体の周囲環境の温度を測定するセンサの少なくともいずれか一方の出力特性を較正する較正部をさらに備える請求項１に記載のくもり止め装置。
  4. 　物体から放射される赤外線量を測定する赤外線センサと、
    　前記物体の周囲環境の温度を測定する温度センサと、
    　前記物体の周囲環境の湿度を測定する湿度センサと、
    　前記赤外線センサが測定した赤外線量と前記温度センサが測定した温度とに基づいて前記物体の表面温度を検出する表面温度検出部と、
    　前記温度センサが測定した温度と前記湿度センサが測定した湿度とに基づいて露点温度を検出する露点温度測定部と、
    　前記表面温度検出部が検出した表面温度と前記露点温度測定部が検出した露点温度との比較結果に応じて、くもり又は結露を防止する制御を行う制御部と、
    を備え、
    　前記温度センサは、前記表面温度検出部と前記露点温度測定部とで共通であるくもり止め装置。
  5. 　前記温度センサを一つのみ備える請求項４に記載のくもり止め装置。
  6. 　前記温度センサは、前記赤外線センサに接触して又は近接して設けられている請求項４又は請求項５に記載のくもり止め装置。
  7. 　前記湿度センサは、前記赤外線センサに接触して又は近接して設けられている請求項４から請求項６のいずれか一項に記載のくもり止め装置。
  8. 　前記制御部は、前記物体に対して又は前記物体の周囲環境に対して調整された空気を供給する空調装置を備える請求項４から請求項７のいずれか一項に記載のくもり止め装置。
  9. 　車両に適用され、前記物体は前記車両のフロントガラスである請求項４から請求項８のいずれか一項に記載のくもり止め装置。
  10. 　前記赤外線センサ、前記温度センサ及び前記湿度センサは、前記車両の車室内に設けられたルームミラーに固定されている請求項９に記載のくもり止め装置。
  11. 　前記赤外線センサ、前記温度センサ及び前記湿度センサは、一体となっている請求項４から請求項１０のいずれか一項に記載のくもり止め装置。
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