JP2019034625A - 移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】走行時の空気抵抗を低減することが可能な移動体を提供する。【解決手段】車両１０の表面の境界層を流れる流体よりも、境界層の外側の主流２を相対的に多く加熱する流体加熱装置を備える。流体加熱装置により主流２が加熱され、且つ、境界層を流れる空気の加熱量は主流２に対し相対的に少ない。このため、主流の空気密度を低下して空気抵抗を低減できる。また、境界層を流れる空気の粘性を抑制し空気抵抗を低減できる。【選択図】図１

Description

本発明は、外部の流体を加熱する手段を有する移動体に関する。

特許文献１には、リアフェンダーパネルに加熱板を設置し、該加熱板に接する走行風を加熱して、空気抵抗を低減させることが開示されている。

特開２００９−１０７３９８号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来例は、車両等の移動体に設けた加熱板で走行風を加熱するので、移動体に接する空気温度が上昇する。このため、移動体周囲の温度上昇によって、移動体に接する空気の粘性抵抗が増加し、移動体走行時の空気抵抗が増加するという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、走行時の空気抵抗を低減することが可能な移動体を提供することにある。

上記目的を達成するため、本願発明は、移動体表面の境界層を流れる流体よりも、主流を相対的に多く加熱する流体加熱装置を備える。

本発明に係る移動体は、主流の空気密度を低下させることができ、移動体走行時の空気抵抗を低減できる。

図１は、走行中の車両の周囲に発生する車両の表面に沿った空気の流れを示す模式図、及び流体の圧力係数Ｃｐを示すグラフである。 図２は、図１の領域Ｘｅを拡大して表示する拡大断面図である。 図３は、流体加熱装置として用いる電磁波発生器を示す模式図である。 図４は、車体表面からの距離と流体の温度との関係を示すグラフである。 図５Ａは、電磁波発生器の電源として太陽光パネルを用いる例を示す説明図である。 図５Ｂは、電磁波発生器の電源として車輪に設けた発電機を用いる例を示す説明図である。 図６は、空気の温度と空気密度との関係を示すグラフである。 図７は、よどみ点に電磁波発生器を設けたときの、主流の温度が上昇する領域を示す説明図である。 図８は、ヘッドライトのレンズに電磁波発生器を設けたときの、主流の温度が上昇する領域を示す説明図である。 図９は、天板の前端部に電磁波発生器を設けたときの、主流の温度が上昇する領域を示す説明図である。 図１０は、フロントガラスの上方の内面に電磁波発生器を設けたときの、主流の温度が上昇する領域を示す説明図である。 図１１は、フェンダーミラーに電磁波発生器を設けたときの、主流の温度が上昇する領域を示す説明図である。 図１２は、サイドミラーに電磁波発生器を設けたときの、主流の温度が上昇する領域を示す説明図である。 図１３は、フードに電磁波発生器を設けたときの、主流の温度が上昇する領域を示す説明図である。 図１４は、フロントガラスの下方の内面に電磁波発生器を設けたときの、主流の温度が上昇する領域を示す説明図である。 図１５は、電磁波発生器の出力を制御する装置の例を示すブロック図である。 図１６は、車速と電磁波出力との関係を示すマップの例を示すグラフである。 図１７Ａは、電磁波出力を低減させるときの、出力タイミングを示すタイミングチャートである。 図１７Ｂは、電磁波出力を増大させるときの、出力タイミングを示すタイミングチャートである。 図１８は、電磁波出力の制御を示すフローチャートである。 図１９は、車体に、排気ガスを供給して発熱する発熱体を設ける構成を示す説明図である。 図２０Ａは、発熱体を天板の所定の高さに設けたときの説明図である。 図２０Ｂは、発熱体を天板から低い位置に設けたときの説明図である。 図２１Ａは、発熱体をフードの所定の高さに設けたときの説明図である。 図２１Ｂは、発熱体をフードから低い位置に設けたときの説明図である。 図２２は、よどみ点に３個の発熱体を設けたときの、主流の温度が上昇する領域を示す説明図である。 図２３は、バンパ部に３個の発熱体を設けたときの、主流の温度が上昇する領域を示す説明図である。 図２４は、車体に抵抗体で発熱する発熱体を設ける構成を示す説明図である。 図２５は、抵抗体で発熱する発熱体の出力を制御する装置の例を示すブロック図である。 図２６は、車速と発熱体温度との関係を示すマップの例を示すグラフである。 図２７Ａは、発熱体の温度を低下させるときの、スイッチのオン、オフタイミングを示すタイミングチャートである。 図２７Ｂは、発熱体の温度を上昇させるときの、スイッチのオン、オフタイミングを示すタイミングチャートである。 図２８は、発熱体の温度制御を示すフローチャートである。

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付し説明を省略する。以下では、移動体が車両である場合を挙げて説明する。

初めに、走行中の車両１０の回りの空気の流れについて説明する。図１に示すように、車両１０の静止系で見たとき、走行中の車両１０の周りには、車両１０の表面に沿った空気の流れが発生する。図２は、図１の領域Ｘｅを拡大して表示する。車両１０の表面２０Ｆ近傍では、空気と車体２０の表面２０Ｆとの間に生じる粘性摩擦によって空気の流れは遅くなっており、境界層４１が形成されている。境界層４１では、車体２０の表面２０Ｆから離れるほど空気の速度は大きくなり、空気の速度は、空気に対する車両１０の相対速度に近づいていく。

車体２０の表面２０Ｆから離れて境界４２よりも外側の外部領域４３では、もはや空気と車体２０の表面２０Ｆとの間に生じる粘性摩擦の影響はなくなっており、空気の速度は、空気に対する車両１０の相対速度にほぼ等しくなっている。外部領域４３における空気の流れを主流２と呼ぶ。

図１に戻り、車両１０は、進行方向前方の車両１０の表面に定めた加熱位置にて、外気を加熱する流体加熱装置を備える。また、流体加熱装置は、境界層の外側の領域の主流２を加熱する。図１の上部の側面図に示すように、加熱位置は、例えば、車両１０の進行方向前方のよどみ点Ｐ１である。よどみ点Ｐ１は、図１の下部のグラフに示すように、流体の圧力が最大となる点であるため、よどみ点Ｐ１で加熱された流体は、主流２として、車両１０の表面全体へ流れる。よって、広い範囲の主流２の空気密度を低下させることができる。また、よどみ点Ｐ１からの湧き出しは、一様流の流線を乱しにくく最も影響が小さい。よって、流体は車両１０の表面全体へ流れるため、車両１０の空気抵抗を低減させることができる。図１の下部のグラフの横軸は、車両１０の進行方向の位置を示し、縦軸は、圧力係数Ｃｐを示す。

次に、流体加熱装置の具体的な構成例を説明する。図３に示すように、流体加熱装置は車体表面に設けられた電磁波発生器１２である。電磁波発生器１２は、例えば赤外線発生器、マイクロ波発生器である。電磁波発生器１２は、出力、取付角度を調整することにより、車体表面から所定距離以上離れた領域の流体を加熱する。図４は、車体表面からの距離と空気の温度の関係を示すグラフであり、電磁波発生器１２は、曲線ｑ１に示すように、車体表面から所定距離Ｌ１以上離れた領域の流体を加熱する。所定距離Ｌ１を境界層４１の幅Ｌａと同一、或いはそれ以上に設定すれば、境界層４１に対して主流２を相対的に多く加熱することができ、主流２の空気密度を低下させることができる。なお、曲線ｑ２は加熱しないときの流体の温度を示している。

電磁波発生器１２の電力は、車両１０に搭載されるバッテリの出力を用いることができる。或いは、図５Ａに示すように、車両１０の天板に太陽光パネル１４を設置して電力を得ることや、図５Ｂに示すように、車輪に発電機１５を設置して電力を得ることもできる。

次に、主流２の空気密度を低下させることによって車両１０の空気抵抗が低減されるメカニズムを説明する。
一般に、走行中の車両１０が空気から受ける力は、車両１０の前後、左右、上下の各軸方向の力と各軸周りのモーメントで表され、総称して空力六分力と呼ばれる。通常、走行中の車両１０が空気から受ける力は無次元化して表され、特に前後方向の力である空気抵抗Ｆは、次の（１）式によって表される空気抵抗係数Ｃｄによって表される。ここで、ρは、外部領域４３の空気の密度、Ａは、車両１０の進行方向に対する前面投影面積、Ｖは、主流に対する車両１０の相対速度である。

空気抵抗係数Ｃｄは、空気の動圧「ρＶ^２／２」と前面投影面積Ａの積によって、空気抵抗Ｆを除した値である。空気抵抗係数Ｃｄは、車両１０の形状に依存して決まる量であり、走行時の燃費、最高速度、加速性能などに影響を及ぼす。車両１０のような物体の空気抵抗Ｆは、車両１０全体でみたときには圧力抵抗が支配的であり、航空機で問題となる摩擦抵抗は車両１０では小さい。そのため、車両１０において空気抵抗Ｆを低減するためには、圧力抵抗を小さくすることに着目するのが効果的である。

上記着目に基づいて（１）式を見直すと、通常の車両の設計において、前面投影面積Ａは、圧力抵抗を小さくするために車両の設計で対応可能なパラメータとしてみなされる。一方、主流の空気密度ρ、および、速度Ｖについては、車両の走行環境に応じて変動しうるものであるため、車両の設計で対応可能なパラメータとしてみなされない。

しかしながら、上記の既存概念の枠にとらわれることなく、本発明の発明者は、主流の空気密度ρは、圧力抵抗を小さくするために車両の設計で対応可能なパラメータとなりうると考えた。そして、空気抵抗Ｆの大部分を占める圧力抵抗が主流の空気密度ρに比例することに着目し、主流２の空気密度ρを下げることで、空気抵抗Ｆを低減することが可能であるとの知見を得た。

従って、電磁波発生器１２を用いて、車体表面から所定距離Ｌ１以上離れた領域の流体を加熱することにより、境界層４１の流体を大きく加熱することなく主流２を加熱する。これにより、主流２の空気密度ρを下げることできるため、車両１０の空気抵抗Ｆを低減することができる。

次に、流体放出位置から放出される主流２の温度と密度との関係を説明する。図６は、主流２の温度と密度との関係を示すグラフである。曲線ｑ５に示すように、主流２の温度が高いほど密度は低くなる。よって、流体加熱装置で加熱することにより、主流２の温度を高めることができ、主流２の密度を下げることできる。

以下、具体的な実施形態について説明する。
［第１実施形態の説明］
図７は、本発明の第１実施形態を示す説明図である。図７に示すように、車両１０のよどみ点Ｐ１に、電磁波発生器１２を設置する。そして、電磁波発生器１２に電力を供給して駆動させる。電磁波発生器１２は、例えば、波長が７５０〜１０００００［ｎｍ］の電磁波を出力する。空気中に含まれる酸素Ｏ2の吸収波長は、７５０〜７８０［ｎｍ］であり、二酸化炭素ＣＯ2及び水蒸気Ｈ2Ｏの吸収波長は、５０００〜１０００００［ｎｍ］であることが知られている。従って、電磁波発生器１２より出力する電磁波の波長を７５０〜１０００００［ｎｍ］とすることにより、空気中の酸素、二酸化炭素、水蒸気を振動させて発熱させることができる。また、車体表面から所定距離Ｌ１以上離れた領域の主流を加熱する。従って、図７に示すように車両１０の周囲の主流Ｑ１を加熱して空気密度を低下させることができる。

本実施形態では、所定距離Ｌ１を、車両１０に接する境界層４１の幅Ｌａと同一、或いは境界層４１よりも若干大きい距離に設定する。図４に示したように、車両１０の表面から距離Ｌａの範囲は境界層４１であり、車両１０の温度の影響を受ける領域である。この境界層４１では、車両１０の温度の影響を受けることに伴い、空気の粘性の影響を受ける。即ち、境界層４１を通過する流体の温度が上昇すると、空気の粘性抵抗が高まり、空気抵抗が上昇する。

本実施形態では、前述した所定距離Ｌ１を距離Ｌａ以上（Ｌ１≧Ｌａ）とすることにより、境界層４１の外側の主流２を加熱し、且つ、境界層４１を加熱しない。即ち、電磁波発生器１２により、車体表面の境界層４１よりも、その外側を流れる主流２を相対的に多く加熱することで、車両走行時の空気抵抗を低減する。また、境界層４１内を流れる流体は加熱量が少ないので、粘性抵抗の増加を抑制できる。

また、電磁波発生器１２の取り付け位置は、よどみ点Ｐ１に限定されない。図８は、車両１０の左右のヘッドライトのレンズＰ２に電磁波発生器１２を設けた例を示す説明図である。これにより、車両１０の周囲の主流Ｑ２を加熱して空気密度を低下させることができる。

図９は、車両１０の天板の前端部に、車両１０の前方を向く電磁波発生器１２を設けた例を示す説明図である。これにより、車両１０の周囲の主流Ｑ３を加熱して空気密度を低下させることができる。

図１０は、車両１０のフロントガラス１７の上方の内面に電磁波発生器１２を設けた例を示す説明図である。これにより、車両１０の周囲の主流Ｑ４を加熱して空気密度を低下させることができる。

図１１は、車両１０のフェンダーミラー１８に電磁波発生器１２を設けた例を示す説明図である。これにより、車両１０の周囲の主流Ｑ５を加熱して空気密度を低下させることができる。

図１２は、車両１０のサイドミラー１９に電磁波発生器１２を設けた例を示す説明図である。これにより、車両１０の周囲の主流Ｑ６を加熱して空気密度を低下させることができる。

図１３は、車両１０のフード２３に電磁波発生器１２を設けた例を示す説明図である。これにより、車両１０の周囲の主流Ｑ７を加熱して空気密度を低下させることができる。

図１４は、車両１０のフロントガラス１７の下方の内面に電磁波発生器１２を設けた例を示す説明図である。これにより、車両１０の周囲の主流Ｑ８を加熱して空気密度を低下させることができる。

このように、電磁波発生器１２（流体加熱装置）を用いて車体表面の、境界層４１内を加熱せず、その外側の主流２を加熱することにより、以下の作用効果が得られる。

境界層４１内の温度上昇が抑制され、粘性が上昇しないので粘性抵抗の影響を抑制できる。更に、境界層４１の外側の主流２を加熱するので、主流２の空気密度が低下させることができる。このため、車両走行時の空気抵抗を低減することができ、燃費、電費を向上することができる。

電磁波発生器１２を用いて主流２を加熱するので、波長を設定することにより適切に主流２を加熱することができる。

電磁波発生器１２より出力する電磁波の波長を７５０ｎｍ〜１０００００ｎｍの範囲とすることにより、空気中の酸素、二酸化炭素、水蒸気を振動させて発熱させることができ、主流２を効率良く加熱することができる。

電磁波発生器１２をよどみ点Ｐ１に設けることにより、車両１０周囲全体の主流の空気密度を低下させることができ、空気抵抗を低下させることができる。
電磁波発生器１２をバンパ部５１に設けることにより、車両１０周囲全体の主流の空気密度を低下させることができ、空気抵抗を低下させることができる。

電磁波発生器１２を天板の前端部に設けることにより、車両１０の天板周囲の主流の空気密度を低下させることができ、空気抵抗を低下させることができる。
電磁波発生器１２をフードの前端部に設けることにより、車両１０の天板周囲の主流の空気密度を低下させることができ、空気抵抗を低下させることができる。

［第２実施形態の説明］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図１５は、第２実施形態に係る流体加熱装置の構成を示す説明図である。第２実施形態では、車両１０の天板１１に電磁波発生器１２を設けて主流２を加熱する例を示しており、電磁波発生器１２を制御する電磁波制御回路２１を備えている。
電磁波制御回路２１は、車両１０に搭載されるＥＣＵ（図示省略）と接続され、該ＥＣＵから車速データを取得する。また、電磁波制御回路２１は、各種のデータを記憶するメモリ２２を有している。該メモリ２２は、車速（走行速度）と電磁波出力との関係を示すマップが記憶されている。

図１６は、マップの例を示すグラフである。車速と、該車速で車両が走行しているときに最も空気抵抗が低下する電磁波出力との関係を予め測定し、測定結果をマップとしてメモリ２２に記憶する。図１６では、複数のマップ（ｑ１、ｑ２、ｑ３）が記憶されている。車両に応じて、各マップｑ１、ｑ２、ｑ３のうちのいずれかが設定される、そして、後述するように、車速が取得された際には、このマップを参照することにより、車速に適した電磁波出力が決定される。

電磁波制御回路２１は、車速データが取得されると、マップを参照して車速に対応する電磁波出力の基準値を求める。そして、現在の電磁波出力と基準値との差分に応じて電磁波発生器１２の出力を制御する。

電磁波の出力制御は、図１７Ａ、図１７Ｂに示すように、１周期に対するオン時間の割合（デューティ比）を変更することで制御が可能である。例えば、電磁波の出力を低減する場合には、図１７Ａに示すようにデューティ比を小さくする。電磁波の出力を増大する場合には、図１７Ｂに示すようにデューティ比を大きくする。こうすることにより、電磁波出力を任意に設定することが可能となる。
なお、電磁波制御回路２１は、例えば、中央演算ユニット（ＣＰＵ）や、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等の記憶手段からなる一体型のコンピュータとして構成することができる。

次に、図１８に示すフローチャートを参照して、第２実施形態に係る流体加熱装置の作用について説明する。この処理は、図１５に示した電磁波制御回路２１により実行される。
初めに、ステップＳ１１において、電磁波制御回路２１は、ＥＣＵ（図示省略）より車速データを取得する。更に、ステップＳ１２において、現在の車速が予め設定した下限値を下回っているか否かを判断する。下限値は、例えば、１０ｋｍ／ｈである。

車速が下限値未満である場合には（ステップＳ１２でＹＥＳ）、ステップＳ１６において、電磁波制御回路２１は、電磁波の出力を停止する。即ち、車速が遅い場合には、車両走行時に空気抵抗の影響はほとんど受けないので、主流を加熱する必要はなく、電磁波の出力を停止する。

車速が下限値以上である場合には（ステップＳ１２でＮＯ）、ステップＳ１３において、電磁波制御回路２１は、メモリ２２に記憶したマップを参照して、現在の車速に応じた電磁波出力を取得する。具体的には、図１６に示したマップから例えばマップｑ２を選択し、更に、車速をマップｑ２に当てはめて電磁波出力を取得する。

ステップＳ１４において、電磁波制御回路２１は、現在の電磁波出力と、マップを参照して取得される現在の車速に適した電磁波出力（基準値）を比較し、現在の電磁波出力が基準値よりも小さい場合には、ステップＳ１８に処理を進め、そうでない場合には、ステップＳ１５に処理を進める。

ステップＳ１８において、電磁波制御回路２１は、電磁波の出力を増大して基準値に近づくように制御する。図１７Ｂに示すように、電磁波の出力時間を長く設定する。

ステップＳ１５において、電磁波制御回路２１は、現在の電磁波出力と基準値を比較し、現在の電磁波出力が基準値よりも大きい場合には、ステップＳ１７に処理を進め、そうでない場合には、本処理を終了する。

ステップＳ１７において、電磁波制御回路２１は、電磁波の出力を低減して基準値に近づくように制御する。図１７Ａに示すように、電磁波の出力時間を短くする。

一方、ステップＳ１５において、現在の電磁波出力が基準値よりも大きくないと判断された場合には（ステップＳ１５でＮＯ）、現在の電磁波出力は適正であるので、電磁波出力を変更しない。こうして、車速に応じた電磁波出力の制御が行われるのである。

このようにして、本実施形態に係る流体加熱装置では、現在の車速（走行速度）を取得し、且つ、マップに記憶されている車速に適した電磁波出力（基準値）を取得する。そして、現在の電磁波出力が基準値に近づくように制御する。従って、車速に適した電磁波が出力されることになり、車両１０の周囲の主流を加熱して空気密度を低下させ、車両走行時の空気抵抗を低減することが可能となる。
また、主流の温度上昇が過多となることを防止するので、車両１０の温度が異常に上昇するという問題の発生を回避することができる。

［第３実施形態の説明］
次に、図１９〜図２３を参照して本発明の第３実施形態について説明する。図１９は、第３実施形態に係る流体加熱装置を示す説明図である。流体加熱装置として発熱体３１を用いており、例えば、図２０Ａ、図２１Ａに示すように、車両１０の天板の前端部、或いは、車両１０のフードの一定の高さに設置する。

図１９に示すように、発熱体３１は、中空構造で且つ扁平形状を成している。発熱体３１の両端には、該発熱体３１を車体表面に連結する支持筒体３２ａ、３２ｂが設けられている。支持筒体３２ａ、３２ｂは、内部が空洞の円筒形状を成している。そして、発熱体３１が境界層４１の外側に位置するように、支持筒体３２ａ、３２ｂの長さを設定する。即ち、支持筒体３２ａ、３２ｂの長さＬ２は、図４に示した境界層４１の距離Ｌａ以上とされている。

一方の支持筒体３２ａは高温流体の入口とされ、他方の支持筒体３２ｂは高温流体の出口とされている。高温流体として例えば外気温度よりも高い高温のエンジンの排気ガス（Ｆ１）が導入される。即ち、一方の支持筒体３２ａより排気ガスが導入されると、この排気ガスは発熱体３１内を通過し、他方の支持筒体３２ｂより外部へ排出される。これにより、発熱体３１が加熱されて温度が上昇し、該発熱体３１に接する主流が加熱される。一方、発熱体３１は、境界層４１の外側となる位置に設けられているので、境界層４１内の空気は大きく加熱されない。従って、主流の空気密度を低減することができ、車両走行時の空気抵抗を低減することができる。

即ち、図２０Ａに示すように、車両１０の天板の前端部の一定の高さに発熱体３１を設けた場合には、車体表面から距離Ｌ２（図１９参照）以上離れた領域の主流が加熱され、境界層内の領域は加熱されない。このため、境界層での空気の粘性の上昇を抑制でき、且つ、境界層の外側の主流を加熱するので、車両走行時の空気抵抗を低減し、燃費、電費を向上させることができる。また、図２０Ｂに示すように、発熱体３１を境界層内に設けた場合には、境界層内の空気を加熱してしまうので、この領域での空気の粘性が上昇し空気抵抗を低下させることができなくなる。本実施形態ではこの問題を回避できる。

また、図２１Ａに示すように、車両１０のフードの一定の高さに発熱体３１を設けた場合についても同様に、フードの周囲の主流を加熱し、境界層は加熱しないので、空気抵抗を低減できる。また、図２１Ｂに示すように、発熱体３１を境界層内に設けた場合には、境界層の空気を加熱してしまい、空気抵抗を低下させることができなくなる。本実施形態ではこの問題を回避できる。

このように、第３実施形態では、車両１０の境界層の外側に発熱体３１（流体加熱装置）を設置し、該発熱体３１に排気ガス等の高温流体を供給して発熱体３１を発熱させる。このため、境界層内を加熱せず、境界層の外側の主流を加熱するので、主流の空気密度を低減でき、ひいては空気抵抗を低減できる。

なお、本実施形態では発熱体３１にエンジンより排出される排気ガスを供給する例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、排気ガス以外の高温流体を供給することができる。例えば、燃料電池車（ＦＣＶ）、電気自動車（ＥＶ）、及びこれら２以上の駆動源を持つハイブリッドカー（ＨＶ、ＰＨＶ）で排出される高温流体を供給する構成としてもよい。燃料電池には、少なくとも、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）が含まれる。
また、発熱体３１を複数設ける構成とすることもできる。例えば、図２２に示すように、よどみ点Ｐ１に３つの発熱体３１ａ、３１ｂ、３１ｃを設ける構成としてもよい。更に、図２３に示すように、車両１０のバンパ部５１に３つの発熱体３１ａ、３１ｂ、３１ｃを設ける構成としてもよい。

［第４実施形態の説明］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。図２４は、第４実施形態に係る流体加熱装置の構成を示す説明図であり、扁平形状の抵抗体で形成される発熱体３３、及び該発熱体３３の両端に設けられて発熱体３３を支持する支持筒体３７ａ、３７ｂを有している。そして、発熱体３１が境界層の外側に位置するように、支持筒体３７ａ、３７ｂの長さが設定されている。即ち、支持筒体３７ａ、３７ｂの長さは図４に示した境界層４１の距離Ｌａ以上とされている。

前述した第３実施形態と同様に、発熱体３３を、図２０Ａに示すように車両１０の天板の所定高さに設置する。或いは、図２１Ａに示すように車両１０のフードの所定の高さに設置する。

支持筒体３７ａ、３７ｂの内部には、電線３６が配索され、電源３４、及びスイッチ３９が接続されている。スイッチ３９をオンとすることにより、発熱体３３に電流を流すことができ、発熱体３３を発熱させることができる。
電源３４は、例えば、車両１０に搭載されるバッテリである。或いは、図５Ａに示した太陽光パネル１４、図５Ｂに示した車輪に設置した発電機１５とすることもできる。発熱体３３は、境界層の外側に設けられるので、境界層内の空気の加熱量は小さく、境界層の外側の主流が加熱される。即ち、境界層を流れる流体よりも主流を相対的に多く加熱している。このため、主流の空気密度を低減し、空気抵抗を低減することができる。
発熱体３３は、移動体の外気よりも高温であるので、主流の空気密度をより効果的に低減することができる。

［第５実施形態の説明］
次に、本発明の第５実施形態について説明する。図２５は、第５実施形態に係る流体加熱装置の構成を示す説明図である。第５実施形態では、図２４に示した発熱体３３に接続されたスイッチ３９のオン、オフを切り換えて発熱体３３の温度を制御するスイッチ制御回路６１を備えている点、及び発熱体３３の温度を検出する温度センサ３８を備えている点で相違する。それ以外の構成は、図２４と同様であるので同一符号を付して構成説明を省略する。

スイッチ制御回路６１は、車両１０に搭載されるＥＣＵ（図示省略）と接続され、該ＥＣＵから車速データを取得する。また、温度センサ３８で検出される発熱体３３の温度データを取得する。

また、スイッチ制御回路６１は、各種のデータを記憶するメモリ６２を有している。該メモリ６２は、車速と発熱体３３の温度との関係を示すマップが記憶されている。

図２６は、マップの例を示すグラフである。車速（走行速度）と、該車速で車両が走行しているときに最も空気抵抗が低下する発熱体３３の温度との関係を予め測定し、測定結果をマップとしてメモリ６２に記憶する。図２６では、複数のマップ（ｑ１１、ｑ１２、ｑ１３）が記憶されている。車両に応じて、各マップｑ１１、ｑ１２、ｑ１３のうちのいずれかが設定される、そして、後述するように、車速が取得された際には、このマップを参照することにより、車速に適した発熱体３３の温度が決定される。更に、この温度にするためのデューティ比が決定される。

スイッチ制御回路６１は、車速データが取得されると、マップを参照して車速に対応する発熱体温度の基準値を求める。そして、現在の発熱体温度と基準値との差分に応じて発熱体３３に電流を流す際のデューティ比を制御する。

スイッチ３９のデューティ比制御は、図２７Ａ、図２７Ｂに示すように、１周期に対するオン時間の割合（デューティ比）を変更することで制御が可能である。例えば、発熱体３３の温度が基準値よりも高い場合には、図２７Ａに示すように、デューティ比を低下させ、発熱体３３の温度が基準値よりも低い場合には、図２７Ｂに示すように、デューティ比を上昇させる。こうすることにより、発熱体３３を適切に発熱させることができる。

なお、スイッチ制御回路６１は、例えば、中央演算ユニット（ＣＰＵ）や、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等の記憶手段からなる一体型のコンピュータとして構成することができる。

次に、図２８に示すフローチャートを参照して、第５実施形態に係る流体加熱装置の作用について説明する。この処理は、図２５に示したスイッチ制御回路６１により実行される。
初めに、ステップＳ３１において、スイッチ制御回路６１は、ＥＣＵ（図示省略）より車速データを取得する。更に、ステップＳ３２において、現在の車速が予め設定した下限値を下回っているか否かを判断する。下限値は、例えば、１０ｋｍ／ｈである。

車速が下限値未満である場合には（ステップＳ３２でＹＥＳ）、ステップＳ３７において、スイッチ制御回路６１は、スイッチ３９をオフとして発熱体３３への電流の供給を停止する。即ち、車速が遅い場合には、車両走行時に空気抵抗の影響はほとんど受けないので、主流を加熱する必要はなく、発熱体３３の発熱を停止する。

車速が下限値以上である場合には（ステップＳ３２でＮＯ）、ステップＳ３３において、スイッチ制御回路６１は、温度センサ３８で検出される発熱体３３の温度データを取得する。

ステップＳ３４において、スイッチ制御回路６１は、メモリ６２に記憶したマップを参照して、現在の車速に応じたデューティ比を取得する。具体的には、図２６に示したマップから例えばマップｑ１２を選択し、更に、車速をマップｑ１２に当てはめてスイッチ３９のオン、オフを制御する際のデューティ比を取得する。

ステップＳ３５において、スイッチ制御回路６１は、現在のデューティ比と、マップを参照して取得される現在の車速に応じたデューティ比を比較し、現在のデューティ比が基準値よりも小さい場合には、ステップＳ３９に処理を進め、そうでない場合には、ステップＳ３６に処理を進める。

ステップＳ３９において、スイッチ制御回路６１は、図２７Ｂに示すようにデューティ比を上昇させて基準値に近づくように制御する。

ステップＳ３６において、スイッチ制御回路６１は、現在のデューティ比と、マップを参照して取得される現在の車速に応じたデューティ比を比較し、現在のデューティ比が基準値よりも大きい場合には、ステップＳ３８に処理を進め、そうでない場合には、本処理を終了する。

ステップＳ３８において、スイッチ制御回路６１は、図２７Ａに示すようにデューティ比を低下して基準値に近づくように制御する。

一方、ステップＳ３６において、現在のデューティ比が基準値よりも大きくないと判断された場合には（ステップＳ３６でＮＯ）、現在のデューティ比は適正であるので、デューティ比を変更しない。こうして、車速に応じたデューティ比の制御が行われるのである。

このように、本実施形態では、車速及び発熱体３３の温度を取得し、且つ、マップを参照して発熱体３３が車速に応じた温度となるようにスイッチ３９のデューティ比を設定する。このため、発熱体３３の温度を適切な温度として主流を加熱することができ、車両走行時の空気抵抗を低減することが可能となる。また、加熱量が過多となることを防止でき、車体が過熱するという問題の発生を回避することができる。

なお、第５実施形態では、発熱体３３として抵抗体を用い、該抵抗体に供給する電流を制御することにより、発熱体３３の温度が適正な温度になるように制御する例について説明したが、前述した第３実施形態で示したように、発熱体３１の内部にエンジンの排気ガス等の高温ガスを導入して発熱体３１を発熱させる例について適用することも可能である。この場合には、排気ガスの供給、停止を切り替える流量調整弁を設け、その開、閉を制御することにより、適正な温度に制御することができる。

以上、実施形態に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。
上述の実施例では、移動体が車両である場合を挙げて説明したが、車両の他にも、空気中を運動する移動体に対して本発明は適用可能である。移動体の例としては、自動車の他に、二輪車、鉄道、航空機、ロケットなどが挙げられる。

２ 主流
１０ 車両
１１ 天板
１１ａ 前端部
１２ 電磁波発生器
１３ 電源
１４ 太陽光パネル
１５ 発電機
１６ 温度境界層
１７ フロントガラス
１８ フェンダーミラー
１９ サイドミラー
２０ 車体
２０Ｆ 表面
２１ 電磁波制御回路
２２ メモリ
２３ フード
３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ 発熱体
３２、３２ａ、３２ｂ 支持筒体
３３ 発熱体
３４ 電源
３６ 電線
３７ａ、３７ｂ 支持筒体
３８ 温度センサ
３９ スイッチ
４１ 境界層
４２ 境界
４３ 外部領域
５１ バンパ部
６１ スイッチ制御回路
６２ メモリ

Claims (11)

1. 移動体表面の境界層を流れる流体よりも、前記境界層の外側の主流を相対的に多く加熱する流体加熱装置
   を備えたことを特徴とする移動体。
2. 前記流体加熱装置は、電磁波を発生する電磁波発生器であることを特徴とする請求項１に記載の移動体。
3. 前記電磁波の波長は、７５０ｎｍ〜１０００００ｎｍの範囲であること
   を特徴とする請求項２に記載の移動体。
4. 前記移動体の走行速度を取得し、前記電磁波の出力を前記走行速度に応じて変更すること
   を特徴とする請求項２または３に記載の移動体。
5. 前記流体加熱装置は、前記移動体の表面から前記境界層の幅以上離れた位置に設けられた発熱体であること
   を特徴とする請求項１に記載の移動体。
6. 前記発熱体は、前記移動体の外気の温度よりも高いこと
   を特徴とする請求項５に記載の移動体。
7. 前記移動体の走行速度を取得し、前記走行速度に応じて前記発熱体の温度を変更すること
   を特徴とする請求項５または６に記載の移動体。
8. 前記流体加熱装置は、前記移動体のよどみ点に設置されること
   を特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の移動体。
9. 前記移動体は車両であり、前記流体加熱装置は、前記車両のバンパ部に設置されること
   を特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の移動体。
10. 前記流体加熱装置は、前記移動体の天板の前端部に設置されること
    を特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の移動体。
11. 前記移動体は車両であり、前記流体加熱装置は、前記車両のフードの前端部に設置されること
    を特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の移動体。

Images