JP6849073B2 - 反射制御層を有する移動体 - Google Patents
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Description
図6は、本実施形態に係る自動車1の、走行中に生じる空気の流れを示す。また、図7は、本実施形態に係る自動車1の表面近傍の、自動車1の進行方向に沿った拡大断面図である。
図6に示すように、自動車1の静止系で見たとき、走行中の自動車1の周りには自動車1の表面に沿った空気の流れが発生する。図7に示すように、自動車1の表面近傍では、空気と自動車1の表面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、自動車1の表面から離れるほど空気の速度は大きくなり、空気の速度は、空気に対する自動車1の相対速度に近づいていく。
次に、0.3μm〜0.75μmの波長域にある光を反射する反射制御層21を自動車1が有することによって、自動車1の空気抵抗が低減されるメカニズムを説明する。
上述したメカニズムで実際に主流2の空気を加熱可能であることを検証するため、発明者は自動車1の走行環境を模すため、風洞内に自動車1のフェンダーを配置し、空気が流れる状態でフェンダー部分に疑似太陽光を照射した。そして、疑似太陽光が照射された部位を流れる空気が、当該部位を通過する前後でどの程度、温度上昇するかを測定した。ここで、同一形状のフェンダーであって、塗装を変えた3種類のフェンダーを用意し、検証を行った。フェンダー上に形成される塗装層が、本実施形態における反射制御層21に相当する。
自動車1の表面における反射強度は、光の波長域により変化する。主流2の空気を加熱するためには、大気中に存在する太陽光を吸収する物質(太陽光吸収物質)が吸収する波長域の光の反射強度を高めることが望ましい。太陽光吸収物質は、主に、酸素(O2、O3)、水蒸気(H2O)、炭酸ガス(CO2)、希ガスである。これら太陽光吸収物質のうちで吸収波長が最も短い物質は酸素(O2)であり、酸素(O2)は、主に、波長が約0.75μm以上の光を吸収する。近赤外線の波長域のうち、0.75μm〜0.78μmの波長域は、大気中の酸素分子(O2)の熱吸収帯(酸素Aバンド)である。これら太陽光吸収物質は、0.75μm〜100μmの波長域の光を吸収する。太陽光吸収物質は、雲や水蒸気からの赤外放射の範囲(3〜100μm)の光を吸収するため、波長上限値を、100μmとした。
自動車の表面において波長が0.75μm以上100μm以下である光の反射率を向上させるため、自動車1は、図1に示すように、車体塗装層20の上に形成された反射制御層21を有する。反射制御層21は、入射する太陽光のうち、0.3μm〜0.75μmの波長域の光を吸収し、0.75μm〜100μmの波長域の光を放出する。その具体的な態様について次に説明する。
本実施形態では、太陽光吸収物質が吸収する波長域の光の反射率を向上させるため、自動車1の表面に設ける反射制御層21の厚みを調整している。その態様について次に説明する。
図8は、異なる屈折率の物質によって挟まれた薄膜における光の屈折の様子を示す図である。
主流2を加熱するためには、太陽光吸収物質が吸収する波長域(0.75μm〜100μm)の光の反射強度を高めたい。0.75μm〜100μmの波長域の光は、波長制御物質22が0.3μm〜0.75μmの波長域の光を吸収することによって生成される。よって、波長制御物質22が吸収する0.3μm〜0.75μmの波長域の光の強度を高めることが望ましい。すなわち、反射制御層21における0.3μm〜0.75μmの波長域の光の平均反射率を低くすることにより、波長制御物質22が0.3μm〜0.75μmの波長域の光をより効率よく吸収することができる。
大気中に含まれる太陽光を吸収する物質の吸収帯域は波長0.75μm以上である。自動車1の表面に形成された反射制御層21は、入射する太陽光のうち波長が0.3μm〜0.75μm未満の光を吸収し、波長が0.75μm〜100μmの光を放出するという特性を有する。波長が0.75μm〜100μmの光が反射光として自動車1の表面から放出される。よって、反射制御層21を設けない場合と比較して、自動車1の表面での太陽光の反射強度のうち、大気中の太陽光を吸収する物質(太陽光吸収物質)の吸収帯域の光の反射強度を高めることができる。よって、自動車1の表面から大気への熱放射(輻射ともいう)が強まり、自動車1の表面に接していない主流2の温度を上昇させることができる。主流2の温度上昇により、主流2の空気の密度が低下するので、自動車1の空気抵抗を低減させることができる。
図3に示すように、自動車1の車体1aの表面には車体塗装層20が形成され、さらに車体塗装層20の上に波長制御層23が形成されている。波長制御層23の上に反射防止層24が形成されている。第2実施形態に係る反射制御層21は、反射防止層24及び波長制御層23を備える点で、第1実施形態と異なる。第2実施形態において説明しない他の構成、作用及び効果は、第1実施形態と実質的に同様であるので重複する説明を省略する。
以下では、反射防止層24が、0.3μm〜0.75μmの波長域での光の反射を防止するための条件を検討する。
本実施形態では、図3に示すように、反射制御層21は、入射する太陽光のうち0.3μm〜0.75μmの波長域の光を吸収し、0.75μm〜100μmの波長域の光を放出する波長制御層23を有する。波長制御層23は、反射防止層24を透過する0.3μm〜0.75μmの波長域の光を、励起光として吸収することができる。よって、反射防止層24は、0.3μm〜0.75μmの波長域の光の表面反射を低減する。太陽光吸収物質の吸収帯域の光の反射強度を高めることができる。
21 反射制御層
22 波長制御物質
23波長制御層
24反射防止層
nm 反射制御層または反射防止層の下にある車体側物質の屈折率
n 反射制御層または反射防止層の屈折率
n0 空気の屈折率
Claims (11)
- 移動体の表面に形成された反射制御層であって、入射する太陽光のうち0.3μm〜0.75μmの波長域の光を吸収し、0.75μm〜100μmの波長域の光を放出する前記反射制御層を有する移動体。
- 前記反射制御層は、入射する太陽光のうち0.3μm〜0.75μmの波長域の光を吸収し、0.75μm〜100μmの波長域の光を放出する波長制御物質を有する請求項1に記載の移動体。
- 前記反射制御層は、
0.3μm〜0.75μmの波長域の光の表面反射を低減する反射防止層と、
前記反射防止層と前記移動体の表面との間に形成され、入射する太陽光のうち0.3μm〜0.75μmの波長域の光を吸収し、0.75μm〜100μmの波長域の光を放出する波長制御層と、
を有する請求項1又は2に記載の移動体。 - 前記波長制御物質は蛍光物質である請求項2に記載の移動体。
- 前記波長制御層は蛍光物質を含む請求項3に記載の移動体。
- 前記波長制御物質は燐光物質である請求項2に記載の移動体。
- 前記波長制御層は燐光物質を含む請求項3に記載の移動体。
- 0.3μm〜0.75μmの波長域において、前記反射制御層の厚みは、75nmを前記反射制御層の屈折率で除した値以上、かつ、230100nmを前記反射制御層の屈折率で除した値以下であり、
前記反射制御層の屈折率をnとし、前記反射制御層の下にある車体側物質の屈折率をnmとし、空気の屈折率をn0とした場合、0.3μm〜0.75μmの波長域において、前記nは、次式を満たす
n=(nm×n0)1/2
請求項2、4及び6のいずれか一項に記載の移動体。 - 0.3μm〜0.75μmの波長域において、前記反射防止層の厚みは、75nmを前記反射防止層の屈折率で除した値以上、かつ、230100nmを前記反射防止層の屈折率で除した値以下であり、
前記反射防止層の屈折率をnとし、前記反射防止層の下にある車体側物質の屈折率をnmとし、空気の屈折率をn0とした場合、0.3μm〜0.75μmの波長域において、前記nは、次式を満たす
n=(nm×n0)1/2
請求項3、5及び7のいずれか一項に記載の移動体。 - 前記反射制御層の屈折率は、0.34〜2.40である請求項8に記載の移動体。
- 前記反射防止層の屈折率は、0.34〜2.40である請求項9に記載の移動体。
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