JP6953890B2 - Mobile - Google Patents
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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。 The present invention relates to a moving body having means for heating an external fluid.
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。 Patent Document 1 discloses that a heating plate is installed on a rear fender panel and the running wind in contact with the heating plate is heated to reduce air resistance.
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。 However, in the conventional example disclosed in Patent Document 1 described above, since the running wind is heated by the heating plate provided on the moving body such as a vehicle, the air temperature in contact with the moving body rises. Therefore, there is a problem that the viscous resistance of the air in contact with the moving body increases due to the temperature rise around the moving body, and the air resistance during traveling of the moving body increases.
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。 The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a moving body capable of reducing air resistance during traveling.
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、移動体の天板、或いは前記天板よりも前方に設ける。 In order to achieve the above object, the present invention sets the fluid heating device, which heats the mainstream relatively more than the fluid flowing through the boundary layer on the surface of the moving body, in front of the top plate of the moving body or the top plate. Provide .
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。 The moving body according to the present invention can reduce the air density of the mainstream and can reduce the air resistance when the moving body travels.
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。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same parts are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. In the following, a case where the moving body is a vehicle will be described.
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。
First, the air flow around the running
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。
In the
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。
Returning to FIG. 1, the
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。
Next, a specific configuration example of the fluid heating device will be described. As shown in FIG. 3, the fluid heating device is an
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。
As the electric power of the
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。
Generally, the force received from the air by the traveling
空気抵抗係数Cdは、空気の動圧「ρV2/2」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。
Drag coefficient Cd is the product of the air dynamic pressure "pV 2/2" and front projection area A, a value obtained by dividing the air resistance F. The air resistance coefficient Cd is a quantity determined depending on the shape of the
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。 Reviewing Eq. (1) based on the above attention, in the normal vehicle design, the front projected area A is regarded as a parameter that can be dealt with in the vehicle design in order to reduce the pressure resistance. On the other hand, the mainstream air density ρ and the speed V are not regarded as parameters that can be dealt with in the design of the vehicle because they can fluctuate according to the traveling environment of the vehicle.
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。
However, without being bound by the above-mentioned existing concept, the inventor of the present invention considered that the mainstream air density ρ can be a parameter that can be dealt with in vehicle design in order to reduce the pressure resistance. Focusing on the fact that the pressure resistance that occupies most of the air resistance F is proportional to the mainstream air density ρ, it is possible to reduce the air resistance F by lowering the air density ρ of the
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。
Therefore, by using the
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。
Next, the relationship between the temperature and the density of the
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。
Hereinafter, specific embodiments will be described.
[Explanation of the first embodiment]
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the
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。
In the present embodiment, the predetermined distance L1 is set to be the same as the width La of the
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。
In the present embodiment, by setting the predetermined distance L1 described above to the distance La or more (L1 ≧ La), the
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。
Further, the mounting position of the
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。
FIG. 9 is an explanatory view showing an example in which an
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。
FIG. 10 is an explanatory view showing an example in which the
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。
FIG. 11 is an explanatory view showing an example in which the
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。
FIG. 12 is an explanatory view showing an example in which the
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。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example in which the
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。
FIG. 14 is an explanatory view showing an example in which the
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。
In this way, the following effects can be obtained by using the electromagnetic wave generator 12 (fluid heating device) to heat the
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。
Since the temperature rise in the
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。
Since the
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。
By setting the wavelength of the electromagnetic wave output from the
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。
By providing the
By providing the
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。
By providing the
By providing the
[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。
[Explanation of the second embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 15 is an explanatory diagram showing the configuration of the fluid heating device according to the second embodiment. In the second embodiment, an example is shown in which an
The electromagnetic
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。
FIG. 16 is a graph showing an example of a map. The relationship between the vehicle speed and the electromagnetic wave output at which the air resistance is most reduced when the vehicle is traveling at the vehicle speed is measured in advance, and the measurement result is stored in the
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。
When the vehicle speed data is acquired, the electromagnetic
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。
As shown in FIGS. 17A and 17B, the output control of the electromagnetic wave can be controlled by changing the ratio of the on-time to one cycle (duty ratio). For example, when reducing the output of electromagnetic waves, the duty ratio is reduced as shown in FIG. 17A. When increasing the output of electromagnetic waves, the duty ratio is increased as shown in FIG. 17B. By doing so, the electromagnetic wave output can be arbitrarily set.
The electromagnetic
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。
Next, the operation of the fluid heating device according to the second embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. This process is executed by the electromagnetic
First, in step S11, the electromagnetic
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。
If the vehicle speed is less than the lower limit (YES in step S12), the electromagnetic
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。
When the vehicle speed is equal to or higher than the lower limit value (NO in step S12), in step S13, the electromagnetic
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。
In step S14, the electromagnetic
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。
In step S18, the electromagnetic
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。
In step S15, the electromagnetic
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。
In step S17, the electromagnetic
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。 On the other hand, if it is determined in step S15 that the current electromagnetic wave output is not larger than the reference value (NO in step S15), the current electromagnetic wave output is appropriate, so the electromagnetic wave output is not changed. In this way, the electromagnetic wave output is controlled according to the vehicle speed.
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。
In this way, the fluid heating device according to the present embodiment acquires the current vehicle speed (running speed) and the electromagnetic wave output (reference value) suitable for the vehicle speed stored in the map. Then, the current electromagnetic wave output is controlled to approach the reference value. Therefore, electromagnetic waves suitable for the vehicle speed are output, and it is possible to heat the mainstream around the
Further, since it is possible to prevent the mainstream temperature rise from becoming excessive, it is possible to avoid the problem that the temperature of the
[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。
[Explanation of Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 19 to 23. FIG. 19 is an explanatory view showing a fluid heating device according to a third embodiment. A
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。
As shown in FIG. 19, the
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。
One
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。
That is, as shown in FIG. 20A, when the
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。
Further, as shown in FIG. 21A, even when the
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。
As described above, in the third embodiment, the heating element 31 (fluid heating device) is installed outside the boundary layer of the
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。
In the present embodiment, an example of supplying the exhaust gas discharged from the engine to the
Further, a plurality of
[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。
[Explanation of Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 24 is an explanatory view showing the configuration of the fluid heating device according to the fourth embodiment, and the heating element 33 formed of a flat-shaped resistor and the heating element 33 provided at both ends of the heating element 33 are provided. It has
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。
Similar to the third embodiment described above, the heating element 33 is installed at a predetermined height of the top plate of the
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。
An
The
Since the heating element 33 has a higher temperature than the outside air of the moving body, the mainstream air density can be reduced more effectively.
[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。
[Explanation of Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 25 is an explanatory diagram showing the configuration of the fluid heating device according to the fifth embodiment. In the fifth embodiment, a
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。
The
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。
Further, the
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。 FIG. 26 is a graph showing an example of a map. The relationship between the vehicle speed (running speed) and the temperature of the heating element 33, which has the lowest air resistance when the vehicle is running at the vehicle speed, is measured in advance, and the measurement result is stored in the memory 62 as a map. In FIG. 26, a plurality of maps (q11, q12, q13) are stored. One of the maps q11, q12, and q13 is set according to the vehicle, and as will be described later, when the vehicle speed is acquired, it is suitable for the vehicle speed by referring to this map. The temperature of the heating element 33 is determined. Further, the duty ratio for this temperature is determined.
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。
When the vehicle speed data is acquired, the
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。
As shown in FIGS. 27A and 27B, the duty ratio control of the
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。
The
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。
Next, the operation of the fluid heating device according to the fifth embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 28. This process is executed by the
First, in step S31, the
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。
When the vehicle speed is less than the lower limit value (YES in step S32), in step S37, the
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。
When the vehicle speed is equal to or higher than the lower limit value (NO in step S32), in step S33, the
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。
In step S34, the
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。
In step S35, the
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。
In step S39, the
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。
In step S36, the
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。
In step S38, the
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。 On the other hand, if it is determined in step S36 that the current duty ratio is not larger than the reference value (NO in step S36), the current duty ratio is appropriate and the duty ratio is not changed. In this way, the duty ratio is controlled according to the vehicle speed.
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。
As described above, in the present embodiment, the duty ratio of the
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。
In the fifth embodiment, an example has been described in which a resistor is used as the heating element 33 and the temperature of the heating element 33 is controlled to be an appropriate temperature by controlling the current supplied to the resistor. As shown in the third embodiment described above, it is also possible to apply to an example in which a high temperature gas such as an engine exhaust gas is introduced into the
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。
Although the contents of the present invention have been described above according to the embodiments, it is obvious to those skilled in the art that the present invention is not limited to these descriptions and various modifications and improvements can be made.
In the above-described embodiment, the case where the moving body is a vehicle has been described, but the present invention can be applied to a moving body moving in the air in addition to the vehicle. Examples of moving objects include motorcycles, railroads, aircraft, rockets, etc., in addition to automobiles.
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
2
Claims (11)
を特徴とする移動体。 A feature is that a fluid heating device that heats the mainstream outside the boundary layer relatively more than the fluid flowing through the boundary layer on the surface of the moving body is provided in front of the top plate of the moving body or the top plate. A moving body.
を特徴とする請求項2に記載の移動体。 The mobile body according to claim 2, wherein the wavelength of the electromagnetic wave is in the range of 750 nm to 100,000 nm.
を特徴とする請求項2または3に記載の移動体。 The moving body according to claim 2 or 3, wherein the traveling speed of the moving body is acquired and the output of the electromagnetic wave is changed according to the traveling speed.
を特徴とする請求項1に記載の移動体。 The moving body according to claim 1, wherein the fluid heating device is a heating element provided at a position separated from the surface of the moving body by a width of the boundary layer or more.
を特徴とする請求項5に記載の移動体。 The moving body according to claim 5, wherein the heating element is higher than the temperature of the outside air of the moving body.
を特徴とする請求項5または6に記載の移動体。 The moving body according to claim 5 or 6, wherein the traveling speed of the moving body is acquired and the temperature of the heating element is changed according to the traveling speed.
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
を特徴とする移動体。 A fluid heating device that heats the mainstream outside the boundary layer relatively more than the fluid flowing through the boundary layer on the surface of the moving body is provided.
The fluid heating apparatus, moving body you characterized in that it is installed in the stagnation point of the moving body.
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
を特徴とする移動体。 A fluid heating device that heats the mainstream outside the boundary layer relatively more than the fluid flowing through the boundary layer on the surface of the moving body is provided.
The movable body is a vehicle, the fluid heating apparatus, to that moving body, characterized in that it is installed in the bumper of the vehicle.
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
を特徴とする移動体。 A fluid heating device that heats the mainstream outside the boundary layer relatively more than the fluid flowing through the boundary layer on the surface of the moving body is provided.
The fluid heating apparatus, the top plate you characterized moving body for installation on the front end portion of the movable body.
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
を特徴とする移動体。 A fluid heating device that heats the mainstream outside the boundary layer relatively more than the fluid flowing through the boundary layer on the surface of the moving body is provided.
The movable body is a vehicle, the fluid heating apparatus, moving body you characterized in that it is installed in the front end of the hood of the vehicle.
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