21aはヒーターです。22は赤外線LEDと赤外線センサーです。鏡が斜め上を向いています。これにより垂直に立っているカーブミラーよりも少し早く結露します。センサー22が結露を関知したときヒーター21aとカーブミラーの裏面に貼ったヒーターを同時に通電し加熱します。センサーの鏡21の結露がとれたときカーブミラーのヒーターとセンサーヒーター21a両方の通電を止めます。これによりカーブミラーを結露寸前で加熱する事ができます。実験により一晩で約1分の通電が5回ありました。気温が急激に下がるとき結露するのでそのような気温変化が一晩で5回あったということだと思います。これが制御回路のブロック図です。動作し結露を防ぐ事ができました。消費電力が少なく実用レベルですが対処療法です。対処療法には必ず問題点が付いてきます。その問題点とはセンサーが汚れると正常に動作しなくなる点です。この段階で製品化を断念しました。次に考えたのが空気吸い込み方式です。ミラーよりも上空の遅れて冷える部分の空気をミラー内部に吸い込みミラー表面を暖めることで表面温度を周囲の気温以上に保つことが可能です。相対湿度が100%近くになるのは日没付近ですから日没と同時にファンを回しミラー内部に空気を送り込みます。今後問題になるのは空気を送る量と放射冷却の強さのバランスを考えてコスト計算することです。最低1年間の実証試験が必要です。霜がついていない実験の結果です。これはまだフィルムカメラで撮った写真です。Aは吸い込みのホースをミラー裏面に近づけすぎて一部だけ結露を予防できました。Bはパイプの入れ方をくふうし全体の結露を予防する事ができました。これにより夜間1m上の空気を吸い込めばカーブミラーの結露を予防する事ができることが分かりました。吸い込み口には穴があり虫や枯れ葉などが詰まる可能性があります。最低10年間メンテナンスフリーで動作させる必要があるのでこれも製品化は断念しました。消費電力は0.1A×12時間=1.2Ahでした。ヒータータイプと商品電力量はほぼ同じでした。目的が同じだと方式が違っても消費電力量は同じなのかなと思いました。ここで行き詰まり研究を中断していました。攪拌方式9年後、ふと気づきました。したら吸い込み口が無くても露点以上に保つことができるかも知れないと思いました。原理は、次のようになります。外気温が下がっていくときミラー内部にある空気は遅れて冷えると思いました。いうことは内部の空気とミラーの温度を馴染ませればミラーの温度を外気と同じくらいに保てるのではないかと思いました。実験したところ、この写真のように霜も予防できました。氷点下の気温の中霜も結露も発生せず朝を迎えました。表面には水分が付着しないので気温が氷点下になっても結露や霜が付きません。根本的な解決になりました。日没から日の出までミラー内部のファンに電源を供給し内部の空気を撹拌します。これでミラー表面を気温付近の温度と同じに保つ事ができました。文章で書くとたったこれだけなのですが、この原理に気づくまで18年かかりました。放射冷却についてはよく理解したと思います。特許を検索する限り放射冷却に関する知識は付いたと思います。これが実験用ミラーの内部です。制御はソフトウェアで決めています。次に、量産した場合のコストダウンのための改良発明です。消費電力をさらに小さくするためファンへ供給する電力を減らします。そこで、必要なときだけ電源を供給する事にしました。ミラーの温度を測定しながら露点を予測し露点を下回る前にファンを動作させる方式を考えました。結果的に上の図のように断続した電源供給になります。露点を測定するには気温と湿度を測定する必要があります。温度は簡単に測れますが湿度を測定するのは面倒です。そこで今回は放射冷却が発生して急激に気温が低下し相対湿度が100%に近くまで上昇するという特殊な条件である事から、ミラー表面の温度と外気温を測定するだけで露点を予測し制御する事ができると考えました。次に、ミラーを動作させるときに単に連続して電源を供給するのではなく、ONとOFFの比率を可変することにしました。節電するため、ONの時間連続して供給するのではなくONの波形の中をPWM制御しファンの回転数を落とさないように消費電力を減らす方法を考えました。節電するため、ONの時間連続して供給するのではなくONの波形の中をPWM制御しファンの回転数を落とさないように消費電力を減らす方法を考えました。デューティーを50%にすると、この写真のように完全に結露を予防する事ができませんでした。中心部分だけにしか効果がありませんでした。そこで消費電力をそのままにして効率を上げる方法を考えました。少ない風量で流速を上げるためミラー内部に仕切り板を設ける事にしました。ミラーと裏板の間にドーナツ型の板を設置します。真ん中にファンを設置して周囲はミラーの直径より少し小さくして隙間を空けておきます。ミラーから裏側へ空気を引くとドーナツ状の仕切り板の外周からミラー裏面へ空気が戻っていきます。空気が流れる断面積が約半分になるので流速が上がります。仕切り板をミラー裏面に近づけるとさらに断面積が小さくなり流速が上がります。これによりファンの消費電力を増やさずにミラー裏面の空気の流速を上げます。流速が上がれば空気とミラーとの温度の馴染み方が濃くなり露点以上に保つ事ができます。4.まとめここまでが私の実験結果です。最初にテーマを頂いたカーブミラーメーカーへ行き社長に会いました。社長は次の代に変わっており当時のことは知らなかったので事情を説明して理解していただきました。「時間はかかりましたがやっと完成しました」と言ったところ「うちは公共事業への売上だから難しい物を作る必要がない」という回答でした。カーブミラーの予算は毎年決まっているので単価の高い物を売ると通常のミラーが売れなくなるとのことです。日本には、カーブミラーメーカーが3社あります。次に別のメーカーに行ったところ光触媒方式を採用し設備投資をしたのでその他の方式は不要とのことでした。最後の1社へ行きました。そこはステンレスのミラーを作っています。社長に会い説明したところ「無償なら特許を使ってもよい」という返事でした。これで日本での需要がないことが確定しました。自社でカーブミラーメーカーになるつもりはないのでこの特許の価値がないことが確定しました。18年という貴重な時間を無駄にしたような気がします。ここまで放射冷却を理解した人は他にいないのではないかと思い他に応用方法が無いか考えました。ここまでは、放射冷却の中で冷えないようにする研究でした。冷えても良いのであれば住宅の室内を冷やしてみようと思い新たな研究を開始しました。そこから”そらテクノロジー”が始まりました。最新の記事ゆっくり不動産で紹介されました。