(57)【要約】【課題】親水化処理された被冷却領域に薄膜状の水膜を良好に形成させることができ、また、冷却の際に使用される水量を抑制することができる冷却方法、冷却装置、および、その冷却装置を備えた構造物を提供する。【解決手段】構造物５０の外表面における被冷却領域５２に対し親水化処理を施して被冷却領域５２全域に亘って水膜６０を保持可能な親水性の層を形成するとともに、この親水性の層が形成された被冷却領域５２に対し冷却水の吐出と冷却水の吐出停止とを交互に繰り返し行うことにより、被冷却領域５２の全域に亘って薄膜状の水膜６０を常時形成し、この水膜６０での蒸発に伴う潜熱により構造物５０を冷却することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の外表面における被冷却領域に対し親水化処理を施して該被冷却領域全域に亘って水膜を保持可能な親水性の層を形成するとともに、この親水性の層が形成された被冷却領域に対し冷却水の吐出と冷却水の吐出停止とを交互に繰り返し行うことにより、被冷却領域の全域に亘って薄膜状の水膜を常時形成し、この水膜での蒸発に伴う潜熱により構造物を冷却することを特徴とする構造物の冷却方法。
【請求項２】
前記冷却水の吐出は０．１〜５秒間行い、前記冷却水の吐出停止は３〜１５秒間行うことを特徴とする請求項１に記載の構造物の冷却方法。
【請求項３】
前記水膜はその最薄部分の膜厚を１０〜１００μｍとすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の構造物の冷却方法。
【請求項４】
前記冷却水の吐出は、前記被冷却領域の上流端部においてその幅方向に沿って１０〜５０ｍｍの間隔で配した口径が０．３〜１．５ｍｍの複数の吐出口より行うことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の構造物の冷却方法。
【請求項５】
前記被冷却領域において幅１ｍ当たりの１分間の冷却水の平均吐出量を０．０１〜１．００Ｌとすることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１つに記載の構造物の冷却方法。
【請求項６】
構造物の外表面における被冷却領域に対し親水化処理を施して該被冷却領域全域に亘って水膜を保持可能な親水性の層を形成させ、該被冷却領域に対し冷却水の吐出と冷却水の吐出停止とを交互に繰り返し行うことにより、被冷却領域の全域に亘って薄膜状の水膜を常時形成させ、この水膜での蒸発に伴う潜熱により構造物を冷却させる冷却装置であって、
所定間隔を隔てて列設された複数の冷却水の吐出口を有し、前記被冷却領域の上流端部にその幅方向に亘って配設される冷却水吐出手段と、
この冷却水吐出手段に冷却水を供給する冷却水供給手段と、
この冷却水供給手段による冷却水の供給量、冷却水の吐出時間、及び、冷却水の吐出停止時間を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする構造物の冷却装置。
【請求項７】
前記制御手段により前記冷却水の吐出時間が０．１〜５秒に設定されるとともに、前記冷却水の吐出停止時間が３〜１５秒に設定されたことを特徴とする請求項６に記載の構造物の冷却装置。
【請求項８】
前記制御手段には、前記被冷却領域に形成された水膜の膜厚を測定する膜厚測定手段が接続され、
この膜厚測定手段による測定値に基づいて前記被冷却領域全域に形成される水膜の最薄部分の膜厚が１０〜１００μｍとなるように前記制御手段により前記冷却水供給手段が制御されることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の構造物の冷却装置。
【請求項９】
前記吐出口の口径が０．３〜１．５ｍｍとされるとともに、前記吐出口同士の間隔が１０〜５０ｍｍとされたことを特徴とする請求項６から請求項８までのいずれか１つに記載の構造物の冷却装置。
【請求項１０】
前記被冷却領域において幅１ｍ当たりの１分間の冷却水の平均吐出量が０．０１〜１．００Ｌとなるように前記制御手段により前記冷却水供給手段が制御されることを特徴とする請求項６から請求項９までのいずれか１つに記載の構造物の冷却装置。
【請求項１１】
請求項６から請求項１０までのいずれか１つに記載の冷却装置と、
前記構造物の外表面において親水化処理を施された前記被冷却領域とを備えたことを特徴とする構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の外表面における被冷却領域に対し親水性の層を形成し、該被冷却領域に対し冷却水を供給して該被冷却領域全域に亘って薄膜状の水膜を常時形成させ、この水膜での蒸発に伴う潜熱により構造物を冷却する構造物の冷却方法、冷却装置、及び、その冷却装置を備えた構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート建築物が多い都市部では、建築物の屋根や壁などが直射日光や高層建築物の多重反射などにより加熱されてしまう。このようにして建築物に昼間蓄積された熱は夜間外気に放出されるため、夜間であっても外気温は低下することがなく、外気温が上昇したまま翌日を迎えるという悪循環を引き起こす。また、昼間に加熱された建築物は、室内まで熱が伝達し室内が高温となる。したがって、室内の温度を快適に保とうと冷房設備を過度に使用してしまうため、その冷房設備から外気への排熱量が上昇してしまい、結果として外気温を上昇させてしまう。これらの外気温の上昇が、都市部と郊外との間で温度差を生じさせる、いわゆるヒートアイランド現象を引き起こす一因となっている。
【０００３】
一方、建築物の屋根などに設置されている太陽光発電システムでは、太陽電池が高温状態となると発電効率が低下してしまうという問題も生じている。
【０００４】
そこで、建築物や太陽電池などの冷却を目的として、建築物の屋根、壁、及び、太陽電池などに散水して冷却する装置や方法が種々提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
特許文献１に記載されている太陽光発電システムは、瓦に埋め込まれた瓦発電部と、瓦表面に散水する散水手段と、瓦表面の温度を検出する温度センサと、温度センサからの温度が所定温度を越えた際に散水手段によって散水を行わせる散水制御部とを備えている。この太陽光発電システムでは、散水によって瓦発電部を冷却することができるため、発電効率の低下を抑制することができる。
【０００６】
ところで、この太陽光発電システムでは、主に水の顕熱を利用した冷却が行われている。この顕熱冷却は、低温の水が被冷却部材に接触することで、熱の移動が生じ冷却されるというもので、水が相変化を起こさない冷却方法である。そして、顕熱冷却では、水の比熱である１ｃａｌ／ｇ相当の冷却効果しか期待できないので、顕熱冷却で被冷却部材を冷却するには大量の水を使用することとなる。
【０００７】
この顕熱冷却より効率のよい冷却方法としては潜熱冷却があげられる。この潜熱冷却は、蒸発といった水の相変化を利用したもので、水が蒸発する際の蒸発潜熱によって周囲の熱を奪わせて冷却させるというものであり、５４０〜５８０ｃａｌ／ｇ程度の冷却効果を見込むことができる。このような潜熱冷却を行うためには、被冷却部材表面に略均一に連続した状態で薄い水膜を形成することが有効であり、その膜厚は２００μｍ以下に形成するのが好ましい。しかしながら、上記した構成の太陽光発電システムのように水を散水しただけでは、瓦発電部表面に薄い水膜が形成されないため、潜熱冷却を行うことができない。
【０００８】
そこで、親水化処理された被冷却領域に水を供給することで薄い水膜を形成させ、潜熱冷却によって被冷却領域を冷却する冷却方法が特許文献２に提案されている。この冷却方法は、屋根や壁面の表面に親水性の層を形成して、その親水層表面に散水を行って水膜を形成させ、その水膜での蒸発に伴う潜熱によって屋根や壁面を冷却するといった方法である。この冷却方法では、潜熱冷却によるものであることから、上記したように高い冷却効果が見込め、その結果、水の使用量を顕熱冷却に比して抑制することができる。
【０００９】
しかしながら、潜熱冷却を行うには親水層表面に薄い水膜を形成することが必須であるにもかかわらず、特許文献２では、その具体的な方法については全く記載されていない。例えば、特許文献２に記載されている散水機構は、横送水管から複数の散水ノズルが突出した構造であり、このような構成の散水ノズルから連続して水を流下させると、水は単に親水層表面を複数本のスジ状となって流れ落ちていくだけであり、水膜は形成されない。また、水膜を形成しようとして散水ノズルからの流量を多くすると、スジ状の水は隣接するもの同士が親水層表面で合流し水膜を形成するが、水の流量を多くした分親水層表面に形成される水膜は潜熱冷却を行うには厚過ぎて、結局は潜熱冷却を利用した高い冷却効果が得られにくくなるとともに、水の使用量が多くなってしまうものであった。
【００１０】
また、このような構成の散水機構では、突出した散水ノズルの外観上の見栄えがよくないというだけでなく、突出した散水ノズルが親水層表面に影をつくってしまいその部分で水が蒸発しないという問題があった。
【００１１】
そこで、親水層表面に薄い水膜を形成でき、散水ノズルを有しない冷却装置が特許文献３に提案されている。
【００１２】
この冷却装置は、多孔質素材からなるホースと、このホースを掛止するためのホース取付部と、ホース取付部に設けられた通水部材と、光触媒で親水化処理を施した光触媒面とを備えている。そして、ホースから吐出した水をスポンジなどの通水部材から光触媒面に滲出させることで、光触媒面に薄い水膜を形成させるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】実登３０７５７５８号公報
【特許文献２】特開２００２−２０１７２７号公報
【特許文献３】特開２００４−３６０２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記冷却装置は、ホースに多孔質素材が用いられているとともに、通水部材にスポンジ等が用いられており、通常、それらのものは目が細かいため、水垢などによってそれらの目が詰まってしまうという虞がある。
【００１５】
一方、この目詰まりを防ぐために、仮にホースや通水部材の目を粗くした場合、過剰の水が光触媒面に供給されてしまうため、薄い水膜が形成されなくなってしまう。
【００１６】
本発明は係る実情に鑑みてなされたもので、その目的は、親水化処理された被冷却領域に薄膜状の水膜を良好に形成させることができ、また、冷却の際に使用される水量を抑制することができる構造物の冷却方法、冷却装置、及び、その冷却装置を備えた構造物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明の構造物の冷却方法は、構造物の外表面における被冷却領域に対し親水化処理を施して該被冷却領域全域に亘って水膜を保持可能な親水性の層を形成するとともに、この親水性の層が形成された被冷却領域に対し冷却水の吐出と冷却水の吐出停止とを交互に繰り返し行うことにより、被冷却領域の全域に亘って薄膜状の水膜を常時形成し、この水膜での蒸発に伴う潜熱により構造物を冷却することを特徴とする。
【００１８】
このような本発明によると、被冷却領域全域に亘って親水性の層を形成するとともに、被冷却領域に対し冷却水の吐出と冷却水の吐出停止とを交互に繰り返し行うものであるから、断続的に吐出された冷却水は被冷却領域に少量ずつ供給され、親水性を有する被冷却領域で広がりながら、緩やかな速度で流れ落ちていく。これにより、被冷却領域全域に亘って薄膜状の水膜が常時形成され、潜熱冷却が安定的に行われ、構造物を効果的に冷却することができる。
【００１９】
また、被冷却領域に冷却水を連続して吐出する従来の方法とは異なり、少量の冷却水を断続的に吐出するものであるから、冷却水の使用量を抑制することができる。
【００２０】
また、前記冷却水の吐出は０．１〜５秒間行い、前記冷却水の吐出停止は３〜１５秒間行うのが薄膜状の水膜を常時形成するうえで好ましい。
【００２１】
冷却水の吐出時間が０．１秒未満であると、被冷却領域への冷却水の供給量が不足して被冷却領域の全域に冷却水が行き渡らなくなる。また、冷却水の吐出時間が５秒を超えると、被冷却領域への冷却水の供給量が過剰となって被冷却領域に形成される水膜が厚くなってしまう。
【００２２】
また、冷却水の吐出停止時間が３秒未満であると、被冷却領域に対して吐出される冷却水量が多くなってしまい、形成される水膜が厚くなってしまうため、水膜による潜熱冷却を生じさせることが困難となってしまう。また、冷却水の吐出停止時間が１５秒を超えると、被冷却領域への冷却水の供給量が水膜を常時形成するのに必要な量に達しないため、水膜を形成している冷却水が被冷却領域から流れ落ちてしまい、被冷却領域において水膜が部分的に途切れてしまうことが発生する。しかしながら、冷却水の吐出停止時間の下限値を３秒とすると、吐出される冷却水量が適正量となり、被冷却領域に薄膜状に水膜が良好に形成されることとなる。また、冷却水の吐出停止時間の上限値を１５秒とすると、水膜を常時形成するのに必要な供給量を確保することができ、被冷却領域全域に亘って良好に水膜を形成することができる。
【００２３】
また、前記水膜はその最薄部分の膜厚を１０〜１００μｍとするのが好ましい。
【００２４】
水膜の最薄部分の膜厚が１０μｍ未満であると水膜が部分的に途切れてしまい、１００μｍを超えると、被冷却領域の全域に亘って水膜が潜熱冷却には適さない厚みとなって所望の冷却効果が得られにくくなるといったことがない。
【００２５】
また、前記冷却水の吐出は、前記被冷却領域の上流端部においてその幅方向に沿って１０〜５０ｍｍの間隔で配した口径が０．３〜１．５ｍｍの複数の吐出口より行うのが好ましい。
【００２６】
吐出口の口径が０．３ｍｍ未満であると、水膜を形成するのに必要な吐出量を確保するうえで各吐出口における吐出圧を高める必要が生じてしまう。そして、この高い吐出圧を実現するためには、吐出口への冷却水の供給圧を上げなければならず、そのためには、高い供給圧に設定できるような高価なポンプなどが必要となるため、設備コストが上がってしまうという問題がある。また、吐出口の口径が１．５ｍｍを超えると、各吐出口における吐出圧が不均一となり吐出口の位置の違いによって冷却水の吐出量が異なってしまうことが発生し、被冷却領域に均一な水膜が形成されなくなることがある。しかしながら、吐出口の口径の下限値を０．３ｍｍとすると、上記したような高い供給圧にする必要がなくなり、設備コストを抑えることができるとともに、吐出口が小さすぎて水垢等によって吐出口が短時間で閉塞してしまうといったことがない。また、吐出口の口径の上限値を１．５ｍｍとすると、各吐出口においける吐出圧がほぼ一定となるため、どの吐出口においても冷却水の吐出量は一定となり、被冷却領域に均一な水膜を形成することができる。
【００２７】
また、吐出口の口径が０．３〜１．５ｍｍの範囲である場合に、吐出口同士の間隔が１０ｍｍ未満であると、各吐出口における吐出圧が不均一となり吐出口の位置の違いによって冷却水の吐出量が異なってしまうことが発生し、被冷却領域に均一な水膜が形成されなくなることがある。吐出口の口径が０．３〜１．５ｍｍの範囲である場合に、吐出口同士の間隔が５０ｍｍを超えると、被冷却領域に対して吐出された冷却水が横に広がりきれずに、水膜が形成されにくくなる。特に、隣接する吐出口から吐出された冷却水同士が、被冷却領域の上方において合流できずに水膜が途切れた状態となってしまう。しかしながら、吐出口同士の間隔の下限値を１０ｍｍとすると、どの吐出口においても冷却水の吐出量は一定となり、被冷却領域に均一な水膜を形成することができる。また、吐出口同士の間隔の上限値を５０ｍｍとすると、隣接する吐出口から吐出された冷却水同士が被冷却領域の上方においても合流することができ、被冷却領域に水膜が良好に形成される。
【００２８】
また、前記被冷却領域において幅１ｍ当たりの１分間の冷却水の平均吐出量を０．０１〜１．００Ｌ（リットル）とするのが好ましい。
【００２９】
冷却水の平均吐出量が０．０１Ｌ未満であると、被冷却領域の全域に亘って水膜が薄くなり部分的に途切れてしまう。また、冷却水の平均吐出量が１．００Ｌを超えると、被冷却領域への冷却水の供給量が過剰となり被冷却領域に水膜が薄膜状に形成されにくくなる。
【００３０】
また、本発明の構造物の冷却装置は、構造物の外表面における被冷却領域に対し親水化処理を施して該被冷却領域全域に亘って水膜を保持可能な親水性の層を形成させ、該被冷却領域に対し冷却水の吐出と冷却水の吐出停止とを交互に繰り返し行うことにより、被冷却領域の全域に亘って薄膜状の水膜を常時形成させ、この水膜での蒸発に伴う潜熱により構造物を冷却させる冷却装置であって、所定間隔を隔てて列設された複数の冷却水の吐出口を有し、前記被冷却領域の上流端部にその幅方向に亘って配設される冷却水吐出手段と、この冷却水吐出手段に冷却水を供給する冷却水供給手段と、この冷却水供給手段による冷却水の供給量、冷却水の吐出時間、及び、冷却水の吐出停止時間を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
また、前記制御手段により前記冷却水の吐出時間が０．１〜５秒に設定されるとともに、前記冷却水の吐出停止時間が３〜１５秒に設定されたものであってもよい。
【００３２】
また、前記制御手段には、前記被冷却領域に形成された水膜の膜厚を測定する膜厚測定手段が接続され、この膜厚測定手段による測定値に基づいて前記被冷却領域全域に形成される水膜の最薄部分の膜厚が１０〜１００μｍとなるように前記制御手段により前記冷却水供給手段が制御されるものであってもよい。
【００３３】
この場合、前記制御手段に前記膜厚測定手段が接続されたことにより、水膜の最薄部分の膜厚を１０〜１００μｍとする制御がより正確に行える。
【００３４】
また、前記吐出口の口径が０．３〜１．５ｍｍとされるとともに、前記吐出口同士の間隔が１０〜５０ｍｍとされたものであってもよい。
【００３５】
また、前記被冷却領域において幅１ｍ当たりの１分間の冷却水の平均吐出量が０．０１〜１．００Ｌとなるように前記制御手段により前記冷却水供給手段が制御されるものであってもよい。
【００３６】
また、本発明の構造物は、上記いずれか１つに記載の冷却装置と、前記構造物の外表面において親水化処理を施された前記被冷却領域とを備えたことを特徴とする。
【００３７】
このような本発明によると、上記いずれか１つに記載の冷却装置と、親水化処理された被冷却領域とを備えたものであるから、構造物の被冷却領域に薄膜状の水膜を良好に形成することができる。
【００３８】
従って、薄膜状の水膜の蒸発に伴う潜熱を利用して構造物全体を冷却することができるため、ヒートアイランド現象の一因であった加熱された構造物の夜間における放熱や、冷房設備からの排熱量を抑えることができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の構造物の冷却方法、冷却装置、及び、その冷却装置を備えた構造物は、親水化処理された被冷却領域に薄膜状の水膜を良好に形成させることができ、また、冷却の際に使用される水量を抑制することができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施の形態１における冷却装置を備えた構造物を示す模式図である。
【図２】図１における冷却装置の冷却水吐出手段を示す部分拡大図である。
【図３】図１における冷却装置の冷却水吐出手段を示す斜視図である。
【図４】実施例３の被冷却領域の各地点における水膜の最薄膜厚の経時変化を示すグラフである。
【図５】実施例４の被冷却領域の各地点における水膜の最薄膜厚の経時変化を示すグラフである。
【図６】実施の形態２における冷却装置を用いた構造物を示す模式図である。
【図７】図６における冷却装置の冷却水吐出手段を示す部分拡大図である。
【図８】図６における冷却装置の冷却水吐出手段を示す斜視図である。
【図９】図６における冷却装置の冷却水吐出手段を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００４２】
［実施の形態１］
図１は、本実施の形態における冷却装置を備えた構造物を示す模式図であり、また、図２は、冷却装置の冷却水吐出手段付近を示す部分拡大図であり、さらに、図３は、冷却水吐出手段を示す斜視図である。
【００４３】
本実施の形態の構造物５０は、被冷却領域５２と、冷却装置１０とを備えている。
【００４４】
ここで、図１に示す構造物５０の壁面５３の上端部には、壁面５３から奥に退避した位置に後述する冷却水吐出手段２０を設置することができる構造となっており、図２に示すように、冷却水吐出手段２０から吐出された冷却水が壁面５３に向かって流れるように、構造物５０の退避部分の上面５４には緩やかな傾斜が形成されている。これにより、構造物５０の壁面５３に冷却水吐出手段２０を突出させた状態で設置する必要がなくなり、冷却水吐出手段２０により構造物５０の外観を損ねることがなく、また、冷却水を壁面５３に沿って流すことを容易に行うことができる。
【００４５】
上記被冷却領域５２は、構造物５０の壁や屋根などの外表面のうち冷却が行われる対象領域である。被冷却領域５２は、親水化処理が施され被冷却領域５２全域に亘って水膜６０を保持可能な親水性の層が形成されている。これにより、被冷却領域５２は、冷却水が供給されると、冷却水はその親水性により、水滴状とはならず一様な膜となって流下するようになる。その結果、冷却水が風によって飛散することがなく、且つ、水膜６０にムラが生じにくくなり、光を浴びると均等かつ効率的に冷却水が蒸発するようになり、蒸発に伴う潜熱によって構造物５０を効果的に冷却できる。
【００４６】
親水化処理に用いられる材料としては、接触角１０°以下となるような親水性を形成できるものであれば特に限定するものではなく、例えば、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｒＴｉＯ３、ＷＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＳｎＯ２等の光触媒の他、多孔質のシリカ（Ｓｉ０２）や水ガラス等の高度の親水性を持つ材料などがあげられる。
【００４７】
また、被冷却領域５２の親水化処理を光触媒材料によって行う場合、被冷却領域５２の表面を活性化するための手法としては、特に限定するものではなく、例えば、コロナ放電処理などがあげられる。
【００４８】
上記冷却装置１０は、冷却水吐出手段２０と、冷却水供給手段３０と、制御手段４０とを備えている。
【００４９】
上記冷却水吐出手段２０は、被冷却領域５２に冷却水を吐出するためのものである。冷却水吐出手段２０は、図１および２に示すように、被冷却領域５２の上流端部にその幅方向に亘って配設されたものであり、図３に示すように、所定間隔を隔てて列設された複数の冷却水の吐出口２１を有している。
【００５０】
冷却水吐出手段２０は、一般的に用いられる合成樹脂管であった場合、内径が１３〜１６ｍｍの範囲のものを用いるのが好ましく、これにより、内径が小さすぎて冷却水吐出手段２０への通水抵抗が大きくなるといったことがなく、また、内径が大きすぎて冷却水吐出手段２０に通水した際に自重や熱などによる撓みが大きくなるといったことがない。
【００５１】
吐出口２１としては、形状を特に限定するものではなく、例えば、円形、方形、及び、多角形のものなどがあげられる。
【００５２】
なお、吐出口２１の口径が０．３〜１．５ｍｍとされるとともに、冷却水吐出手段２０における吐出口２１同士の間隔が１０〜５０ｍｍとされることが好ましい。
【００５３】
吐出口２１の口径が０．３ｍｍ未満であると、水膜６０を形成するのに必要な吐出量を確保するうえで各吐出口２１における吐出圧を高める必要が生じてしまう。そして、この高い吐出圧を実現するためには、吐出口２１への冷却水の供給圧を上げなければならず、そのためには、高い供給圧に設定できるような高価なポンプなどが必要となるため、設備コストが上がってしまうという問題がある。また、吐出口２１の口径が１．５ｍｍを超えると、各吐出口２１における吐出圧が不均一となり吐出口２１の位置の違いによって冷却水の吐出量が異なってしまうことが発生し、被冷却領域５２に均一な水膜６０が形成されなくなることがある。しかしながら、吐出口２１の口径の下限値を０．３ｍｍとすると、上記したような高い供給圧にする必要がなくなり、設備コストを抑えることができるとともに、吐出口２１が小さすぎて水垢等によって吐出口２１が短時間で閉塞してしまうといったことがない。また、吐出口２１の口径の上限値を１．５ｍｍとすると、各吐出口２１においける吐出圧がほぼ一定となるため、どの吐出口２１においても冷却水の吐出量は一定となり、被冷却領域５２に均一な水膜を形成することができる。
【００５４】
また、吐出口２１の口径が０．３〜１．５ｍｍの範囲である場合に、吐出口２１同士の間隔が１０ｍｍ未満であると、各吐出口２１における吐出圧が不均一となり吐出口２１の位置の違いによって冷却水の吐出量が異なってしまうことが発生し、被冷却領域５２に均一な水膜６０が形成されなくなることがある。吐出口２１の口径が０．３〜１．５ｍｍの範囲である場合に、吐出口２１同士の間隔が５０ｍｍを超えると、被冷却領域５２に対して吐出された冷却水が横に広がりきれずに、水膜６０が形成されにくくなる。特に、隣接する吐出口２１から吐出された冷却水同士が、被冷却領域５２の上方において合流できずに水膜６０が途切れた状態となってしまう。しかしながら、吐出口２１同士の間隔の下限値を１０ｍｍとすると、どの吐出口２１においても冷却水の吐出量は一定となり、被冷却領域５２に均一な水膜６０を形成することができる。また、吐出口２１同士の間隔の上限値を５０ｍｍとすると、隣接する吐出口２１から吐出された冷却水同士が被冷却領域５２の上方においても合流することができ、被冷却領域５２に水膜６０が良好に形成される。
【００５５】
上記冷却水供給手段３０は、冷却水吐出手段２０に冷却水を供給するためのものである。冷却水供給手段３０としては、特に限定するものではなく、例えば、図１に示すように、冷却水を蓄える貯水槽３２と、貯水槽３２と冷却水吐出手段２０とを繋ぎ冷却水の送水経路である供給経路３３と、貯水槽３２の冷却水を冷却水吐出手段２０に供給するポンプ３１と、供給経路３３の冷却水の流量を測定する流量計３４と、供給経路３３の所定位置の開閉を行う電磁弁３５とを備えたものなどが用いられる。
【００５６】
上記制御手段４０は、冷却水供給手段３０による冷却水の供給量、冷却水の吐出時間、及び、冷却水の吐出停止時間を制御するためのものである。この制御手段４０により、親水化処理された被冷却領域５２に対し冷却水の吐出と冷却水の吐出停止とを交互に繰り返し行う制御が行われる。
【００５７】
なお、制御手段４０により冷却水の吐出時間が０．１〜５秒に設定されるとともに、冷却水の吐出停止時間が３〜１５秒に設定されることが好ましい。
【００５８】
冷却水の吐出時間が０．１秒未満であると、被冷却領域５２への冷却水の供給量が不足して被冷却領域５２の全域に冷却水が行き渡らなくなる。また、冷却水の吐出時間が５秒を超えると、被冷却領域５２への冷却水の供給量が過剰となって被冷却領域５２に形成される水膜６０が厚くなってしまう。
【００５９】
また、冷却水の吐出停止時間が３秒未満であると、被冷却領域５２に対して吐出される冷却水量が多くなってしまい、形成される水膜６０が厚くなってしまうため、水膜６０による潜熱冷却を生じさせることが困難となってしまう。また、冷却水の吐出停止時間が１５秒を超えると、被冷却領域５２への冷却水の供給量が水膜６０を常時形成するのに必要な量に達しないため、水膜６０を形成している冷却水が被冷却領域５２から流れ落ちてしまい、被冷却領域５２において水膜６０が部分的に途切れてしまうことが発生する。しかしながら、冷却水の吐出停止時間の下限値を３秒とすると、冷却水量が適正量となり、被冷却領域５２に薄膜状の水膜６０が良好に形成されることとなる。また、冷却水の吐出停止時間の上限値を１５秒とすると、水膜６０を常時形成するのに必要な供給量を確保することができ、被冷却領域５２全域に亘って良好に水膜６０を形成することができる。
【００６０】
また、制御手段４０には、被冷却領域５２に形成された水膜６０の膜厚を測定する膜厚測定手段４１が接続され、この膜厚測定手段４１による測定値に基づいて被冷却領域５２全域に形成される水膜６０の最薄部分の膜厚が１０〜１００μｍとなるように制御手段４０により冷却水供給手段３０が制御されることが好ましい。
【００６１】
この場合、制御手段４０に膜厚測定手段４１が接続されたことにより、水膜６０の最薄部分の膜厚を１０〜１００μｍとする制御がより正確に行える。
【００６２】
また、水膜６０の最薄部分の膜厚が１０μｍ未満であると水膜６０が部分的に途切れてしまい、１００μｍを超えると、被冷却領域５２の全域に亘って水膜６０が潜熱冷却には適さない厚みとなって所望の冷却効果が得られにくくなるといったことがない。
【００６３】
また、被冷却領域５２において幅１ｍ当たりの１分間の冷却水の平均吐出量が０．０１〜１．００Ｌとなるように制御手段４０により冷却水供給手段３０が制御されることが好ましい。
【００６４】
冷却水の平均吐出量が０．０１Ｌ未満であると、被冷却領域５２の全域に亘って水膜６０が薄くなり部分的に途切れてしまう。また、冷却水の平均吐出量が１．００Ｌを超えると、被冷却領域５２への冷却水の供給量が過剰となり被冷却領域５２に水膜６０が薄膜状に形成されにくくなる。
【００６５】
次に、本実施の形態の冷却方法について、上記した冷却装置１０を備えた構造物５０の例を用いて説明する。
【００６６】
まず、構造物５０の外表面における被冷却領域５２に対し親水化処理を施して被冷却領域全域５２に亘って水膜６０を保持可能な親水性の層を形成する。親水化処理方法としては、特に限定するものではなく、例えば、予めスパッタリングなどで表面に親水化処理した外装部材を構造物５０に設けることなどで行われる。これにより、被冷却領域５２は、冷却水が供給される場合、冷却水はその親水性により、水滴状とはならず一様な膜となって流下するようになる。その結果、冷却水は風によって飛散することはなく、且つ、水膜６０にムラが生じにくくなり、光を浴びると均等かつ効率的に冷却水が蒸発するようになり、蒸発に伴う潜熱によって構造物５０を効果的に冷却できる。
【００６７】
次に、親水性の層が形成された被冷却領域５２に対し冷却水の吐出と冷却水の吐出停止とを交互に繰り返し行う。
【００６８】
上記冷却装置１０において、貯水槽３２に貯蓄された冷却水をポンプ３１によって供給経路３３を介して冷却水吐出手段２０まで送る。続けて、冷却水吐出手段２０に供給された冷却水が吐出口２１から吐出され、吐出された冷却水は構造物５０の退避部分の上面５４に設けられた緩やかな傾斜によって被冷却領域５２へと流れ落ちる。
【００６９】
その際、予め制御手段４０で設定された冷却水の吐出時間及び吐出停止時間によって、供給経路３３に設置された電磁弁３５の開閉動作が行われる。これにより、被冷却領域５２に対し冷却水の吐出と冷却水の吐出停止とが交互に繰り返し行われるため、少量ずつ吐出された冷却水が被冷却領域５２で広がり、隣接する冷却水と合流しながら流れ落ちていき、薄膜状の水膜６０が形成されていく。
【００７０】
一方、供給経路３３に設置された流量計３４によって冷却水の流量が測定され、また、膜厚測定手段４１によって水膜６０の最薄部分の膜厚が測定される。その際、制御手段４０は、上記測定された流量と、上記測定された膜厚とから、ポンプ３１の送水量が適正量となるように制御する。
【００７１】
以上のようにして、被冷却領域５２の全域に亘って薄膜状の水膜６０が常時形成され、この水膜６０での蒸発に伴う潜熱により構造物５０が冷却されることとなる。
【００７２】
表１は、本実施の形態の冷却装置１０を用いて、被冷却領域５２に水膜６０を形成した際の実施例及び従来例をそれぞれ示している。
【００７３】
【表１】
2011137630.tif 000003
ここで、実施例においては、被冷却領域５２に対し冷却水の吐出と冷却水の吐出停止とを交互に繰り返し行い、従来例においては、被冷却領域５２に対し冷却水の吐出を連続的に行った。また、全ての実施例において、冷却水の吐出時間は０．１〜５秒、吐出停止時間は３〜１５秒、吐出口２１の口径は０．３〜１．５ｍｍ、吐出口２１同士の間隔は１０〜５０ｍｍ、及び、被冷却領域５２における幅１ｍ当たりの１分間の冷却水の平均吐出量は０．０１〜１．００Ｌの範囲となるようにそれぞれ設定されている。また、従来例１及び２は、実施例３及び４と同じ冷却装置１０を用いており、冷却水供給手段３０による冷却水の供給量を調節して、被冷却領域５２における幅１ｍ当たりの１分間の冷却水の平均吐出量がそれぞれ異なるようにしている。
【００７４】
従来例においては、冷却水の吐出を連続して行っているため、従来例２のように吐出する水量が少ないと、冷却水は被冷却領域５２を複数本のスジ状になって流れていく。このスジ状の冷却水の流れは、被冷却領域５２の下方においても合流することがなく、被冷却領域５２の全域において水膜６０が良好に形成されなかった。また、吐出させる冷却水の水量を多くするにしたがって、被冷却領域５２の下方から順にスジ状の冷却水の流れが合流していくが、従来例１のように吐出量を多くしないと、スジ状の冷却水の流れは被冷却領域５２の上方で合流しなかった。さらに、従来例１では、水膜６０の膜厚が最薄部分であっても１６０μｍと厚く形成されてしまったため、潜熱冷却が良好に行われないだけでなく、冷却水の使用量が多くなってしまった。
【００７５】
これに対し、全ての実施例においては、被冷却領域５２に対し冷却水の吐出と冷却水の吐出停止とが交互に繰り返し行われたことで、吐出された冷却水が被冷却領域５２で広がりながら流れ落ちたため、被冷却領域５２の全域において水膜６０が途切れることがなく、良好に形成された。
【００７６】
図４及び５は、それぞれ実施例３及び４の被冷却領域５２の各地点における水膜６０の最薄膜厚の経時変化を示すグラフである。ここで、図４及び５において、細線は被冷却領域５２における吐出口２１の下から５ｃｍの位置、また、太線は１６０ｃｍの位置での水膜６０の膜厚を示している。
【００７７】
図４及び図５において示されるように、本実施の形態の冷却装置１０は、冷却水の吐出と吐出停止とが繰り返し交互に行われているため、水膜６０の膜厚は時間とともに変化するが、冷却水が吐出停止された際にも水膜６０が途切れるといったことは発生していない。また、実施例３及び４のいずれの場合においても、冷却水の吐出と吐出停止とが繰り返し交互に行われているため、吐出された冷却水が広がりながら流れ落ちていき、被冷却領域５２における吐出口２１の下から１６０ｃｍの位置での水膜６０の膜厚は、時間の経過にかかわらず略一定を保ち、良好な水膜６０が形成されている。
【００７８】
［実施の形態２］
図６は、本実施の形態における冷却装置を用いた構造物を示す模式図であり、また、図７〜９は、冷却装置の冷却水吐出手段をそれぞれ示している。
【００７９】
本実施の形態の構造物５０は、被冷却領域５２と、冷却装置１０とを備えている
なお、本実施の形態の構造物５０は、前述した実施の形態１のものと冷却装置１０の冷却水吐出手段２０を除いて同じ構成であるので、同一部材には同一符号を付してその説明を省略し、相違点である冷却水吐出手段２０についてのみ説明する。
【００８０】
ここで、本実施の形態の冷却装置１０の冷却水吐出手段２０は、構造物５０の壁面５３に実施の形態１のような退避部分を形成できない場合に用いることができ、図６に示すように、冷却水吐出手段２０は壁面５３に突出した状態で配設される。
【００８１】
上記冷却水吐出手段２０は、被冷却領域５２に冷却水を吐出するためのものである。冷却水吐出手段２０は、図６〜９に示すように、冷却水を噴出する散水管２２と、散水管カバー２３とを備えている。また、冷却水吐出手段２０は、構造物５０の壁面５３から突出した状態で配設されるが、この突出量をできるだけ少なくすることが好ましく、これにより、冷却水吐出手段２０によって遮られる光が少なくなり、被冷却領域５２の表面で形成される影の量を少なくすることができる。従って、被冷却領域５２に形成された水膜６０において、光が当たる面積を増やすことができ、水膜６０が蒸発できる領域を増加させ、構造物５０の冷却効果を向上させることができる。
【００８２】
上記散水管２２は、図６〜 図９に示すように、内部に内部空間２２ｂを有する合成樹脂製または金属製等の中空のパイプ材からなり、壁面５３の上部に水平で且つ壁面５３と所定の間隔を有するように固定されている。散水管２２には、内部空間２２ｂと散水管２２の外部とを連通するように、複数の噴出口２２ａが散水管２２の長手方向に所定の間隔を有して形成されている。各噴出口２２ａは、壁面５３側で且つ斜め下向きに形成されている。
【００８３】
上記散水管カバー２３は、例えば合成樹脂から所定の長さに一体的に成形された長尺状のもので、散水管２２に保持される取付部２４と、上カバー部２５と、受け部２６とからなる。
【００８４】
上記取付部２４は筒状を呈し、その内径は、散水管２２の外径よりも若干小さく形成され、取付部２４には、開口部２４ａが長手方向全長に亘って形成されている。この開口部２４ａの円周方向の長さは、取付部２４の全周長よりも小さく設定されている（取付部２４の周方向の長さは、円周長の１／２ よりも大きく設定されている）。従って、取付部２４を拡径する方向に弾性変形させることにより、取付部２４を開口部２４ａから散水管２２に着脱自在に嵌合装着させることができ、不用意に外れることはない。また、開口部２４ａを介して散水管２２の一部及び各噴出口２２ａが露出されるようになっている。
【００８５】
上記上カバー部２５は、取付部２４の全長に亘って設けられ、取付部２４の背面から上方向きに延設された連結片部２５ａと、取付部２４及び散水管２２の上方を覆うように、この連結片部２５ａから壁面５３方向に延設されたカバー片部２５ｂとからなる。このカバー片部２５ｂの先端部は、壁面５３の表面に当接しており、ゴミ等の異物が取付部２４と壁面５３との間に上方から混入しないようになっている。
【００８６】
上記受け部２６は、取付部２４の下部に設けられている。この受け部２６は、噴出口２２ａの下方に位置するように、取付部２４から斜め下向きに延設されたガイド片部２６ａを備えている。このガイド片部２６ａの先端部は、壁面５３に押圧当接されており、その当接部分の形状は、凹凸状に形成されている。この当接部分は壁面５３と当接されることで、冷却水吐出手段２０の長手方向に壁面５３に沿って複数の冷却水の吐出口２１が形成される。吐出口２１としては、形状を特に限定するものではなく、例えば、円形、方形、及び、多角形のものなどがあげられる。
【００８７】
なお、吐出口２１の口径が０．３〜１．５ｍｍとされるとともに、冷却水吐出手段２０における吐出口２１同士の間隔が１０〜５０ｍｍとされることが好ましい。
【００８８】
吐出口の口径が０．３ｍｍ未満であると、水膜を形成するのに必要な吐出量を確保するうえで各吐出口における吐出圧を高める必要が生じてしまう。そして、この高い吐出圧を実現するためには、吐出口への冷却水の供給圧を上げなければならず、そのためには、高い供給圧に設定できるような高価なポンプなどが必要となるため、設備コストが上がってしまうという問題がある。また、吐出口の口径が１．５ｍｍを超えると、各吐出口における吐出圧が不均一となり吐出口の位置の違いによって冷却水の吐出量が異なってしまうことが発生し、被冷却領域に均一な水膜が形成されなくなることがある。しかしながら、吐出口の口径の下限値を０．３ｍｍとすると、上記したような高い供給圧にする必要がなくなり、設備コストを抑えることができるとともに、吐出口が小さすぎて水垢等によって吐出口が短時間で閉塞してしまうといったことがない。また、吐出口の口径の上限値を１．５ｍｍとすると、各吐出口においける吐出圧がほぼ一定となるため、どの吐出口においても冷却水の吐出量は一定となり、被冷却領域に均一な水膜を形成することができる。
【００８９】
また、吐出口の口径が０．３〜１．５ｍｍの範囲である場合に、吐出口同士の間隔が１０ｍｍ未満であると、各吐出口における吐出圧が不均一となり吐出口の位置の違いによって冷却水の吐出量が異なってしまうことが発生し、被冷却領域に均一な水膜が形成されなくなることがある。吐出口の口径が０．３〜１．５ｍｍの範囲である場合に、吐出口同士の間隔が５０ｍｍを超えると、被冷却領域に対して吐出された冷却水が横に広がりきれずに、水膜が形成されにくくなる。特に、隣接する吐出口から吐出された冷却水同士が、被冷却領域の上方において合流できずに水膜が途切れた状態となってしまう。しかしながら、吐出口同士の間隔の下限値を１０ｍｍとすると、どの吐出口においても冷却水の吐出量は一定となり、被冷却領域に均一な水膜を形成することができる。また、吐出口同士の間隔の上限値を５０ｍｍとすると、隣接する吐出口から吐出された冷却水同士が被冷却領域の上方においても合流することができ、被冷却領域に水膜が良好に形成される。
【符号の説明】
【００９０】
１０      冷却装置
２０      冷却水吐出手段
２１      吐出口
３０      冷却水供給手段
４０      制御手段
４１      膜厚測定手段
５０      構造物
５２      被冷却領域
６０      水膜
【図１】
2011137630.tif 000004
【図２】
2011137630.tif 000005
【図３】
2011137630.tif 000006
【図４】
2011137630.tif 000007
【図５】
2011137630.tif 000008
【図６】
2011137630.tif 000009
【図７】
2011137630.tif 000010
【図８】
2011137630.tif 000011
【図９】
2011137630.tif 000012