(57)【要約】【課題】構造物の冷却材料及び冷却方法を提供する。【解決手段】構造物の壁面又は屋根面の所定の領域において、供給された水の蒸発に伴う潜熱により構造物を冷却する作用を有する冷却材料であって、ガラス繊維織布の表面に光触媒層を設けた層を形成した構造物からなることを特徴とする構造物の冷却材料、上記の冷却材料を構造物の壁面又は屋根面の所定の領域に設置して供給された水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。【効果】本発明の構造物の冷却材料は、ガラス繊維織布表面に光触媒層を設けた層を有しているため、保水量が大きく、長期間保水でき、更に単位時間当たりの水の蒸発量を大きくすることができ、そのため、効率よく構造物を冷却することができ、省エネルギーに貢献できる。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の壁面又は屋根面の所定の領域において、供給された水の蒸発に伴う潜熱により構造物を冷却する作用を有する冷却材料であって、ガラス繊維織布の表面に光触媒層を設けた層を形成した構造物からなることを特徴とする構造物の冷却材料。
【請求項２】
ガラス繊維織布の厚さ又はガラス繊維織布を積層したときの厚さが２０μｍ〜２ｍであることを特徴とする請求項１に記載の構造物の冷却材料。
【請求項３】
ガラス繊維織布が、表面に多孔質層を有するガラス繊維織布であることを特徴とする請求項１又は２に記載の構造物の冷却材料。
【請求項４】
多孔質層の比表面積が０．２〜４００ｍ２  ／ｇである請求項３に記載の構造物の冷却材料。
【請求項５】
多孔質層の細孔径が１ｎｍ〜１μｍである請求項３に記載の構造物の冷却材料。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の冷却材料を構成要素として含むことを特徴とする冷却機能を付与した構造物。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか１項に記載の冷却材料を構造物の壁面又は屋根面の所定の領域に設置して、供給された水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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物を利用して、例えば、都市のヒートアイランド化に代表される都市における熱環境の悪化を防止することを可能とする構造物の冷却材料及び冷却方法に関するものであり、更に詳しくは、ガラス繊維織布の表面に光触媒層を設けた層を形成した構造物からなる冷却材料であって、供給された水の蒸発に伴う潜熱により構造物を長期間に亘って効率よく、省エネルギーで冷却することを可能とする新規冷却材料及び冷却方法に関するものである。本発明は、ガラス繊維織布と光触媒との複合体を利用して高保水量及び長期間保水による構造物の省エネルギー冷却を実現化する新しい冷却材料及び冷却方法を提供するものとして有用である。
【０００２】
【従来の技術】
近年のヒートアイランドに代表される都市の熱環境の悪化は、建物・道路などの人工物の増加やエネルギー消費の増加に伴って、年々増大する傾向にある。その結果、例えば、歩行者に相当な体感苦痛を与えたり、冷房装置が過度に用いられることで、外部に多量の熱が放出され、更に周辺気温の上昇を招くという悪循環が生じたりしている。このようなヒートアイランド現象を緩和する手立てとしては、例えば、緑地の増加や水面の確保が有効とされ、また、都市部における緑地の増加方策としては、公園・庭園等の建設のほか、ビル等の屋上緑化が注目されている。水面の確保については、人口湖沼の建設や冷却池の設置がその一例として挙げられる。
【０００３】
ヒートアイランド現象を抑制するためには、例えば、人工廃熱を減らしたり、エネルギー効率を高めることや、公園・庭園等の建設、屋上緑化等で都市部における緑地の増加を行い、水の蒸発量を増やすこと、等が望ましい。しかしながら、都市部の土地は、非常に付加価値が高く、ただ単に平面的に緑化や水面の増加を促進させることは非現実的な方策であり、屋上緑化にも限界がある。そこで、構造物や都市空間を冷却する方法として種々の方法が提案されている。それらの代表的なものをいくつか例示すると、例えば、散水パイプによって建築物に水を供給する装置が提案されている（特許文献１参照）  。
【０００４】
しかしながら、単に既存の構造物の表面に散水を行った場合は、水を効率よく壁一面に供給することが難しく、その効果が薄れてしまう。また、風によって周囲に水が飛散してしまったり、壁面が汚れたりするなどの問題があった。これらの問題点を解決するために、構造物の壁面の所定領域に光励起に応じて親水化する光触媒膜を形成しておき、この光触媒膜の形成領域に水を供給し、蒸発に伴う潜熱により周辺空気及び構造物を冷却する方法や、親水性を有する外壁に水を供給し、その蒸発潜熱により空間及び構造物の冷却を図る方法が提案されている（例えば、特許文献２〜３参照）  。しかしながら、この種の方法では、塗膜等の光触媒膜における保水量が少ないために、その蒸発量も少なく、冷却効果が低いという問題点があり、更に、塗膜における保水期間が短いため、雨水等の自然な水供給では冷却効果が長期間持続できないという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】
実開平６−３２５０３号公報
【特許文献２】
特開２００２−２０１７２７号公報
【特許文献３】
特開２００２−３５００２６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、上記従来技術における諸問題を抜本的に解決することを可能とするとともに、構造物の壁面等に効率よく水を供給し、更に、長期間に亘って効率よく水を蒸発させることを可能とする新しい冷却材料を開発することを目標として鋭意研究した結果、表面に光触媒層を設けた層を形成したガラス繊維織布を用いることにより、安価で簡易に水を飛散させず効率よく水を蒸発させ、長期間に亘って効果的に構造物を冷却できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、表面に光触媒層を設けた層を形成したガラス繊維織布を用いることにより、簡易に構造物の壁面等に水を安定的に供給し、更に、水の蒸発量を大きく、かつ長期間に亘って維持することにより効率よく建築構造物を冷却することを可能とする新規冷却材料を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、上記冷却材料により構造物の壁面、屋根面等の所定の領域を効率よく、省エネルギーで冷却する方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）構造物の壁面又は屋根面の所定の領域において、供給された水の蒸発に伴う潜熱により構造物を冷却する作用を有する冷却材料であって、ガラス繊維織布の表面に光触媒層を設けた層を形成した構造物からなることを特徴とする構造物の冷却材料。
（２）ガラス繊維織布の厚さ又はガラス繊維織布を積層したときの厚さが２０μｍ〜２ｍであることを特徴とする前記（１）に記載の構造物の冷却材料。
（３）ガラス繊維織布が、表面に多孔質層を有するガラス繊維織布であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の構造物の冷却材料。
（４）多孔質層の比表面積が０．２〜４００ｍ２  ／ｇである前記（３）に記載の構造物の冷却材料。
（５）多孔質層の細孔径が１ｎｍ〜１μｍである前記（３）に記載の構造物の冷却材料。
（６）前記（１）から（５）のいずれか１項に記載の冷却材料を構成要素として含むことを特徴とする冷却機能を付与した構造物。
（７）前記（１）から（５）のいずれか１項に記載の冷却材料を構造物の壁面又は屋根面の所定の領域に設置して、供給された水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。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明で使用するガラス繊維織布の厚さは、使用される場所によって最適値が異なるが、好適には、例えば、２０μｍ〜２ｍである。構造物の壁面、屋根面等のどの領域で使用する場合であっても、ガラス繊維織布の厚さが２０μｍ以下であると、貯蔵する水の量が少なくなり、蒸発潜熱も小さくなるため、効果的に構造物の冷却を行うことができない。また、織布の厚さの上限については、例えば、ビルの屋上で使用される場合には２ｍ程度の厚さまで使用できる。織布が厚いほど、その保水量が多く、蒸発潜熱による冷却効果を高めることができるとともに、大量の水を貯める貯水材として効果的に利用することができる。ここで貯めた水は、ガラス繊維の表面を通して構造物の壁面等へと安定的に供給されるため、貯水タンクやくみ上げのためのポンプ等の装置が必要でなくなる。ただし、その厚さが２ｍ以上であると、保水時の重量が非常に大きなものとなり、建造物に影響を与える可能性があるので、その利用目的に応じて、適切な厚みを設定すればよい。構造物の壁面の場合は、５ｃｍ程度の厚さまで使用できるが、あまり織布が厚くなると、ガラス織布が自重に耐えることができない、施工が難しくなる、等の問題が生じる可能性がある。その他の構造物の場合も、構造物の機械的強度やガラス織布の強度等から織布の厚さの上限の最適値を決めることができる。
【０００９】
次に、ガラス繊維織布の繊維径は、小さい方が、表面積が大きく、保水力が向上し、かつ蒸発潜熱も大きくなるため、冷却効果を上げるには好適である。ただし、その強度や製作コストを考慮すると、繊維径は、２μｍ〜２０μｍで有ることが好ましい。繊維径が２μｍ以下であると、ガラス繊維の作製が困難になるとともに、コストも高くなる。また、繊維径が２０μｍ以上であると、成型性に自由度がなくなり、取り扱いが困難となる。ガラス繊維織布の織り方は、好適には、例えば、朱子織、綾織、模紗織、平織等の織り方が例示されるが、これらに制限されるものではなく、任意の織り方を使用できる。ガラス繊維織布は表面に多孔質層を有し、その比表面積は０．２〜４００ｍ２  ／ｇであることが好ましい。この比表面積の好適な範囲は、窒素吸着ＢＥＴ法に基づくものである。比表面積が大きいほど、毛管現象により水を均一に拡散でき、また、保水力が高くなるため、長期間冷却効果を維持することができる。しかし、比表面積が４００ｍ２  ／ｇ以上になると、ガラス繊維織布の強度が不足して、その取扱いが困難になる。一方、比表面積が０．２ｍ２  ／ｇ以下の場合は、光触媒層の面積が小さくなり、保水力が小さくなってしまう。更に好ましい比表面積の範囲は、２００〜４００ｍ２  ／ｇである。
【００１０】
また、ガラス繊維織布の表面に形成される多孔質層の細孔径は、水を効果的に保持するためには、１ｎｍ〜１μｍであることが好ましい。多孔質層の細孔径が１０Å以下であると、光触媒が細孔内にうまく入り込めず、また、保水に対して効果が少なくなり、また、細孔径が１μｍ以上であっても、同様に保水効果が薄れてしまう。多孔質化する場合のガラス繊維としては、好適には、例えば、表面に多孔質層を形成し易く、かつ安価に入手できるＥガラス組成からなるものが例示される。このＥガラス組成の一般的な組成の成分含有率を表１に示す。
【００１１】
【表１】
2004324043.tif 000002
【００１２】
参考までに、市販されている５種類のＥガラス組成からなるガラス繊維の組成の成分含有率を表２に示す。
【００１３】
【表２】
2004324043.tif 000003
【００１４】
ガラス繊維は、酸溶液中に浸漬する等の酸処理を施された場合、その中の酸可溶性成分が表面から徐々に溶出して、その表面に多孔質層が形成される。多孔質層が形成された後に織機を用いて織布に加工すると、ガラス繊維の滑りが悪いため、糸切れが頻発する。そのため、前記酸処理は、ガラス繊維を織布に加工した後に施されることが好ましい。酸処理の方法は、特に限定されるものではないが、例えば、ガラス繊維織布を塩酸などの酸水溶液に所定時間浸漬し、必要に応じて、昇温あるいは攪拌した後、水洗いし、乾燥させる一連の処理が例示される。ここで、用いる酸水溶液の濃度、昇温温度及び浸漬時間などの諸条件は、酸の種類、必要とする酸処理の程度（酸処理後のガラス繊維の比表面積）などによって、適宜、決定される。
【００１５】
例えば、平均径９μｍのＥガラス組成からなるガラス繊維を朱子織にしたガラス繊維織布に対して酸処理を施す場合は、好適には、３０〜７０℃に維持した１．５〜６．０規定の酸水溶液中に、前記ガラス繊維織布を６〜２４時間程度浸漬することによりその表面に多孔質層を形成し、その比表面積を１００〜４００ｍ２  ／ｇにまで確実に高めることができる。本発明では、多孔質形状を酸処理の時間によって調整することができる。この場合、１．５規定未満の酸水溶液を用いた場合は、所望の多孔質形状を形成するまでに長時間を要したり、多孔質化できなかったりする場合もある。一方、６．０規定を超える酸水溶液を用いると、酸による腐蝕が急激なため、多孔質形状を時間によって調整することが困難になる。また、温度についても同様であり、３０℃未満の場合は、所望の多孔質層を形成するまでに長時間を要し、一方、７０℃を超えると、多孔質の形状を時間により調整することが困難になる。
【００１６】
酸処理されたガラス繊維織布は、表面が固体酸の活性なシリカ（酸化ケイ素）質であり、かつ、その比表面積が極めて大きいので、水に対して親和性が高く、保水力が高くなる。このガラス繊維織布に光触媒活性を有する酸化チタンに代表される光触媒を固着させて光触媒層を形成することにより、更に親水性が高くなり、その結果、水が均一に拡散し、保水力も高くなって、冷却効果をその全面で均一、かつ長期間にわたって維持することが可能となる。ガラス繊維織布に固着させる光触媒の種類としては、好適には、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム、酸化タングステン、酸化ビスマス、酸化鉄、酸化錫などが例示されるが、これらに制限されるものではなく、これらと同効のものであれば同様に使用することができる。また、ガラス繊維織布に光触媒を固着させる方法としては、特に限定されるものではなく、公知の手段をそのまま利用することができる。これらの方法として、例えば、ＣＶＤ法などの化学蒸着法、スパッタリング法などの物理蒸着法、又はゾルゲル法によりガラス繊維織布の表面に光触媒をコーティングする方法、あるいは光触媒の超微粒子をガラス繊維織布に付着させた後に加熱して固着させる方法などが挙げられる。
【００１７】
これらの中でも、汎用の生産装置を利用でき、かつ、材料の入手が容易な次の方法が好ましい。一つは、チタニア（酸化チタン）ゾルをゾルゲル法を用いてガラス繊維織布にコーティングする方法であり、もう一つは、平均径１０ｎｍ以下のチタニアの超微粒子を分散させた溶液中にガラス繊維織布を浸漬し、その後、加熱して固着させる方法である。このゾルゲル法によるチタニアゾルのコーティング方法では、ガラス繊維織布をチタニアゾル溶液中に浸漬した後に、乾燥させ、焼成することにより、ガラス繊維と酸化チタンとの間にＳｉ−Ｏ−Ｔｉ結合が形成され、それにより、酸化チタンのガラス繊維に対する付着力が極めて強くなる。チタニアゾルの前駆体としては、チタンアルコキシド、チタン塩化物、チタン硫化物又はチタン酢酸塩などが挙げられ、アルコール類を相溶性溶媒とする場合は、チタンアルコキシドが好ましく、水を相溶性溶媒とする場合は、チタン塩化物、チタン硫化物又はチタン酢酸塩が好ましい。しかし、前記前駆体と有機物とが相溶する場合は、適宜の組み合わせを選択することができる。
【００１８】
光触媒として、酸化チタンを利用する場合は、アナターゼ型は、ルチル型又はブルッカイト型と比べて、光触媒としての反応性が高いので、好適には、アナターゼ型の酸化チタンが用いられるが、これらに限定されるものではない。また、本発明では、ガラス繊維織布の多孔質層に、白金、ロジウム、ルテニウム、金、銀もしくは銅などの貴金属又はそれらの硝酸塩、硫酸塩もしくは酢酸塩（以下、これらをまとめて「貴金属類」と称する）を光触媒と共に並存させることができる。本発明の冷却材料を使用する際に、貯水タンクを設置してポンプや給水のための配管を設け、これらを用いてガラス繊維織布に散水することが可能であり、また、日射計を設け、前記光触媒膜を形成した領域に対する水の供給量を制御することもできる。本発明により、ガラス織布表面に光触媒層を設けた層を形成することで親水性が高くなり、その結果、水が均一に拡散し、保水力も高くなり、保水量が大きく、長期間の保水が可能であり、更に、単位時間当たりの水の蒸発量が大きく、かつ、防汚、防菌、浄化機能を有する構造物用冷却材料を提供することができる。また、この冷却材料は、構造物に限らず、例えば、列車、自動車、及びバスなどの移動車両に対して、適用することが可能であり、その適用範囲は制限されない。
【００１９】
本発明では、ガラス繊維織布の表面に光触媒層を設けた層を形成した構造物に水を供給し、その蒸発潜熱により構造物及び空間の冷却を図る際に、水が均一に拡散し、保水力も高くなって、優れた冷却効果が得られるが、更に、ガラス繊維織布を酸処理して、その表面に多孔質層を形成し、その多孔質層の表面及び細孔内に光触媒活性を有する酸化チタン等を付着させた場合に、水に対する親和性が一層高くなり、水が均一に拡散し、保水力も高くなって、多孔質層の高い比表面積による保水力との相乗効果により、より優れた冷却効果が得られる。本発明は、ガラス繊維織布の高い保水力、保水率及び水の蒸発量と、光触媒層による親水性及び水の均一拡散性との協動的作用により、構造物及びその周辺空間の高い冷却効果を実現するものであって、これらは、後記する実施例に示される実験を行うことではじめてその有効性が実証し得たものである。本発明により、保水量が大きく、保水期間が長く、冷却効果が高く、雨水等の自然な水供給で、その蒸発潜熱により構造物の冷却効果が長期間持続できる新しい冷却材料を提供することができる。
【００２０】
【実施例】
次に、実施例及び比較例により、本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
実施例１
Ｅガラス組成からなるガラス繊維（平均繊維径９μｍ）を模紗織した織布（目付け３６３ｇ／ｍ２  、厚さ０．４３ｍｍ）について、４５℃で３．０規定の塩酸水溶液中に２４時間浸漬し、その後、十分に水洗いし、乾燥させて、その表面に多孔質層を形成した。この多孔質層を備えるガラス繊維織布について、窒素吸着ＢＥＴ法により「比表面積」を、窒素吸着Ｉｎｋｌｅｙ法により「平均細孔径」をそれぞれ測定した。その結果、比表面積は２６９ｍ２  ／ｇ、平均細孔径は４．６ｎｍであった。
【００２１】
次に、酸化チタン（Ｄｅｇｕｓｓａ製：Ｐ−２５、平均粒子径２１ｎｍ、ただし、２次凝集している）を、２−プロパノール中に混入し、マイクロビーズミル（ＷＡＢ社製）を用いて微粉砕させた。この分散液に、２−プロパノールを更に加えて、酸化チタン濃度２０ｇ／Ｌの分散液を得た。この分散液を、ディッピング槽に入れ、その後、３０分以内に上記ガラス繊維織布をディッピングし、酸化チタンを繊維の表面に付着させた。この織布を、６０℃で１時間乾燥させ、酸化チタン微粒子多孔質層の表面及び細孔内に強固に固着させた。
【００２２】
実施例２
Ｅガラス組成からなるガラス繊維（平均繊維径９μｍ）を模紗織した織布（目付け３６３ｇ／ｍ２  、厚さ０．４３ｍｍ）に酸処理を施すことなく、実施例１と同様の方法を用いて、酸化チタン微粒子を繊維の表面に強固に固着させた。
【００２３】
比較例１
１０ｃｍ×１０ｃｍの大きさで、厚さ１．１ｍｍの板ガラスの片面に、実施例１と同様にして作製した分散液を塗布し、２００℃で２時間熱処理を施して酸化チタンを板ガラスの表面に固着させた。作製された酸化チタン被膜の厚さは、電子顕微鏡により観察した結果、約１．３μｍであった。
【００２４】
実施例３
（１）保水量及び保水率の測定
上記実施例１、実施例２及び比較例１で作製した試料に、過剰の水を添加した後、余分の水を垂下させて重量を測定し、その保水量を調べた。更に、これらの試料を熱風乾燥炉中において４０℃で乾燥させ、５分ごとにその重量変化を測定し、未乾燥時の保水量を基準として、その減少率で保水率を評価した。また、５分間で減少した重量を蒸発した水の量として、それを単位時間当たりに換算することで単位時間当たりの水の平均蒸発量とした。
【００２５】
（２）結果
各試料の保水量を表３に、保水率を図１にそれぞれ示す。また、各試料の単位時間当たりの水の平均蒸発量を図２に示す。
【００２６】
【表３】
2004324043.tif 000004
【００２７】
上記表３の結果から明白なように、実施例では比較例に対して１０倍程度の保水量があることが判る。したがって、雨量等の水の供給量が同じであっても、その構造物が保持できる水の量は、実施例の方が圧倒的に多いことが判る。図１では、例えば、４０℃における水の保持時間は、実施例の方が長くなっていることから、実施例の試料の方がその冷却効果が長期間持続できることが判る。また、図２では、単位時間当たりの水の蒸発量が実施例の方が５倍以上多く、実施例の試料の冷却効果が高いことが判る。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、構造物の冷却材料及び冷却方法に係るものであり、本発明により、（１）本発明の構造物の冷却材料は、ガラス繊維織布表面に光触媒層を設けた層を有しているため、保水量が大きく、長期間保水でき、更に単位時間当たりの水の蒸発量を大きくすることができる、（２）そのため、効率よく構造物を冷却することができ、省エネルギーに貢献できる、（３）これらの特徴から、使用場所によっては貯水タンクやポンプ等の設備やスペースを必要とせず、安価で簡易に構造物の壁面等に水を供給し、効率よく構造物を冷却できることが期待される、（４）同時に、光触媒反応によって、水苔の発生を防止するとともに、構造物の防汚、防菌、大気の浄化を可能とする、という効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】各試料の保水率を示す。
【図２】各試料の単位時間当たりの水の蒸発量を示す。
【図１】
2004324043.tif 000005
【図２】
2004324043.tif 000006